基带信号眼图实验-matlab仿真设计.doc

.

..
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
WindowsNT/2000/XP/Windows7/VISTA；
MATLABV6.0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），Rs<2B，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
%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(d) 仿真参考结果图（4）
眼图基本闭合，存在较为严重的码间干扰，这是因为码元速率Rs虽然仍为50Baud，但滤波器等效带宽已经变为12Hz（Ts=50ms），Rs>2B不再满足奈奎斯特第一准则。
多进制码元情况：

图3-6 四进制NRZ码元眼图
六、实验报告要求
1、整理实验