2022年通信综合系统训练课程设计 .pdf

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1、摘 要数字通信系统主要的两种通信模式: 数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统。本训练主要研究通信系统中的关键技术最佳数字基带传输，基带系统在数字通信中有重要的代表性。 本次训练主要包括基带系统的结构、传输的方式及无码间干扰条件的特性研究， 在综合考虑信道的加性噪声干扰及限带信道会引起码间干扰的因素下，通过MATLAB 语言训练并仿真基带系统，研究最佳基带传输的发送及接收。关键词 ：最佳数字基带传输、码间干扰、MATLAB 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，

2、共 26 页 - - - - - - - - - 前 言 20 世纪 60 年代出现了数字传输技术，它采用了数字信号来传递信息，从此通信进入了数字化时代。 目前，通信网已基本实现数字化， 在我国公众通信网中传输的信号主要是数字信号。 数字通信技术的应用越来越广泛，例如数字移动通信、数字卫星通信、数字电视广播、数字光纤通信、数字微波通信、数字视频通信、多媒体通信等等。数字通信系统主要的两种通信模式: 数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统。实际中，基带传输不如频带传输应用广泛，但对基带传输的研究仍有非常重要的意义。 这是因为： 第一，数字基带系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题； 第

3、二，随着数字通信技术的发展， 基带传输这种方式也有迅速发展的趋势，它不仅用于低速数据传输， 而且还用于高速数据传输； 第三，在理论上，任何一个线性调制的频带传输系统， 总是可以有一个等效的基带载波调制系统所替代。因此，很有必要对基带传输系统进行综合系统的分析。目前，数字通信在卫星通信、光纤通信、移动通信等方面发展很快。由于基带传输系统在数字传输系统中有不可替代的作用，其应用范围也随着技术的发展渗入网络通信、卫星通信、手机通信、数字电视、数字电话等生活、科技的各方面，日益成为数字通信传输系统中的关键技术。基带传输技术将能够显著提高通信系统的容量和通信质量, 具有很好的应用前景。虽然这些技术应用在

4、目前的系统中正式商用化还有待时日, 但该技术的使用无疑将加速WCDMA向后 3G的演进。另外，近来无线通信采用的蓝牙技术中也用到了基带数据传输技术。在局域网中通常也采用基带传输技术。 计算机网络中占主导地位的信号类型是基带信号，特别是在距离不太远的情况， 由于在近距离范围内， 基带信号的功率衰减不大， 从而信道容量不会发生变化，而且基带相对于频带来说较简单，费用也比频带低，同时仍能保持高速率， 因此比频带应用广泛得多。 而在无线信道和光纤及一些宽带有线信道中， 必须把数字基带信号调制在载波上，才能在信道中传输， 把这种传输称为数字信号的载波传输。 事实上即使在载波传输中也有基带传输信号。发端在

5、调制前 , 收端在调解之后的处理。虽然就潜在能力而言，频带比基带传输得快且能覆盖较长的距离， 但频带需要在每个连接末端接入一个调制解调器，这就提高了设备接入局域网的费用。所以说， 基带传输是广泛使用的技术基础，也在广泛地运用于数字传输通信系统中。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 26 页 - - - - - - - - - 目录第一章 概述. 1第二章 数字基带系统介绍 . 22.1 数字基带信号 . 22.2 数字基带传输 . 22.3 数字基带传输系统.

6、 32.4 数字基带传输要求及常用码型. 42.5 基带传输的功率谱特性. 42.6 眼图在基带传输系统的应用. 7第三章 MATLAB 简介 . 93.1 MATLAB语句. 93.2 MATLAB在通信系统中的仿真 . 11 第四章 程序. 13 第五章 系统仿真及结果分析 . 18 5.1 数字信号的最佳接收 . 18 5.2 基带系统的最佳化. 19 5.3 综合基带传输系统的训练及仿真. 19 总结. 22 参考文献 . 23名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第

7、3 页，共 26 页 - - - - - - - - - 1 第一章概述本次训练主要是用通过 MATLAB 来仿真数字基带传输系统， MATLAB 是一种编程语言和可视化工具 , 它能对数据以图形的方式显示出来, 使数据间的关系明了 . MATLAB 所包含的应用工具箱的功能非常丰富, 提供的SIMULINK 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包 , 支持线性和非线性系统 , 能够在连续时间域、离散时间域或者两者的混合时间域里进行建模, 其中通信系统工具箱中包含了对通系统进行分析和仿真所需的信源编码、纠错编码、 信道、调制解调以及其他所用的库函数和模块. 文中利用 MATLAB 对

8、数字基带传输系统进行了建模和仿真并对结果进行了分析, 结果表明所建立的仿真系统达到了较高的精度. 基带传输不如频带传输应用广泛，但对基带传输的研究仍有非常重要的意义。这是因为： 第一，数字基带系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题；第二，随着数字通信技术的发展，基带传输这种方式也有迅速发展的趋势，它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输；第三，在理论上，任何一个线性调制的频带传输系统，总是可以有一个等效的基带载波调制系统所替代。因此，很有必要对基带传输系统进行综合系统的分析。本次训练对数字基带信号传输的特性进行了分析，并通过对基带传输理论的深入理解，运用数值仿真的方法，对基带传输的

9、特性作了模拟。研究结果表明，传输基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性。当然可以有意地加宽传输频带使这种干扰减小到任意程度。然而这会导致不必要地浪费带宽。如果展宽得太多还会将过大的噪声引入系统。因此应该探索另外的代替途径， 即通过训练信号波形，或采用合适的传输滤波器， 以便在最小传输带宽的条件下大大减小或消除这种干扰。 考虑到实际中有噪声的存在，以及对滤波器性能的要求， 我们对基带传输函数选择升余弦滚降函数。并且实际中， 我们对系统有较低的误码率，并且系统在训练过程中易于完成，且成本低， 我们采取匹配滤波器， 在最大信噪比接收条件下对基带最佳化。 本文的研究结果对数字通信的研究与应用具有积

10、极意义。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 26 页 - - - - - - - - - 2 第二章数字基带系统介绍2.1 数字基带信号通信的根本任务是远距离传输信息， 准确地传输数字信息是数字通信中的一个重要环节。 在数字传输系统中， 其传输对象通常是二进制数字信息。它可能是来自计算机、 网络或其他数字设备的各种数字代码，也可能来自数字电话终端的脉冲编码信号。数字信息在一般情况下可以表示为一个数字序列：, ，a2,a1,a0,a1,a2, , ,an, ,简

11、记为an。an是数字序列的基本单元，称为码元。每一个码元只能取离散的有限个值， 例如在二进制中，an取 0 或 1 两个值；在 M进制中，an取 0，1，2，, ， M-1等 M个值，或者取二进制码的M种排列。由于码元只有有限个可能取值， 所以通常用不同幅度的脉冲表示码元的不同取值，例如用幅度为A的矩形脉冲表示 1，用幅度为 -A 的矩形脉冲表示为 0。这种脉冲信号被称为数字基带信号， 这是因为它们所占据的频带通常从直流和低频开始。2.2 数字基带传输在数字传输系统中所传输的通常是二元数字信号。训练数字传输系统要考虑的基本想法是选择一组有限个离散的波形来表示数字信息。这些离散波形可以是载波进行

12、调制后的波形 , 也可以是不经过调制的不同电平信号。来自数据终端的原始数据信号，或者是来自模拟信号经数字化处理后的PCM 码组，M序列等等都是基带数字信号。这些信号往往包含丰富的低频分量。有些场合可以不经过载波调制和解调过程而直接传输，称为基带传输。系统基带波形被脉冲变换器变换成适应信道传输的码型后，就送入信道， 一方面受到信道特性的影响， 使信号产生畸变； 另一方面信号被信道中的加性噪声所叠加，造成信号的随即畸变。因此，在接收端必须有一个接收滤波器，使噪声尽可能受到抑制， 为了提高系统的可靠性， 在安排一个有限整形器和抽样判决器组成的识别电路， 进一步排除噪声干扰和提取有用信号。对于抽样判决

13、， 必须有同步信号提取电路。 在基带传输中， 主要采用位同步。 同步信号的提取方式采用自同步方式（直接法）。同步系统性能的好坏将直接影响通信质量的好坏，甚至会影响通信能否正常进行。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 26 页 - - - - - - - - - 3 2.3 数字基带传输系统基带传输包含着数字通信技术的许多问题，频带传输是基带信号调制后再传输的，因此频带传输也存在基带问题。基带传输的许多问题， 频带传输同样须考虑。如果把调制与解调过程看做是广义信

14、道的一部分，则任何数字传输系统均可等效为基带传输系统。 理论上还可证明，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统来代替。数字基带系统的基本结构如图2.1 所示。信道信号形成器：基带传输系统的输入是由终端设备或编码器产生的脉冲序列，它不一定适合直接在信道中传输。信道信号形成器的作用就是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，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。信道：允许基带信号通过的媒质。 信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，恒参信道如（明线、同轴电缆、对称电缆、光纤通道、无线电视

15、距中继、卫星中继信道）对信号传输的影响主要是线形畸变；随参信道如（短波电离层反射、对流层散射信道等）对信号传输的影响主要有频率弥散现象（多径传播）、频率的选择性衰落。 信道的线性噪声和加性噪声的影响。在通信系统的分析中， 常常把噪声 n(t) 等效，集中在信道中引入。接收滤波器： 主要作用是滤除带外噪声， 对信道特性均衡， 使输出的基带波形有利于抽样判决。信 道 信 号形成器信道接收滤波器抽样判决器同步提取数字基带信号)(tn)(wGT)(wC)(wGR图 2.1 数字基带传输系统名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -

16、名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 26 页 - - - - - - - - - 4 抽样判决器：它是在传输特性不理想及噪声背景下，在由位定时脉冲控制的特殊点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。自同步法的同步提取电路： 有两部分组成， 包括非线型变换处理电路和窄带滤波器或锁相环。非线型变换处理电路的作用是使接收信号或解调后的数字基带信号经过非线型变换处理电路后含有位同步分量或位同步信息。窄带滤波器或锁相环的作用是滤除噪声和其他频谱分量，提取纯净的位同步信号。2.4 数字基带传输要求及常用码型在实际基带传输系统中，并非所有的原始基带数字信号都能在信道中

17、传输。例如，有的信号含有丰富的直流和低频成分，不便提取同步信号；有的信号易于形成码间串扰等。因此，基带传输系统首先面临的问题是选择什么样的信号形式，即传输码型的选择和基带脉冲波形的选择。为了在传输信道中获得优良的传输特性，一般要将信码信号变化为适合于信道传输特性的传输码，即进行适当的码型变换。对传输码型的要求如下：（1） 传输信号的频谱中不应有直流分量，低频分量和高频分量也要小。；（2） 码型中应包含定时信息，有利于定时信息的提取，尽量减小定时抖动；（3） 码型变换设备要简单可靠；（4） 码型具有一定检错能力，若传输码型有一定的规律性，则可根据这一规律性检测传输质量，以便做到自动检测；（5）

18、编码对信息类型不应有任何限制，即对信源具有透明性。常用的码型有 AMI码、HDB3 码、分相码、反转码AMI等。2.5 基带传输的功率谱特性在通信中，除测试信号外， 数字基带信号通常都是随机脉冲序列。因为若在数字通信系统所传输的数字序列不是随机的，而是确知的， 则消息就不携带任何信息，通信就失去意义。研究随机脉冲序列的频谱，要从统计分析的角度出发，研究它的功率谱密度。设一个二进制随机脉冲序列如图2.2 所示。这里 g1（t ）和 g2（t ）分别代表符号的 0 和 1，Ts 为每一个码元宽度。应当说明的是，图中虽然把g1（t ）和 g2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -

19、- - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 26 页 - - - - - - - - - 5 （t ）都画成了三角形（高度不同） ，但实际上 g1（t ）和 g2（t ）可以是任意的脉冲。图 2.2 任一随机脉冲序列示意波形现在假设序列中任一码元序列时间Ts 内 g1（t ）和 g2（t ）出现的概率分别为 P，1P，且认为它们的出现是互不依赖的（统计独立），则该序列 s(t) 可写成)()(ttsnns其中 (2-1) （1）随机基带序列)(ts的功率谱密度由于)()(tutsTT，故当 T时，)(tsT将变成)()()(

20、tvtuts (2-2)于是，)(ts的功率密度谱 Ps（w）最后表示为221)()()()1()()(fGfGPPfwPPwPsvwus)()()1()(221smsssmffmfGPmfPGf(2-3) 上 式 是 双 边 的 功 率 谱 密 度 表 示 式 。 如 果 写 成 单 边 的 ， 则 有)()0()1()0()()(0912)(2212221fGPPGffGfGPPfwPsss0),()()1 ()(221212fmffmfGPmfPGfsmsss (2-4) 其中)(1fG、)(2fG分别为 g1（t ） 、g2（t ）的傅立叶变换 , Tsfs1。从公式可以得出如下结论：

21、（1） 随机脉冲序列功率谱包括两部分：连续谱和离散；)( ts)2(1STtgTs )2(2STtgPnTtgPnTtgtsssn1)()()(21以概率以概率名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 26 页 - - - - - - - - - 6 （2） 当g1（t ）和 g2（t ） 、p、Ts给定后，随机脉冲序列功率谱就确定了；（3） 根据连续谱可以确定随机序列的宽度；根据离散谱可以确定随机序列是否包含直流成分（m=0 ）及定时信号 (m= 1) 。连续谱总

22、存在 ,而离散谱视情况而定。对于单极性波形：若假设g1（t ）=0,g2（t ）=g(t) 随机脉冲序列的功率谱密度（双边）为)()()1()()1()(22smssssmffmfGPffGPPfwP(2-5) 式中，)( fG是)(tg的频谱函数。当21p，且)(tg为矩形脉冲，即(2-6) 则（2-5）式将变成)(41)(4)(2ffTSaTwPsss (2-7) 可知有连续谱和直流分量。 对于双极性波形： 若假设 g1（t ） =g2（t ） =g(t) ，则有2)()1(4)(fGPPfwPss)()() 12(2smssmffmfGPf(2-8)同理，当21p，且)(tg为矩形脉冲式

23、（ 8）将变成)()(2sssfTSaTwP (2-9) 可知只有连续谱分量。由以上分析可以看出， 随机脉冲序列的功率谱密度可能包括两个部分：连续谱)(WPu和离散谱)(wPv。对g1（t ）和 g2（t ）不能完全相同，故)()(21fGfG，因而)(wPu总是存在的；对于离散谱来说，在一般情况下，它也总是存在的。但我们容易观察到，若g1（t ）和 g2（t ）是双极性的脉冲，且波形出现概率相同，则式（3）中的第二、第三项为零，故此时其它021)()(STttgtg名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理

24、- - - - - - - 第 9 页，共 26 页 - - - - - - - - - 7 没有离散谱。2.6 眼图在基带传输系统的应用为了使系统达到最佳化， 估计系统的优劣程度并观察码间干扰和噪声对系统的影响。 眼图的迹线与接收的基带脉冲序列的波形失真程度成正比。失真越厉害，眼图的迹线就越模糊。而眼睛张开大小反映了码间干扰的强弱。在实际系统中，完全消除码间串扰是十分困难的， 而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律， 还不能进行准确计算。 为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中， 通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分

25、析法。如果将输入波形输入示波器的Y 轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被称为眼图。二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”，当传输三元码时，会显示两只“眼睛” 。眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。图 2.3 眼图的一般描述在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，“眼”开启得最大。当有码间串扰时，波形失真，引起“眼”部分闭合。若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊，“眼”开启得小了，因此， “眼”张开的大小表示了失真的程度。由此可知，眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响

26、，可评价一个基带传输系统性能的优劣。 另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。由此图 2-3 可以看出：（1）眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。显然，最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 26 页 - - - - - - - - - 8 （2）眼图斜边的斜率，表示系统对定时抖动（或误差）的灵敏度，斜边越陡，系统对定时抖动越敏感；（3）眼图左（右）角阴

27、影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围，称为零点失真量， 在许多接收设备中， 定时信息是由信号零点位置来提取的，对于这种设备零点失真量很重要；（4）在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量；（5）在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决；（6）横轴对应判决门限电平。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 26 页 - - - - - - - - - 9 第三章 MATLAB简介3.1 MATLAB语句美国 MA

28、THWORK公司于 1967 年推出了“Matrix Laboratory ” （缩写为 MATLAB ）软件包，不断更新和扩充。 它是一种功能强、 效率高便于进行科学和工程计算的交互式软件包。其中包括：一般数值分析、矩阵运算、数字信号处理、建模和系统控制和优化等应用程序。结合 MATLAB 的功能与特点，在基带传输系统仿真中有如下应用：（一）高效方便的矩阵和数组运算1. 全零矩阵 Zeros 及全 1 矩阵 Ones Zeros（n，m ）产生一个尺寸为n * m ，元素全为零的矩阵。Ones （n，m ）产生一个尺寸为 n*m的矩阵。Zeros（N ）产生一个 N维全零方阵。Ones （s

29、ize （A） ）产生一个尺寸与A相同的全 1 矩阵。2. 随机数产生命令 rand 及正态随机数产生命令Randn Rand （n，m ）产生一个尺寸为 n*m的矩阵，其元素按均匀分布随机取值于区间0 ，1 。Randn （n，m ）产生一个尺寸为n*m的矩阵，其元素服从标准正态分布（均值为零，方差为 1） 。Rand （size （a） ）产生一个尺寸与a 相同的均匀分布随机矩阵。Randn （size （a） ）产生一个与 a 相同的正态分布随机矩阵。3. 元素均匀分割命令Linspace 函数 Linspace （a，b，N）产生一个 N维矢量， N个元素均匀分割区间 a ，b ，第一

30、个是 a，第二个是 b。4. 矩阵元素重排命令Reshape Reshape （x，m ，n）把矩阵 x 的元素重排列成 m*n的矩阵形式，按逆时针方向取数。5. 矩阵元素左右倒转Fliplr Fliplr可以把矩阵或向量倒置过来错误！未找到引用源。（二）方便的绘图功能名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 26 页 - - - - - - - - - 10 MATLAB 提供了丰富的绘图功能。结合在基带系统中的仿真实验的需要，我们简要介绍一下二维绘图函数的绘制

31、方法。1. 二维绘图函数 plot 若 X、Y是两个相同长度的矢量，函数plot(X 、Y)将激活一个图形窗口，并画出一条以 X为横坐标，以 Y为纵坐标的曲线。例如：t=0:0.01:2*pi; plot(t,sin(t) 即绘出函数 sin （t ）在区间 0 ，2*pi 上的曲线。使用 plot （X，Y）函数时若省略参数X，MATLAB 将把 Y中的元素的顺序作为横坐标的坐标值。使用plot 时也可加入另一个参数S ：plot （X，Y，S ） ，S 用来规定绘图时使用的颜色和绘制方式。可以选择不同的线型如实线、虚线、点划线、波折线，也可以不划线而用不同的标记标出点的位置。过程S 的字符

32、有两部分，第一部分是颜色（用一个字符表示），第二部分是绘制方式（用一到二个字符表示）。表 3.1 S的定义图符号颜色符号线型y 黄色. 点m 紫色。画圈e 青色x X标记r 红色+ 加号g 绿色* 星号b 蓝色- 实线w 白色: 点线k 黑色-. 点划线2. 命令 hold 和 clf 在缺省状态下，执行plot是 MATLAB 先清除图形窗口再绘图。执行hold on 后再执行 plot时，MATLAB 将不清除图形窗口。这样，就可以在同一图形内画多条曲线。执行 hold off将使图形窗口变回原来的状态。单独执行hold 而不带参名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -

33、 - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 26 页 - - - - - - - - - 11 数 on 或 off ，将图形窗口的hold 状态反转。命令 clf则是清除当前的图形窗口，但它不改变hold 的状态。3. 函数 semilogy （）函数 semilogy（） 与 plot（） 一样， 只是 Y轴是对数坐标。类似还有 semilogx（） ，loglog （）等。4. 标签xlable(str)给 X轴加上一个以字符串str 为内容的标签。 Ylable （str ）则给 Y轴加标签。 Title （str

34、）则给整个加上标题。5.Figure 与 close 如果想在同一个程序中开出多个图形窗口，可以使用figure命令。单独执行 figure后，MATLAB 将创建一个新的图形窗口，并以此作为当前窗口。执行figure （N） 将使第 N个图形成为当前图形窗口。 如果第 N个窗口不存在，则 figure（N ）可创建一个新的窗口。命令close 关闭当前图形窗口。 Close（N ）关闭第N个图形窗口。 Close all 关闭所有图形窗口。6. 创建子图命令 subplot subplot （m ，n，p）命令把当前图形窗口分割成m*n个绘画区域，并选择第P个区域为激活区域。3.2 MATL

35、AB在通信系统中的仿真MATLAB 工具有很强的仿真能力可以仿真NR 码、NRZ 码、AMI 码、PAM码等各种编码及分析其功率谱。同时可以仿真通信系统的应用。MATLAB在通信系统的仿真详细的在第三章研究。这里主要介绍仿真的理论基础：1.时域抽样和频域抽样若信号函数s(t)为定义在时间区间（ - ，+）上的连续函数，按区间 -T/2，T/2 截短为 ST（t）,再对 ST（t）按时间间隔t 均匀取样，取样点数：N（t）=T/t；仿真时用这个样值函数来表示S（t）如果信号的最高频率为fH，那么必须有 fH 0.5/ t,设为 Bs，Bs=0.5/ t 称为仿真系统的系统带宽。若信号 s(t)的

36、频谱 S（f）为定义在频率区间（-，+ ）上的连续函数，按区间-Bs，Bs截断 S（f） ，然后f 均匀取样名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 26 页 - - - - - - - - - 12 N（t）=2 Bs / f=N； f=1/T 如果仿真程序设定的频域采样间隔是f，那么就不能仿真截断时间1/ f 的信号。2. 频域分析函数 t2f 的功能是作傅立叶变换格式： X=t2f （x）函数 f2t 的功能是作傅立叶反变换格式： x=t2f （X）其中 x

37、 是时域信号 x 是时域信号 x（t ）的截短抽样取得的取样值矢量。 X 是傅立叶 X（f ）的取样值矢量。3. 取样判决和误码率的测量设矢量 a 表示发送的码序列， 矢量 y 表示在判决观测到的叠加有噪声的接收信号。接收端在每隔一个码元间隔Ts 取一个点作为判决量。所有取样结果构成一个矢量；若取样时刻无偏差则b=y(1:L:N) ，若取样时刻有 K*t 的恒定偏差，则 b=y（1+k：L：N） 。若判决门限为 vth, 则判决结果为 c=sign （b-vth ）双极性或 c=sign （b-vth ）+1）/2 单极性。若在一次观察中发送的码元是长度为M的矢量 a, ，对应的判决结果是 c

38、。误码数是 a 与 c 中不相同的符号数，即n_err=length（find （a=c） ）, 于是误码率为 Pe=n_err/M. 对于基带系统的研究， 误码率是一个非常重要的概念，也是评价系统好坏的重要参数。在用 matlab 仿真系统中，在模拟实际的条件下，达到理想的误码率是我们的目标。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 26 页 - - - - - - - - - 13 第四章程序程序一：function x=f2t(X) global dt df

39、 t f T N %x=f2t(X) %x 为时域的取样值矢量%X 为 x 的傅氏变换%X 与 x 长度相同并为 2的整幂%本函数需要一个全局变量dt(时域取样间隔 ) X=X(N/2+1:N),X(1:N/2); x=ifft(X)/dt; %x=tmp(N/2+1:N),tmp(1:N/2); end 程序二：function X=t2f(x) global dt df t f N % global dt df N t f T %X=t2f(x) %x 为时域的取样值矢量%X 为 x 的傅氏变换%X 与 x 长度相同 ,并为 2 的整幂。%本函数需要一个全局变量dt(时域取样间隔 ) H=

40、fft(x); X=H(N/2+1:N),H(1:N/2).*dt; End 主程序：global dt df t f N close all N=214; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 26 页 - - - - - - - - - 14 L=64; M=N/L; Rb=2; Ts=1/Rb; dt=Ts/L; T=N*dt; df=1/T; Bs=N*df/2; %滚降系数Na=4; fc=8; %载波频率alpha=0.5; %眼图取样点t=lin

41、space(-T/2,T/2,N); %时域横坐标f=linspace(-Bs,Bs,N) ; %频域横坐标figure(1) set(1,Position,30,40,200,150) figure(2) set(2,Position,230,40,200,150) figure(3) set(3,Position,30,240,200,150) figure(4) set(4,Position,230,240,200,150)% 设定窗口g1=sin(pi*t/Ts)./(pi*t/Ts+eps); g2=cos(alpha*pi*t/Ts)./(1-(2*alpha*t/Ts).2)+e

42、ps); g=g1.*g2; G=abs(t2f(g); %升余弦滤波器，满足最佳接受收zaiboa=cos(2*pi*fc*t); zaibob=sin(2*pi*fc*t); %产生调制载波lpf=zeros(size(f); fh=(1+alpha)/Ts; N1=round(2*fh/df); lpf(N/2-N1/2:N/2+N1/2-1)=ones(1,N1); %产生低通滤波器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 26 页 - - - - - -

43、 - - - 15 snr_in_dB=linspace(0,20,10); c_err=zeros(1,length(snr_in_dB); %误符号率b_err=zeros(1,length(snr_in_dB); %误码率QPSK_EP=zeros(1,N); for ii=1:length(snr_in_dB), snr=10(snr_in_dB(ii)/10); Eb=1; N0=Eb/snr; n_err_up=0; n_err_down=0; for jj=1:3 s=sign(randn(1,M); a=zeros(1,M/2);b=zeros(1,M/2); % 产生 1，1

44、 等概的随机序列for kk=1:M/2 a(kk)=s(2*kk-1); b(kk)=s(2*kk); %实现串并变换end imp1=zeros(1,N); imp1(1:L:N/2)=a/dt; a01=real(f2t(G.*t2f(imp1); ao2=a01.*zaiboa; AA=real(t2f(ao2); imp2=zeros(1,N); imp2(1:L:N/2)=b/dt; bo1=real(f2t(G.*t2f(imp2); bo2=bo1.*zaibob; BB=real(t2f(bo2); co=ao2+bo2; % 输出的时域表示形式CO=AA+BB; %输出的频

45、域表示形式P=CO.*conj(CO)/T; QPSK_EP=QPSK_EP+P; %信号能量名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 26 页 - - - - - - - - - 16 n_ch=sqrt(Bs*N0)*randn(size(t); %噪声输出so=co+n_ch; r1=real(f2t(t2f(so.*zaiboa).*lpf); r2=real(f2t(t2f(so.*zaibob).*lpf); ra1=r1(1:L:N/2); rb1=

46、r2(1:L:N/2); ra=sign(ra1); %判决上支路rb=sign(rb1); %判决下支路n_err_up=length(find(ra=a); %上支路错误个数n_err_down=length(find(rb=b); %下支路的错误数c_err(ii)=max(n_err_up,n_err_down)+c_err(ii);%总的错误个数sout=zeros(1,M); for dd=1:M/2, sout(2*dd-1)=ra(dd); sout(2*dd)=rb(dd); end ss=zeros(1,N); for rr=1:L, ss(rr+0:M-1*L)=sout

47、; end b_err(ii)=length(find(sout=s)+b_err(ii); end c_err(ii)=c_err(ii)/(jj*M) b_err(ii)=b_err(ii)/(2*jj*M) end QPSK_EP=QPSK_EP/(jj*length(snr_in_dB); PP=30+10*log10(QPSK_EP+eps); figure(1) subplot(2,1,1) plot(t,co) xlabel(t(us) ylabel(co(t) (V) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -

48、- 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 26 页 - - - - - - - - - 17 title(QPSK 调制波形 ) axis(-2,0,-1.5,+1.5) grid on subplot(2,1,2) plot(t,ss) grid on xlabel(t(us) ylabel(sout(t) (V) title(QPSK 解调波形 ) axis(-5,+5,-1.5,+1.5) figure(2) plot(f,PP); xlabel(f(khz) ylabel(Ps(dBm) title(QPSK 信号功率谱图 ) axis(-10,10,0,30)

49、figure(3) hold on grid on tt=0:dt:Na*Ts; for ll=1:Na*L:N-Na*L plot(tt,a01(ll:ll+Na*L); plot(tt,bo1(ll:ll+Na*L); end xlabel(t in us) ylabel(s(t) in V) title(升余弦滚降波形的眼图 ) axis(0,2,-2,+2) figure(4) semilogy(snr_in_dB,c_err,snr_in_dB,b_err); xlabel(singal to noise ratio (dB) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -

50、 - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 26 页 - - - - - - - - - 18 ylabel(Pe) title(QPSK 系统误码率和误符号率曲线) 第五章系统仿真及结果分析5.1 数字信号的最佳接收通信系统的信道特性不理想及信道噪声的存在，直接影响接收系统的性能，而一个通信系统的质量优劣在很大程度上取决于接收系统的性能。研究在噪声条件下如何最好的提取有用信号，且在最大输出信噪比接收准则下构成最佳接收机，有重要的实用价值。匹配滤波器是指在白噪声为背景的条件下，输出信噪比最大的最佳线形滤波器。如果用匹配滤