基于SystemView的數(shù)字信基帶傳輸系統(tǒng)

1、基于SystemView的數(shù)字信號(hào)基帶傳輸系統(tǒng)一：SystemView軟件的介紹SystemView是美國(guó)ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(Token)去描述程序，不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問(wèn)與調(diào)整參數(shù)，方便地加入注釋。利用SystemView，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系統(tǒng),它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需從SystemView配置的圖標(biāo)庫(kù)中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，完成圖標(biāo)間的連線，然后運(yùn)行仿真操作，最終以時(shí)域

2、波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。SystemView的庫(kù)資源十分豐富，包括含若干圖標(biāo)的基本庫(kù)(MainLibrary)及專業(yè)庫(kù)(OptionalLibrary)，基本庫(kù)中包括多種信號(hào)源、接收器、加法器、乘法器，各種函數(shù)運(yùn)算器等；專業(yè)庫(kù)有通訊(Communication)、邏輯(Logic)、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)、射頻/模擬(RF/Analog)等；它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和方案論證；并可進(jìn)行各種系統(tǒng)時(shí)域和頻域分析、譜分析，及對(duì)各種邏輯電路、射頻模擬電路(混合器、放大器、RLC電路、運(yùn)放電路等)進(jìn)行理論分析和失真分析。SystemView能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給

3、出連接錯(cuò)誤信息或尚懸空的待連接端信息，通知用戶連接出錯(cuò)并通過(guò)顯示指出出錯(cuò)的圖標(biāo)。SystemView的另一重要特點(diǎn)是它可以從各種不同角度、以不同方式，按要求設(shè)計(jì)多種濾波器，并可自動(dòng)完成濾波器各指標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真分析方面，SystemView還提供了一個(gè)真實(shí)而靈活的窗口用以檢查、分析系統(tǒng)波形。在窗口內(nèi)，可以通過(guò)鼠標(biāo)方便地控制內(nèi)部數(shù)據(jù)的圖形放大、縮小、滾動(dòng)等。另外，分析窗中還帶有一個(gè)功能強(qiáng)大的“接收計(jì)算器”，可以完成對(duì)仿真運(yùn)行結(jié)果的各種運(yùn)算、譜分析、濾波。二：數(shù)字信號(hào)基帶傳輸原理通信的根本任務(wù)是遠(yuǎn)距離傳遞信息，因而如何準(zhǔn)確地傳輸數(shù)字信息是數(shù)字通信的一個(gè)重要組成部分。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，

4、其傳輸對(duì)象通常是二進(jìn)制數(shù)字信息，它可能來(lái)自計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)或其它數(shù)字設(shè)備的各種數(shù)字代碼。也可能來(lái)自數(shù)字電話終端的脈沖編碼信號(hào)，設(shè)計(jì)數(shù)字傳輸系統(tǒng)的基本考慮是選擇一組有限的離散的波形來(lái)表示數(shù)字信息。這些離散波形可以是未經(jīng)調(diào)制的不同電平信號(hào)，也可以是調(diào)制后的信號(hào)形式。由于未經(jīng)調(diào)制的脈沖電信號(hào)所占據(jù)的頻帶通常從直流和低頻開始。因而稱為數(shù)字基帶信號(hào)。在某些有線信道中，特別是傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，數(shù)字基帶信號(hào)可以直接傳送，我們稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。而在另外一些信道，特別是無(wú)線信道和光信道中，數(shù)字基帶信號(hào)則必須經(jīng)過(guò)調(diào)制，將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。我們把這種傳輸稱為數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸（或載波傳

5、輸）。如果把調(diào)制與解調(diào)過(guò)程看作是廣義信道的一部分，則任何數(shù)傳輸系統(tǒng)均可等效為基帶傳輸系統(tǒng)。通過(guò)SystemView提供的仿真環(huán)境對(duì)數(shù)字基帶傳輸中的某些問(wèn)題加以仿真、分析，能幫助我們進(jìn)一步加深對(duì)這些抽象概念的理解，并加深感性認(rèn)識(shí)。二進(jìn)制數(shù)字基帶波形都是矩形波，在畫頻譜時(shí)通常只畫出了其中能量最集中的頻率范圍，但這些基帶信號(hào)在頻域內(nèi)實(shí)際上是無(wú)窮延伸的。如果直接采用矩形脈沖的基帶信號(hào)作為傳輸碼型，由于實(shí)際信道的頻帶都是有限的，則傳輸系統(tǒng)接收端所得的信號(hào)頻譜必定與發(fā)送端不同，這就會(huì)使接收端數(shù)字基帶信號(hào)的波形失真。大多數(shù)有線傳輸情況下，信號(hào)頻帶不是陡然截止的，而且基帶頻譜也是逐漸衰減的，采用一些相對(duì)來(lái)說(shuō)比

6、較簡(jiǎn)單的補(bǔ)償措施（如簡(jiǎn)單的頻域或時(shí)域均衡）可以將失真控制在比較小的范圍內(nèi)。較小的波形失真對(duì)于二進(jìn)制基帶信號(hào)影響不大，只是使其抗噪聲性能稍有下降，但對(duì)于多元信號(hào)，則可能造成嚴(yán)重的傳輸錯(cuò)誤。當(dāng)信道頻帶嚴(yán)格受限時(shí)（如數(shù)字基帶信號(hào)經(jīng)調(diào)制通過(guò)頻分多路通信信道傳輸），波形失真問(wèn)題就變得比較嚴(yán)重，尤其在傳輸多元信號(hào)時(shí)更為突出?；鶐盘?hào)傳輸系統(tǒng)的典型模型，如圖所示。在發(fā)送端，數(shù)字基帶信號(hào)X（t）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。傳輸信道在這里是廣義的，它可以是傳輸介質(zhì)（電纜、雙絞線等等），也可以是帶調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制信道。基帶信號(hào)在信道中傳輸時(shí)常1歡迎下載

7、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號(hào)X(t)差別較大,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(guò)一個(gè)接收濾波器，它一方面濾除帶外噪聲，另一方面對(duì)失真波形進(jìn)行均衡。抽樣和判決電路使數(shù)字信號(hào)得到再生，并改善輸出信號(hào)的質(zhì)量根據(jù)頻譜分析的基本原理，任何信號(hào)的頻域受限和時(shí)域受限不可能同時(shí)成立。因此基帶信號(hào)要滿足在頻域上的無(wú)失真?zhèn)鬏?，信?hào)其波形在時(shí)域上必定是無(wú)限延伸的，這就帶來(lái)了各碼元間相互串?dāng)_問(wèn)題。造成判決錯(cuò)誤的主要原因是噪聲和由于傳輸特性(包括發(fā)、收濾波器和信道特性)不良引起的碼間串?dāng)_?；鶐}沖序列

8、通過(guò)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的濾波作用使脈沖拖寬，在時(shí)間上，它們重疊到鄰近時(shí)隙中去。接收端在按約定的時(shí)隙對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行抽樣，并以抽樣時(shí)刻測(cè)定的信號(hào)幅度為依據(jù)進(jìn)行判決，來(lái)導(dǎo)出原脈沖的消息。若重疊到鄰接時(shí)隙內(nèi)的信號(hào)太強(qiáng)，就可能發(fā)生錯(cuò)誤判決。若相鄰脈沖的拖尾相加超過(guò)判決門限，則會(huì)使發(fā)送的“0”判為“1”。實(shí)際中可能出現(xiàn)好幾個(gè)鄰近脈沖的拖尾疊加，這種脈沖重疊，并在接收端造成判決困難的現(xiàn)象叫做碼間串?dāng)_。因此可以看出，傳輸基帶信號(hào)受到約束的主要因素是系統(tǒng)的頻率特性。當(dāng)然可以有意地加寬傳輸頻帶使這種干擾減小到任意程度。然而這會(huì)導(dǎo)致不必要地浪費(fèi)帶寬。如果展寬得太多還會(huì)將過(guò)大的噪聲引入系統(tǒng)。因此應(yīng)該探索另外的代替途徑，即通過(guò)設(shè)

9、計(jì)信號(hào)波形，或采用合適的傳輸濾波器，以便在最小傳輸帶寬的條件下大大減小或消除這種干擾。奈奎斯特第一準(zhǔn)則解決了消除這種碼間干擾的問(wèn)題，并指出信道帶寬與碼速率的基本關(guān)系。即：R=丄=2f=2BbTNNb式中R為傳碼率，單位為比特/每秒(bps)。f和B分別為理想信道的低通截止頻率bNN和奈奎斯特帶寬。上式說(shuō)明了理想信道的頻帶利用率為R/B=2bN實(shí)際上，具有理想低通特性的信道是難以實(shí)現(xiàn)的，而實(shí)際應(yīng)用的是具有滾降特性的信道。其帶寬較奈奎斯特帶寬增加的程度一一滾降系數(shù)a可以表示為Bfa=.丿n,(0<a<1)其中B表示滾降信道的帶寬。由于升余弦滾降濾波特性可使傳輸信號(hào)具有較大的功率,且收斂

10、快而減小碼間干擾，故已得到了廣泛的應(yīng)用。眼圖原理：噪聲容限過(guò)零點(diǎn)失真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(duì)定時(shí)抖動(dòng)（或誤差）的靈敏度，斜邊越陡，系統(tǒng)對(duì)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(hào)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(hào)零點(diǎn)位置來(lái)提取的,對(duì)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(hào)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(guò)它就有可能發(fā)生錯(cuò)誤判決；6. 橫軸對(duì)應(yīng)判決

11、門限電平。系統(tǒng)框圖:3精品文檔Hl'圖T-號(hào)另信的HZi八Dvlo-一一-騎-三厶-二咗盂rf甲II數(shù)”岀_度一芳、一私亠星均值為0,均方差為0.1的咼斯白噪聲$參數(shù)設(shè)置：TokenO：SourceNoise/PNPnSeg（幅度IV，頻率10HZ，電平數(shù)2,偏移0V,產(chǎn)生單極性不歸零碼，隨機(jī)產(chǎn)生）Token3：在專業(yè)庫(kù)中選擇CommProcessorsPshape（SelectpulseShape=Rectangular,Timeoffset=0,Width=0.01s，產(chǎn)生矩形脈沖基帶信號(hào)）Token2：SourceNoise/PNGaussNoise（均值為0,均方差為0.1的高

12、斯白噪聲）Token14OperatorFilters/systemsLinerSysFilters（commRaisedcosine,design,SymbolRate=10.e3;DecimateBy1,QuantBit二None;RolloffFactor=0.5,Tap=512）Token6：OperatorSample/HoldSample（Samplerate=10HZ，用于對(duì)濾波后的波形進(jìn)行抽樣，抽樣速率等于碼元速率）Token7：OperatorSample/HoldHold（HoldValue=LastSample,Gain=1,對(duì)抽樣后的值延時(shí)一段時(shí)間，得到恢復(fù)后的數(shù)字基帶

13、信號(hào)）Token8：OperatorLogicompare（Selectcomparison：a>=bTrue0utput=1V,FalseOutput=TV,對(duì)抽樣值進(jìn)行判決比較，得到輸出碼元波形）Token?：產(chǎn)生正弦信號(hào)，作為比較器的另一個(gè)比較輸入（振幅=0V,頻率=10Hz）眼圖參數(shù)設(shè)置：SinkCalculatorstyleslicestart=0,Length=0.25系統(tǒng)定時(shí)設(shè)置：StartTime：0,StopTime：0.5,SampleRate：10000Hz三：實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄1、原始基帶信號(hào)7歡迎下載®wO:Sink101-500e3-0-500e-3-1-

14、09（3）_25_徐僅龍231Syst&mVi&w2TimeinSecondsri雖2、加入噪聲后的基帶信號(hào)（高斯白噪聲，方差=0.01）密wl:Sink11a®®rtl-ldl-lv01.51500e-30-500e-3-1-1.54231Syst&mViewTineinSeconds3、經(jīng)過(guò)根升余弦濾波器后的輸出波形精品文檔w2:Sink12IlliIlliSillIlliIlli01234TimeinSecondspul.MHd謁SystemView4、經(jīng)過(guò)抽樣判決后的輸出波形$w3:Sinkl30此）_近継龍TineinSecondsSyst

15、&mView5、經(jīng)過(guò)根升余弦濾波器后輸出波形的眼圖13歡迎下載40e-309(3)_25_舗龍80e-3120e-3160e-3200e-3240e-3LSystemVi&w0rl2006-31206-31606-3TimeinSeconds2406-3四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析信道中加入的噪聲干擾越大，眼圖越不清晰，越雜亂。當(dāng)信道中噪聲方差為）.5時(shí),弦濾波器輸出信號(hào)波形的眼圖如圖所示：根升余宙w4:Slicedw2(NoRepeatStart=0sFlength=250e-3s)40e-309(3)_25_TO80e-3120e-3.160e-200e-3240e-3STPLL+JrttBLd500e-3-200e-3240e-3120e-3160e-3TineinSecondsSvst&mVi&w魯w4:Slicedw2(NoRepeatStart=0sFlength=250e-3s)與之前噪聲方差為o.i的眼圖比較，可以看出，噪聲越大，線條越粗，越模糊，“眼睛”小。抽樣判決后的輸出碼元波形與原始基帶信號(hào)相比，有0.01秒的延時(shí)。原因：由抽樣判決器延時(shí)所引起的。當(dāng)抽樣速率越大時(shí)，誤差越小。當(dāng)噪聲增大時(shí)，會(huì)引起誤碼。例如：當(dāng)噪聲方差0.1V時(shí)，輸入基帶信號(hào)為宰wO:Sink109(3)25徐僅龍TimeinSe