山东大学·通信原理实验·实验报告
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信息科学与工程学院
2023－2024 学年第一学期
实验报告
课程名称： 通信原理实验
实验名称： 数字基带传输系统设计与性能研究
专 业 班 级 通信一班
学 生 学 号
学 生 姓 名
实 验 时 间 2023.9.21
山东大学·通信原理实验·实验报告
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目录
一、实验原理................................................................................................................3
1.1 数字基带传输系统框图..................................................................................3
1.2 数字基带传输系统传输过程分析..................................................................4
1.3 升余弦滚降型滤波器......................................................................................6
1.4 最佳基带系统..................................................................................................7
1.5 窗函数设计法得到 FIR 数字滤波器............................................................8
二、系统主函数............................................................................................................9
2.1 系统实现框图..................................................................................................9
2.2 主程序代码......................................................................................................9
三、子函数实现..........................................................................................................13
3.1 信源序列产生子函数(GenerateSourseSequence).........................................13
3.2 发送序列产生子函数(GenerateSendSequence)............................................14
3.3 升余弦滚降滤波器子函数(raised_cosine_filter)..........................................15
3.4 发送滤波器输出信号生成子函数(SendFilter_out) .....................................18
3.5 接收滤波器输出信号生成子函数(ReciveFilter_in) ....................................19
3.6 抽样和判决子函数(SampleJudge)................................................................19
3.7 眼图绘制子函数(EyeDiagram) .....................................................................20
四、性能分析..............................................................................................................21
4.1 升余弦滤波器性能研究:...............................................................................21
4.2 无噪声下的二进制数字基带传输系统性能研究:.......................................23
五、实验思考题..........................................................................................................26
六、实验总结..............................................................................................................30
6.1 问题与解决....................................................................................................30
6.2 实验心得........................................................................................................33
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一、实验原理
1.1 数字基带传输系统框图
基带信号输入 发送滤波器 信道 接收滤波器 判决抽样器
图 1-1 基带传输系统的基本结构
• 发送滤波器或信道信号形成器：产生适合信道传输的基带信号。
• 带限信道：传输信号的通道。
• 噪声：一种不必要信号会干扰原始信号，我们主要考虑功率谱在整个
频域内是常数的白噪声。
• 接收滤波器:限制信号频带外噪声进入到接受系统中，对信道特性均衡，
使得输出的波形利于进行抽样判决。
• 抽样判决器：在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（同步提
取得）对接收滤波器的输出信号进行抽样判决，以恢复基带信号。
1.2 数字基带传输系统传输过程分析
1) 输入二进制符号序列：{
𝑎
𝑙
}
2) 输入信号：
𝑑(𝑛𝑡)
=
+
∞
𝑙
=
−
∞
𝑎
𝑙
𝛿(𝑛𝑇−𝑙𝐴𝑇) (1)
对连续域进行抽样，抽样周期为 T，抽样点数为 A。
其中，
𝑇
𝑏
=
AT
：比特周期，一个比特周期发送一个脉冲信号。
输出
噪声
同步提取
定时信号
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3) 发送滤波器或信道信号形成器：
时域的周期性和离散性对应频率的离散型和周期性。
发送滤波器的单位冲激响应
𝑔
𝑇
(𝑛𝑇)
，频率响应抽样值为
𝐺
𝑇
(𝑘𝛥𝑓)
，
𝑔
𝑇
(𝑛𝑡)
=
1
𝑁
𝑁−1
𝑘
=
0
𝐺
𝑇
(𝑘∆𝑓)
𝑒
𝑗
2
Π
N
𝐾𝑛
（
2
）
4) 发送滤波器输出信号：
𝑣
(
𝑛𝑇
)
=
𝑑
(
𝑛𝑇
)
∗
𝑔
𝑇
(
𝑛𝑇
)
=
+
∞
𝑙
=
−
∞
𝑎
𝑙
𝛿
(
𝑛𝑇−𝑙𝐴𝑇
)
∗
𝑔
𝑇
(𝑛𝑇)
=
+
∞
𝑙
=
−
∞
𝑎
𝑙
𝑔
𝑇
(𝑛𝑇−
𝑙
𝐴𝑇) (3)
5) 带限信道：
传输信号的通道。时域表示
𝑐(𝑡)
,频域表示
𝐶(𝑓)
，理想情况下
𝐶(𝑓)
=1。
信道输出信号：
𝑦(𝑛𝑇)
=
𝑣(𝑛𝑇)
+
𝑛(𝑛𝑇)
(4)
其中，
𝑛(𝑡)
: 高斯白噪声信号(AWGN)，其双边功率谱密度
𝑁
0
/2
（W/Hz）。
6) 接收滤波器:
滤波器的单位冲激响应为
𝑔
𝑅
(𝑛𝑇)
,频率响应抽样值为
𝐺
𝑅
(∆𝑓)
，
𝑔
𝑅
(𝑛𝑡)
=
1
𝑁
𝑁−1
𝑘
=
0
𝐺
𝑅
(𝑘∆𝑓)
𝑒
𝑗
2
Π
N
𝐾𝑛
（
5
）
7) 接收滤波器的输出信号：
𝑟(𝑛𝑇)
=
𝑦(𝑛𝑇)
∗
𝑔
𝑅
(𝑛𝑇)
=
𝑣(𝑛𝑇)
∗
𝑔
𝑅
(𝑛𝑇)
+
𝑛(𝑛𝑇)
∗
𝑔
𝑅
(𝑛𝑇)
=
+
∞
𝑙
=
−
∞
𝑎
𝑙
ℎ(𝑛𝑇−𝑙𝐴𝑇)
+
𝑛
𝑅
(𝑛𝑇)
（
6
）
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其中，
ℎ
(
𝑛𝑇
)
=
𝑔
𝑇
(
𝑛𝑇
)
∗
𝑐
(
𝑛𝑇
)
∗
𝑔
𝑅
(
𝑛𝑇
)
，
𝑛
𝑅
(
𝑛𝑇
)
=
𝑛
(
𝑛𝑇
)
∗
𝑔
𝑅
(𝑛𝑇)
。
为获得信息
{
𝑎
𝑟
}
,需对 y(nT) 进行抽样，发送滤波器和接收滤波器带来的延
时为
𝑛
0
𝑇
，则
理想抽样时刻:
𝑟𝐴𝑇
+
𝑛
0
𝑇
，
𝑦
(
𝑟𝐴𝑇
+
𝑛
0
𝑇
)
=
+
∞
𝑙
=
−
∞
𝑎
𝑙
ℎ
(
𝑟𝐴𝑇
+
𝑛
0
𝑇
−𝑙𝐴𝑇
)
+
𝑛
𝑅
(
𝑟𝐴𝑇
+
𝑛
0
𝑇
)
=
ℎ(𝑛
0
𝑇)
𝑎
𝑟
+
+
∞
𝑙
=
−
∞
𝑙
≠
𝑟
𝑎
𝑙
ℎ
(
𝑟𝐴𝑇
+
𝑛
0
𝑇
−𝑙𝐴𝑇
)
+
𝑛
𝑅
(
𝑟𝐴𝑇
+
𝑛
0
𝑇
) (7)
上式中
ℎ(𝑛
0
𝑇)
𝑎
𝑟
为有用信号；
∑
𝑙
=+
∞
𝑙
=
−
∞
𝑛
≠
𝑟
𝑎
𝑙
ℎ
(
𝑟𝐴𝑇
+
𝑛
0
𝑇
−𝑙𝐴𝑇
)
为
𝑙𝐴𝑇
+
𝑛
0
𝑇
时刻抽样影响，即码间串扰（ISI），此项为 0 时系统为为无码间干扰系统，
此系统可以通过选择合适的发射和接收滤波器实现。
𝑛
𝑅
(
𝑟𝐴𝑇
+
𝑛
0
𝑇
)
为 AWGN
中加性噪声影响。
8) 判决：
{
a
′
l
}
9) 结果检验或系统评估:
计算误比特率：
P
e
=
接收信号的错误码元数
传送总的码元数
（
8
）
眼图:由于萤光暂留效应，每一个码元的波形重叠在一起，从而形成眼图。
眼图包含了丰富的信息，从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响，体现了数
字信号整体的特征，从而估计系统优劣程度。
眼图的 “眼睛” 张开的大小反映着码间串扰的强弱。 “眼睛”张的越大，
且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。
