數(shù)字信號基帶傳輸系統(tǒng)的仿真實(shí)現(xiàn)

1、*實(shí)踐教學(xué)*蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2012年秋季學(xué)期通信系統(tǒng)綜合訓(xùn)練題 目：數(shù)字信號基帶傳輸系統(tǒng)的仿真實(shí)現(xiàn) 專業(yè)班級： 通信工程（4）班 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 陳 海 燕 成 績： 摘要數(shù)字信號的傳輸方式按其在傳輸中對應(yīng)的信號的不同可分為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)和數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)。不使用調(diào)制和解調(diào)而直接傳輸數(shù)字基帶信號的系統(tǒng)稱為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。本次通信綜合訓(xùn)練通過分析數(shù)字基帶信號傳輸?shù)奶匦?，通過simulink仿真軟件建立了一個(gè)基帶傳輸模型，采用曼徹斯特碼作為基帶信號，經(jīng)過發(fā)送濾波器形成適合信道傳輸?shù)拇a型，經(jīng)過含有加性噪聲的有線信道后，在接收端通過接收濾波器的濾波去噪，由抽樣判決器進(jìn)

2、一步去噪恢復(fù)基帶信號，從而完成基帶信號的傳輸。關(guān)鍵詞：simulink；碼型變換；滾降；基帶傳輸系統(tǒng)；眼圖前言隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展與數(shù)字器件的廣泛使用,數(shù)字信號處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)越來越重要。數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)，本次綜合訓(xùn)練就是為了研究數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)而進(jìn)行的。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，其傳輸?shù)膶ο笸ǔＪ嵌M(jìn)制數(shù)字信號，這些二進(jìn)制數(shù)字信號的頻帶范圍通常從直流和低頻開始，直到某一頻率，我們稱這種信號為數(shù)字基帶信號。在某些有線信道中，特別是在傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，數(shù)字基帶信號可以不經(jīng)過調(diào)制和解調(diào)過程在信道中直接傳送，這種不使用調(diào)制和解調(diào)設(shè)備而直接傳輸基帶信號的通信系統(tǒng)

3、，我們稱它為基帶傳輸系統(tǒng)。雖然在實(shí)際使用的數(shù)字通信系統(tǒng)中基帶傳輸不如頻帶傳輸那樣廣泛，但是，對于基帶傳輸系統(tǒng)的研究仍然是十分有意義的。1) 在頻帶傳輸制式里同樣存在基帶傳輸?shù)膯栴}(如碼間干擾等)，因?yàn)樾诺赖暮x是相對的，若把調(diào)制解調(diào)器包括在信道中(如廣義信道)，則頻帶傳輸就變成了基帶傳輸。可以說基帶傳輸是頻帶傳輸?shù)幕A(chǔ)。2) 隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，基帶傳輸這種方式也有迅速發(fā)展的趨勢。目前,它不僅用于低速數(shù)據(jù)傳輸,而且還用于高速數(shù)據(jù)傳輸。3)理論上也可以證明，任何一個(gè)采用線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)，總是可以由一個(gè)等效的基帶傳輸系統(tǒng)所替代。目錄第1章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)11.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)概述11

4、.2基帶系統(tǒng)的理論分析11.2.1數(shù)字基帶信號的要求11.2.2數(shù)字基帶信號21.2.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型及工作原理31.3數(shù)字基帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的碼間干擾及噪聲干擾31.3.1碼間干擾及解決方案31.3.2噪聲干擾及解決方案41.4眼圖在基帶傳輸中的應(yīng)用41.5數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案51.5.1信源51.5.2發(fā)送濾波器和接收濾波器71.5.3信道71.5.4抽樣判決器8第2章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的simulink仿真92.1simulink簡介92.2數(shù)字信號基帶傳輸系統(tǒng)總仿真圖及各點(diǎn)波形92.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)各部分組成112.3.1信源112.3.2發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器122.3

5、.3抽樣判決器122.3.4眼圖及觀測結(jié)果132.3.5傳輸過程的誤碼率14參考文獻(xiàn)15總結(jié)16致謝17第1章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)1.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)概述20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了數(shù)字傳輸技術(shù)，它采用了數(shù)字信號來傳遞信息，從此通信進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代。目前，通信網(wǎng)已基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，在我國公眾通信網(wǎng)中傳輸?shù)男盘栔饕菙?shù)字信號。數(shù)字通信技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，例如數(shù)字移動(dòng)通信、數(shù)字衛(wèi)星通信、數(shù)字電視廣播、數(shù)字光纖通信、數(shù)字微波通信、數(shù)字視頻通信、多媒體通信等等1。數(shù)字通信系統(tǒng)主要的兩種通信模式:數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)，數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)。數(shù)字基帶信號 指未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號，它所占據(jù)的頻譜是從零頻或很低頻率開

6、始的。數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 指不經(jīng)載波調(diào)制而直接傳輸數(shù)字基帶信號的系統(tǒng)，常用于傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下。研究數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的原因：實(shí)際中，基帶傳輸不如頻帶傳輸應(yīng)用廣泛，但對基帶傳輸?shù)难芯咳杂蟹浅Ｖ匾囊饬x。這是因?yàn)椋旱谝?，?shù)字基帶系統(tǒng)在近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛采用；第二，數(shù)字基帶系統(tǒng)的許多問題也是頻帶傳輸系統(tǒng)必須考慮的問題；第三，隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，基帶傳輸這種方式也有迅速發(fā)展的趨勢，它不僅用于低速數(shù)據(jù)傳輸，而且還用于高速數(shù)據(jù)傳輸；第四，在理論上，任何一個(gè)線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)，總是可以有一個(gè)等效的基帶載波調(diào)制系統(tǒng)所替代。因此，很有必要對基帶傳輸系統(tǒng)進(jìn)行綜合系統(tǒng)的分析。1.2基帶系統(tǒng)的理論分析1

7、.2.1數(shù)字基帶信號的要求同形式的數(shù)字基帶信號（又稱為碼型）具有不同的頻譜結(jié)構(gòu)，為適應(yīng)信道的傳輸特性及接收端再生、恢復(fù)數(shù)字基帶信號的需要，必須合理地設(shè)計(jì)數(shù)字基帶信號，即選擇合適的信號碼型。適合于在有線信道中傳輸?shù)臄?shù)字基帶信號形式稱為線路傳輸碼型。一般來說，選擇數(shù)字基帶信號碼型時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：（1） 數(shù)字基帶信號應(yīng)不含有直流分量，且低頻及高頻分量也應(yīng)盡量的少。在基帶傳輸系統(tǒng)中，往往存在著隔直電容及耦合變壓器，不利于直流及低頻分量的傳輸。此外，高頻分量的衰減隨傳輸距離的增加會(huì)快速地增大，另一方面，過多的高頻分量還會(huì)引起話路之間的串?dāng)_，因此希望數(shù)字基帶信號中的高頻分量也要盡量的少。（2） 數(shù)

8、字基帶信號中應(yīng)含有足夠大的定時(shí)信息分量?；鶐鬏斚到y(tǒng)在接收端進(jìn)行取樣、判決、再生原始數(shù)字基帶信號時(shí)，必須有取樣定時(shí)脈沖。一般來說，這種定時(shí)脈沖信號是從數(shù)字基帶信號中直接提取的。這就要求數(shù)字基帶信號中含有或經(jīng)過簡單處理后含有定時(shí)脈沖信號的線譜分量，以便同步電路提取。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)告訴我們，所傳輸?shù)男盘栔胁粌H要有定時(shí)分量，而且定時(shí)分量還必須具有足夠大的能量，才能保證同步提取電路穩(wěn)定可靠的工作。（3） 基帶傳輸?shù)男盘柎a型應(yīng)對任何信源具有透明性，即與信源的統(tǒng)計(jì)特性無關(guān)。這一點(diǎn)也是為了便于定時(shí)信息的提取而提出的。信源的編碼序列中，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)長時(shí)間連“0”的情況，這使接收端在較長的時(shí)間段內(nèi)無信號，因而同步提取

9、電路無法工作。為避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，基帶傳輸碼型必須保證在任何情況下都能使序列中“1”和“0”出現(xiàn)的概率基本相同，且不出現(xiàn)長連“1”或“0”的情況。當(dāng)然，這要通過碼型變換過程來實(shí)現(xiàn)。碼型變換實(shí)際上是把數(shù)字信息用電脈沖信號重新表示的過程。此外，選擇的基帶傳輸信號碼型還應(yīng)有利于提高系統(tǒng)的傳輸效率；具有較強(qiáng)的抗噪聲和碼間串?dāng)_的能力及自檢能力2。實(shí)際系統(tǒng)中常常根據(jù)通信距離和傳輸方式等不同的要求，選擇合適的基帶碼型.。1.2.2數(shù)字基帶信號通信的根本任務(wù)是遠(yuǎn)距離傳輸信息，準(zhǔn)確地傳輸數(shù)字信息是數(shù)字通信中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，其傳輸對象通常是二進(jìn)制數(shù)字信息。它可能是來自計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)或其他數(shù)字設(shè)備的

10、各種數(shù)字代碼，也可能來自數(shù)字電話終端的脈沖編碼信號。數(shù)字信息在一般情況下可以表示為一個(gè)數(shù)字序列：，,簡記為。是數(shù)字序列的基本單元，稱為碼元。每一個(gè)碼元只能取離散的有限個(gè)值，例如在二進(jìn)制中，取0或1兩個(gè)值；在m進(jìn)制中，取0，1，2，m-1等m個(gè)值，或者取二進(jìn)制碼的m種排列。由于碼元只有有限個(gè)可能取值，所以通常用不同幅度的脈沖表示碼元的不同取值，例如用幅度為a的矩形脈沖表示1，用幅度為-a的矩形脈沖表示為0。這種脈沖信號被稱為數(shù)字基帶信號，這是因?yàn)樗鼈兯紦?jù)的頻帶通常從直流和低頻開始。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中所傳輸?shù)耐ǔＪ嵌獢?shù)字信號。設(shè)計(jì)數(shù)字傳輸系統(tǒng)要考慮的基本想法是選擇一組有限個(gè)離散的波形來表示數(shù)字信

11、息。這些離散波形可以是載波進(jìn)行調(diào)制后的波形,也可以是不經(jīng)過調(diào)制的不同電平信號。來自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號，或者是來自模擬信號經(jīng)數(shù)字化處理后的pcm碼組，m序列等等都是基帶數(shù)字信號。 這些信號往往包含豐富的低頻分量。有些場合可以不經(jīng)過載波調(diào)制和解調(diào)過程而直接傳輸，稱為基帶傳輸。系統(tǒng)基帶波形被脈沖變換器變換成適應(yīng)信道傳輸?shù)拇a型后，就送入信道，一方面受到信道特性的影響，使信號產(chǎn)生畸變；另一方面信號被信道中的加性噪聲所疊加，造成信號的隨即畸變。因此，在接收端必須有一個(gè)接收濾波器，使噪聲盡可能受到抑制，為了提高系統(tǒng)的可靠性，在安排一個(gè)有限整形器和抽樣判決器組成的識別電路，進(jìn)一步排除噪聲干擾和提取有用信號

12、。對于抽樣判決，必須有同步信號提取電路。在基帶傳輸中，主要采用位同步。同步信號的提取方式采用自同步方式（直接法）。同步系統(tǒng)性能的好壞將直接影響通信質(zhì)量的好壞，甚至?xí)绊懲ㄐ拍芊裾＿M(jìn)行3。1.2.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型及工作原理基帶傳輸包含著數(shù)字通信技術(shù)的許多問題，頻帶傳輸是基帶信號調(diào)制后再傳輸?shù)?，因此頻帶傳輸也存在基帶問題。基帶傳輸?shù)脑S多問題，頻帶傳輸同樣須考慮。如果把調(diào)制與解調(diào)過程看作是廣義信道的一部分，則任何數(shù)字傳輸系統(tǒng)均可等效為基帶傳輸系統(tǒng)。理論上還可證明，任何一個(gè)采用線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)，總是可以由一個(gè)等效的基帶傳輸系統(tǒng)來代替。數(shù)字基帶系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。發(fā)送濾波器信道接

13、收濾波器抽樣判決器數(shù)字基帶信號圖1-1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)1) 系統(tǒng)總的傳輸特性為，n(t)是信道中的噪聲。 2)基帶系統(tǒng)的工作原理：信源是不經(jīng)過調(diào)制解調(diào)的數(shù)字基帶信號，信源在發(fā)送端經(jīng)過發(fā)送濾波器形成適合信道傳輸?shù)拇a型，經(jīng)過含有加性噪聲的有線信道后，在接收端通過接收濾波器的濾波去噪，由抽樣判決器進(jìn)一步去噪恢復(fù)基帶信號，從而完成基帶信號的傳輸。另外，在發(fā)送端，數(shù)字基帶信號經(jīng)發(fā)送濾波器輸入到信道，發(fā)送濾波器的作用是限制發(fā)送頻帶，阻止不必要的頻率成分干擾相鄰信道?；鶐盘栐谛诺乐袀鬏敃r(shí)混入噪聲n(t)，同時(shí)由于信道一般不滿足不失真?zhèn)鬏敆l件，因此要引起傳輸波形的失真。所以在接收端輸入的波形與原始的基帶信

14、號差別很大，若直接進(jìn)行抽樣判決可能產(chǎn)生較大的誤判。因此在抽樣判決之前先經(jīng)過一個(gè)接收濾波器，它一方面濾除帶外噪聲，另一方面對失真波形進(jìn)行均衡。抽樣和判決電路使數(shù)字信號得到再生，并改善輸出信號的質(zhì)量。1.3數(shù)字基帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的碼間干擾及噪聲干擾1.3.1碼間干擾及解決方案碼間干擾及噪聲干擾將造成基帶系統(tǒng)傳輸誤碼率的提升，影響基帶系統(tǒng)工作性能。 碼間干擾：由于基帶信號受信道傳輸時(shí)延的影響，信號波形將被延遲從而擴(kuò)展到下一碼元，形成碼間干擾，造成系統(tǒng)誤碼。 解決方案： 要求基帶系統(tǒng)的傳輸函數(shù)h()滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則如式（1.1）： （1.1） 若不能滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則，在接收端加入時(shí)域均衡，減小碼間

15、干擾。基帶系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)h()應(yīng)具有升余弦滾降特性。如圖1-2所示。這樣對應(yīng)的h(t)拖尾收斂速度快，能夠減小抽樣時(shí)刻對其他信號的影響即減小碼間干擾4。圖1-2 升余弦滾降特性1.3.2噪聲干擾及解決方案噪聲干擾：基帶信號沒有經(jīng)過調(diào)制就直接在含有加性噪聲的信道中傳輸，加性噪聲會(huì)疊加在信號上導(dǎo)致信號波形發(fā)生畸變。 解決方案：在接收端進(jìn)行抽樣判決；匹配濾波，使得系統(tǒng)輸出信噪比最大。1.4眼圖在基帶傳輸中的應(yīng)用為了使系統(tǒng)達(dá)到最佳化，估計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)劣程度并觀察碼間干擾和噪聲對系統(tǒng)的影響。眼圖的跡線與接收的基帶脈沖序列的波形失真程度成正比。失真越厲害，眼圖的跡線就越模糊。而眼睛張開大小反映了碼間干擾的強(qiáng)弱

16、。在實(shí)際系統(tǒng)中，完全消除碼間串?dāng)_是十分困難的，而碼間串?dāng)_對誤碼率的影響目前尚無法找到數(shù)學(xué)上便于處理的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，還不能進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。為了衡量基帶傳輸系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，在實(shí)驗(yàn)室中，通常用示波器觀察接收信號波形的方法來分析碼間串?dāng)_和噪聲對系統(tǒng)性能的影響，這就是眼圖分析法。如果將輸入波形輸入示波器的y軸，并且當(dāng)示波器的水平掃描周期和碼元定時(shí)同步時(shí)，在示波器上顯示的圖形很象人的眼睛，因此被稱為眼圖。二進(jìn)制信號傳輸時(shí)的眼圖只有一只“眼睛”，當(dāng)傳輸三元碼時(shí)，會(huì)顯示兩只“眼睛”5。眼圖是由各段碼元波形疊加而成的，眼圖中央的垂直線表示最佳抽樣時(shí)刻，位于兩峰值中間的水平線是判決門限電平。圖1-3 眼圖的一般描述在無

17、碼間串?dāng)_和噪聲的理想情況下，波形無失真，“眼”開啟得最大。當(dāng)有碼間串?dāng)_時(shí)，波形失真，引起“眼”部分閉合。若再加上噪聲的影響，則使眼圖的線條變得模糊，“眼”開啟得小了，因此，“眼”張開的大小表示了失真的程度。由此可知，眼圖能直觀地表明碼間串?dāng)_和噪聲的影響，可評價(jià)一個(gè)基帶傳輸系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_和改善系統(tǒng)的傳輸性能5。通常眼圖可以用圖1-3所示的圖形來描述。由圖1-3可以看出： （1）眼圖張開的寬度決定了接收波形可以不受串?dāng)_影響而抽樣再生的時(shí)間間隔。顯然，最佳抽樣時(shí)刻應(yīng)選在眼睛張開最大的時(shí)刻。 （2）眼圖斜邊的斜率，表示系統(tǒng)對定時(shí)抖動(dòng)（或誤差

18、）的靈敏度，斜邊越陡，系統(tǒng)對定時(shí)抖動(dòng)越敏感。 （3）眼圖左（右）角陰影部分的水平寬度表示信號零點(diǎn)的變化范圍，稱為零點(diǎn)失真量，在許多接收設(shè)備中，定時(shí)信息是由信號零點(diǎn)位置來提取的，對于這種設(shè)備零點(diǎn)失真量很重要。 （4）在抽樣時(shí)刻，陰影區(qū)的垂直寬度表示最大信號失真量。 （5）在抽樣時(shí)刻上、下兩陰影區(qū)間隔的一半是最小噪聲容限，噪聲瞬時(shí)值超過它就有可能發(fā)生錯(cuò)誤判決； （6）橫軸對應(yīng)判決門限電平。下圖為接收濾波器觀察到的眼圖，從圖中可看出，在信噪比為15 db下觀察眼圖，“眼睛”睜開的角度很大，且沒有“雜線”，說明系統(tǒng)在該信噪比下具有很好的抗碼間干擾能力6。1.5數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1.5.1信源對不

19、同的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)不同的信道特性及系統(tǒng)指標(biāo)要求，選擇不同的數(shù)字脈沖波形。原則上可選擇任意形狀的脈沖作為基帶信號波形，如矩形脈沖、三角波、高斯脈沖及升余弦脈沖等。但實(shí)際系統(tǒng)常用的數(shù)字波形是矩形脈沖，這是由于矩形脈沖易于產(chǎn)生和處理。下面我們就以矩形脈沖為例，介紹常用的幾種數(shù)字基帶信號波形。（1）.單極性波形（nrz） 這是一種最簡單的二進(jìn)制數(shù)字基帶信號波形。這種波形用正（或負(fù)）電平和零電平分別表示二進(jìn)制碼元的“1”碼和“0”碼，也就是用脈沖的有無來表示碼元的“1”和“0”，這種波形的特點(diǎn)是脈沖的極性單一，有直流分量，且脈沖之間無空隙，即脈沖的寬度等于碼元寬度。故這種脈沖又稱為不歸零碼（n

20、rz -nonreturn to zero）nrz波形一般用于近距離的電傳機(jī)之間的信號傳輸。（2） 雙極性波形 在雙極性波形中，用正電平和負(fù)電平分別表示二進(jìn)制碼元的“1”碼和“0”碼，這種波形的脈沖之間也無空隙。此外，從信源的統(tǒng)計(jì)規(guī)律來看，“1”碼和“0”碼出現(xiàn)的概率相等，所以這種波形無直流分量。同時(shí)這種波形具有較強(qiáng)的抗干擾能力。故雙極性波形在基帶傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。（3） 單極性歸零波形（rz） 這種波形的特點(diǎn)是脈沖的寬度（ ）小于碼元的寬度（t ），每個(gè)電脈沖在小于碼元寬度的時(shí)間內(nèi)總要回到零電平，故這種波形又稱為歸零波（rz-return to zero）。歸零波形由于碼元間隔明顯，因此有

21、利于定時(shí)信息的提取。但單極性rz波形中仍含有直流分量，且由于脈沖變窄，碼元能量減小，因而在匹配接收時(shí)，輸出信噪比較不歸零波形的低。（4） 雙極性歸零波形 這種波形是用正電平和負(fù)電平分別表示二進(jìn)制碼元的“1”碼和“0”碼，但每個(gè)電脈沖在小于碼元寬度的時(shí)間內(nèi)都要回到零電平，這種波形兼有雙極性波形和歸零波形的特點(diǎn)。（5） 差分波形（相對碼波形） 信息碼元與脈沖電平之間的對應(yīng)關(guān)系是固定不變的（絕對的），故稱這些波形為絕對碼波形，信息碼也稱為絕對碼。所謂差分波形是一種把信息碼元“1”和“0”反映在相鄰信號碼元的相對電平變化上的波形，差分波形中，碼元“1”和“0”分別用電平的跳變和不變來表示，即用相鄰信號

22、碼元的相對電平來表示碼元“1”和“0”，故差分波形也稱為相對碼波形。差分波形也可以看成是差分碼序列bn 對應(yīng)的絕對碼波形，差分碼bn 與絕對碼an之間的關(guān)系可用以下的編碼方程表示 bnbn1 an （1.1）式中，為模2和運(yùn)算符號。 由上式看出，當(dāng)絕對碼an 每出現(xiàn)一個(gè)“1”碼時(shí)，差分碼bn電平變化一次；當(dāng) an 出現(xiàn)“0”碼時(shí)，差分碼bn 電平與前一碼元bn-1 相同?？梢?， bn 前后碼元取值的變化代表了原信碼n a 中的“1”和“0”。由式（1.1）可以導(dǎo)出譯碼方程為 an bn-1bn （1.2） 由上式可看出，譯碼時(shí)只要檢查前后碼元電平是否有變化就可以判決發(fā)送的是“1”碼還是“0”碼

23、。多電平脈沖波形（多進(jìn)制波形） 上述各種波形都是二進(jìn)制波形，實(shí)際上還存在多電平脈沖波形，也稱為多進(jìn)制波形。這種波形的取值不是兩值而是多值的。例如，代表四種狀態(tài)的四電平脈沖波形，每種電平可用兩位二進(jìn)制碼元來表示，如00 代表-3e， 代表-e， 代 01 10表e，11 代表3e，這種波形一般在高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中用來壓縮碼元速率，提高系統(tǒng)的頻帶利用率。但在相同信號功率的條件下，多進(jìn)制傳輸系統(tǒng)的抗干擾性能不如二進(jìn)制系統(tǒng)。由于雙極性波形可用正負(fù)電平的脈沖分別表示二進(jìn)制碼“1”和“0”，故當(dāng)“1”和“o”等概率出現(xiàn)時(shí)無直流分量，有利于在信道中傳輸，且在接收端恢復(fù)信號的判決電平為零，抗干擾能力較強(qiáng)。而單

24、極性波形的極性單一，雖然易于用ttl，cmos電路產(chǎn)生，但直流分量大，要求傳輸線路具有直流傳輸能力，不利于信道傳輸7。歸零信號的占空比小于1，即：電脈沖寬度小于碼元寬度，每個(gè)有電脈沖在小于碼元長度內(nèi)總要回到零電平，這樣的波形有利于同步脈沖的提取?；谝陨峡紤]采用雙極性歸零碼曼徹斯特碼作為基帶信號。1.5.2發(fā)送濾波器和接收濾波器基帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問題是濾波器的選取，為了使系統(tǒng)沖激響應(yīng)h(t)拖尾收斂速度加快，減小抽樣時(shí)刻偏差造成的碼間干擾問題，要求發(fā)送濾波器應(yīng)具有升余弦滾降特性；要得到最大輸出信噪比，就要使接收濾波器特性與其輸入信號的頻譜共扼匹配8如式（1.2） （1.2）同時(shí)系統(tǒng)函數(shù)滿足式（

25、1.3）： （1.3）考慮在t0時(shí)刻取樣，上述方程改寫為式（1.4） （1.4）由公式（1.3） ，求解出式（1.5） （1.5）因此，在構(gòu)造最佳基帶傳輸系統(tǒng)時(shí)要使用平方根升余弦濾波器作為發(fā)送端和接收端的濾波器。1.5.3信道信道是允許基帶信號通過的媒質(zhì)，通常為有線信道，如市話電纜、架空明線等。信道的傳輸特性通常不滿足無失真?zhèn)鬏敆l件，且含有加性噪聲。因此本次系統(tǒng)仿真采用高斯白噪聲信道。1.5.4抽樣判決器抽樣判決器是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時(shí)刻(由位定時(shí)脈沖控制)對接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號。抽樣判決關(guān)鍵在于判決門限的確定，由于本次綜合訓(xùn)練采用雙極性碼，

26、故判決門限為0。第2章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的simulink仿真2.1simulink簡介simulink是matlab最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真綜合分析的集成環(huán)境9。它不僅支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)。simulink包含有sinks（輸入方式）、source（輸入源）、linear（線性環(huán)節(jié)）、nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）、connections（連接與接口）和extra（其他環(huán)節(jié)）子模型庫，而且每個(gè)子模型庫中包含有相應(yīng)的功能模塊。為實(shí)現(xiàn)信號仿真提供了一個(gè)很便捷的軟件平臺。它的主要特點(diǎn)在于：(1) 建模方便、快捷；(2) 易

27、于進(jìn)行模型分析；(3) 優(yōu)越的仿真性能。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。2.2數(shù)字信號基帶傳輸系統(tǒng)總仿真圖及各點(diǎn)波形數(shù)字信號基帶傳輸仿真系統(tǒng)由二進(jìn)制信源、發(fā)送濾波器、高斯信道、接收濾波器、接受采樣判決恢復(fù)以及誤碼率檢測等部分組成具體如圖2-1所示。圖2-1 數(shù)字信號基帶傳輸總仿真圖示波器scope1的波形如圖2-2所示：圖2-2 各觀測點(diǎn)波形第一行波形是對曼徹斯特碼進(jìn)行10倍升速率采樣后的波形，將該信號送到傳輸濾波器中，濾除高頻成分得到第二行波形，第三行是第二行家高斯噪聲后的波形，第四行是第二行波形進(jìn)過加性高斯白噪聲信道傳輸并通過接收濾波器濾除噪聲

28、后的波形，第五行是經(jīng)過抽樣判決器抽樣和判決再生產(chǎn)生的曼徹斯特碼。示波器scope2的波形如圖2-3所示：圖2-3 信源波形和接收波形從圖中的波形來看，傳輸是有效的。第一行是信源端發(fā)送的信號波形，第二行是接收端收到的信號波形，與第一行的基帶信號比較，波形相同，這說明所設(shè)計(jì)的基帶系統(tǒng)沒有產(chǎn)生誤碼，達(dá)到了抗碼間干擾和抗噪聲干擾的目的。2.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)各部分組成2.3.1信源曼徹斯特的編碼規(guī)則是這樣的，即將二級制碼“1”編成“10，將“0”碼編成“01”，在這里由于采用了二進(jìn)制雙極性碼，則將“1”編成“+1-1”碼，而將“0”碼編成“-1+1”碼。根據(jù)31小節(jié)的理論分析，采用simulink中的

29、bernoulli binary generator(不歸零二進(jìn)制碼生成器)、unipolar to bipolar converter（單極性向雙極性轉(zhuǎn)換器）、pulse generator(脈沖生成器)、constant(常數(shù)源模塊)、add（加法器）、product（乘法器）、scope(示波器)構(gòu)成曼徹斯特碼的生成電路10。模型連接方法如圖2-4所示： 圖2-4 曼徹斯特碼產(chǎn)生電路示波器scope的波形如圖2-5所示：圖2-5 單極性碼、雙極性型碼及曼徹斯特碼波形各模塊參數(shù)設(shè)置：bernoulli binary generator(不歸零二進(jìn)制碼生成器)的prpbability of

30、a zero(零碼概率)設(shè)為05，sample time(采樣時(shí)間)設(shè)為0.1。pulse generator(脈沖生成器)的amplitude(幅度)設(shè)為2，period設(shè)為2，pulse width (脈沖寬度)設(shè)為1，占空比為1/2， phase delay(相位延遲)設(shè)為0，表示不經(jīng)過延遲，sample time設(shè)置為1/20。unipolar to bipolar converter（單極性向雙極性轉(zhuǎn)換器）的m-ary number設(shè)為2。constant(常數(shù)源模塊)的constant value設(shè)為-1。bernoulli binary generator 用于產(chǎn)生1和0的隨機(jī)信

31、號，經(jīng)過unipolar to bipolar converter 變?yōu)殡p極性信號；pulse generator用于產(chǎn)生占空比為1/2的單極性歸零脈沖(2020)，經(jīng)過add加法電路減一后成為雙極性脈沖(+1-1+1-1)。兩路雙極性信號成為乘法器product的輸入，相乘后的結(jié)果是：第1路不歸零碼的1碼與第2路(+1-1)碼相乘得到(+1-1)，第1路-1碼與第2路(+1-1)碼相乘得到(-1+1)碼，這就是曼徹斯特碼。2.3.2發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器為了減小碼間干擾，在最大輸出信噪比時(shí)刻輸出信號，減小噪聲干擾，傳輸模塊由upsample(內(nèi)插函數(shù))、discrete filter根

32、升余弦傳輸濾波器、awgn channel(高斯信道)、discrete filter根升余弦接收濾波器模塊11組成，其設(shè)計(jì)框圖如圖2-6所示：圖2-6 傳輸模塊各模塊參數(shù)設(shè)置：upsample的upsample factor設(shè)為10，discrete filter根升余弦傳輸濾波器的numerator設(shè)為rcosine(2,10,fir/sqrt,0.5,10)，sample time設(shè)為1/100，awgn channel(高斯信道)的mode選為snr，snr設(shè)為15，discrete filter根升余弦接收濾波器設(shè)置與傳輸濾波器模塊相同。2.3.3抽樣判決器利用pulse gener

33、atorl、product、relay、triggered subsystem、downsample構(gòu)成抽樣判決電路，并通過pulse generatorl、constant、add、product模塊對接收到的曼徹斯特碼進(jìn)行解碼，其抽樣判決電路及曼徹斯特碼解碼電路如圖2-7所示：圖2-7 抽樣判決及解碼電路各模塊參數(shù)設(shè)置：pulse generatorl的amplitude設(shè)為1，period設(shè)為10，pulse width設(shè)為1，sample time設(shè)為1/200；relay的switch on point和switch off point都設(shè)為0，output when on設(shè)為1，output when off設(shè)為-1，當(dāng)采樣點(diǎn)的幅值大于0則判為1，小于0則判為-1；downsample的downsample factor設(shè)為10；曼徹斯特碼解碼模塊與編碼模塊設(shè)置相同。兩路雙極性信號成為乘法器product的輸入，相乘后的結(jié)果是：第1路不歸零碼的（+1-1）碼與第2路(+1-1)碼相乘得到+1碼，第1路（-1+1）碼與第2路(+1-1)碼相乘得到-1