MATLAB中實(shí)現(xiàn)具體的數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真論文

1、摘 要伴隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，新一代的可視化的仿真軟件也隨著產(chǎn)生。這些功能強(qiáng)大的仿真軟件，使得通信系統(tǒng)仿真的設(shè)計(jì)和分析過(guò)程變得相對(duì)直觀和便捷，由此也使得通信系統(tǒng)仿真技術(shù)得到了更快的發(fā)展。通信系統(tǒng)仿真具有廣泛的適應(yīng)性和極好的靈活性，有助于我們更好地研究通信系統(tǒng)性能。本文主要研究通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)字基帶傳輸，主要包括基帶系統(tǒng)的組成、傳輸?shù)姆绞郊盁o(wú)碼間串?dāng)_條件的特性研究。還著重的研究基于matlab語(yǔ)言的數(shù)字基帶傳輸特性，通過(guò)matlab設(shè)計(jì)并仿真基帶系統(tǒng)，在比較實(shí)測(cè)系統(tǒng)與理論研究的基礎(chǔ)上加深了對(duì)基帶傳輸特性的理解。以便基帶傳輸理論和仿真在實(shí)際中得到更廣泛的應(yīng)用。理論知識(shí)是用來(lái)指導(dǎo)具體

2、實(shí)踐的。本文在深刻理解通信系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上利用matlab強(qiáng)大的仿真功能，設(shè)計(jì)了許多具體的通信系統(tǒng)仿真模型。在仿真模型設(shè)計(jì)過(guò)程中，本文對(duì)模型設(shè)計(jì)的目的、具體的結(jié)構(gòu)組成、仿真流程以及仿真結(jié)果都給出了具體詳實(shí)的分析和說(shuō)明。最后，本文對(duì)所做的研究工作進(jìn)行了總結(jié)，并且提出了今后的工作和研究方向。關(guān)鍵詞 基帶傳輸系統(tǒng)，matlab，仿真abstractwith the development of computer, the successful research and development of new generation visual simulation software were burn

3、ed. the simulation software is powerful which makes the process of design and analysis of communications system simulation more intuitional and convenient. today, the communications system simulation is rapid developing. communications system simulation has comprehensive adaptability and wonderful a

4、gility, which is helpful for us to research the function of communications system well.the text introduces mostly about key technology of correspondence system which is numeric base band transmission. it includes structure of the correspondence system and it does transmit manner and the condition of

5、 without inter-code interference. in following, the text emphasizes studies numeric base band transmission base-on matlab language and we use it to design and imitate base band system. we compare true-test system with theoretic system, so we get more understanding in the field of base band transmiss

6、ion.theory aims to guide practice. on the base of deep comprehension of communications system theory, the paper designs many concrete simulation models. in the process of models design, the paper analyses the intention, configuration, simulation links and simulation results.in the end, the paper sum

7、marizes main content of the research and some following study and research objects are suggested.key words base band transmission system, matlab, simulation目 錄摘 要iabstractii第1章 緒 論11.1 課題背景及研究的意義11.2 matlab技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3 本文研究的主要內(nèi)容2第2章 基帶傳輸系統(tǒng)32.1 基帶傳輸系統(tǒng)組成32.2 數(shù)字基帶信號(hào)傳輸碼型42.3 無(wú)碼間串?dāng)_傳輸系統(tǒng)及奈奎斯特(nyquist)準(zhǔn)則7

8、2.3.1 基帶系統(tǒng)傳輸特性及碼間串?dāng)_72.3.2 數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)幕緲?biāo)準(zhǔn)72.4 sdh傳輸82.4.1 sdh傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介82.4.2 sdh傳輸網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)92.4.3 sdh傳輸網(wǎng)的特點(diǎn)102.5 時(shí)域均衡技術(shù)112.6 數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜122.7 部分響應(yīng)系統(tǒng)132.8 數(shù)字信號(hào)的最佳接收14第3章 matlab仿真163.1 matlab簡(jiǎn)介163.1.1 matlab系統(tǒng)組成163.1.2 matlab的功能介紹173.1.3 matlab的特點(diǎn)183.2 simulink簡(jiǎn)介193.2.1 simulink的啟用203.2.2 simulink的特點(diǎn)213.3 建模與仿真2

9、23.3.1 仿真實(shí)驗(yàn)與分析22第4章 模擬信號(hào)的數(shù)字化研究及其仿真實(shí)現(xiàn)234.1 模擬信號(hào)的數(shù)字化234.2 模擬信號(hào)的抽樣234.2.1 抽樣定理234.2.2 模擬信號(hào)抽樣仿真244.3 模擬信號(hào)的量化264.3.1 量化264.3.2 非均勻量化264.3.3 模擬信號(hào)量化仿真28第5章 基帶傳輸系統(tǒng)仿真與實(shí)現(xiàn)305.1 基帶傳輸系統(tǒng)simulink實(shí)現(xiàn)305.1.1 基帶傳輸系統(tǒng)原理305.1.2 仿真模型的設(shè)計(jì)305.1.3 仿真結(jié)果分析315.2 基帶傳輸系統(tǒng)中matlab實(shí)現(xiàn)325.2.1 眼圖的原理325.2.2 眼圖的matlab實(shí)現(xiàn)335.2.3 仿真分析34結(jié) 論35致

10、 謝36參考文獻(xiàn)37附 錄38a1.138a1.240第1章 緒 論1.1 課題背景及研究的意義現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展要求通信系統(tǒng)功能越來(lái)越強(qiáng)，性能越來(lái)越高，構(gòu)成越來(lái)越復(fù)雜；另一方面，要求通信系統(tǒng)技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)縮短周期，降低成本，提高水平。這樣尖銳對(duì)立的兩個(gè)方面的要求，只有通過(guò)使用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)技術(shù)和工具才能實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，已經(jīng)研發(fā)出了新一代的可視化的仿真軟件。這些功能強(qiáng)大的仿真軟件，使得通信系統(tǒng)仿真的設(shè)計(jì)和分析過(guò)程變得相對(duì)直觀和便捷，由此也使得通信系統(tǒng)仿真技術(shù)得到了更快的發(fā)展。通信系統(tǒng)仿真貫穿著通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的全過(guò)程，對(duì)通信系統(tǒng)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。通信系統(tǒng)仿真具

11、有廣泛的適應(yīng)性和極好的靈活性，有助于我們更好地研究通信系統(tǒng)性能。matlab是一種適用于工程應(yīng)用各領(lǐng)域分析設(shè)計(jì)與復(fù)雜計(jì)算的科學(xué)計(jì)算軟件，由美國(guó)math works公司于1984年正式推出。matlab是矩陣(matrix)和實(shí)驗(yàn)室(laboratory)兩個(gè)英文單詞的前三個(gè)字母的組合，它是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語(yǔ)言，著重針對(duì)科學(xué)計(jì)算、工程計(jì)算和繪圖的要求，現(xiàn)已成為大學(xué)教學(xué)和科研中最常用且必不可少的工具。matlab提供的動(dòng)態(tài)仿真工具simulink可以有效地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模，由于仿真過(guò)程是交互式的，可以靈活改變仿真參數(shù)，并且可以立即得到修改參數(shù)后的仿真結(jié)果。在通信領(lǐng)域通常利用simul

12、ink建立通信網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化模型并連接成系統(tǒng)即可直接進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)和仿真。matlab是一種編程語(yǔ)言和可視化工具，它能對(duì)數(shù)據(jù)以圖形的方式顯示出來(lái)，使數(shù)據(jù)間的關(guān)系明了。matlab所包含的應(yīng)用工具箱的功能非常豐富，提供的simulink是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，支持線性和非線性系統(tǒng)，能夠在連續(xù)時(shí)間域、離散時(shí)間域或者兩者的混合時(shí)間域里進(jìn)行建模，其中通信系統(tǒng)工具箱中包含了對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行分析和仿真所需的信源編碼、糾錯(cuò)編碼、信道、調(diào)制解調(diào)以及其他所用的庫(kù)函數(shù)和模塊。文中利用matlab對(duì)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析，結(jié)果表明所建立的仿真系統(tǒng)達(dá)到了較高的精度。由

13、于基帶傳輸系統(tǒng)在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中有不可替代的作用，其應(yīng)用范圍也隨著技術(shù)的發(fā)展?jié)B入網(wǎng)絡(luò)通信、衛(wèi)星通信及測(cè)控、手機(jī)通信、數(shù)字電視、數(shù)字電話等生活、科技的各方面，日益成為數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)1。1.2 matlab技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀matlab 是美國(guó)math works公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括matlab和simulink兩大部分。matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用matlab來(lái)解算問(wèn)題要比用c，fortran等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且math

14、work也吸收了像maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使matlab成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)c，fortran，c+ ，java的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,近些年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信號(hào)處理、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的突飛猛進(jìn)，系統(tǒng)仿真技術(shù)的研究力度也在不斷加大，發(fā)展速度不斷加快，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。matlab是當(dāng)今最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一，它以強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算與可視化功能、簡(jiǎn)單易用、開(kāi)放式可擴(kuò)展環(huán)境，特別是所附帶的30多種面向不同領(lǐng)域的工具箱支持，使得它在許多科學(xué)領(lǐng)域中成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析、算法研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)的基本工具和首選平臺(tái)。matlab具有其他高級(jí)語(yǔ)言難以比擬的一些優(yōu)點(diǎn)，如

15、編寫(xiě)簡(jiǎn)單、編程效率高、易學(xué)易懂等，因此matlab語(yǔ)言也被通俗地稱為演算紙式科學(xué)算法語(yǔ)言。在控制、通信、信號(hào)處理及科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域中，matlab都被廣泛地應(yīng)用，已經(jīng)被認(rèn)可為能夠有效提高工作效率、改善設(shè)計(jì)手段的工具軟件，掌握了matlab就好比掌握了開(kāi)啟這些專業(yè)領(lǐng)域大門的鑰匙。matlab是從事眾多工業(yè)、科研領(lǐng)域的必備工具。無(wú)論是在校學(xué)生，還是已經(jīng)參加工作的工程技術(shù)人員和科研人員，都非常渴望快速學(xué)習(xí)matlab并熟練運(yùn)用它來(lái)解決各種科學(xué)問(wèn)題、工程問(wèn)題。1.3 本文研究的主要內(nèi)容首先根據(jù)論文設(shè)計(jì)的具體要求，通過(guò)高級(jí)通信系統(tǒng)建模與仿真的實(shí)際操作，采用系統(tǒng)級(jí)方法，完成用matlab建立通信系統(tǒng)模型；然

16、后，對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)實(shí)體進(jìn)行實(shí)際程序編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)。其次，注重分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變化影響，如無(wú)碼間干擾數(shù)字基帶傳輸特性等的具體功能實(shí)現(xiàn)仿真。包括信號(hào)生成、編碼器、誤碼率的分析、眼圖的分析、無(wú)碼間干擾基帶系統(tǒng)的抗噪性能、多徑傳播與信道均衡主要對(duì)通信性能分析比較。設(shè)置觀察窗口，分析數(shù)據(jù)和波形。最后，對(duì)通信系統(tǒng)中的各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)的分析，并在matlab中實(shí)現(xiàn)具體的數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真功能。第2章 基帶傳輸系統(tǒng)目前，在實(shí)際使用的數(shù)字通信中，雖然基帶傳輸不如頻帶傳輸那樣廣泛，但是，對(duì)于基帶傳輸系統(tǒng)的研究仍然是十分有意義的。這是因?yàn)椋菏紫?，基帶傳輸系統(tǒng)的許多問(wèn)題也是頻帶傳輸系統(tǒng)必須考慮的問(wèn)題；其次，隨著數(shù)字通

17、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(shì)，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；最后，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。2.1 基帶傳輸系統(tǒng)組成模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)信源編碼得到的信號(hào)為數(shù)字基帶信號(hào)，將這種信號(hào)經(jīng)過(guò)碼型變換，不經(jīng)過(guò)調(diào)制，直接送到信道傳輸，稱為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。基帶傳輸系統(tǒng)的組成框圖如圖2.1所示。它主要由碼波形變換器、發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器和取樣判決器等5個(gè)功能電路組成2。 圖2.1 基帶傳輸系統(tǒng)模型基帶傳輸系統(tǒng)的輸入信號(hào)是由終端設(shè)備編碼器產(chǎn)生的脈沖序列，為了使這種脈沖序列適合于信道的傳輸，一般要

18、經(jīng)過(guò)碼型變換器，碼型變換器把二進(jìn)制脈沖序列變?yōu)殡p極性碼（ami碼或hdb3碼），有時(shí)還要進(jìn)行波形變換，使信號(hào)在基帶傳輸系統(tǒng)內(nèi)減小碼間干擾。當(dāng)信號(hào)經(jīng)過(guò)信道時(shí)，由于信道特性不理想及噪聲的干擾，使信號(hào)受到干擾而變形。在接收端為了減小噪聲的影響，首先使信號(hào)進(jìn)入接收濾波器，然后再經(jīng)過(guò)均衡器，校正由于信道特性（包括接收濾波器在內(nèi)）不理想而產(chǎn)生的波形失真或碼間串?dāng)_。最后在取樣定時(shí)脈沖到來(lái)時(shí)，進(jìn)行判決以恢復(fù)基帶數(shù)字碼脈沖。碼形變換器：基帶傳輸系統(tǒng)的輸入是由終端設(shè)備或編碼器產(chǎn)生的脈沖序列，它往往不適合直接送到信道中傳輸。信道信號(hào)形成器的作用就是把原始基帶信號(hào)變換成適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)，這種變換主要是通過(guò)碼型

19、變換和波形變換實(shí)現(xiàn)的，其目的是與信道匹配，便于傳輸，減小碼間串?dāng)_，利于同步提取和抽樣判決。信道：是允許基帶信號(hào)通過(guò)的媒質(zhì)。信道的傳輸特性通常不滿足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，恒參信道如（明線、同軸電纜、對(duì)稱電纜、光纖通道、無(wú)線電視距中繼、衛(wèi)星中繼信道）對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懼饕蔷€形畸變；隨參信道如（短波電離層反射、對(duì)流層散射信道等）對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懼饕蓄l率彌散現(xiàn)象（多徑傳播）、頻率的選擇性衰落。信道的線性噪聲和加性噪聲的影響。接收濾波器：它的主要作用的濾除帶外噪聲，對(duì)信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。抽樣判決器：它是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在由位定時(shí)脈沖控制的特殊點(diǎn)對(duì)接收濾波器的輸出波形進(jìn)

20、行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號(hào)。2.2 數(shù)字基帶信號(hào)傳輸碼型1. 數(shù)字基帶信號(hào)傳輸碼型的要求(1) 有利于提高系統(tǒng)的頻帶利用率。(2) 基帶信號(hào)應(yīng)不含直流分量，同時(shí)低頻分量要盡量少，因?yàn)橛捎谧儔浩鞯慕尤?，使信道具有低頻截止特性。(3) 考慮到碼型頻譜中高頻分量的影響。電纜中線對(duì)間由于電磁輻射而引起的串話隨頻率升高而加劇，會(huì)限制信號(hào)的傳輸距離或傳輸容量。(4) 基帶信號(hào)應(yīng)具有足夠大的定時(shí)信號(hào)供提取。(5) 基帶信號(hào)的傳輸碼型應(yīng)具有誤碼檢測(cè)能力。(6) 碼型變換設(shè)備簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。2. 常用的基帶傳輸碼型 常見(jiàn)的傳輸碼型有傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼-i碼、三階高密度雙極性碼hdb3碼、分相碼manchest

21、er碼、傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼cmi碼以及4b3t碼等。另外，ami碼也是ccitt建議采用的基帶傳輸碼型，但其缺點(diǎn)是當(dāng)長(zhǎng)連0過(guò)多時(shí)對(duì)定時(shí)信號(hào)提取不利。cmi碼一般作為四次群的接口碼型。(1) 傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼ami碼ami(alternate mark inversion)碼又稱為平衡對(duì)稱碼。這種碼的編碼規(guī)則是：把碼元序列中的“1”碼變?yōu)闃O性交替變化的傳輸碼+1、-1、+1、-1、，面碼元序列中的“0”碼保持不變。例如：碼元序列： 1 00 1 10 10 1 1 1 100ami 碼： +1 00 -1 +10 -10 +1 -1 +1 -100對(duì)應(yīng)的波形如圖2.2所示。 圖2.2 ami碼波形由ami

22、碼的編碼規(guī)則可以看出，由于+1和-1各占一半，因此，這種碼中無(wú)直流分量，且其低頻和高頻分量也較少，信號(hào)的能量主要集中在ft/2處，其中ft為碼元速率。ami碼的功率譜如圖2.3，為便于比較，圖中還畫(huà)出了nrz及hdb3碼的功率譜。此外，ami碼編碼過(guò)程中，將一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)變成了一個(gè)三進(jìn)制符號(hào)，即這種碼脈沖有三種電平，因此這種碼稱為偽三電平碼，也稱為1b1t碼型。ami碼除了上述特點(diǎn)外，還有編譯碼電路簡(jiǎn)單及便于觀察誤碼情況等優(yōu)點(diǎn)。但是ami碼有一個(gè)重要的缺陷，就是當(dāng)碼元序列中出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”時(shí)，會(huì)造成提取定時(shí)信號(hào)的困難，因而實(shí)際系統(tǒng)中常采用ami碼的改進(jìn)型hdb3碼。 圖2.3 nrz、ami碼及

23、碼功率譜(2) hdb3碼hdb3 (high density bipo1ar 3)是三階高密度雙極性碼，它是為了克服傳輸波形中出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”碼的情況而設(shè)計(jì)的ami碼的改進(jìn)型。hdb3碼的編碼規(guī)則是：把碼元序列進(jìn)行ami編碼，然后去檢查ami碼中連0的個(gè)數(shù)，如果沒(méi)有四個(gè)以上(包括四個(gè))連0串時(shí)，則這時(shí)的ami碼就是hdb3碼。如果出現(xiàn)四個(gè)以上連0串時(shí)，則將每4個(gè)連0小段的第4個(gè)0變成與其前一個(gè)非0碼(+1或-1)相同的碼。顯然，這個(gè)碼破壞了“極性交替反轉(zhuǎn)”的規(guī)則，因而稱其為破壞碼，用符號(hào)v表示(即+1記為+v，-1記為-v)。為了使附加v碼后的序列中仍不含直流分量，必須保證相鄰的v碼極性交替。

24、這一點(diǎn)，當(dāng)相鄰的v碼之間有奇數(shù)個(gè)非0碼時(shí)，是能得到保證的；但當(dāng)相鄰的v碼之間有偶數(shù)個(gè)非0碼時(shí)，則得不到保證。這時(shí)再將該連0小段中的第1個(gè)0變+b或-b，b的極性與其前一個(gè)非0碼相反，并讓后面的非零碼從v碼后開(kāi)始再極性交替變化。例如：碼元序列： 1 0000 101 0000 1 000 0 11ami 碼： +1 0000 -10+1 0000 -1 000 0 +1-1hdb3碼： +1 000+v -10+1 -b00-v +1 000+v -1+1上例中，第1個(gè)v碼和第2個(gè)v碼之間，有2個(gè)非0碼(偶數(shù))，故將第2個(gè)4連0小段中的第1個(gè)0變成-b；第2個(gè)v碼和第3個(gè)v碼之間,有1個(gè)非0碼(

25、奇數(shù))，不需變化。最后可看出，hdb3碼中，v碼與其前一個(gè)非0碼(+1或-1)極性相同，起破壞作用；相鄰的v碼極性交替；除v碼外，包括b碼在內(nèi)的所有非0碼極性交替。hdb3碼的波形如圖2.4所示。圖2.4 hdb3碼波形雖然hdb3碼的編碼規(guī)則比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡(jiǎn)單。從編碼過(guò)程中可以看出，每一個(gè)v碼總是與其前一個(gè)非0碼(包括b碼在內(nèi))同極性，因此從收到的碼序列中可以很容易地找到破壞點(diǎn)v碼，于是可斷定v碼及其前3個(gè)碼都為0碼。再將所有的-1變?yōu)?1后，便可恢復(fù)原始信息代碼。hdb3碼的特點(diǎn)是明顯的，它既保留ami碼無(wú)直流分量，便于直接傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，又克服了長(zhǎng)連0串(連0的個(gè)數(shù)最多3個(gè))的出現(xiàn)，

26、其功率諸如圖2.4所示。由圖可見(jiàn)，hdb3碼的頻譜中既消除了直流和甚低頻分量，又消除了方被中的高頻分量，非常適合基帶傳輸系統(tǒng)的特性要求。因此，hdb3碼是目前實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的碼型。雖然hdb3碼比ami碼的性能更好，但它仍屬于1b/1t碼型。(3) 曼徹斯特（manchester）碼曼徹斯特碼又稱數(shù)字雙相碼或分相碼。波形如圖2.5(b)所示，圖2.5(a)為對(duì)應(yīng)的nrz碼波形。曼徹斯特碼用一個(gè)周期的方波來(lái)代表碼元“1”，而用它的反相波形來(lái)代表碼元“0”。圖2.5 曼徹斯特碼和cmi碼波形這種碼在每個(gè)碼元的中心部位都發(fā)生電平跳變，因此有利于定時(shí)同步信號(hào)的提取，而且定時(shí)分量的大小不受信源統(tǒng)計(jì)

27、特性的影響。曼徹斯特碼中，由于正負(fù)脈沖各占一半，因此無(wú)直流分量，但這種碼占用的頻帶增加了一倍。曼徹斯特碼適合在較短距離的同軸電纜信道上傳輸。(4) cmi碼cmi碼稱為傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼。在cmi碼中，“1”碼(傳號(hào))交替地用正、負(fù)電平脈沖來(lái)表示，而“0”碼則用固定相位的一個(gè)周期方波表示，如圖2.5(c)所示。cmi碼和曼徹斯特碼相似，不含有直流分量，且易于提取同步信號(hào)。cmi碼的另一個(gè)特點(diǎn)是具有一定的誤碼檢測(cè)能力。這是因?yàn)?，cmi碼中的“l(fā)”碼相當(dāng)于用交替的“”和“11”兩值碼組表示，而“0”碼則固定地用“01”碼組表示。正常情況下，序列中不會(huì)出現(xiàn)“10”碼組，且“”和“11”碼組連續(xù)出現(xiàn)的情況也不

28、會(huì)發(fā)生，這種相關(guān)性可以用來(lái)檢測(cè)因干擾而產(chǎn)生的部分錯(cuò)碼。根據(jù)原ccitt的建議，cmi碼可用作脈沖編碼調(diào)制四次全群的接口碼以及速率低于8448kb/s的光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的線路傳輸碼型。此外，cmi碼和曼徹斯持碼一樣都是將一位二進(jìn)制碼用一組兩位二進(jìn)制碼表示，因此稱其為1b2b碼。(5) 4b3t碼4b3t碼是1b/1t碼的改進(jìn)型，它把4個(gè)二進(jìn)制碼元變換為3個(gè)三進(jìn)制碼元。顯然，在相同信息速率的條件下，4b3t碼的碼元傳輸速率要比1b/1t碼的低，因而提高了系統(tǒng)的傳輸效率。4b3t碼的變換過(guò)程中需要同步信號(hào)，變換電路比較復(fù)雜，故一般較少采用。2.3 無(wú)碼間串?dāng)_傳輸系統(tǒng)及奈奎斯特(nyquist)準(zhǔn)則

29、2.3.1 基帶系統(tǒng)傳輸特性及碼間串?dāng)_在基帶傳輸系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)(主要是信道)特性不理想，接收端收到的數(shù)字基帶信號(hào)波形會(huì)發(fā)生畸變，使碼元之間互相產(chǎn)生干擾。此外，信號(hào)在傳輸過(guò)程中受信道加性噪聲的影響，還會(huì)使接收波形疊加上隨機(jī)干擾，造成接收端判決時(shí)發(fā)生誤碼。為了消除或減小這些干擾，必須合理地設(shè)計(jì)基帶傳輸系統(tǒng)，為此先對(duì)系統(tǒng)特性和信號(hào)波形進(jìn)行討論?；鶐鬏斚到y(tǒng)總的傳輸特性可寫(xiě)為 (2.1)式中，為發(fā)送濾波器；為物理傳輸信道；為接收濾波器。相應(yīng)地，基帶傳輸系統(tǒng)的沖激響應(yīng)為 (2.2)分析可見(jiàn)，為了獲得足夠小誤碼率，必須最大限度地減小碼間串?dāng)_及隨機(jī)噪聲的影響，這需要合理地設(shè)計(jì)基帶信號(hào)和基帶傳輸系統(tǒng)。從理論

30、上說(shuō)，只要合理地設(shè)計(jì)系統(tǒng)的傳輸特性，碼間串?dāng)_是可以消除的；但對(duì)隨機(jī)噪聲來(lái)說(shuō)，只能盡量減小其影響，不能完全消除。2.3.2 數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)幕緲?biāo)準(zhǔn)1. 奈奎斯特第一準(zhǔn)則如何才能保證信號(hào)在傳輸時(shí)不出現(xiàn)或少出現(xiàn)碼間干擾，這是關(guān)系到信號(hào)可靠傳輸?shù)囊粋€(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。奈奎斯特對(duì)此進(jìn)行了研究，提出了不出現(xiàn)碼間干擾的條件：當(dāng)碼元間隔t的數(shù)字信號(hào)在某一理想低通信道中傳輸時(shí)，若信號(hào)的傳輸速率位rb=2fc（fc為理想低通截止頻率），各碼元的間隔t=1/2fc，則此時(shí)在碼元響應(yīng)的最大值處將不產(chǎn)生碼間干擾，且信道的頻帶利用率達(dá)到極限，為2(b/s)hz。上述條件是傳輸數(shù)字信號(hào)的一個(gè)重要準(zhǔn)則，通常稱為奈奎斯特第一準(zhǔn)則。即傳

31、輸數(shù)字信號(hào)所要求的信道帶寬應(yīng)是該信號(hào)傳輸速率的一半bw=fc=rb/2=1/2t當(dāng)滿足這一條件時(shí)，其它碼元的拖尾振幅在對(duì)應(yīng)于某一碼元響應(yīng)的最大值處剛好為零。2. 滾降低通幅頻特性實(shí)際傳輸中，不可能有絕對(duì)理想的基帶傳輸系統(tǒng)，這樣一來(lái)，不得不降低頻帶利用率，采用具有奇對(duì)稱滾降特性的低通濾波器作為傳輸網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)推導(dǎo)得出結(jié)論：只要滾降低通的幅頻特性以點(diǎn)c(fc,1/2)呈奇對(duì)稱滾降，則可滿足無(wú)碼間干擾的條件（此時(shí)仍需滿足傳輸速率=2fc）。滾降系數(shù)：a=(fc+fa)-fc/fc用滾降低通作為傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)，實(shí)際占用的頻帶展寬了，則傳輸效率有所下降，當(dāng)a=100%時(shí)，傳輸效率即頻帶利用率只有1(b/s)h

32、z，比理想低通小了一半。3. 眼圖眼圖是利用實(shí)驗(yàn)手段方便地估計(jì)和改善(通過(guò)調(diào)整)系統(tǒng)性能時(shí)在示波器上觀察到的一種圖形。在傳輸二進(jìn)制信號(hào)波形時(shí)，示波器顯示的圖形很像人的眼睛，故名“眼圖”。眼圖可以定性反映碼間串?dāng)_的大小和噪音的大小，通過(guò)上述模型可以獲得以下信息：(1) 最佳抽樣時(shí)刻應(yīng)選擇在眼圖中眼睛張開(kāi)的最大處。(2) 對(duì)定時(shí)誤差的靈敏度，由斜邊斜率決定，斜率越大，對(duì)定時(shí)誤差就越靈敏。(3) 在抽樣時(shí)刻上，眼圖上下兩分支的垂直寬度，都表示了最大信號(hào)畸變。(4) 在抽樣時(shí)刻上，上、下兩分支離門限最近的一根線跡至門限的距離表示各自相應(yīng)電平的噪聲容限，噪聲瞬時(shí)值超過(guò)它就可能發(fā)生判決差錯(cuò)。(5) 對(duì)于信

33、號(hào)過(guò)零點(diǎn)取平均來(lái)得到定時(shí)信息的接收系統(tǒng)，眼圖傾斜分支與橫軸相交的區(qū)域的大小，表示零點(diǎn)位置的變動(dòng)范圍，這個(gè)變動(dòng)范圍的大小對(duì)提取定時(shí)信息有重要影響。2.4 sdh傳輸2.4.1 sdh傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介sdh網(wǎng)是對(duì)原有pdh(plesiochronous digital hierarchy準(zhǔn)同步系列)網(wǎng)的一次革命。pdh是異步復(fù)接，在任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上接入接出低速支路信號(hào)都要在該節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行復(fù)接、碼變換、碼速調(diào)整、定時(shí)、擾碼、解擾碼等過(guò)程，并且pdh只規(guī)定了電接口，對(duì)線路系統(tǒng)和光接口沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全球信息網(wǎng)的建立。隨著sdh技術(shù)引入，傳輸系統(tǒng)不僅具有提供信號(hào)傳播的物理過(guò)程的功能，而且提供對(duì)信號(hào)的處理、

34、監(jiān)控等過(guò)程的功能。sdh通過(guò)多種容器c和虛容器vc以及級(jí)聯(lián)的復(fù)幀結(jié)構(gòu)的定義，使其可支持多種電路層的業(yè)務(wù)，如各種速率的異步數(shù)字系列、dqdb、fddi、atm等，以及將來(lái)可能出現(xiàn)的各種新業(yè)務(wù)。段開(kāi)銷中大量的備用通道增強(qiáng)了sdh網(wǎng)的可擴(kuò)展性。通過(guò)軟件控制使原來(lái)pdh 中人工更改配線的方法實(shí)現(xiàn)了交叉連接和分插復(fù)用連接，提供了靈活的上/下電路的能力，并使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)可變，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展的靈活性和安全性，可在更大幾何范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電路的保護(hù)、高度和通信能力的優(yōu)化利用，從而為增強(qiáng)組網(wǎng)能力奠定基礎(chǔ)，只需幾秒就可以重新組網(wǎng)。特別是sdh自愈環(huán)，可以在電路出現(xiàn)故障后，幾十毫秒內(nèi)迅速恢復(fù)。sdh 的這些優(yōu)勢(shì)使

35、它成為寬帶業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)3。2.4.2 sdh傳輸網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)sdh網(wǎng)是由sdh網(wǎng)元設(shè)備通過(guò)光纜互連而成的，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(網(wǎng)元)和傳輸線路的幾何排列就構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)的有效性(信道的利用率)、可靠性和經(jīng)濟(jì)性在很大程度上與其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)。1. 鏈型網(wǎng) : 此種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫菍⒕W(wǎng)中的所有節(jié)點(diǎn)一一串聯(lián)，而首尾兩端開(kāi)放。2. 星型網(wǎng) : 此種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫菍⒕W(wǎng)中一網(wǎng)元作為特殊節(jié)點(diǎn)與其他各網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)相連，其他各網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)互不相連。 3. 環(huán)型網(wǎng):網(wǎng)上任何一個(gè)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)都不對(duì)外開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问健＿@是當(dāng)前使用最多的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?，它具有很?qiáng)的生存性，即自愈功能較強(qiáng)。4. 網(wǎng)孔型網(wǎng):將所有網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)兩兩相連，就

36、形成了網(wǎng)孔形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。在電力通信網(wǎng)中，應(yīng)用最多的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫擎溞?、環(huán)型和環(huán)鏈組合，可構(gòu)成更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。 (a) 鏈型(b) 星型(c) 環(huán)型(d) 網(wǎng)孔型 圖2.6 sdh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.4.3 sdh傳輸網(wǎng)的特點(diǎn)sdh傳輸體制的是為了克服pdh傳輸體制的技術(shù)缺陷而提出的，具有pdh體制無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，它是不同于pdh體制的全新的一代傳輸體制:1. 具有統(tǒng)一的速率等級(jí)和接口標(biāo)準(zhǔn)sdh體制有一套標(biāo)準(zhǔn)的信息結(jié)構(gòu)等級(jí)，即有一套標(biāo)準(zhǔn)的速率等級(jí)。高速率等級(jí)數(shù)字信號(hào)由低速率等級(jí)信號(hào)通過(guò)字節(jié)間插同步復(fù)接而成，速率等級(jí)間是4的倍數(shù)，見(jiàn)表2.1。表2.1 sdh速率等級(jí) sdh信號(hào)的線路編碼僅是對(duì)信號(hào)進(jìn)行擾碼，擾碼

37、標(biāo)準(zhǔn)是世界統(tǒng)一的，使得不同廠家的設(shè)備可以進(jìn)行光口互連。 圖2.7 不同廠商的sdh設(shè)備互通2. sdh幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的用于運(yùn)行維護(hù)（oam）功能的開(kāi)銷字節(jié)開(kāi)銷字節(jié)的應(yīng)用使網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控、檢測(cè)故障等能力和維護(hù)的自動(dòng)化程度得到大大加強(qiáng)，sdh幀結(jié)構(gòu)如圖2.8所示。 圖2.8 sdh幀結(jié)構(gòu)3. 采用同步復(fù)用方式，使網(wǎng)絡(luò)中上下支路信號(hào)變得十分簡(jiǎn)單由于低速sdh信號(hào)是以字節(jié)間插方式復(fù)用進(jìn)高速sdh信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)中的，這樣就使低速sdh信號(hào)在高速sdh信號(hào)的幀中的位置是固定的、有規(guī)律的，也就是說(shuō)可預(yù)見(jiàn)的。因此可從高速信號(hào)中直接分插出低速支路信號(hào)，避免了以往pdh系統(tǒng)需要對(duì)全部高速?gòu)?fù)用信號(hào)進(jìn)行解復(fù)用的做法，省

38、去了全套背靠背復(fù)用設(shè)備，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，上下業(yè)務(wù)十分容易。sdh的這種復(fù)用方式使數(shù)字交叉連接(dxc) 功能更易于實(shí)現(xiàn)，使網(wǎng)絡(luò)具有了很強(qiáng)的自愈功能，并實(shí)現(xiàn)靈活的業(yè)務(wù)調(diào)配。4. sdh傳輸體制具有很好的兼容性當(dāng)組建sdh傳輸網(wǎng)時(shí)，可以用sdh網(wǎng)傳送原有的pdh業(yè)務(wù)。另外，其它數(shù)字信號(hào)系列異步轉(zhuǎn)移模式信號(hào)(atm)、光纖分布數(shù)據(jù)接口(fddi)等均可被sdh基本傳輸模塊(stm-1) 容納4。2.5 時(shí)域均衡技術(shù)目前時(shí)域均衡的常用方法是在基帶信號(hào)接收濾波器r()之后插入一個(gè)橫向?yàn)V波器。假設(shè)其總的傳輸特性h()，不滿足式(1-2),即存在一定的碼間干擾。如果在接收濾波器r()之后插入一個(gè)橫向?yàn)V波

39、器，其沖激響應(yīng)為 式中，cx取決于h()，則理論上可以消除碼間干擾。時(shí)域均衡的目標(biāo)：調(diào)整各增益加權(quán)系數(shù)cx使得除n=0外y(t)在奈氏各取樣點(diǎn)上的值均為零，即 ，這就消除了 碼間干擾。時(shí)域均衡器是通過(guò)橫向?yàn)V波器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所謂橫向?yàn)V波器是指具有固定延遲時(shí)間間隔、增益可調(diào)整的多抽頭濾波器。一般來(lái)說(shuō)，橫向?yàn)V波器插入在基帶系統(tǒng)的接收濾波器和判決器之間。橫向?yàn)V波器的輸入來(lái)自接收濾波器的輸出x(t)，即x(t)為被均衡的對(duì)象，其輸出y(t)為均衡結(jié)果，送至判決器進(jìn)行判決。下面討論時(shí)域均衡器的原理，討論中不考慮噪聲的影響。由圖2.6，重新寫(xiě)出橫向?yàn)V波器的沖激響應(yīng)為 (2.3)圖2.6 橫向?yàn)V波器輸入、輸出波

40、形實(shí)際應(yīng)用時(shí)，用示波器觀察均衡濾波器輸出信號(hào)的眼圖。通過(guò)反復(fù)調(diào)整各個(gè)增益放大器的ci,使眼圖的眼張開(kāi)最大為止。其主要實(shí)現(xiàn)方法有預(yù)置式自動(dòng)均衡和自適應(yīng)式自動(dòng)均衡。2.6 數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜在研究數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)時(shí)，對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜進(jìn)行分析非常必要。數(shù)字基帶信號(hào)是一個(gè)隨機(jī)的脈沖序列信號(hào)，隨機(jī)信號(hào)的頻譜特性必須用功率譜密度來(lái)描述。對(duì)于隨機(jī)序列信號(hào)，只能用統(tǒng)計(jì)的方法分析它的功率譜密度函數(shù)。計(jì)算數(shù)字基帶信號(hào)功率譜的目的是1. 可以根據(jù)譜特性設(shè)計(jì)最適當(dāng)?shù)幕鶐鬏斚到y(tǒng)及選擇合理的傳輸方式。2. 明確序列中是否含有定時(shí)脈沖信號(hào)的線譜分量，以便確定是否可以直接從序列中提取定時(shí)信號(hào)。下面分析二進(jìn)制數(shù)字基帶脈

41、沖序列的功率譜。二進(jìn)制數(shù)字基帶脈沖序列波形如圖2.7所示，該隨機(jī)序列可用下式表示 (2.4) 圖2.7二進(jìn)制數(shù)字基帶脈沖序列波形式中， (2.5)這里用g1(t)和g2(t)分別表示碼元符號(hào)的0和1，t為碼元的寬度。圖中雖然g1(t)和g2(t)都畫(huà)成了三角形（高度不同），但實(shí)際上g1(t)和g2(t)可以是任意的脈沖。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)廣義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的典型分析方法是用隨機(jī)過(guò)程的相關(guān)函數(shù)去求過(guò)程的功率譜。但圖2.7中所示的二進(jìn)制數(shù)字基帶脈沖序列，并不是嚴(yán)格的廣義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。對(duì)該隨機(jī)序列的功率譜分析采用另一種簡(jiǎn)便的方法：根據(jù)功率譜的定義，先截取序列的有限項(xiàng)，然后用求極限的方法得到序列的功率譜密度函

42、數(shù)ps(f)。即有 (2.6) (2.7)上式中，sn(f)為截?cái)嘈盘?hào)sn(t)的頻譜密度函數(shù)。則經(jīng)推導(dǎo)可得二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)字基帶脈沖序列的單邊帶功率譜密度函數(shù) (2.8)上式中第一、二項(xiàng)為離散分量，第三項(xiàng)為連續(xù)分量。由此可見(jiàn)，隨機(jī)基帶序列的功率譜中包括離散譜和連續(xù)譜兩部分，其中離散譜可直接提取作為時(shí)鐘定時(shí)信號(hào)用。對(duì)連續(xù)譜來(lái)說(shuō)，由于代表碼元符號(hào)的g1(t)和g2(t)不能完全相同，故，因而連續(xù)譜總是存在的。對(duì)離散譜來(lái)說(shuō)，一般情況下，它也是存在的,但在有些情況下可能不存在。例如，當(dāng)g1(t)和g2(t)出現(xiàn)的概率相等，即p1p，且采用雙極性脈沖，即g1(t)=-g2(t)g(t)，時(shí)式(2.8)可寫(xiě)

43、為 (2.9)上式說(shuō)明，雙極性全占空隨機(jī)序列中不含有離散分量，因而無(wú)法直接提取時(shí)鐘定時(shí)信號(hào)。此時(shí)必須將雙極性信號(hào)整流，并處理成歸零脈沖才可以進(jìn)行時(shí)鐘定時(shí)信號(hào)的提取。分析數(shù)字信號(hào)的脈沖序列碼的功率譜可以知道信號(hào)功率的分布，根據(jù)主要功率集中在哪個(gè)頻段，可以確定信號(hào)帶寬，進(jìn)而考慮信道帶寬和傳輸網(wǎng)絡(luò)（濾波器、均衡器）的傳輸特性。同時(shí)利用它的離散譜是否存在這個(gè)特點(diǎn)，可以明確能否從脈沖序列中直接提取所需的離散分量和采取怎樣的方法可以從序列中獲得所需的離散分量，以便在接收端用這些成分作位同步定時(shí)等。脈沖序列碼主要研究nrz碼、rz碼、ami碼。分析噪聲的功率譜密度可以知道噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，并且可以人為的仿真

44、噪聲。2.7 部分響應(yīng)系統(tǒng)部分響應(yīng)編碼方法又稱為波形的相關(guān)編碼法。在部分響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)中，通過(guò)有控制地引入一定的碼間串?dāng)_，來(lái)達(dá)到壓縮傳輸頻帶的目的。部分響應(yīng)系統(tǒng)技術(shù)是有控制地在某些碼元的抽樣時(shí)刻引入碼間串?dāng)_，有規(guī)律的，而在其余碼元的抽樣時(shí)刻無(wú)碼間串?dāng)_。部分響應(yīng)系統(tǒng)能夠改變數(shù)字脈沖序列的頻譜分布，降低對(duì)定時(shí)的要求，同時(shí)達(dá)到壓縮傳輸頻帶，提高頻帶利用率的目的。部分響應(yīng)技術(shù)在高速、大容量傳輸系統(tǒng)中得到推廣和應(yīng)用。發(fā)相加發(fā)送濾波信道接收濾波模2判斷tb+收抽樣脈沖圖2.8 部分響應(yīng)的系統(tǒng)框圖部分響應(yīng)波形的一般形式： (2.10)上式為(n+1)個(gè)相繼延時(shí)出現(xiàn)的奈奎斯待脈沖的加權(quán)組合，其中ri為加權(quán)系

45、數(shù)，取整數(shù)值。式(2.7)所示的部分響應(yīng)波形的頻譜為式(2.11) (2.11)根據(jù)加權(quán)系數(shù)ri的不同，可以得到不同種類的部分響應(yīng)波形。表2.1中列出了常用的五類部分響應(yīng)波形及其頻譜，為便于比較，將理想的波形也列入其中，稱為0類響應(yīng)波形，實(shí)際系統(tǒng)中，第類部分響應(yīng)波形應(yīng)用最廣。2.8 數(shù)字信號(hào)的最佳接收通信系統(tǒng)的信道特性不理想及信道噪聲的存在，直接影響接收系統(tǒng)的性能，而一個(gè)通信系統(tǒng)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣在很大程度上取決于接收系統(tǒng)的性能。研究在噪聲條件下如何最好的提取有用信號(hào)，且在最大輸出信噪比接收準(zhǔn)則下構(gòu)成最佳接收機(jī)，有重要的實(shí)用價(jià)值。匹配濾波器是指在白噪聲為背景的條件下，輸出信噪比最大的最佳線形濾波器。如

46、果用匹配濾波器做接收機(jī)的輸入濾波器，則濾波器輸出的信噪比最大，因此，用匹配濾波器構(gòu)成的接收是滿足最大輸出信噪比準(zhǔn)則的最佳接收機(jī)，也稱匹配接收機(jī)。匹配濾波器的傳遞函數(shù) (2.12)式中，匹配濾波器的幅度特性；信號(hào)的振幅譜。由公式可知，由于匹配濾波器幅度特性與信號(hào)的振幅譜相同，因此信號(hào)中頻譜幅度大的頻率成分，匹配濾波器對(duì)其衰減少，而信號(hào)中的頻譜幅度小的頻率成分衰減大。但對(duì)噪聲來(lái)說(shuō)，因?yàn)槭前自肼?，首先信?hào)帶外的噪聲全部被匹配濾波器抑制，輸出的噪聲較小。匹配濾波器的沖擊響應(yīng)： (2.13)由公式說(shuō)明匹配濾波器的沖擊響應(yīng)是輸入信號(hào)的鏡像信號(hào)在時(shí)間上時(shí)延。根據(jù)匹配濾波器的沖擊響應(yīng)和輸入信號(hào)的關(guān)系，可以很方

47、便的求的，然后根據(jù)的波形對(duì)它進(jìn)行傅立葉變換求出。匹配濾波器的輸出波形： (2.14)匹配濾波器的性能：1. 信號(hào)不同，對(duì)應(yīng)的匹配濾波器也不同。2. 信號(hào)通過(guò)匹配器會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的波形失真。3. 匹配濾波器只能用于數(shù)字信號(hào)接收。4. 最大信噪比僅與信號(hào)能量及白噪聲的功率譜密度有關(guān)，與信號(hào)波形無(wú)關(guān)。第3章 matlab仿真3.1 matlab簡(jiǎn)介在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中，往往要進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)計(jì)算，其中包括矩陣運(yùn)算。這些運(yùn)算一般來(lái)說(shuō)難以用手工精確和快捷地進(jìn)行，而要借助計(jì)算機(jī)編制相應(yīng)的程序做近似計(jì)算。目前流行用basic、fortran和c語(yǔ)言編制計(jì)算程序, 既需要對(duì)有關(guān)算法有深刻的了解，還需要熟練地掌握所

48、用語(yǔ)言的語(yǔ)法及編程技巧。對(duì)多數(shù)科學(xué)工作者而言，同時(shí)具備這兩方面技能有一定困難。通常，編制程序也是繁雜的，不僅消耗人力與物力,而且影響工作進(jìn)程和效率。為克服上述困難，美國(guó)math work公司于1967年推出了“matrix laboratory”（縮寫(xiě)為matlab）軟件包，并不斷更新和擴(kuò)充。目前最新的5.x版本（windows環(huán)境）是一種功能強(qiáng)、效率高便于進(jìn)行科學(xué)和工程計(jì)算的交互式軟件包。其中包括：一般數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、數(shù)字信號(hào)處理、建模和系統(tǒng)控制和優(yōu)化等應(yīng)用程序，并集應(yīng)用程序和圖形便于使用的集成環(huán)境中。在此環(huán)境下所解問(wèn)題的matlab語(yǔ)言表述形式和其數(shù)學(xué)表達(dá)形式相同，不需要按傳統(tǒng)的方法編

49、程。不過(guò)，matlab作為一種新的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，要想運(yùn)用自如，充分發(fā)揮它的威力，也需先系統(tǒng)地學(xué)習(xí)它。但由于使用matlab編程運(yùn)算與人進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的思路和表達(dá)方式完全一致，所以不像學(xué)習(xí)其它高級(jí)語(yǔ)言-如basic、fortran和c等那樣難于掌握。實(shí)踐證明，你可在幾十分鐘的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)matlab的基礎(chǔ)知識(shí)，在短短幾個(gè)小時(shí)的使用中就能初步掌握它.從而使你能夠進(jìn)行高效率和富有創(chuàng)造性的計(jì)算。 matlab大大降低了對(duì)使用者的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言知識(shí)的要求，而且編程效率和計(jì)算效率極高，還可在計(jì)算機(jī)上直接輸出結(jié)果和精美的圖形拷貝，所以它的確為一高效的科研助手。自推出后即風(fēng)行美國(guó)，流傳世界。matlab是當(dāng)今

50、最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一，它以強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算與可視化功能、簡(jiǎn)單易用、開(kāi)放式可擴(kuò)展環(huán)境，特別是所附帶的30多種面向不同領(lǐng)域的工具箱支持，使得它在許多科學(xué)領(lǐng)域中成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析、算法研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)的基本工具和首選平臺(tái)6。3.1.1 matlab系統(tǒng)組成matlab系統(tǒng)以matlab為核心，由一系列相關(guān)軟件構(gòu)成。其基本的組成結(jié)構(gòu)如圖3.1所示：matlab是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它提供完整的操作環(huán)境和核心計(jì)算函數(shù)，完成各種數(shù)學(xué)算法、數(shù)據(jù)分析、圖形顯示和程序編輯調(diào)試等功能。單就matlab來(lái)說(shuō)，它由五個(gè)部分組成：1. 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括操作桌面、命令窗、歷史命令窗、編輯調(diào)試器、幫助瀏覽器、工作空間瀏

51、覽器、當(dāng)前路徑瀏覽器、搜索路徑瀏覽器等工具，方便用戶使用和管理matlab的函數(shù)和文件。2. 數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)，它是matlab語(yǔ)言的基礎(chǔ)，也是各種工具箱 應(yīng)用的基礎(chǔ)，這些數(shù)學(xué)函數(shù)采用國(guó)際上公認(rèn)的最先進(jìn)的可靠算法，經(jīng)過(guò)專家優(yōu)化后以簡(jiǎn)單易用的形式呈現(xiàn)出來(lái)。3. matlab語(yǔ)言，其使用方便靈活，它不僅具有條件控制、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出、面向?qū)ο蟮纫话愠绦蛘Z(yǔ)言特性，而且更有利于矩陣和數(shù)組的操作和運(yùn)算。4. 句柄圖形系統(tǒng)，是matlab圖形顯示和數(shù)據(jù)可視化功能的基礎(chǔ)，也是用戶創(chuàng)建gui應(yīng)用程序的基礎(chǔ)。5. 應(yīng)用程序接口庫(kù)（api）和matlab編譯器。借助api接口函數(shù)，一方面能夠在c/c+或fo

52、rtran中直接調(diào)用matlab函數(shù)，或讀寫(xiě)matlab的mat文件，或把整個(gè)matlab當(dāng)作計(jì)算引擎來(lái)用；另一方面可以在matlab環(huán)境中直接重用c/c+，fortran，java等代碼。而編譯器不但可以把純m文件（matlab語(yǔ)言的源代碼）編譯成獨(dú)立應(yīng)用程序可以脫離matlab環(huán)境而獨(dú)立運(yùn)行。圖3.1 matlab系統(tǒng)的基本組成3.1.2 matlab的功能介紹1. matlab的界面窗口matlab啟動(dòng)時(shí)，包含四個(gè)界面窗口：(1) 命令窗口，是matlab的主窗口，默認(rèn)位于matlab桌面的右側(cè)，用于命令并顯示運(yùn)行結(jié)果。(2) 歷史命令窗口，位于matlab桌面的左下側(cè)，默認(rèn)為前臺(tái)顯示。

53、歷史命令窗口可以保存用戶輸入過(guò)的所有歷史命令，為用戶下一次使用同一命令提供方便。(3) 是當(dāng)前目錄瀏覽器，位于matlab桌面的左上側(cè)，默認(rèn)為前臺(tái)顯示。該窗口顯示當(dāng)前目錄及其所有文件。(4) 工作空間窗，位于matlab桌面的左上側(cè)，默認(rèn)為后臺(tái)顯示?？梢酝ㄟ^(guò)點(diǎn)擊左上方的workplace按鈕使它在前臺(tái)顯示。2matlab的幫助系統(tǒng)matlab提供了強(qiáng)大而完善的幫助系統(tǒng)，包括命令行幫助、聯(lián)機(jī)幫助和演示幫助。要學(xué)會(huì)matlab必須充分利用其幫助系統(tǒng)，尤其是命令行幫助功能。命令行幫助可以通過(guò)help命令獲得。其命令格式是：help或help目錄名/命令名/函數(shù)名/主題名/符號(hào)第一種格式在命令窗口直接輸入help，不帶任何參數(shù)，此時(shí)將顯示matlab的分類目錄和對(duì)目錄內(nèi)容的簡(jiǎn)要說(shuō)明。第二種格式可以顯示出具體目錄所包含的命令和函數(shù)，或者具體的命令、函數(shù)、符號(hào)和某個(gè)主題的詳細(xì)信息。例如，在命令窗中鍵入：help sin將會(huì)顯示關(guān)于正弦函數(shù)sin的詳細(xì)信息。3matlab的搜索路徑matlab利用自身的搜索路徑來(lái)尋找m文件函數(shù)，如果要執(zhí)行的文件不在搜索路徑中，就無(wú)法執(zhí)行。利用matlab主界面file菜單中的“s