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数字基带系统实验一总结报告

数字基带系统实验一总结报告
数字基带系统实验一总结报告

实验一基带传输系统实验

目录:

一、实验目的 (2)

二、实验原理 (2)

三、实验内容 (3)

(一)因果数字升余弦滚降滤波器设计 (3)

1) 窗函数法设计非匹配形式的基带系统的发送滤波器 (3)

2) 频率抽样法设计匹配形式的基带系统的发送滤波器 (5)

3) 非匹配形式下窗函数设计法和匹配模式下频率抽样法设计的滤波器第一零点带

宽和第一旁瓣衰减 (7)

(二)根据离散域基带系统模型,设计无码间干扰的二进制数字基带传输系统 (7)

(三)非匹配模式和匹配模式的无码间干扰的数字基带传输系统测试 (10)

1) 非匹配滤波器无加性噪声系统 (10)

2) 非匹配滤波器和匹配滤波器加加性噪声系统 (12)

四、实验心得 (15)

指导老师:马丕明

班级:通信一班

姓名:石恬静201100120172

蒋金201100120222

一、实验目的

1、 提高独立学习的能力;

2、 培养发现问题、解决问题和分析问题的能力;

3、 学习matlab 的使用;

4、 掌握基带数字传输系统的仿真方法;

5、 熟悉基带传输系统的基本结构;

6、 掌握带限信道的仿真以及性能分析;

7、 通过观察眼图和星座图判断信号的传输质量。

二、实验原理

数字通信系统的模型如下图所示:

在数字通信中,有些场合可以不经载波调制和解调过程而直接传输基带信号,这种直接传输基带信号的系统称为基带传输系统。

带限信道的数字基带传输系统的传输模型为:

发送滤波器 传输信道 接收滤波器

}{n a x(t) y(t) r(t) }'{a n

定时信号

输入符号序列

{a }

l ,其取值为1或-1;每隔一个比特周期Tb 发送一个脉冲信号得到

发送信号()d t ;在匹配形式下,发送滤器和接收滤波器都是平方根升余弦滚降滤波器,在

)(w G r )(w C

)(w G R 抽样判决 噪声源 位定时提取 信源 信源编码器 信道编码器

数字调制器

数字信源

噪声

信道

信宿

信源译码器 信道译码

数字解调器

数字信宿

编码信道

非匹配形式下,发送滤波器是升余弦滚降滤波器而接收滤波器是直通型。发送信号()d t 经过发送滤波器后输出信号()x t ;信号在信道内传输时受到噪声的干扰,信道输出的信号

()()()y t x t n t =+;经过接收滤波器后的输出信号为()()()R r t y t g t =*;采用不同的滤波

器对输出信号产生的延时会有所不同,在采样时要确定采样的起始点,然后对输出信号进行抽样判决,得到判决

'l {}

a 。根据接送滤波器的输出信号的眼图判断信号有无码间干扰;根

据抽样判决点信号的星座图判断噪声对通信系统通信质量的影响程度。

由模拟升余弦滚降滤波器得到数字升余弦滚降滤波器可采用窗函数设计法和频率抽样法。

窗函数法是从模拟升余弦滤波器的单位冲激响应的表达式

222sin /cos /()/14/c c

d c c t T t T h t t T t T παππα=

?

-出发,对其进行时域抽样、截断、加窗得到,最后向右移

位得到因果的数字升余弦滚降滤波器的单位冲激响应()h nT 。

频率抽样法是从模拟升余弦滚降滤波器的频率响应表达式入手,对其进行频率抽样后进行IDFT 变换,最后向右移位,得到实际的因果的数字升余弦滚降滤波器的单位冲激响应。

三、实验内容

(一)因果数字升余弦滚降滤波器设计

给定的升余弦系统的频域响应表达式和时域单位冲激响应的表达式,分别采用窗函数法(选用Blackman 窗)和频率抽样法设计线性相位的升余弦滚降的基带系统。

滤波器设计的有关参数:T=1,31,4,1===N T f c s 。滚降系数分别为 0.2,1;设计滤波器。

1) 窗函数法设计非匹配形式的基带系统的发送滤波器

A. 程序如下: 子函数:

function [h]=unmatch_filter(N,Tc,a)

%hn 升余弦滚降滤波器的单位冲击响应% N :抽样点数 %Tc :表征升余弦滤波器的频率响应常数 % a :滚降系数 t=[-(N-1)/2:(N-1)/2]; for i=1:N;

if (abs(t(i))==0)

h(i)=1;

elseif ((1-4*a*a*t(i)*t(i)/Tc/Tc)==0) h(i)=sin(pi*t(i)/Tc)/t(i)*Tc/4;

else

h(i)=sin(pi*t(i)/Tc)*cos(a*pi*t(i)/Tc)/(pi*t(i)/Tc)/(1-4*a*a*t (i)*t(i)/Tc/Tc); end ; end ; end

主程序:

clc;clear all ;close all ;

a=input('滚降系数a=');Tc=4;N=31;

w=-1:0.01:1;n=[1:N];wd=(blackman(N))';[h]=unmatch_filter(N,Tc,a); hn=h.*wd; % h 为实际的因果数字升余弦滚降滤波器的单位冲击响应

[H,w]=freqz(hn);mag=abs(H);H1=max(mag);Hw=mag/H1;Hdb=20*log10((ma g+eps)/H1);

subplot(221);stem(real(hn),'.');

title('单位冲击响应时域特性');xlabel('t');ylabel('hn'); subplot(222);plot(w,abs(H));

title('幅频特性');xlabel('w');ylabel('abs(H)'); subplot(223);plot(w,Hw);

title('归一化幅频响应');xlabel('w');ylabel('Hw'); subplot(224);plot (w/pi,Hdb );

title ('幅度响应(单位:dB )');xlabel('w/pi');ylabel('Hdb/dB'); B. 结果: 当a=0.2时:

10203040

-0.5

00.5

1单位冲击响应时域特性t

h n

1234

246幅频特性

w

a b s (H )

01

234

0.5

1X: 1.239Y: 0.001283

归一化幅频响应

w

H w

0.51

-150

-100-500幅度响应(单位:dB )

w/pi

H d b /d B

图1 非匹配滤波器a=0.2时的单位冲击响应和幅度响应波形

当a=1时:

10

203040

-0.5

00.5

1单位冲击响应时域特性t

h n

1

234

0123

4幅频特性

w

a b s (H )

1

2

3

4

0.5

1X: 1.638

Y: 0.009788

归一化幅频响应w

H w

0.51

-200

-150-100-50

0幅度响应(单位:dB )

w/pi

H d b /d B

图2 非匹配滤波器a=1时的单位冲击响应和幅度响应波形

2) 频率抽样法设计匹配形式的基带系统的发送滤波器 A. 程序如下: 子函数:

function [hn]=match_filter(N,Tc,a)

n=-(N-1)/2:(N-1)/2;%时域取值-15至+15k=n;f=k*1/N;%频率 Hf=zeros(1,N); %根升余弦匹配滤波器 for i=1:N %升余弦滤波器频域特性

if (abs(f(i))<=(1-a)/(2*Tc)) Hf(i)=Tc;

elseif (abs(f(i))<=(1+a)/(2*Tc))

Hf(i)=Tc/2*(1+cos(pi*Tc/a*(abs(f(i))-(1-a)/(2*Tc)))); else Hf(i)=0; end end

HF=sqrt(Hf);%根升余弦滚降滤波器

hn=1/N*HF*exp(j*2*pi/N*k'*n);%根升余弦滚降滤波器时域特性 end 主程序:

a=input('滚降系数a=');Tc=4;N=31; [hn,HF,n]=match_filter(N,Tc,a);

[H,w]=freqz(hn);mag=abs(H);H1=max(mag);Hw=mag/H1;Hdb=20*log10((ma g+eps)/H1);

subplot(221);stem(real(hn),'.');

title('单位冲击响应时域特性');xlabel('t');ylabel('hn'); subplot(222);plot(w,abs(H));

title('幅频特性');xlabel('w');ylabel('abs(H)'); subplot(223);plot(w,Hw);

title('归一化幅频响应');xlabel('w');ylabel('Hw'); subplot(224);plot (w/pi,Hdb );

title ('幅度响应(单位:dB )');xlabel('w/pi');ylabel('Hdb/dB'); B. 结果: 当a=0.2时:

10

203040

-0.2

00.20.4

0.6单位冲击响应时域特性

t

h n

1234

123幅频特性

w

a b s (H )

1

23

4

0.5

1X: 1.012

Y: 0.001538

归一化幅频响应w

H w

0.51

-80

-60-40-20

0幅度响应(单位:dB )

w/pi

H d b /d B

图3 匹配滤波器a=0.2时的单位冲击响应和幅度响应波形

当a=1时:

10

203040

-0.5

00.5

1单位冲击响应时域特性t

h n

1

2

34

00.511.5

2幅频特性

w

a b s (H )

01

2340

0.5

1归一化幅频响应w

H w

0.51

-100

-50050X: 0.5508Y: -38.52

幅度响应(单位:dB )

w/pi

H d b /d B

图4 匹配滤波器a=1时的单位冲击响应和幅度响应波形

3)非匹配形式下窗函数设计法和匹配模式下频率抽样法设计的滤波器第一零点带宽和第

一旁瓣衰减

滚降系数a

非匹配形式滤波匹配形式滤波窗函数法频率抽样法

第一零点带宽

(rad/s)

第一旁瓣衰减

(dB)

第一零点带宽

(rad/s)

第一旁瓣衰减

(dB)

0.2 1.239 46.46 1.012 24.74

1 1.638 109.5 1.651 38.52

表一非匹配滤波器和匹配滤波器在不同滚降系数下的第一零点带宽和第一旁瓣衰减比较

结论:改变滤波器的滚降系数,滤波器的第一零点带宽和第一旁瓣衰减的变化:

非匹配形式滤波器,增大滚降系数,第一零点带宽增大,衰减增大;非匹配形式滤波,增大滚降系数,第一零点带宽增大,衰减增大;在相同滚降系数下,非匹配形式滤波器比匹配形式滤波器衰减快。

(二)根据离散域基带系统模型,设计无码间干扰的二进制数字基带传输系统

系统各部分子函数

1)二进制信源子函数

function [y0]=source(L) %产生源序列,生成-1,1等概率分布的二进制信源序列%L传输二进制比特个数

x0=rand(1,L);%产生0-1之间均匀分布的随机序列

for i=1:L

if x0(i)>0.5;%若产生的随机数在(0.5,1)区间内,为1

y0(i)=1;

else y0(i)=-1;%若产生的随机数在(0,0.5)区间内,则为-1

end;

end

end

2)发送信号生成子函数

function [y1]=send(y0,Tb)

y1=zeros(1,length(y0)*Tb);%产生零序列

for i=1:length(y0)

y1(Tb*(i-1)+1)=y0(i);%插入零点

end

3)非匹配模式下的升余弦滚降滤波器

function[h]=unmatch_filter(N,Tc,a)

%hn 升余弦滚降滤波器的单位冲击响应% N:抽样点数

%Tc:表征升余弦滤波器的频率响应常数 % a:滚降系数

t=[-(N-1)/2:(N-1)/2];

for i=1:N;

if(abs(t(i))==0)

h(i)=1;

elseif((1-4*a*a*t(i)*t(i)/Tc/Tc)==0)

h(i)=sin(pi*t(i)/Tc)/t(i)*Tc/4;

else

h(i)=sin(pi*t(i)/Tc)*cos(a*pi*t(i)/Tc)/(pi*t(i)/Tc)/(1-4*a*a*t(i) *t(i)/Tc/Tc);

end;

end;

end

4) 匹配模式下的发送滤波器

function[hn]=match_filter(N,Tc,a)

n=-(N-1)/2:(N-1)/2;%时域取值-15至+15

k=n;f=k*1/N;%频率

Hf=zeros(1,N); %根升余弦匹配滤波器

for i=1:N %升余弦滤波器频域特性

if (abs(f(i))<=(1-a)/(2*Tc))

Hf(i)=Tc;

elseif(abs(f(i))<=(1+a)/(2*Tc))

Hf(i)=Tc/2*(1+cos(pi*Tc/a*(abs(f(i))-(1-a)/(2*Tc))));

else Hf(i)=0;

end

end

HF=sqrt(Hf);%根升余弦滚降滤波器

hn=1/N*HF*exp(j*2*pi/N*k'*n);%根升余弦滚降滤波器时域特性

end;

5)发送滤波器输出信号计算子函数

function [y]=convolation(y1,hn)%发送滤波器输出

y=conv(y1,hn);%输入信号与发送滤波器卷积输出

end

6)给定标准方差,高斯分布随机数生成子函数

function [y2]=gaosi(L,Tb,sgma)%高斯分布随机数生成函数

y2=sgma*randn(1,L*Tb);

end

7)给定信噪比,噪声标准方差计算子函数

function [n0]=guass(SNR,y,L)%生成高斯白噪声

Eb=0;%初始能量赋值

for i=1:length(y) %计算能量总和

Eb=Eb+abs(y(i))*abs(y(i));

end

Eb=Eb/L;%计算平均比特能量

N0=Eb/(10^(SNR/10));%计算单边功率谱密度

sgma=sqrt(N0/2);%标准差

n0=sgma*randn(1,length(y));%得到均值为0,方差为N0的高斯噪声

end

8)AWGN信道输出子函数

function [y3]=xindao(y,n0)

y3=y+n0;

end

9)接收滤波器输出信号生成子函数

function r=recipient_output(y3,hn)

r=conv(y3,hn);%接收滤波器输出信号r(n)=y3(n)*hn(n)

end

10) 抽样判决点信号生成子函数

function [sample,sample1]=samples(L,A,r)

sample=zeros(1,L);%判决后输出序列

sample1=zeros(1,L);%直接抽样序列

for i=1:L

sample1(i)=r(1+(i-1)*A);%取出n*Tb+1位置上的L个值

end

for i=1:L

if sample1(i)>0 %若抽样值为正,判为1

sample(i)=1;

else sample(i)=-1;%若抽样值为负,判为-1

end

end

end

11)画眼图子函数

function [y6]=yantu(Tb,L,r)

y6=0;

for i=1:(8*Tb):(Tb*L) %将信号分段

for j=1:(8*Tb)

y6(j)=r(i+j-1);%信号叠加

end;

x=1:8*Tb;xx=1:0.01:8*Tb;

eyes=spline(x,real(y6),xx);%曲线平滑

figure(2);

plot(xx,eyes);title('眼图'); xlabel ('xx'); ylabel ('eyes' ); hold on;

end

12) 误比特率计算子函数

function [Pe,j]=BER(y0,sample,L)

j=0;%误码个数 for i=1:L

if y0(i)~=sample(i) %与发送序列进行比较 j=j+1; end

Pe=j/L*100; end

(三)非匹配模式和匹配模式的无码间干扰的数字基带传输系统测试

给定要传输的二进制比特个数、比特速率b

R 、信噪比SNR 、滚降系数α,合理调用如上设计

的子函数,构建非匹配模式和匹配模式下的无码间干扰的数字基带传输系统。

非匹配滤波器不加噪声的主程序如下: L=240;%输入二进制比特个数

a=input('滚降系数a=');Tb=input('比特周期Tb=');%比特周期 Rb=1/Tb;N=31;Tc=4;%Rb 为比特传输速率,N 滤波器阶数 [y0]=source(L);%二进制信源序列 [y1]=send(y0,Tb);%发送信源序列

[h]=unmatch_filter(N,Tc,a);wd=(blackman(N))';hn=h.*wd;%发送滤波器的时域函数 %发送滤波器

[y]=convolation(y1,hn);%发送滤波器输出波形 y=y((N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb); %接收滤波器

r=y;%系统无噪声 figure(1)

plot(r);title('接收滤波器输出信号');xlabel ('t'); ylabel ('r' ); %抽样判决

[sample,sample1]=samples(L,Tb,r); %眼图

[y6]=yantu(Tb,L,r); %计算误码率

[Pe,j]=BER(y0,sample,L);

1) 非匹配滤波器无加性噪声系统

加性噪声不存在,传输240个二级制比特,比特速率Rb=1/Tc 、4/3*Tc 、1/2*Tc ,比特间隔为Tb=4T ,Tb=3T ,Tb=8T ,基带不采用匹配滤波器,画出输出信号波形及眼图,判断有无码间干扰,并计算误比特个数级误比特率。 A. Tb=4T a=1

无码间干扰,误比特率为Pe=0,误比特数j=0

100

200

300

400

500600

700

800

900

1000

-1

-0.8

-0.6-0.4-0.200.2

0.40.60.81接收滤波器输出信号

t

r

图5 比特周期为Tb=4T 时接收滤波器的输出信号波形

051015

20253035

-1.5

-1

-0.5

0.5

1

1.5

眼图

xx

e y e

s

图6 比特周期为Tb=4T 时接收滤波器输出信号的眼图

B. Tb=3T a=1

误比特率仍计算为Pe=0,但观察眼图可知会产生较大的码间干扰

010*******

400500600700800

-1.5

-1

-0.5

0.5

1

1.5

接收滤波器输出信号

t

r

图7 比特周期为Tb=3T 时接收滤波器的输出信号波形

0510

152025

-1.5

-1

-0.5

0.5

1

1.5

眼图

xx

e y e s

图8 比特周期为Tb=3T 时接收滤波器输出信号的眼图

C. Tb=8T a=1

无码间干扰,误比特率为Pe=0,误比特数j=0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

-1

-0.8

-0.6-0.4-0.200.2

0.40.60.81接收滤波器输出信号

t

r

图9 比特周期为Tb=8T 时,接收滤波器输出信号波形

0102030

40506070

-1.5

-1

-0.5

0.5

1

1.5

眼图

xx

e y e s

图10 比特周期为Tb=8T 时,接收滤波器输出信号眼图

2) 非匹配滤波器和匹配滤波器加加性噪声系统

传输 240 个二进制比特,比特速率Rb=1/Tc ,信噪比分别取 1dB 、10dB 时,基带系统分别为匹配滤波器形式和非匹配滤波器形式、滚降系数为 0.3,得到相应的恢复数字信息序列。调用matlab 的星座图函数画出接收抽样判决点信号的星座图。根据星座图的坐标取值,判断噪声对信号的影响程度和信号的传输质量。讨论信噪比、是否采用匹配滤波器对系统信息传输质量的影响。

非匹配滤波器加噪声的主程序如下:

L=240;%输入二进制比特个数 a=input('滚降系数a='); SNR=input('信噪比SNR=');

Tb=4;Rb=1/Tb;%比特传输速率N=31;%滤波器阶数Tc=4; [y0]=source(L); [y1]=send(y0,Tb);

[h]=unmatch_filter(N,Tc,a);wd=(blackman(N))';hn=h.*wd; %发送滤波器

[y]=convolation(y1,hn);%发送滤波器输出波形 y=y((N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb); %高斯噪声

[n0]=guass(SNR,y,L)

[y3]=xindao(y,n0)%加入噪声后信号 %接收滤波器

r=conv(y3,hn); %观察接收滤波器输出 r=r((N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb); %抽样判决

[sample,sample1]=samples(L,Tb,r) stem(sample,'.');

title('判决输出序列'); xlabel ('n'); ylabel ('sample' ); %星座图

scatterplot(r,Tb,0,'r*'); %计算误码率

[Pe,j]=BER(y0,sample,L)

A. 非匹配模式下 SNR=1dB a=0.3 误码率Pe=7.0833 ,误比特数j=17

50

100

150

200

250

-1-0.8-0.6-0.4-0.200.2

0.4

0.60.81判决输出序列

n

s a m p l e

-10-5

510

-10

-5

5

10

Q u a d r a t u r e

In-Phase

Scatter plot

图11 非匹配模式下,SNR=1dB 的恢复信号波形和接收滤波器输出信号星座图

B. 非匹配模式下 SNR=10dB a=0.3 误码率Pe=0,误比特数j=0

50

100

150

200

250

-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.4

0.60.81判决输出序列

n

s a m p l e

-5

5

-5

-4-3-2

-1012

345Q u a d r a t u r e

In-Phase

Scatter plot

图12 非匹配模式下,SNR=10dB 的恢复信号波形和接收滤波器输出信号星座图

分析结论:由上图可知可得,输出信噪比越大,噪声对信号的影响程度越小,传输质量越好。

匹配滤波器加噪声的主程序如下: L=240;%输入二进制比特个数 a=input('滚降系数a=');

SNR=input('信噪比SNR=')%输入性噪比 Tb=4;%比特周期

Rb=1/Tb;%比特传输速率 N=31;Tc=4;%滤波器阶数 [y0]=source(L); [y1]=send(y0,Tb);

[hn]=match_filter(N,Tc,a);

%发送滤波器

[y]=convolation(y1,hn);%发送滤波器输出波形 y=y((N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb); %高斯噪声

[n0]=guass(SNR,y,L)

[y3]=xindao(y,n0)%加入噪声后信号 %接收滤波器

r=conv(y3,hn); %观察接收滤波器输出 r=r((N+1)/2:(N+1)/2-1+L*Tb); %抽样判决

[sample,sample1]=samples(L,Tb,r) stem(sample,'.');

title('判决输出序列'); xlabel ('n'); ylabel ('sample' ); %星座图

scatterplot(r,Tb,0,'r*'); %计算误码率

[Pe,j]=BER(y0,sample,L)

C. 匹配模式下 SNR=1 a=0.3 误码率Pe=4.5833,误比特数j=11

50

100

150

200

250

-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.4

0.60.81判决输出序列

n

s a m p l e

-2

-1

1

2

-2.5

-2-1.5-1

-0.500.51

1.52

2.5Q u a d r a t u r e

In-Phase

Scatter plot

图13 匹配模式下,SNR=1dB 的恢复信号波形和接收滤波器输出信号星座图

D. 匹配模式下 SNR=10 a=0.3 误码率Pe=0,误比特数j=0

50

100

150

200

250

-1-0.8-0.6-0.4-0.200.2

0.4

0.60.81

判决输出序列

n

s a m p l e

-1.5

-1

-0.5

0.5

1

1.5

-1.5

-1

-0.5

0.5

1

1.5

Q u a d r a t u r e

In-Phase

Scatter plot

图14 匹配模式下,SNR=10dB 的恢复信号波形和接收滤波器输出信号星座图

分析结论:基带系统分别为匹配滤波器形式和非匹配滤波器形式时,对接收滤波器输出信号进行抽样时,抽样时刻不相同,通过匹配滤波器和非匹配滤波器时的时延不同,所以抽样时刻也不同。通过比较不同信噪比,是否采用匹配滤波器对系统传输质量是有影响的,提高信噪比,采用匹配滤波器能够有效的提高系统的传输质量。

四、实验心得

1) 开始设计滤波器时,没有编写滤波器子函数,直接编写了滤波器程序,后来在利用滤波

器时就出现了很多问题,使用起来很不方便,使用时需要重复编写,而且改变参数较麻烦,编写滤波器子函数后,直接调用子函数,主程序就变得更加清晰易懂了,同时也有利于后面的分析。 2) 在用窗函数法设计非匹配滤波器时,由于没有把抽样后时域表达式中的分母的过零点考

虑完全,导致在傅里叶变换后,数字域序列没有显示,将这些特殊点单独赋值,更改后数字域序列能够正确显示。 3) 编写眼图子函数时,开始没有明白设计原理,设计花了很长一段时间,后来请教了一下

其他同学,明白了设计原理和实现方法后,眼图子函数就很容易实现了。(眼图原理:在去掉因滤波器造成的延时的前提下,每隔一定数量的码元周期截取一段,用hold on 将各段在同一图表中显示出来,合成后的图表就是需要的眼图。) 4) 设计整个基带传输系统时,调用所有需要的子函数时,为方便调试,可以将几个重要的

输出信号画出,根据画出的图形来判断输出的正确与否,对整个系统的传输也会有直观清晰的了解。 5) 理清系统各个组成模块的作用,根据各个部分输出的信号判断设计的正确性。通过整个

系统的设计,我们对基带传输系统的传输原理有了更清楚的认识。

实验一数字基带信号

20090401310074 实验一数字基带信号 一、实验目的 1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。 2、掌握AMI、HDB3码的编码规则。 3、掌握从HDB3码信号中提取位同步信号的方法。 4、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。 5、了解HDB3(AMI)编译码集成电路CD22103。 二、实验内容 1、用示波器观察单极性非归零码(NRZ)、传号交替反转码(AMI)、三阶高密度双极性码(HDB3)、整流后的AMI 码及整流后的HDB3 码。 2、用示波器观察从HDB3 码中和从AMI 码中提取位同步信号的电路中有关波形。 3、用示波器观察HDB3、AMI 译码输出波形。 三、基本原理 本实验使用数字信源模块和HDB3 编译码模块。 1、数字信源 本模块是整个实验系统的发终端,模块内部只使用+5V 电压,其原理方框图如图1-1 所示,电原理图见附录一。本单元产生NRZ 信号,信号码速率约为170.5KB,帧结构如图1-2 所示。帧长为24 位,其中首位无定义,第2 位到第8 位是帧同步码(7 位巴克码1110010),另外16 位为2 路数据信号,每路8位。此NRZ 信号为集中插入帧同步码时分复用信号,实验电路中数据码用红色发光二极管指示,帧同步码及无定义位用绿色发光二极管指示。发光二极管亮状态表示1 码,熄状态表示0 码。 图 1-1 数字信源方框图 图 2-2 帧结构

本模块有以下测试点及输入输出点: ?CLK 晶振信号测试点 ?BS-OUT 信源位同步信号输出点/测试点(2个) ?FS 信源帧同步信号输出点/测试点 ?NRZ-OUT(AK) NRZ信号(绝对码)输出点/测试点(4个)图1-1中各单元与电路板上元器件对应关系如下: ?晶振 CRY 晶体;U1:反相器7404 ?分频器 U2 计数器74161;U3:计数器74193;U4:计数器40160 并行码产生器 K1、K2、K3:8位手动开关,从左到右依次 与帧同步码、数据1、数据2相对应;发光二极管:左起分 别与一帧中的24位代码相对应 ?八选一 U5、U6、U7:8位数据选择器4512 ?三选一 U8:8位数据选择器4512 ?倒相器 U20:非门74HC04 ?抽样 U9:D触发器74HC74 下面对分频器,八选一及三选一等单元作进一步说明。 (1)分频器 4161进行13分频,输出信号频率为341kHz。74161是一个4位二进制加计数器,预置在3状态。 74193完成÷2、÷4、÷8、÷16运算,输出BS、S1、S2、S3等4个信号。BS 为位同步信号,频率为170.5kHz。S1、S2、S3为3个选通信号,频率分别为BS信号频率的1/2、1/4和1/8。74193是一个4位二进制加/减计数器,当CPD= PL =1、MR=0时,可在Q0、Q1、Q2及Q3端分别输出上述4个信号。 40160是一个二一十进制加计数器,预置在7状态,完成÷3运算,在Q0和Q1端分别输出选通信号S4、S5,这两个信号的频率相等、等于S3信号频率的1/3。 分频器输出的S1、S2、S3、S4、S5等5个信号的波形如图1-4(a)和1-4(b)所示。 图 1-4 分频器输出信号波形 (2)八选一 采用8路数据选择器4512,它内含了8路传输数据开关、地址译码器和三态驱动器,其真值表如表1-1所示。U5、U6和U7的地址信号输入端A、B、C并连在一起并分别接S1、S2、S3信号,它们的8个数据信号输入端x0 ~ x7分别K1、K2、K3输出的8个并行信号连接。由表1-1可以分析出U5、U6、U7输出信号都是码速率为

通信原理实验--数字基带传输仿真实验

数字基带传输实验 实验报告

一、实验目的 1、提高独立学习的能力; 2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力; 3、学习Matlab 的使用; 4、掌握基带数字传输系统的仿真方法; 5、熟悉基带传输系统的基本结构; 6、掌握带限信道的仿真以及性能分析; 7、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、系统框图及编程原理 1.带限信道的基带系统模型(连续域分析) ?输入符号序列―― ?发送信号―― ――比特周期,二进制码元周期 ?发送滤波器―― 或或 ?发送滤波器输出――

?信道输出信号或接收滤波器输入信号 (信道特性为1) ?接收滤波器―― 或或 ?接收滤波器的输出信号 其中 (画出眼图) ?如果位同步理想,则抽样时刻为 ?抽样点数值为(画出星座图) ?判决为 2.升余弦滚降滤波器 式中称为滚降系数,取值为, 是常数。时,带宽为Hz;时,带宽为Hz。此频率特性在内可以叠加成一条直线,故系统无码间干扰传输的最小符号间隔为s,或无码间干扰传输的最大符号速率为Baud。

相应的时域波形为 此信号满足 在理想信道中,,上述信号波形在抽样时刻上无码间干扰。 如果传输码元速率满足,则通过此基带系统后无码间干扰。 3.最佳基带系统 将发送滤波器和接收滤波器联合设计为无码间干扰的基带系统,而且具有最佳的抗加性高斯白噪声的性能。 要求接收滤波器的频率特性与发送信号频谱共轭匹配。由于最佳基带系统的总特性是确定的,故最佳基带系统的设计归结为发送滤波器和接收滤波器特性的选择。 设信道特性理想,则有

(延时为0) 有 可选择滤波器长度使其具有线性相位。 如果基带系统为升余弦特性,则发送和接收滤波器为平方根升余弦特性。 由模拟滤波器设计数字滤波器的时域冲激响应 升余弦滤波器(或平方根升余弦滤波器)的带宽为,故其时域抽样速率至少为,取,其中为时域抽样间隔,归一化为1。 抽样后,系统的频率特性是以为周期的,折叠频率为。故在一个周期内 以间隔抽样,N为抽样个数。频率抽样为,。 相应的离散系统的冲激响应为 将上述信号移位,可得因果系统的冲激响应。 5.基带传输系统(离散域分析) ?输入符号序列―― ?发送信号―― ――比特周期,二进制码元周期 ?发送滤波器――

数字基带传输系统仿真实验

数字基带传输系统仿真实验 一、系统框图 一个数字通信系统的模型可由下图表示: 信源信道数字信源编码器调制器编码器 数字信源噪声信道 信道数字信源信宿译码器解调器译码器 数字信宿编码信道 数字通信系统模型 从消息传输角度看,该系统包括两个重要的变换,即消息与数字基带信号之间的变换;数字基带信号与信道传输信号之间的变换。 在数字通信中,有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。称为基带传输系统。与之对应,把包括了载波调制和解调过程的传输系统称为频带传输系统。无论是基带传输还是频带传输,基带信号处理是必须的组成部分。因此掌握数字基带传输的基本理论十分重要,它在数字通信系统中具有普遍意义。 二、编程原理 1. 带限信道的基带系统模型(连续域分析) X(t) y(t) {}a, 输入符号序列―― l L,1

dtatlT()(),,,T, 发送信号―― ――比特周期,二进制,lbbl,0 码元周期 ,jft2,, 发送滤波器―― G(),或Gf()或gtGfedf()(), TT,TT,, , 发送滤波器输出―― L,1 xtdtgtatlTgt()()*()()*(),,,,,TlbTl,0 L,1 =()agtlT,,lTsl,0 , 信道输出信号或接收滤波器输入信号 (信道特性为1) ytxtnt()()(),, ,jft2,G(),Gf()gtGfedf()(),, 接收滤波器―― 或或 RR,RR,, , 接收滤波器的输出信号 rtytgtdtgtgtntgt()()*()()*()*()()*(),,,RTRR ,1L ()(),,,agtlTnt,lbR,0l ,jft2,gtGfCfGfedf()()()(), 其中 ,TR,, (画出眼图) lTlL,,, 01, 如果位同步理想,则抽样时刻为 b rlTlL() 01,,,, 抽样点数值为 (画出星座图) b ,{}a, 判决为 l 2. 升余弦滚降滤波器 (1),,,Tf,||,s,T2s, ,TT1(1)(1),,,,,,,,,ss Hfff()1cos(||),||,,,,,,,,TTT2222,,,ss,

数字基带信号实验

数字基带信号实验 一、实验目的: 学会利用MATLAB软件对数字基带信号的仿真。通过实验提高学生实际动手 能力和编程能力,为日后从事通信工作奠定良好的基础。 二、实验内容:利用MATLAB软件编写数字基带信号程序,进一步加强对数字基 带信号的理解。 (1)单极性不归零数字基带信号 (2)双极性不归零数字基带信号 (3)单极性归零数字基带信号 (4)双极性归零数字基带信号 三、程序 (1) 单极性不归零数字基带信号程序 function y=zhou(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if(x(i)==1) for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; M=max(y); m=min(y); subplot(1,1,1) plot(t,y);grid on; axis([0,i,m-0.1,M+0.1]); title('1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1'); (2) 双极性不归零数字基带信号 function y=zhou(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if(x(i)==1) for j=1:t0

y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=-1; end end end y=[y,x(i)]; M=max(y); m=min(y); subplot(1,1,1) plot(t,y);grid on; axis([0,i,m-0.1,M+0.1]); title('1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1'); (3)单极性归零数字基带信号 function y=zhou(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if(x(i)==1) for j=1:t0/2 y((2*i-2)*t0/2+j)=1; y((2*i-1)*t0/2+j)=0; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; M=max(y); m=min(y); subplot(1,1,1) plot(t,y);grid on; axis([0,i,m-0.1,M+0.1]); title('1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1') (4)双极性归零数字基带信号 function y=zhou(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x);

通信原理 数字基带传输实验报告

基带传输系统实验报告 一、 实验目的 1、 提高独立学习的能力; 2、 培养发现问题、解决问题和分析问题的能力; 3、 学习matlab 的使用; 4、 掌握基带数字传输系统的仿真方法; 5、 熟悉基带传输系统的基本结构; 6、 掌握带限信道的仿真以及性能分析; 7、 通过观察眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、 实验原理 在数字通信中,有些场合可以不经载波调制和解调过程而直接传输基带信号,这种直接传输基带信号的系统称为基带传输系统。 基带传输系统方框图如下: 基带脉冲输入 噪声 基带传输系统模型如下: 信道信号 形成器 信道 接收 滤波器 抽样 判决器 同步 提取 基带脉冲

各方框的功能如下: (1)信道信号形成器(发送滤波器):产生适合于信道传输的基带信号波形。因为其输入一般是经过码型编码器产生的传输码,相应的基本波形通常是矩形脉 冲,其频谱很宽,不利于传输。发送滤波器用于压缩输入信号频带,把传输 码变换成适宜于信道传输的基带信号波形。 (2)信道:是基带信号传输的媒介,通常为有限信道,如双绞线、同轴电缆等。信道的传输特性一般不满足无失真传输条件,因此会引起传输波形的失真。另 外信道还会引入噪声n(t),一般认为它是均值为零的高斯白噪声。 (3)接收滤波器:接受信号,尽可能滤除信道噪声和其他干扰,对信道特性进行均衡,使输出的基带波形有利于抽样判决。 (4)抽样判决器:在传输特性不理想及噪声背景下,在规定时刻(由位定时脉冲控制)对接收滤波器的输出波形进行抽样判决,以恢复或再生基带信号。 (5)定时脉冲和同步提取:用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接收信号中提取。 三、实验内容 1采用窗函数法和频率抽样法设计线性相位的升余弦滚讲的基带系统(不调用滤波器设计函数,自己编写程序) 设滤波器长度为N=31,时域抽样频率错误!未找到引用源。o为4 /Ts,滚降系数分别取为0.1、0.5、1, (1)如果采用非匹配滤波器形式设计升余弦滚降的基带系统,计算并画出此发送滤波器的时域波形和频率特性,计算第一零点带宽和第一旁瓣衰减。 (2)如果采用匹配滤波器形式设计升余弦滚降的基带系统,计算并画出此发送滤波器的时域波形和频率特性,计算第一零点带宽和第一旁瓣衰减。 (1)非匹配滤波器 窗函数法: 子函数程序: function[Hf,hn,Hw,w]=umfw(N,Ts,a)

通信原理第四章(数字基带传输系统)习题及其答案

第四章(数字基带传输系统)习题及其答案 【题4-1】设二进制符号序列为110010001110,试以矩形脉冲为例,分别画出相应的单极性码型,双极性码波形,单极性归零码波形,双极性归零码波形,二进制差分码波形。 【答案4-1】 【题4-2】设随机二机制序列中的0和1分别由()g t 和()g t -组成,其出现概率分别为p 和(1)p -: 1)求其功率谱密度及功率; 2)若()g t 为图(a )所示的波形,s T 为码元宽度,问该序列存在离散分量 1 s f T =否? 3)若()g t 改为图(b )所示的波形,问该序列存在离散分量 1 s f T =否?

【答案4-2】 1)随机二进制序列的双边功率谱密度为 2 2 1212()(1)()()[()(1)()]() s s s s s s m P f P P G f G f f PG mf P G mf f mf ωδ∞ -∞=--++--∑ 由于 12()()()g t g t g t =-= 可得: 2 2 22 ()4(1)()(12) ()() s s s s s m P f P P G f f P G mf f mf ωδ∞ =-∞ =-+--∑ 式中:()G f 是()g t 的频谱函数。在功率谱密度()s P ω中,第一部分是其连续谱成分,第二部分是其离散谱成分。 随机二进制序列的功率为 2 2 2 2 2 2 22 1()2 [4(1)()(12)()()] 4(1)()(12)() () 4(1)()(12)() s s s s s m s s s s m s s s m S P d f P P G f f P G mf f mf df f P P G f df f P G mf f mf df f P P G f df f P G mf ωω π δδ∞ ∞ ∞ ∞∞ =-∞ ∞ ∞ ∞ ∞∞ =-∞∞ ∞ ∞ =-∞ = =-+ --=-+ --=-+-? ∑ ?∑ ?? ∑ ?----- 2)当基带脉冲波形()g t 为 1 (){2 0 else s T t g t t ≤= ()g t 的付式变换()G f 为

实验九 数字基带通信系统实验

姓名:班级学号:47 实验九数字基带通信系统实验 一、实验目的 1.掌握时分复用数字基带通信系统的基本原理及数字信号传输过程 2.掌握位同步信号抖动、帧同步信号错位对数字信号传输的影响 3.掌握位同步信号、帧同步信号在数字分接中的作用 二、实验内容 1.用数字信源、数字终端、位同步及帧同步连成一个理想信道时分复用数字基带通 信系统,使系统正常工作。 2.观察位同步信号抖动对数字信号传输的影响。 3.观察帧同步信号错位对数字信号传输的影响。 4.用示波器观察分接后的数据信号、用于数据分接的帧同步信号、位同步信号。 三、基本原理 本实验使用数字信源模块(EL-TS-M6)和数字终端、位同步及帧同步模块(EL-TS-M7)。 1. 数字终端模块工作原理: 原理框图如图7-1所示。它输入单极性非归零信号、位同步信号和帧同步信号,把两路数据信号从时分复用信号中分离出来,输出两路串行数据信号和两个8位的并行数据信号。两个并行信号驱动16个发光二极管,左边8个发光二极管显示第一路数据,右边8个发光二极管显示第二路数据,二极管亮状态表示“1”,熄灭状态表示“0”。两个串行数据信号码速率为数字源输出信号码速率的1/3。 在数字终端模块中,有以下测试点及输入输出点: ? FS-IN 帧同步信号输入点 ? S-IN 时分复用基带信号输入点 ? BS-IN 位同步信号输入点 ? SD 抽样判决后的时分复用信号测试点 ? BD 延迟后的位同步信号测试点 ? FD 整形后的帧同步信号测试点 ? D1 分接后的第一路数字信号测试点 ? B1 第一路位同步信号测试点 ? F1 第一路帧同步信号测试点

数字基带信号

单极性不归零 function y=snrz(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if x(i)==1 for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; plot(t,y); title('1 0 1 1 0 0 1 0'); grid on; axis([0,i,-0.1,1.1]); 单极性归零 function y=srz(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if x(i)==1 for j=1:t0/2 y((2*i-2)*to/2+j)=1; y((2*i-1)*t0/2+j)=0; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; plot(t,y); grid on; axis([0,i,-0.1,1.1]);

x=[10101010] srz(x) 蒙特卡罗 EbN0dB=0:0.5:10; N0=10.^(-EbN0dB/10); sigma=sqrt(N0/2); %理论计算误码率 pb=0.5*erfc(sqrt(1./N0)); %仿真误码率 for n=1:length(EbN0dB) %产生等概率信源 a=sign(randn(1,100000)); %离散等效接收模型 rk=a+sigma(n)*randn(1,100000); dec_a=sign(rk);%判决 %计算误码率 ber(n)=sum(abs(a-dec_a)/2)/length(a); end semilogy(EbN0dB,pb); hold; semilogy(EbN0dB,ber,'rd-'); legend('理论值','仿真结果'); xlabel('Eb/N0(dB)'); ylabel('pb'); 双极性不归零 function y=shuangsnrz(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if x(i)==1 for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=-1; end end end y=[y,x(i)];

通信原理------数字基带传输实验报告

基带传输系统实验报告 一、实验目的 1、提高独立学习的能力; 2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力; 3、学习matlab的使用; 4、掌握基带数字传输系统的仿真方法; 5、熟悉基带传输系统的基本结构; 6、掌握带限信道的仿真以及性能分析; 7、通过观察眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、实验原理 在数字通信中,有些场合可以不经载波调制和解调过程而直接传输基带信号,这种直接传输基带信号的系统称为基带传输系统。 基带传输系统方框图如下: 基带传输系统模型如下:

各方框的功能如下: (1)信道信号形成器(发送滤波器):产生适合于信道传输的基带信号波形。因为其输入一般是经过码型编码器产生的传输码,相应的基本波形通常是矩形脉 冲,其频谱很宽,不利于传输。发送滤波器用于压缩输入信号频带,把传输 码变换成适宜于信道传输的基带信号波形。 (2)信道:是基带信号传输的媒介,通常为有限信道,如双绞线、同轴电缆等。信道的传输特性一般不满足无失真传输条件,因此会引起传输波形的失真。另 外信道还会引入噪声n(t),一般认为它是均值为零的高斯白噪声。 (3)接收滤波器:接受信号,尽可能滤除信道噪声和其他干扰,对信道特性进行均衡,使输出的基带波形有利于抽样判决。 (4)抽样判决器:在传输特性不理想及噪声背景下,在规定时刻(由位定时脉冲控制)对接收滤波器的输出波形进行抽样判决,以恢复或再生基带信号。 (5)定时脉冲和同步提取:用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接收信号中提取。 三、实验内容 1采用窗函数法和频率抽样法设计线性相位的升余弦滚讲的基带系统(不调用滤波器设计函数,自己编写程序) 设滤波器长度为N=31,时域抽样频率Fo为 4 /Ts,滚降系数分别取为、、1,

通信原理课程设计 基于MATLAB的数字基带传输系统的研究和分析讲解

塔里木大学信息工程学院通信原理课程设计 2016届课程设计 《基于MATLAB的数字基带传输系统的研究与分 析》 课程设计说明书 学生姓名 学号 所属学院信息工程学院 专业通信工程 班级通信16-1 指导教师蒋霎

塔里木大学教务处制 摘要 本论文主要研究了数字信号的基带传输的基本概念及数字信号基带传输的传输过程和如何用MATLAB软件仿真设计数字基带传输系统。本文首先介绍了本课题的理论依据,包括数字通信,数字基带传输系统的组成及数字基带信号的传输过程。接着介绍了数字基带传输系统的特性包括数字PAM信号功率普密度及常用线路码型,并通过比较最终选择双极性不归零码。然后介绍了MATLAB仿真软件。之后介绍了数字基带信号的最佳接收的条件以及如何通过示波器观察基带信号的波形。最后按照仿真过程基本步骤用MATLAB的仿真工具实现了数字基带传输系统的仿真过程,对系统进行了分析。 关键字:数字基带传输系统MATLAB 计算机仿真;

目录 1.前言 0 2.正文 0 2.1数字基带传输系统 0 2.2 数字基带信号 (1) 2.2.1基本的基带信号波形 (1) 2.2.2基带传输的常用码型 (2) 2.3实验原理 (5) 2.3.1数字通信系统模型 (5) 2.3.2数字基带传输系统模型 (5) 3.1MATLAB软件简介 (6) 3.1.1软件介绍 (6) 3.1.2 Matlab语言的特点 (7) 4.1实验内容 (7) 4.1.1理想低通特性 (8) 4.1.2余弦滚降特性 (8) 4.1.3 Matlab设计流程图 (9) 4.1.4余弦滚降系基于matlab的程序及仿真结果 (9) 致谢 (12) 参考文献 (13) 附录 (14)

基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真-课程设计报告书

通信工程专业《通信仿真综合实践》研究报告 基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真设计 学生:*** 学生学号:20***** 指导教师:** 所在学院:信息技术学院 专业班级:通信工程 中国 2016 年 5月

信息技术学院 课程设计任务书 信息技术院通信工程专业 20** 级,学号 201***** **** 一、课程设计课题: 基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真设计 二、课程设计工作日自 2016 年 5 月 12 日至 2016 年 5 月 24 日 三、课程设计进行地点:图书馆 四、程设计任务要求: 1.课题来源: 指导教师指定题目 2.目的意义:. 1)综合应用《掌握和精通MATLAB》、《通信原理》等多门课程知识,使学生建立通信系统的整体概念 2)培养学生系统设计与系统开发的思想 3)培养学生独立动手完成课程设计项目的能力 3.基本要求: 1) 数字基带信号直接送往信道: 2)传输信道中的噪声可以看作加性高斯白噪声 3)可用滤波法提取定是信号 4)对传输系统要有清楚的理论分析 5)把整个系统中的各个子系统自行构造,并对其性能进行测试 6)最终给出信号的仿真结果(信号输出图形) 课程设计评审表

基于MATLAB 的数字基带传输系统的仿真 概述 :本课程设计主要研究了数字信号的基带传输的基本概念及数字信号基带传输的传输过程和如何用MATLAB 软件仿真设计数字基带传输系统。首先介绍了本课题的理论依据及相关的基础知识,包括数字基带信号的概念,数字基带传输系统的组成及各子系统的作用,及数字基带信号的传输过程。最后按照仿真过程基本步骤用MATLAB 的仿真工具实现了数字基带传输系统的仿真过程,对系统进行了分析。 第一部分 原理介绍 一、数字基带传输系统 1)数字基带传输系统的介绍 未经调制的数字信号所占的频谱是从零频或很低频率开始,称为数字基带信号。在某些具有低通特性的有线信道中,特别是在传输距离不太远的情况下,基带信号可以不经载波调制而直接传输。这种不经载波调制直接传输数字基带信号的系统,称为数字基带传输系统。 数字基带系统的基本结构可以由图1 的模型表示.其中包括发送滤波器、传输信道、接收滤波器、抽样判决等效为传输函数为H (w) 基带形成网络,对于无码间干扰的基带传输系统来说, H (w) 应满足奈奎斯特第一准则, 在实验中一般取H (w) 为升余弦滚降特性.在最佳系统下, 取C(w) = 1,GT (w) 和GR(w) 均为升余弦平方根特性.传输信道中的噪声可看作加性高斯白噪声, 用产生高斯随机信号的噪声源表示. 位定时提取电路,在定时精度要求不高的场合, 可以用滤波法提取定时信号,滤波法提取位定时的原理可用图2表示。 图1 基带传输系统模型 设发送滤波器的传输特性 , 则 ω ωπ d e H t g jwt R ? ∞ ∞ -= )(21 )()(ωT G

数字基带系统实验一总结报告

实验一基带传输系统实验 目录: 一、实验目的 (2) 二、实验原理 (2) 三、实验内容 (3) (一)因果数字升余弦滚降滤波器设计 (3) 1) 窗函数法设计非匹配形式的基带系统的发送滤波器 (3) 2) 频率抽样法设计匹配形式的基带系统的发送滤波器 (5) 3) 非匹配形式下窗函数设计法和匹配模式下频率抽样法设计的滤波器第一零点带 宽和第一旁瓣衰减 (7) (二)根据离散域基带系统模型,设计无码间干扰的二进制数字基带传输系统 (7) (三)非匹配模式和匹配模式的无码间干扰的数字基带传输系统测试 (10) 1) 非匹配滤波器无加性噪声系统 (10) 2) 非匹配滤波器和匹配滤波器加加性噪声系统 (12) 四、实验心得 (15) 指导老师:马丕明 班级:通信一班 姓名:石恬静201100120172 蒋金201100120222

一、实验目的 1、 提高独立学习的能力; 2、 培养发现问题、解决问题和分析问题的能力; 3、 学习matlab 的使用; 4、 掌握基带数字传输系统的仿真方法; 5、 熟悉基带传输系统的基本结构; 6、 掌握带限信道的仿真以及性能分析; 7、 通过观察眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、实验原理 数字通信系统的模型如下图所示: 在数字通信中,有些场合可以不经载波调制和解调过程而直接传输基带信号,这种直接传输基带信号的系统称为基带传输系统。 带限信道的数字基带传输系统的传输模型为: 发送滤波器 传输信道 接收滤波器 输入符号序列 {a }l ,其取值为1或-1;每隔一个比特周期Tb 发送一个脉冲信号得到 发送信号()d t ;在匹配形式下,发送滤器和接收滤波器都是平方根升余弦滚降滤波器,在

通信原理实验一 数字基带传输

通信原理实验一 数字基带传输 一、实验目的 1、提高独立学习的能力; 2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力; 3、学习Matlab 的使用; 4、掌握基带数字传输系统的仿真方法; 5、熟悉基带传输系统的基本结构; 6、掌握带限信道的仿真以及性能分析; 7、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、实验原理 1.匹配滤波器和非匹配滤波器: 升余弦滚降滤波器频域特性:

将频域转化为时域 2. 最佳基带系统 将发送滤波器和接收滤波器联合设计为无码间干扰的基带系统,而且具有最佳的抗加性高斯白噪声的性能。 要求接收滤波器的频率特性与发送信号频谱共轭匹配。由于最佳基带系统的总特性是确定的,故最佳基带系统的设计归结为发送滤波器和接收滤波器特性的选择。 设信道特性理想,则有 (延时为0) 有 可选择滤波器长度使其具有线性相位。 如果基带系统为升余弦特性,则发送和接收滤波器为平方根升余弦特性。 3.基带传输系统(离散域分析) ?输入符号序列―― ?发送信号―― ――比特周期,二进制码元周期 ?发送滤波器―― 或 ?发送滤波器输出――

?信道输出信号或接收滤波器输入信号 (信道特性为1) ?接收滤波器―― 或 ?接收滤波器的输出信号 (画出眼图) ?如果位同步理想,则抽样时刻为 ?抽样点数值为(画出星座图) ?判决为 其中若为最佳基带传输系统,则发送滤波器和接收滤波器都为根升余弦滤波器,当采用非匹配滤波器时,发送滤波器由升余弦滤波器基带特性实现,接收滤波器为直通。 三、实验内容 1.通过匹配滤波和非匹配滤波方式,得到不同的滚降系数下发送滤波器的时域波形和频率特性。 实验程序: (1)非匹配情况下: 升余弦滚降滤波器的模块函数(频域到时域的转换) function [Hf,ht]=f_unmatch(alpha,Ts,N,F0) k=[-(N-1)/2:(N-1)/2]; f=F0/N*k; for i=1:N; if (abs(f(i))<=(1-alpha)/(2*Ts)) Hf(i)=Ts; elseif(abs(f(i))<=(1+alpha)/(2*Ts)) Hf(i)=Ts/2*(1+cos(pi*Ts/alpha*(abs(f(i))-(1-alpha)/(2*Ts)))); else Hf(i)=0; end; end; 主函数 alpha=input('alpha=');%输入不同的滚降系数值 N=31;%序列长度 Ts=4; F0=1;%抽样频率

实验二(数字基带传输技术仿真实验)

实验二数字基带传输技术仿真实验 实验要求: 1、学生按照实验指导报告独立完成相关实验的内容; 2、上机实验后撰写实验报告,记录下自己的实验过程,记录实验心得。 3、以电子形式在规定日期提交实验报告。 实验指导 1、单极性不归零码 单极性不归零码是一种最简单最常用的基带信号形式。这种信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码0和1,即,在一个码元时间内用脉冲的有或者无来对应表示0或者1码。其特点是极性简单,有直流分量,脉冲之间无间隔。 生成单极性不归零码的MATLAB实现程序如下: function y=snrz(x) %本函数实现将输入的一段二进制代码编为相应的单极性不归零码输出 %输入x为二进制码,输出y为编号的码 t0=200; t=0:1/t0:length(x); %给出相应的时间序列 for i=1:length(x) %计算码元的值 if x(i)==1 %如果输入信息为1 for j=1:t0 %该码元对应的点值取1 y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 %如果输入信息为0,码元对应的点值取0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; plot(t,y);

%采用title 命令来实现标记出各码元对应的二元信息 title('1 0 1 1 0 0 1 0'); grid on; axis([0,i,-0.1,1.1]); 在命令窗口中输入x的二进制代码和函数名,就可以得到所对应的单极性不归零码输出,如输入以下指令,将出现图1所示结果。 x=[1 0 1 1 0 0 1 0]; snrz(x) 图1 单极性不归零码 2、双极性不归零码 在双极性不归零码中,脉冲的正负对应着二进制代码的1和0,由于它是幅度相等极性相反的双极性波形,故当0、1符号等可能出现时无直流分量。这样,恢复信号的判决电平为0,因而不受信道特性变化的影响,抗干扰能力较强,故双极性码较单极性码更有利于在信道中传输。 双极性不归零码的MATLAB实现程序如下: function y=dnrz(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if x(i)==1

实验七:时分复用数字基带通信系统

实验七:时分复用数字基带通信系统 一、实验目的 1.掌握时分复用数字基带通信系统的基本原理及数字信号传输过程。 2.掌握位同步信号抖动、帧同步信号错位对数字信号传输的影响。 3.掌握位同步信号、帧同步信号在数字分接中的作用。 二、实验内容 1.用数字信源模块、数字终端模块、位同步模块及帧同步模块连成一个理想信道时分复用数字基带通信系统,使系统正常工作。 2.观察位同步信号抖动对数字信号传输的影响。 3.观察帧同步信号错位对数字信号传输的影响。 4.用示波器观察分接后的数据信号、用于数据分接的帧同步信号、位同步信号。 三、基本原理 本实验要使用数字终端模块。 1. 数字终端模块工作原理: 原理框图如图7-1所示,电原理图如图7-2所示(见附录)。它输入单极性非归零信号、位同步信号和帧同步信号,把两路数据信号从时分复用信号中分离出来,输出两路串行数据信号和两个8位的并行数据信号。两个并行信号驱动16个发光二极管,左边8个发光二极管显示第一路数据,右边8个发光二极管显示第二路数据,二极管亮状态表示“1”,熄灭状态表示“0”。两个串行数据信号码速率为数字源输出信号码速率的1/3。 在数字终端模块中,有以下测试点及输入输出点: ? S-IN 时分复用基带信号输入点 ? SD 抽样判后的时分复用信号测试点 ? BD 延迟后的位同步信号测试点 ? FD 整形后的帧同步信号测试点 ? D1 分接后的第一路数字信号测试点 ? B1 第一路位同步信号测试点

? F1 第一路帧同步信号测试点 ? D2 分接后的第二路数字信号测试点 ? B2 第二路位同步信号测试点 ? F2 第二路帧同步信号测试点 延迟1延迟2 整形延迟3FS-IN BS-IN S-IN FD FD -7 FD -15 FD -8 FD -16 BD 显示 串/并变换 串/并变换 F2÷3 并/串变换并/串变换 D 2 B1 F1 D 1 SD-D BD 显示 B2 图7-1 数字终端原理方框图 图7-1中各单元与电路板上元器件对的应关系如下: ? 延迟1 U63:单稳态多谐振荡器4528 ? 延迟2 U62:A :D 触发器4013 ? 整形 U64:A :单稳态多谐振荡器4528;U62:B :D 触发器4013 ? 延迟3 U67、U68、U69:移位寄存器40174 ? ÷3 U72:内藏译码器的二进制寄存器4017 ? 串/并变换 U65、U70:八级移位寄存器4094 ? 并/串变换 U66、U71:八级移位寄存器4014(或4021) ? 显示 三极管9013;发光二极管 延迟1、延迟2、延迟3、整形及÷3等5个单元可使串/并变换器和并/串变换器的输入信号SD 、位同步信号及帧同步信号满足正确的相位关系,如图7-3所示。 移位寄存器40174把FD 延迟7、8、15、16个码元周期,得到FD-7、FD-15、FD-8(即F1)和FD-16(即F2)等4个帧同步信号。在FD-7及B D 的作用下,

数字基带信号及常用的编码

数字基带信号 1.1 基带信号的基本概念 数字基带信号可以来字计算机、电传机等终端数据的各种数字代码,也可以来自模拟信号经数字化处理后的脉冲编码(PCM)信号等,是未经载波信号调制而直接传输的信号,所占据的频谱从零频或很低频开始。 1.2 几种数字基带信号的基本波形 1.2.1 单极性波形 这是一种最简单的基带信号波形,用正电平和零电平分别表示对应二进制“1”和“0”,极性单一,易于用TTL 和CMOS 电路产生。缺点是有直流分量,要求传输线路具有直流传输能力,因而不适用有交流耦合的远距离传输,只适用于计算机内部或者极进距离的传输,信号波形图如图1-1所示。 1 011 100+E 图1-1 单极性波 1.2.2 双极性波形 这种波形用正、负电平的脉冲分别表示二进制代码“1”和“0”,其正负电平 的幅度相等、极性相反,当“1”和“0”等概率出现时无直流分量,有利于在信道中传输,并且在接受端恢复信号的判决电平为零,因而不熟信道特性的变化的影响,扛干扰能力也叫强,信号波形图如图1-2所示。 1 011 100+E -E 图1-2 双极性波 1.2.3 单极性归零波形 这种波形是指它的有电脉冲宽度τ小于码元Ts ,即信号电压在一个码元终止 时刻前总要回到零电平,通常归零波使用半占空码,即占空比(τ/Ts )为50%,从单极性波可以直接提取定时信息,是其他码型提取位同步信息时常采用的一种过渡波形。 1 011 100+E +E

图1-3 单极性归零波 1.2.4 双极性归零波形 这种波形兼有双极性和归零波形的特点,由于其相邻脉冲之间存在零电位的间隔,是的接受端很容易识别出每个码元的起止时间,从而使收发双方能保持位的同步。波形如图1-4所示。 1 011 100+E -E +E -E 图1-4 双极性归零波 1.2.5 差分波形 这种波形是用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码,而与码元本身的点位或极性无关,电平跳变表示“1”,电平的不变表示“0”,当然这种规定也可以反过来,也称为相对码波形,而相应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码波形,这种波形传输代码可以消除设备初始状态的影响。波形如图1-5所示。 1 011 100+E -E +E -E 图1-5 差分波形 1.2.6 多电平波形 上述波形的电平取值只有两种,即一个二进制码对应一个脉冲,为了提高频带利用率,可以采用多电平波形或多值波形。其编码规则是,用多个二进制码表示一个脉冲。在波特率相同(传输带宽相同)的条件下,比特率提高了,因此多电平波形在频带受限的告诉数据传输系统中得到了广泛的应用。 表示信息码元的单个脉冲的波形并非一定是矩形的,根据实际情况,还可以是高斯脉冲、升余弦脉冲等其他形式。

数字基带传输实验预习报告

数字基带传输实验预习报告 一、实验目的: 1、提高独立学习的能力; 2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力; 3、学习Matlab 的使用; 4、掌握基带数字传输系统的仿真方法; 5、熟悉基带传输系统的基本结构; 6、掌握带限信道的仿真以及性能分析; 7、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、实验原理: 1、带限信道的基带传输系统: 发送滤波器 传输信道 接受滤波器 {a n } x(t) y(t) r(t) {a n } 定时信号 2、升余弦滚降滤波器 其频率响应为: () T G ω () C ω 噪声源 R G ω() 抽样判决 位定时提 取

C T , 1|f|2c T α -≤ ()d H f = 1-[1cos (||)]22c T T f T παα+-,c 11||22c f T T αα -+≤ 0, 1+|f| 2C T α 在实验中,时间抽样间隔和抽样频率都归一化为1,得到升余弦滤波器的频率响应常数c T =4。 无码间干扰传输的最小符号间隔为c T 秒,或无码间干扰传输的最大符号速率为1/c T 。相应 的时域单位冲激响应信号h ()d t ,满足()d c h nT = 1,n=0 。在理想信道中, 0,n ≠0 h ()d t 信号波形在抽样时刻上无码间干扰。 3、最佳基带传输系统: 将发送滤波器和接收滤波器联合设计为无码间干扰的基带系统,而且具有最佳的抗加性高斯白噪声的性能,并且,接收滤波器的频率特性与发送信号频谱共轭匹配。 实验时,具体采用两种方式,一是采用匹配滤波器,发送滤波器和接受滤波器对称的系统,发送滤波器和接受滤波器都是升余弦平方根特性;二是不采用匹配滤波器方式,升余弦滚降基带特性完全由发送滤波器实现,接受滤波器为直通。 4、用模拟升余弦滚降滤波器设计数字升余弦滚降滤波器 这种方式主要采用窗函数法和频率抽样法。 (1)窗函数法是从模拟升余弦滚降滤波器的单位冲激响应h ()d t ,先进行时间抽样,然后进行截短、加窗,最后向右移位,得到实际的因果的数字升余弦滚降滤波器的单位冲击响应。 (2)频率抽样法是从模拟升余弦滚降滤波器的频率响应 d () H f ,频率抽样后,进行离散时间 傅里叶反变换后,最后向右移位,得到实际的因果的数字升余弦滚降滤波器的单位冲激响应。

通信原理实验报告-数字信号的基带传输

通信原理实验报告 实验名称:数字信号的基带传输 班级:08211317 学号:08211660 姓名:张媛(27)

一.实验目的 (1)理解无码间干扰数字基带信号的传输; (2)掌握升余弦滚降滤波器的特性; (3)通过时域、频域波形分析系统性能。 二、仿真环境 SystemView 仿真软件 三、实验原理 (1 )数字基带传输系统的基本结构 它主要由信道信号形成器、信道、接收滤滤器和抽样判决器组成。为了保证系统可靠有序地工作,还应有同步系统。 1.信道信号形成器 把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号,这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的。 2.信道 是允许基带信号通过的媒质,通常为有线信道,信道的传输特性通常不满足无失真传输条件,甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。 3.接收滤波器 滤除带外噪声,对信道特性均衡,使输出的基带波形有利于抽样判决。 4.抽样判决器 在传输特性不理想及噪声背景下,在规定时刻(由位定时脉冲控制)对接收滤波器的输出波形进行抽样判决,以恢复或再生基带信号。而用来抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中提取。 (2) 奈奎斯特第一准则 奈奎斯特准则提出:只要信号经过整形后能够在抽样点保持不变, 即使其波形已经发生了变化,也能够在抽样判决后恢复原始的信号, 因为信息完全恢复携带在抽样点幅度上。 奈奎斯特准则要求在波形成形输入到接收端的滤波器输出的整个 传送过程传递函数满足: 令k′=j -k , 并考虑到k′也为整数,可用k 表示: ???=+-0)(1])[(0或其它常数t T k j h b k j k j ≠=?? ?=+0 1)(0t kT h b 00≠=k k

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