实验报告_实验二.doc

电 子 科 技 大 学 实 验 报 告 学生姓名：陈松 学 号：201322010244 指导教师：李恒 邮 箱：songxia928@ 一、实验室名称：通信信号处理及传输实验室 二、实验项目名称： 脉冲成型实验 三、实验原理： 1、脉冲成型的理论基础 在现代无线通信中，由于基带信号的频谱范围都比较宽，为了有效利用信道，在信号传输之前，都要对信号进行频谱压缩，使其在消除码间干扰和达到最佳检测的前提下，大大提高频带的利用率。 奈奎斯特是第一个解决既能克服符号间干扰又保持小的传输带宽问题的人。他发现只要把通信系统(包括发射机、信道和接收机)的整个响应设计成在接收端的每个抽样时刻只对当前的符号有响应，而对其他符号的响应全等于零，那么符号间干扰ISI的影响就能完全被抵消，即消除符号间干扰的奈奎斯特(Nyquist) 第l准则。如图1所示。 在理论上，Nyquist第l准则成功地解决了成形滤波器的设计问题，但是它只给出了一个抽象的理论准则，而对于如何具体设计成形滤波器并没有一个明确的答案。 由于数字技术的发展，基带信号的频谱成形可通过数字方法进行。利用数字式处理来实现频谱波形成形滤波的情况越来越广泛。数字滤波具有精度高、可靠性高、灵活性强、便于大规模集成、可以得到很高的性能指标等优点，可实现有限冲激响应 (FlR)滤波器或无限冲激响应滤波(IIR)滤波器。FIR滤波器可做到严格的线性相位，设计方法既有从时域出发考虑的加窗法，从频域出发考虑的频率采样法、等波纹最佳一致逼近法，也有综合考虑频域和时域要求的最优化设计方法（线性规划法)。 在实际应用中，升余弦滤波器是运用较广泛的成形滤波器，因为它有如下的优点： 1）满足Nyquist第1准则； 2）可以消除理想低通滤波器设计上的困难，有一平滑的过渡带； 3）通过引入滚降系数改变传输信号的成形波形，可以减小抽样定时脉冲误差所带来的影响，即降低码间干扰。 升余弦滤波器的传递函数为： （2.1） 其中，是滚降因子，取值范围0到1。当时，升余弦滚降滤波器对应于具有最小带宽的矩形滤波器。这种滤波器的冲激响应可由对其传递函数做傅里叶变换得到： （2.2） 图2 升余弦滤波器的频域传递函数及时域冲激响应 图2是升余弦滤波器的频域传递函数及时域冲激响应，其中（a）是频域传递函数，（b）是时域冲激响应。 升余弦滚降传递函数可以通过在发射机端和接收机端使用同样的滤波器来实现，同时在平坦衰落信道中为实现最佳性能提供了匹配滤波。为实现滤波器的响应，脉冲成形滤波器可以用在基带数据上，也可以使用在发射机的输出端。 图3就是将输入随机序列{+1，-1}通过0.5升余弦滤波器后的脉冲成型波形。 图3 滚降系数0.5的升余弦脉冲成型波形 不使用奈奎斯特技术来实现脉冲成形是有可能的，其中一项就是MSK调制方式的应用，与OQPSK调制方式结合的效率较高的半正弦脉冲调制。通过截短的传递函数来抑制相邻符号间的干扰。由于使用更短的截短传递函数，半正弦脉冲成形后的信号频谱相对升余弦滚降成形的信号频谱来说，主瓣较宽，旁瓣较高，频谱效率较低。 2、VHDL实现脉冲成型 在程序中，我们首先产生升余弦滤波器系数，再将输入数据滤波输出，即可得到我们期望的滚将系数（0.5或0.8）的升余弦信号成型波形。因此，这里重点就是如何生成各种滚降系数的升余弦滤波器系数。 利用MATLAB生成升余弦滚降滤波器系数 在MATLAB中，可以利用函数rcosine得到升余弦滤波器系数，格式如下： [NUM, DEN] = RCOSINE(Fd, Fs, TYPE_FLAG, R, DELAY) 其中，Fd表示数字信号频率；Fs表示滤波器采样频率，且Fs/Fd 必须是一个正整数。TYPE_FLAG 表示设计的滤波器的类型，可以是iir、sqrt、或者它们的组合 iir/sqrt，也可以是常规类型 normal。 R 表示滚降系数，取值范围是[0, 1].。DELAY表示滤波器延迟，必须为一个正整数，DELAY/Fd 可以得到以秒为单位的滤波器延迟。 我们以产生0.8滚降系数的升余弦滤波器为例，Fd＝1；Fs＝8；TYPE_FLAG 取“fir” 将升余弦滤波器系数转换为VHDL数组 取滤波器对应的单位冲激响应正负两个第二零点之间的33个样本（9～41，包括左右两个0），然后进行幅值放大（如这里调整为原始系数*100）并取为整数，最后再转换为二进制数，就得到一个包含33个10bit的向量的数组，由此来近似FIR形式的升余弦滚降滤波器。 将信号滤波输出，即得到脉冲成型信号 脉冲成形的过程，其实就是输入数据din和升余弦滚将滤波器的时域响应进行卷积的过程。在源代码中，合法的输入din（长度为2bit）一共有三种：00、