数字基带传输系统333.doc

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摘要

数字通信系统有两种主要的通信模式：

数字频带传输系统和数字基带传输系统。

数字基带传输系统指不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，常用于传输距离不太远的情况下。

本次综合训练通过分析数字基带信号传输的特性，运用数值仿真的方法，对数字基带传输系统作了模拟。

关键词：

Simulink；基带系统；曼彻斯特码

目录

前言 3

1.1数字基带传输系统 4

1.1.1数字基带传输原理 4

1.1.2数字基带传输系统模型 4

1.2数字基带传输系统设计方案 5

2.1Simulink下数字基带系统的设计 6

2.1.1数字基带系统模型的建立 6

2.1.2信源 6

2.1.3发送滤波器和接收滤波器、信道 7

2.1.4抽样判决器 7

3.1仿真效果图 9

3.1.1曼彻斯特编码前与编码后波形 9

3.1.2发送数据波形与接收数据波形 9

3.1.3经过滤波器、信道的各点时域波形 10

3.2仿真结果分析 10

3.2.1接收眼图波形与分析 10

3.2.2发送信号与接收信号功率谱估计与分析 11

3.2.3误码率统计与分析 11

总结 13

参考文献 14

前言

现代通信正朝着数字化，宽带化，智能化,综合化和个人化方向迅速发展，其中通信数字化是关键，是其他四化的基础。

由于数字通信与原来的模拟通信相比，具有抗干扰性强，可靠性高，便于加密，集成化程度高，可以实现多种通信业务的综合等许多优点。

随着数字技术的飞速发展与数字器件的广泛应用，数字信号处理在通信系统中的应用已经越来越重要。

数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统。

数字基带传输系统就是不使用调制和解调而直接传输数字基带的系统。

在实际生活中，基带传输不如频带传输那样广泛，但是基带传输的意义十分重要。

随着数字通信技术的发展，基带传输也得到了很大的发展，在以后的发展中，也会大放异彩。

目前，它不仅用于低速数据传输，同样用于高速数据传输。

在频带传输制式里，同样存在着基带传输的问题如码间干扰等。

因为信道的含义是相对的，若把调制解调器包括在信道中，则频带传输就变成了基带传输。

所以说基带传输是频带传输的基础。

20世纪60年代出现了数字传输技术，它采用了数字信号来传递信息，从此通信进入了数字化时代。

目前，通信网已基本实现了数字化，在我国公共通信网中，传输的信号主要是数字信号。

数字通信的应用越来越广泛，例如数字移动通信，数字卫星通信，数字电视广播，数字光线通信，数字微波通信，数字视频通信，多媒体通信等。

数字基带系统在近程数据通信系统中有着广泛的应用，数字基带系统存在些许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题。

随着数字通信系统的发展，基带传输得到了良好的发展，在理论上，任何一个线性调制的频带传输系统，总是可以有一个等效的基带载波调制系统所代替，因此，很有必要对基带传输系统进行综合系统的分析。

第一章数字信号基带传输系统原理

1.1数字基带传输系统

1.1.1数字基带传输原理

在数字传输系统中所传输的通常是二元数字信号，设计数字传输系统要考虑的基本想法是选择一组有限个离散的波形来表示数字信息。

这些离散波形可以是载波进行调制后的波形,也可以是不经过调制的不同电平信号。

来自数据终端的原始数据信号，或者是来自模拟信号经数字化处理后的PCM码组，ΔM序列等等都是基带数字信号。

这些信号往往包含丰富的低频分量。

有些场合可以不经过载波调制和解调过程而直接传输，称为基带传输[1]。

系统基带波形被脉冲变换器变换成适应信道传输的码型后，就送入信道，一方面受到信道特性的影响，使信号产生畸变；另一方面信号被信道中的加性噪声所叠加，造成信号的随即畸变。

因此，在接收端必须有一个接收滤波器，使噪声尽可能受到抑制，为了提高系统的可靠性，在安排一个有限整形器和抽样判决器组成的识别电路，进一步排除噪声干扰和提取有用信号。

对于抽样判决，必须有同步信号提取电路。

在基带传输中，主要采用位同步。

同步信号的提取方式采用自同步方式（直接法）。

同步系统性能的好坏将直接影响通信质量的好坏，甚至会影响通信能否正常进行。

1.1.2数字基带传输系统模型

基带传输包含着数字通信技术的许多问题，频带传输是基带信号调制后再传输的，因此频带传输也存在基带问题。

基带传输的许多问题，频带传输同样须考虑。

如果把调制与解调过程看做是广义信道的一部分，则任何数字传输系统均可等效为基带传输系统。

理论上还可证明，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统来代替。

数字基带系统传输模型如图1.1所示，

图1.1数字基带系统传输模型

1.2数字基带传输系统设计方案

（1）信源

　　信息传播过程简单地描述为：

信源→信道→信宿。

其中，“信源”是信息的发布者，即上载者；“信宿”是信息的接收者，即最终用户。

在传统的信息传播过程中，对信源的资格有严格的限制，通常是广播电台、电视台等机构，采用的是有中心的结构。

而在计算机网络中，对信源的资格并无特殊限制，任何一个上网者都可以成为信源。

　1）常见的基带信号波形有：

单极性波形、双极性波形、单极性归零波形和双极性归零波形。

双极性波形可用正负电平的脉冲分别表示二进制码“1”和“0”，故当“1”和“O”等概率出现时无直流分量，有利于在信道中传输，且在接收端恢复信号的判决电平为零，抗干扰能力较强。

而单极性波形的极性单一，虽然易于用TTL，CMOS电路产生，但直流分量大，要求传输线路具有直流传输能力，不利于信道传输。

　　2）归零信号的占空比小于1，即：

电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平，这样的波形有利于同步脉冲的提取。

3）基于以上考虑采用双极性归零码——曼彻斯特码作为基带信号[2]。

（2）发送滤波器和接收滤波器

滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。

对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。

　基带系统设计的核心问题是滤波器的选取，为了使系统冲激响应h（t）拖尾收敛速度加快，减小抽样时刻偏差造成的码间干扰问题，要求发送滤波器应具有升余弦滚降特性；要得到最大输出信噪比，就要使接收滤波器特性与其输入信号的频谱共扼匹配,同时系统函数满足：

考虑在t0时刻取样，上述方程改写，，因此，在构造最佳基带传输系统时要使用平方根升余弦滤波器作为发送端和接收端的滤波器[3]。

（3）信道

　　信道指通信的通道，是信号传输的媒介，通常为有线信道，如市话电缆、架空明线等。

信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，且含有加性噪声。

因此本次系统仿真采用高斯白噪声信道[4]。

（4）抽样判决器

　　抽样判决器是在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。

抽样判决关键在于判决门限的确定，由于本次设计采用双极性码，故判决门限为0[5]。

第二章数字信号基带传输系统及其建模

2.1Simulink下数字基带系统的设计

2.1.1数字基带系统模型的建立

数字基带系统模型如图2.1所示：

图2.1数字基带系统模型

2.1.2信源

伯努利二进制信源模块如图2.2所示：

图2.2伯努利二进制信源模块

由伯努利信源产生曼彻斯特码模块如图2.3所示：

图2.3由伯努利信源产生曼彻斯特码模块

2.1.3发送滤波器和接收滤波器、信道

为了减小码间干扰，在最大输出信噪比时刻输出信号，减小噪声干扰，传输模块由Upsample（内插函数）、DiscreteFilter根升余弦传输滤波器、AWGNChannel（高斯信道）、DiscreteFilter根升余弦接收滤波器模块组成，其设计框图如图2.4所示：

图2.4发送滤波器、信道、接收匹配滤波器的建模

2.1.4抽样判决器

利用PulseGeneratorl、Product、Relay、TriggeredSubsystem、Downsample构成抽样判决电路，并通过PulseGeneratorl、Add、Product模块对接收到的曼彻斯特码进行解码，其抽样判决电路及曼彻斯特码解码电路如图2.5所示：

图2.5抽样与判决器的建模

第三章仿真效果图及结果分析

3.1仿真效果图

3.1.1曼彻斯特编码前与编码后波形

曼彻斯特编码前与编码后波形如图3.1所示：

图3.1曼彻斯特编码前与编码后的波形

3.1.2发送数据波形与接收数据波形

发送数据波形与接收数据波形如图3.2所示：

图3.2发送数据波形与接收数据波形

3.1.3经过滤波器、信道的各点时域波形

经过滤波器、信道的各点时域波形如图3.3所示：

图3.3经过滤波器、信道的各点时域波形

上图第一个波形为发送滤波器输出端时域波形，产生了规律的比较适合信道传输的波形，比较光滑。

中间的波形为信道输出端的时域波形，由于信噪比不是太高，对发送滤波器输出的信号影响不明显。

最下端的波形为接收滤波器输出时域波形。

可以见的，噪声被基本滤除，接收滤波器输出波形比较光滑。

3.2仿真结果分析

3.2.1接收眼图波形与分析

接收眼图如图3.4所示：

图3.4接收眼图

（1）从上图中可以看出，眼图的线迹比较细，比较清晰，并且“眼睛”很大，说明误码率比较低，码间串扰与噪声对系统传输可靠性影响不大。

（2）从上图中可以看出最佳时刻是0.2、0.7、1.2、1.7左右等时刻“眼睛”最大即抽样最佳时刻。

（3）因为眼图眼边的斜率比较大，所以看出定时误差灵敏度比较敏感。

（4）“眼睛”张开的宽度为可抽样的时间范围。

（5）抽样时刻，上下两个阴影区的间隔距离之半为噪声容限，若噪声瞬时值超过它就可能发生错判。

3.2.2发送信号与接收信号功率谱估计与分析

发送信号功率谱如图3.5所示，接收信号功率谱如图3.6所示：

图3.5发送信号功率谱图3.6接收信号功率谱

3.2.3误码率统计与分析

误码率如图3.7所示：

图3.7误码率

通过误码率统计“Display”模块可知该系统的误码率为0.00095，且误码率会随着仿真时间的增长逐步降低。

产生误码的原因可能有几方面：

（1）误码有可能是由于噪声造成的。

由于噪声的存在，可能会使原有基带信号的正负电平出现逆转，由于抽样判决门限为0，造成判决出错出现误码。

（2）有可能是码间干扰的原因。

虽然理论分析可以完全消除码间干扰，但是由于平方根升余弦滤波器等部件不可能是完全理想的，所以在仿真及实际工程中码间干扰时不完全消除的。

（3）由于采用相乘器等模块构造解码器，其解码过程也有可能会出错。

总结

本次综合训练对数字基带信号传输的特性进行了分析，并通过对基带传输理的深入理解，运用数值仿真的方法，对基带传输的特性作了模拟。

研究结果表明，传输基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性。

当然可以有意地加宽传输频带使这种干扰减小到任意程度。

然而这会导致不必要的浪费带宽。

通过本次课程设计使我更加清晰的了解一个通信系统的构造，对信号编码、发送、接收、解码原理都有了清晰的认识，也使我对Simulink中各个模块的作用及参数设置有了更深一步的认识。

本次课程设计建立一个基带传输模型，采用曼彻斯特码作为基带信号，发送滤波器为平方根升余弦滤波器，接收滤波器与发送滤波器相匹配，实现了匹配滤波、减小系统码间干扰，通过抽样判决与曼彻斯特码再生电路恢复信号。

课程设计的几天时间大部分在调整参数上，也使我体会到把书本上的知识与实际运用相结合不是那么容易的，各个模块之间的参数都要得到很好的配合才能达到想要的效果。

通过这次能力综合训练，我深刻地体会到了自己的不足。

自己在这个过程中也学习到了很多。

参考文献

[1]吴玲达，李国辉，杨冰等著.计算机通信原理与技术[M].国防科技大学出版社，2003

[2]孙丽华著.信息论与纠错编码[M].电子工业出版社，2005.3

[3]宋祖顺著.现代通信原理[M].电子工业出版社，2001.2

[4]樊昌信著.通信原理[M].国防工业出版社，1999.10

[5]钱恭斌著.实用通信与电子线路的计算机仿真，电子工业出版社，2001

[6]王立宁著.Matlab与通信仿真[M]，人民邮电出版社,2000

[7]王沫然著.Simulink建模和仿真[M]，电子工业出版社,2002

[8]PecoaLM,CarrollTL.SyncharonizationinChaoticSystems[J].PhysRev,1990,16.致谢

本次的课程设计中，我们遇到了许多的问题，但是经过陈老师的悉心教导，我们学到了许多课本上没有的知识。

还要感谢我们组的组员对我本次课程设计的帮助，使我的思路进行了扩展，才能顺利的完成这次的课程设计。

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