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《数字通信原理》之基带信号眼图实验-Matlab仿真
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数字基带信号的眼图实验——matlab仿真
一、实验目的
1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法;
2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ基带信号下,不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度;
3、熟悉MATLAB语言编程。
二、实验预习要求
1、复习《数字通信原理》第七章7.1节——奈奎斯特第一准则内容;
2、复习《数字通信原理》第七章7.2节——数字基带信号码型内容;
3、认真阅读本实验内容,熟悉实验步骤。
三、实验原理和电路说明
1、基带传输特性
基带系统的分析模型如图3-1所示,要获得良好的基带传输系统,就应该
图3-1 基带系统的分析模型
抑制码间干扰。设输入的基带信号为,为基带信号的码元周期,则经过基带传输系统后的输出码元为。其中
(3-1)
理论上要达到无码间干扰,依照奈奎斯特第一准则,基带传输系统在时域应满足:
(3-2)
频域应满足:
(3-3)
图3-2 理想基带传输特性
此时频带利用率为,这是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。
由于理想的低通滤波器不容易实现,而且时域波形的拖尾衰减太慢,因此在得不到严格定时时,码间干扰就可能较大。在一般情况下,只要满足:
(3-4)
基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。
从实际的滤波器的实现来考虑,采用具有升余弦频谱特性时是适宜的。
(3-5)
这里称为滚降系数,。
所对应的其冲激响应为:
(3-6)
此时频带利用率降为,这同样是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。换言之,若输入码元速率,则该基带传输系统输出码元会产生码间干扰。
2、眼图
所谓眼图就是将接收滤波器输出的,未经再生的信号,用位定时以及倍数作为同步信号在示波器上重复扫描所显示的波形(因传输二进制信号时,类似人的眼睛)。干扰和失真所产生的畸变可以很清楚的从眼图中看出。眼图反映了系统的最佳抽样时间,定时的灵敏度,噪音容限,信号幅度的畸变范围以及判决门限电平,因此通常用眼图来观察基带传输系统的好坏。
图3-3 眼图示意图
四、仿真环境
Windows NT/2000/XP/Windows 7/VISTA;
MATLAB V6.0以上。
五、仿真程序设计
1、程序框架
图3-4 程序框架
首先,产生M进制双极性NRZ码元序列,并根据系统设置的抽样频率对该NRZ码元序列进行抽样,再将抽样序列送到升余弦滚降系统,最后画出输出码元序列眼图。
2、参数设置
该仿真程序应具备一定的通用性,即要求能调整相应参数以仿真不同的基带传输系统,并观察输出眼图情况。因此,对于NRZ码元进制M、码元序列长度Num、码元速率Rs,采样频率Fs、升余弦滚降滤波器参考码元周期Ts、滚降系数alpha、在同一个图像窗口内希望观测到的眼图个数Eye_num等均应可以进行合理设置。
3、实验内容
根据现场实验题目内容,设置仿真程序参数,编写仿真程序,仿真波形,并进行分析给出结论。
4、仿真结果参考
参考例程参数设置如下:
无码间干扰时:
Ts=1e-2; %升余弦滚降滤波器的理想参考码元周期,单位s
Fs=1e3; %采样频率,单位Hz。注意:该数值过大将
%严重增加程序运行时间
Rs=50; %输入码元速率,单位Baud
M=2; %输入码元进制
Num=100; %输入码元序列长度。注意:该数值过大将
%严重增加程序运行时间
Eye_num=2; %在一个窗口内可观测到的眼图个数。
图3-5(a) 仿真参考结果图(1)
图3-5(b) 仿真参考结果图(2)
图3-5(c) 仿真参考结果图(3)
从眼图张开程度可以得出没有发生码间干扰,这是因为基带信号的码元速率Rs为50Baud,而升余弦滚降滤波器和FIR滤波器的等效带宽B=60Hz(Ts=10ms),Rs2B,满足了奈奎斯特第一准则的条件。
有码间干扰时:
Ts=5*(1e-2); %升余弦滚降滤波器的参考码元周期,单位s
Fs=1e3; %采样频率,单位Hz。注意:该数值过大将
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