基帶信號眼圖實(shí)驗(yàn)-matlab仿真

數(shù)字基帶信號的眼圖實(shí)驗(yàn)——matlab仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握無碼間干擾傳輸?shù)母緱l件和原理，掌握基帶升余弦滾降系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法；2、通過觀察眼圖來分析碼間干擾對系統(tǒng)性能的影響，并觀察在輸入相同碼率的NRZ基帶信號下，不同濾波器帶寬對輸出信號碼間干擾大小的影響程度；3、熟悉MATLAB語言編程。二、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)《數(shù)字通信原理》第七章7.1節(jié)——奈奎斯特第一準(zhǔn)那么內(nèi)容；2、復(fù)習(xí)《數(shù)字通信原理》第七章7.2節(jié)——數(shù)字基帶信號碼型內(nèi)容；3、認(rèn)真閱讀本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，熟悉實(shí)驗(yàn)步驟。三、實(shí)驗(yàn)原理和電路說明1、基帶傳輸特性基帶系統(tǒng)的分析模型如圖3-1所示，要獲得良好的基帶傳輸系統(tǒng)，就應(yīng)該圖3-1 基帶系統(tǒng)的分析模型抑制碼間干擾。設(shè)輸入的基帶信號為，為基帶信號的碼元周期，那么經(jīng)過基帶傳輸系統(tǒng)后的輸出碼元為。其中 〔3-1〕理論上要到達(dá)無碼間干擾，依照奈奎斯特第一準(zhǔn)那么，基帶傳輸系統(tǒng)在時(shí)域應(yīng)滿足： (3-2)頻域應(yīng)滿足： (3-3)圖3-2理想基帶傳輸特性此時(shí)頻帶利用率為,這是在抽樣值無失真條件下，所能到達(dá)的最高頻率利用率。 由于理想的低通濾波器不容易實(shí)現(xiàn)，而且時(shí)域波形的拖尾衰減太慢，因此在得不到嚴(yán)格定時(shí)時(shí)，碼間干擾就可能較大。在一般情況下，只要滿足： (3-4)基帶信號就可實(shí)現(xiàn)無碼間干擾傳輸。這種濾波器克服了拖尾太慢的問題。 從實(shí)際的濾波器的實(shí)現(xiàn)來考慮，采用具有升余弦頻譜特性時(shí)是適宜的。 (3-5)這里稱為滾降系數(shù)，。 所對應(yīng)的其沖激響應(yīng)為： (3-6)此時(shí)頻帶利用率降為，這同樣是在抽樣值無失真條件下，所能到達(dá)的最高頻率利用率。換言之，假設(shè)輸入碼元速率，那么該基帶傳輸系統(tǒng)輸出碼元會產(chǎn)生碼間干擾。2、眼圖所謂眼圖就是將接收濾波器輸出的，未經(jīng)再生的信號，用位定時(shí)以及倍數(shù)作為同步信號在示波器上重復(fù)掃描所顯示的波形〔因傳輸二進(jìn)制信號時(shí)，類似人的眼睛〕。干擾和失真所產(chǎn)生的畸變可以很清楚的從眼圖中看出。眼圖反映了系統(tǒng)的最正確抽樣時(shí)間，定時(shí)的靈敏度，噪音容限，信號幅度的畸變范圍以及判決門限電平，因此通常用眼圖來觀察基帶傳輸系統(tǒng)的好壞。圖3-3 眼圖示意圖四、仿真環(huán)境WindowsNT/2000/XP/Windows7/VISTA；MATLABV6.0以上。五、仿真程序設(shè)計(jì)1、程序框架圖3-4 程序框架首先，產(chǎn)生M進(jìn)制雙極性NRZ碼元序列，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的抽樣頻率對該NRZ碼元序列進(jìn)行抽樣，再將抽樣序列送到升余弦滾降系統(tǒng)，最后畫出輸出碼元序列眼圖。2、參數(shù)設(shè)置該仿真程序應(yīng)具備一定的通用性，即要求能調(diào)整相應(yīng)參數(shù)以仿真不同的基帶傳輸系統(tǒng)，并觀察輸出眼圖情況。因此，對于NRZ碼元進(jìn)制M、碼元序列長度Num、碼元速率Rs，采樣頻率Fs、升余弦滾降濾波器參考碼元周期Ts、滾降系數(shù)alpha、在同一個(gè)圖像窗口內(nèi)希望觀測到的眼圖個(gè)數(shù)Eye_num等均應(yīng)可以進(jìn)行合理設(shè)置。3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)題目內(nèi)容，設(shè)置仿真程序參數(shù)，編寫仿真程序，仿真波形，并進(jìn)行分析給出結(jié)論。4、仿真結(jié)果參考參考例程參數(shù)設(shè)置如下：無碼間干擾時(shí)：Ts=1e-2;%升余弦滾降濾波器的理想?yún)⒖即a元周期，單位sFs=1e3;%采樣頻率，單位Hz。注意：該數(shù)值過大將%嚴(yán)重增加程序運(yùn)行時(shí)間Rs=50;%輸入碼元速率，單位BaudM=2;%輸入碼元進(jìn)制Num=100;%輸入碼元序列長度。注意：該數(shù)值過大將%嚴(yán)重增加程序運(yùn)行時(shí)間Eye_num=2;%在一個(gè)窗口內(nèi)可觀測到的眼圖個(gè)數(shù)。圖3-5(a) 仿真參考結(jié)果圖〔1〕圖3-5(b) 仿真參考結(jié)果圖〔2〕圖3-5(c) 仿真參考結(jié)果圖〔3〕從眼圖張開程度可以得出沒有發(fā)生碼間干擾，這是因?yàn)榛鶐盘柕拇a元速率Rs為50Baud，而升余弦滾降濾波器和FIR濾波器的等效帶寬B=60Hz〔Ts=10ms〕，Rs<2B，滿足了奈奎斯特第一準(zhǔn)那么的條件。有碼間干擾時(shí)：Ts=5*(1e-2);%升余弦滾降濾波器的參考碼元周期，單位sFs=1e3;%采樣頻率，單位Hz。注意：該數(shù)值過大將%嚴(yán)重增加程序運(yùn)行時(shí)間Rs=50;%輸入碼元速率，單位BaudM=2;%輸入碼元進(jìn)制Num=100;%輸入碼元序列長度。注意：該數(shù)值過大將%嚴(yán)重增加程序運(yùn)行時(shí)間Eye_num=2;%在一個(gè)窗口內(nèi)可觀測到的眼圖個(gè)數(shù)。圖3-5(d) 仿真參考結(jié)果圖〔4〕眼圖根本閉合，存在較為嚴(yán)重的碼間干擾，這是因?yàn)榇a元速率Rs雖然仍為50Baud，但濾波器等效帶寬已經(jīng)變?yōu)?2Hz〔Ts=50ms〕，Rs>2B不再滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)那么。多進(jìn)制碼元情況：圖3-6 四進(jìn)制NRZ碼元眼圖六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出相應(yīng)的波形。2、結(jié)合奈奎斯特第一準(zhǔn)那么，分析波形，表述出碼間干擾ISI現(xiàn)象與濾波器的等效帶寬設(shè)定值之間的關(guān)系，給出原因。3、結(jié)合奈奎斯特第一準(zhǔn)那么，分析波形，表述出碼間干擾ISI現(xiàn)象與濾波器的滾降系數(shù)設(shè)定值之間的關(guān)系，給出原因。七、思考題1、自行編寫升余弦滾降濾波器沖激響應(yīng)函數(shù)，特別注意當(dāng)公式中分子分母均為0時(shí)的特殊情況。2、采用MATLAB自帶眼圖函數(shù)eyediagram來觀察眼圖。八、參考程序closeall;alpha=0.2;%設(shè)置滾降系數(shù)，取值范圍在[0,1]Ts=1e-2;%升余弦滾降濾波器的參考碼元周 %期,Ts=10ms,無ISI。%Ts=2*(1e-2);%Ts=20ms,已經(jīng)出現(xiàn)ISI〔臨界點(diǎn)〕%Ts=5*(1e-2);%Ts=50ms,出現(xiàn)嚴(yán)重ISIFs=1e3;%采樣頻率，單位Hz。注意：該數(shù)%值過大將嚴(yán)重增加程序運(yùn)行時(shí)間Rs=50;%輸入碼元速率，單位Baud%M=2;M=4;%輸入碼元進(jìn)制Num=100;%輸入碼元序列長度。注意：該數(shù)值%過大將嚴(yán)重增加程序運(yùn)行時(shí)間。Samp_rate=Fs/Rs%采樣率，應(yīng)為大于1的正整數(shù)，即%要求Fs,Rs之間呈整數(shù)倍關(guān)系%Eye_num=2;%在一個(gè)窗口內(nèi)可觀測到的眼圖個(gè)數(shù)。Eye_num=4;%在一個(gè)窗口內(nèi)可觀測到的眼圖個(gè)數(shù)。%產(chǎn)生雙極性NRZ碼元序列NRZ=2*randint(1,Num,M)-M+1;figure(1);stem(NRZ);xlabel('時(shí)間');ylabel('幅度');holdon;gridon;title('雙極性NRZ碼元序列');%對雙極性NRZ碼元序列進(jìn)行抽樣k=1;forii=1:Numforjj=1:Samp_rateSamp_data(k)=NRZ(ii);k=k+1;endend%基帶升余弦滾降系統(tǒng)沖激響應(yīng)[ht,a]=rcosine(1/Ts,Fs,'fir',alpha);%畫出基帶升余弦滾降系統(tǒng)沖激響應(yīng)波形figure(2);subplot(2,1,1);plot(ht);xlabel('時(shí)間');ylabel('沖激響應(yīng)');holdon;gridon;title('升余弦滾降系統(tǒng)沖激響應(yīng),滾降因子\alpha=0.2');%將信號送入基帶升余弦滾降系統(tǒng)，即做卷積操作st=conv(Samp_data,ht)/(Fs*Ts);subplot(2,1,2);plot(st);xlabel('時(shí)間');ylabel('信號幅度');holdon;gridon;title('經(jīng)過升弦滾降系統(tǒng)后的碼元')%畫眼圖，在同一個(gè)圖形窗口重復(fù)畫出一個(gè)或假設(shè)干個(gè)碼元figure(3);fork=10:floor(length(st)/Samp_rate)-10%不考慮過渡階段信號，只觀測穩(wěn)定階段ss=st(k*Samp_rate+1