数字基带传输根升余弦滤波仿真系统

资 源 简 介

本项目利用MATLAB软件实现对数字基带信号的脉冲成型与匹配滤波处理。核心功能包括生成随机二进制符号序列，对序列进行上采样处理以匹配指定的采样率。使用rcosdesign函数设计根升余弦滤波器，分别作为发送端的脉冲成型滤波器和接收端的匹配滤波器。在发送端，经过成型滤波后的信号能够限制带宽并有效减少频带外的能量泄露；在接收端，通过匹配滤波器处理可以使信噪比达到最大，并满足奈奎斯特第一准则，从而显著降低码间串扰。项目还模拟了信号通过加性高斯白噪声信道的过程，并提供眼图、星座图以及时域波形的对比分析，使用户能够

详 情 说 明

数字基带传输中根升余弦滤波器成型与匹配滤波仿真系统

项目介绍

本项目是一个基于 MATLAB 的数字通信仿真系统，专注于研究数字基带传输中的脉冲成型与匹配滤波技术。系统通过模拟完整的物理层传输链路，展示了二进制符号从产生、映射、上采样、发送端过滤、信道加噪到接收端匹配滤波及最终判决的全过程。该系统特别强调了根升余弦（RRC）滤波器在限制信号带宽、减少邻道干扰以及在加性高斯白噪声（AWGN）环境下优化信噪比的关键作用。

功能特性

• 完整的基带传输链路仿真：涵盖了从随机序列生成到误码率统计的完整通信流程。
• 先进的脉冲成型技术：采用根升余弦滤波器进行脉冲成型，有效控制频谱分布。
• 匹配滤波接收：接收端使用与发送端特征匹配的滤波器，以实现最佳解调效果。
• 信道模拟：内置 AWGN 信道模型，可自定义信噪比以测试系统鲁棒性。
• 多维度可视化分析：提供时域信号对比、功率谱密度、动态眼图及星座图的直观展示。
• 量化性能评估：自动计算并输出误码率（BER）及仿真参数报告。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 工具箱需求：

- Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱） - Communications Toolbox（通信工具箱）

实现逻辑与功能说明

程序通过以下步骤实现仿真：

1. 参数初始化：定义符号总数（1000）、滚降系数（0.25）、符号跨度（10）、每个符号的采样点数（8）以及信噪比（15dB）等核心变量。
2. 信号生成与调制：生成均匀分布的二进制随机序列，并将其映射为 BPSK 符号（0 映射为 -1，1 映射为 1）。
3. 上采样处理：在原始符号之间插入指定数量的零点，将符号序列扩展至指定的采样率。
4. 脉冲成型滤波：利用 RRC 算法设计滤波器，对上采样后的序列进行物理波形成型。为了保证信号同步，程序计算并补偿了由卷积产生的滤波延迟。
5. 信道模拟：将成型后的基带信号送入加性高斯白噪声信道，模拟真实的传输环境。
6. 匹配滤波处理：在接收端再次应用 RRC 滤波器。这一步与发送端滤波器共同构成全升余弦特性，满足奈奎斯特第一准则，消除码间串扰。
7. 同步采样与硬判决：在补偿二次滤波延迟后，在最佳采样时刻进行抽样，并根据阈值（0）进行判决，还原原始比特。
8. 性能统计：通过对比原始数据与接收数据，统计错误比特并计算误码率。

关键算法与技术细节分析

• 根升余弦滤波器设计：调用 rcosdesign 函数生成平方根升余弦滤波器系数。滚降系数决定了带宽效率与时域振荡的平衡，较大的跨度（span）意味着更理想的滤波特性，但会增加处理延迟。
• 滤波延迟补偿：在发送端和接收端滤波过程中，程序均采用了 span * sps / 2 的偏移量截取技术。这种精确的索引处理确保了输入符号与输出样点在时间轴上的严格对齐。
• 功率谱密度估计：使用 periodogram 周期图法计算发射信号的频谱，展示了 RRC 滤波器在截断带外辐射方面的实际效果。
• 眼图分析：通过 eyediagram 函数观察接收信号，反映了系统中码间串扰（ISI）的强弱以及噪声对信号张口度的影响。
• 星座图分布：绘制采样判决前的复平面分布图，直观展示了噪声对 BPSK 映射点构成的偏移程度，是评估判决裕量的重要依据。

使用方法

1. 启动 MATLAB 软件。
2. 将仿真脚本文件放置于 MATLAB 的当前工作目录下。
3. 在命令行窗口直接输入该脚本的名称并回车，或者点击编辑器中的“运行”按钮。
4. 程序运行完成后，将自动弹出四个分析窗口（时域对比、频谱分析、眼图、星座图）。
5. 在 MATLAB 控制台中查看输出的“数字基带传输系统仿真报告”，获取误码率等具体量化指标。