基帶信號眼圖實(shí)驗(yàn)——matlab仿真（完整版）

1、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)幕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;NRZ2、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 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。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求121、 復(fù)習(xí)數(shù)字通信原理第七章7.1節(jié)一一奈奎斯特第一準(zhǔn)則內(nèi)容;2、 復(fù)習(xí)數(shù)字通信原理第七章7.2節(jié)一一數(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

2、抑制碼間干擾。設(shè)輸入的基帶信號為a- t-nTs , Ts為基帶信號的碼元周期，則經(jīng)過n基帶傳輸系統(tǒng)后的輸出碼元為、 anh t_nTs。其中n1儀h(t)H()ejtd，( 3-1)理論上要達(dá)到無碼間干擾，依照奈奎斯特第一準(zhǔn)則，基帶傳輸系統(tǒng)在時域應(yīng)滿足:(3-2)H, k = 0h(kTs) = 0, k為其他整數(shù)頻域應(yīng)滿足:jio TsH( )= o,其他國(3-3)* Hg)圖3-2理想基帶傳輸特性此時頻帶利用率為 2Baud /Hz,這是在抽樣值無失真條件下，所能達(dá)到的最高頻率利用率。因此在得不到嚴(yán)格由于理想的低通濾波器不容易實(shí)現(xiàn)，而且時域波形的拖尾衰減太慢,定時時，碼間干擾就可能較大

3、。在一般情況下，只要滿足:2町2o十Ts=HO -Ts（3-5）這里稱為滾降系數(shù)， -1。所對應(yīng)的其沖激響應(yīng)為：sin（3-6）Ts cos（：二 tTs）彳 142t2Ts2Ts此時頻帶利用率降為 2/（V : ） Baud/ Hz ,這同樣是在抽樣值無失真條件下，所能達(dá)到的最高頻率利用率。換言之，若輸入碼元速率Rs 1/Ts，則該基帶傳輸系統(tǒng)輸出碼元會產(chǎn)生碼7777777777777Z7777L抽樣信號畸變圖3-3眼圖示意圖間干擾。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，類似人的眼睛）。干擾和失

4、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)的最佳抽樣時間，定時的靈敏度，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。的靈敏度四、仿真環(huán)境Win dows NT/2000/XP/Wi ndows 7/VISTAMATLAB V6.0 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

5、，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、在同一個圖像窗口內(nèi)希望觀測到的眼圖個數(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：Ts=1e-2;%升余弦滾降濾波器的理想?yún)⒖即a兀周期，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;%輸入碼兀序列長度。注

6、意：該數(shù)值過大將%嚴(yán)重增加程序運(yùn)行時間Eye_num=2;%在一個窗口內(nèi)可觀測到的眼圖個數(shù)。徭極性M就碼兀序列圖3-5(a)仿真參考結(jié)果圖(1)升余弦滾降系統(tǒng)沖徹響應(yīng)1020304050605 O01-O.經(jīng)過升弦鑲降系統(tǒng)信的瑪元5001000150020)02500ST螳啪型圖3-5(b)仿真參考結(jié)果圖(2)1.5O5-0.Ji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)，Rs2B不再滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則。多進(jìn)制碼元情況：基帶信號眼圖102

7、0304050607030圖3-6 四進(jìn)制NRZ碼元眼圖六、實(shí)驗(yàn)報告要求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)則，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)則，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close all;alpha=0.2;%設(shè)置滾降系數(shù)，取值范圍在0,1Ts=1e-2;%升余弦滾

8、降濾波器的參考碼元周%期,Ts=10ms無 ISI。%Ts=20ms,已經(jīng)出現(xiàn)ISI （臨界點(diǎn)）%Ts=50ms,出現(xiàn)嚴(yán)重ISI% 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)行時間%輸入碼元速率，單位 Baud% 輸入碼元進(jìn)制%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)行時間。%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 %在一個窗口內(nèi)可觀測到的眼圖個數(shù)。%在一個窗口內(nèi)可觀測到的眼圖個數(shù)。% Ts=2*(1e-2);% Ts=5*(1e-2);Fs=1e3;Rs=50;% M=2;M=4;Num=100;Samp_rate=Fs/Rs% Ey

9、e_num=2;Eye_num=4;%產(chǎn)生雙極性 NRZ 碼元序列NRZ=2*randint(1,Num,M)-M+1;figure(1);stem(NRZ);xlabel(時間);ylabel(幅度);hold on;grid on;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;for ii=1:Numfor jj=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);sub

10、plot(2,1,1);plot(ht);xlabel(時間);ylabel(沖激響應(yīng));hold on;grid on;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(時間);ylabel(信號幅度);hold on;grid on;title(經(jīng)過升弦滾降系統(tǒng)后的碼元)%畫眼圖，在同一個圖形窗口重復(fù)畫出一個或若干個碼元 figure(3);for k = 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:(k+Eye_num)*Samp_rate);plot(s