基于Matlab的数字基带传输系统的仿真—课程设计.doc

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1、课程设计(论文)说明书题 目：基于Matlab的数字基带通信系统仿真院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 通信工程 摘 要本论文主要研究了数字信号的基带传输的基本概念及数字信号基带传输的传输过程和如何用MATLAB软件仿真设计数字基带传输系统。本文首先介绍了MATLAB仿真软件。然后介绍了本课题的理论依据，包括数字通信，数字基带传输系统的组成及数字基带信号的传输过程。接着介绍了数字基带传输系统的特性包括数字PAM信号功率普密度及常用线路码型，并通过比较最终选择双极性不归零码。之后介绍了数字基带信号的最佳接收的条件以及如何通过示波器观察基带信号的波形。最后按照仿真过程基本步骤用MATLAB的仿

2、真工具实现了数字基带传输系统的仿真过程，对系统进行了分析。关键字：数字基带传输系统 MATLAB 计算机仿真；AbstractThis paper mainly studies the baseband transmission of digital signal and the basic concept of baseband transmission of digital signal in the transmission process and how to use MATLAB software to design and Simulation of digital baseban

3、d transmission system. This paper first introduces MATLAB simulation software. Then introduces the theoretical basis, including digital communication, digital baseband transmission system and digital baseband signal transmission process. Then it introduces the characteristics of digital baseband tra

4、nsmission system includes the digital PAM signal power spectrum density and commonly used line code, and through the comparison of the final choice of bipolar nrz. After introducing the digital baseband signal received by the best conditions and how the baseband signal waveform oscilloscope observat

5、ion. Finally, in accordance with the basic steps of simulation process using MATLAB simulation tool to achieve the digital baseband transmission system simulation process, has carried on the system analysis.Key words：Digital Base Band Transmission System Computer simulation目 录引 言11 MATLAB软件简介21.1 MA

6、TLAB的基本知识21.2 Matlab 语言的特点3编程效率高3用户使用方便3扩充能力强3语句简单、内涵丰富3高效方便的矩阵和数组运算3方便的绘图功能42 数字基带传输系统仿真42.1 数字基带传输系统的介绍42.2 软件的主要功能52.3 数字基带信号5数字基带信号的要求5数字基带信号6常用的基带传输码型72.4 实验原理10数字通信系统模型10数字基带传输系统模型103 实验内容113.1 余弦滚降基带传输系统11余弦滚降系统仿真源程序及结果113.2 眼图的仿真实现13眼图的介绍13升余弦滚降系统眼图仿真程序13升余弦滚降系统眼图的仿真结果154 总结154.1 存在的问题154.2

7、心得体会15谢 辞17参考文献18引 言随着通信系统的规模和复杂度不断增加，通信系统的设计方法已经不能适应发展的需要，通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视。传统的通信仿真技术主要分为手工分析与电路试验两种， 但耗时长，方法比较繁杂，而通信系统的计算机模拟仿真技术是介于上述两种方法的一种系统设计方法，它可以让用户在很 短的时间内建立整个通信系统模型，并对其进行模拟仿真。通信原理计算机仿真实验，是对数字基带传输系统的仿真。仿真工具是MATLAB程序设计语言。 MATLAB是一种先进的高技术程序设计语言，主要用于数值计算及可视化图形处理。特点是将数值分析、矩阵计算、图形、图像处理和仿真等诸多强大功能

8、集成在一个极易使用的交互式环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多学科提供了一种高效率的编程工具。运用MATLAB，可以对数字基带传输系统进行较为全面地研究。为了使本科类学生学好通信课程，我们进行了试点，通过课程设计的方式针对通信原理的很多内容进行了仿真。1 MATLAB软件简介1.1 MATLAB的基本知识MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多

9、科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解决计算问题要比用C、FORTRAN等语

10、言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C、FORTRAN、C+ 、JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作： 数值分析 数值和符号计算 工程与科学绘图 控制系统的设计与仿真 数字图像处理 技术 数字信号处理 技术 通讯系统设计与仿真 MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和

11、测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。 20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 Matlab 语言的特点1.2.1编程效率高它是一种面向科学与工程计算的高级语言，允许用数学形式的语言编

12、写程序，且比Basic、Fortran 和 C 等语言更加接近我们书写计算公式的思维方式， Matlab 编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题。因此，Matlab 语言也可通俗地称为演算纸式科学算法语言。由于它编写简单，所以编程效率高，易学易懂。 用户使用方便Matlab 语言是一种解释执行的语言（在没被专门的工具编译之前），它灵活、方便，其调试程序手段丰富，调试速度快，需要学习时间少。人们用任何一种语言编写程序和调试程序一般都要经过四个步骤：编辑、编译、连接以及执行和调试。各个步骤之间是顺序关系，编程的过程就是在它们之间作瀑布型的循环。 Matlab 语言与其它语言相比，较好地解决了上

13、述问题，把编辑、编译、连接和执行融为一体。它能在同一画面上进行灵活操作快速排除输入程序中的书写错误、语法错误以至语意错误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度，可以说在编程和调试过程中它是一种比 VB 还要简单的语言。具体地说，Matlab 运行时，如直接在命令行输入 Mailab 语句（命令），包括调用 M 文件的语句，每输入一条语句，就立即对其进行处理，完成编译、连接和运行的全过程。又如，将 Matlab 源程序编辑为 M 文件，由于Mat1ab 磁盘文件也是 M 文件，所以编辑后的源文件就可直接运行，而不需进行编译和连接。在运行 M 文件时， 如果有错， 计算机屏幕上会给出详细的出错

14、信息，用户经修改后再执行，直到正确为止。所以可以说，Mat1ab 语言不仅是一种语言，广义上讲是一种语言开发系统，即语言调试系统。扩充能力强Matlab 语言有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用，而且 Matlab 的库函数同用户文件在形成上一样， 所以用户文件也可作为 Matlab 的库函数来调用。因而，用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数，以便提高 Matlab 使用效率和扩充它的功能。另外，为了充分利用 Fortran、C 等语言的资源， 包括用户已编好的 Fortran， 语言程序， C 通过建立 Me 调文件的形式，混合编程，方便地调用有关的 Fortran

15、，C语言的子程序。语句简单、内涵丰富Mat1ab语言中最基本最重要的成分是函数，其一般形式为a，6，c = fun （d，e，f，），即一个函数由函数名，输入变量 d，e，f,和输出变量 a，b，c组成，同一函数名 F，不同数目的输入变量（包括无输入变量）及不同数目的输出变量，代表着不同的含义（有点像面向对象中的多态性。这不仅使Matlab的库函数功能更丰富，而大大减少了需要的磁盘空间，使得Matlab编写的M文件简单、短小而高效。高效方便的矩阵和数组运算Matlab语言象Basic、Fortran和C语言一样规定了矩阵的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符，而且这些运算

16、符大部分可以毫无改变地照搬到数组间的运算，有些如算术运算符只要增加“”就可用于数组间的运算，另外它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便，这是其它高级语言所不能比拟的。在此基础上，高版本的Matlab已逐步扩展到科学及工程计算的其它领域。因此，不久的将来，它一定能名符其实地成为“万能演算纸式的”科学算法语言。方便的绘图功能Matlab的绘图是十分方便的，它有一系列绘图函数（命令），例如线性坐标、对数坐标，半对数坐标及极坐标，均只需调用不同的绘图函数（命令），在图上标出图题、XY轴标注，

17、格（栅）绘制也只需调用相应的命令，简单易行。另外，在调用绘图函数时调整自变量可绘出不变颜色的点、线、复线或多重线。这种为科学研究着想的设计是通用的编程语言所不及的。总之，Matlab语言的设计思想可以说代表了当前计算机高级语言的发展方向。 2 数字基带传输系统仿真2.1 数字基带传输系统的介绍在数字传输系统中，其传输的对象通常是二进制数字信号，它可能是来自计算机、电传打字机或其它数字设备的各种数字脉冲，也可能是来自数字 终端的脉冲编码调制（PCM）信号。这些二进制数字信号的频带范围通常从直流和低频开始，直到某一频率m f ，我们称这种信号为数字基带信号。在某些有线信道中，特别是在传输距离不太远

18、的情况下，数字基带信号可以不经过调制和解调过程在信道中直接传送，这种不使用调制和解调设备而直接传输基带信号的通信系统，我们称它为基带传输系统。而在另外一些信道，特别是无线信道和光信道中，数字基带信号则必须经过调制过程，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输，相应地，在接收端必须经过解调过程，才能恢复数字基带信号。我们把这种包括了调制和解调过程的传输系统称为数字载波传输系统。数字基带传输系统的模型如图 1-1 所示，它主要包括码型变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器、均衡器和取样判决器等部分。图1-1 数字基带传输系统模型数字基带传输系统的输入信号是由终端设备或编码设备产生的二进制脉冲序列，通常

19、是单极性的矩形脉冲信号（NRZ 码）。为了使这种信号适合于信道的传输，一般要经过码形变换器，把单极性的二进制脉冲变成双极性脉冲（如 AMI 码或3HDB码）。发送滤波器对码元脉冲进行波形变换，以减小信号在基带传输系统中传输时产生的码间串扰。信号在传输过程中，由于信道特性不理想及加性噪声的影响，会使接收到的信号波形产生失真，为了减小失真对信号的影响，接收信号首先进入接收滤波器滤波，然后再经均衡器对失真信号进行校正，最后由取样判决器恢复数字基带脉冲序列。目前，虽然在实际使用的数字通信系统中，基带传输方式不如数字载波传输方式那样应用广泛，但由于数字基带传输系统是数字通信系统中最基本的传输方式，而且从

20、理论上来说，任何一种线性载波传输系统都可以等效为基带传输系统，因此理解数字信号的基带传输过程十分重要。 数字基带信号有二元码和三元码，有归零码和非归零码等，有的具有直流分量，在波形上具有不同的特点，他们有不同的特点，有的低频成份多，有的高频成份多，有的具有直流分量，有的占有带宽等，所有这些在波形处理时会对一些学生产生模糊的概念，针对本科类的学生要求，他们如何理解、辨别、掌握这些信号波形的特点，同时可以让学生在仿真过程中对通信原理的各种概念加深理解。另外，此仿真实验只需在计算机的虚拟实验室即可，不受实验场地、环境的限制。 软件的主要功能1） 实现各种常用码型的数字基带信号仿真；2）能产生随机的数

21、字信号序列，具有普遍性； 3）能绘制直观、清晰、准确、可靠的数字基带 信号仿真图形；4）要对相应的码型的特点进行相应的描述。图 1-2 仿真结构图 在通信中，数字基带信号有多种码型表示，它们在传输过程中有随机性，为 用让这种波形描述具有普遍性，m序列伪随机码来作为码型的仿真数字序列。利用 MATLAB 软件仿真出每一种码型，让学生通过仿真软件的使用，加深对码和波形的理解。2.3 数字基带信号2.3.1数字基带信号的要求不同形式的数字基带信号（又称为码型）具有不同的频谱结构，为适应信道的传输特性及接收端再生、恢复数字基带信号的需要，必须合理地设计数字基带信号，即选择合适的信号码型。适合于在有线信

22、道中传输的数字基带信号形式称为线路传输码型。一般来说，选择数字基带信号码型时，应遵循以下基本原则：（1）数字基带信号应不含有直流分量，且低频及高频分量也应尽量的少。在基带传输系统中，往往存在着隔直电容及耦合变压器，不利于直流及低频分量的传输。此外，高频分量的衰减随传输距离的增加会快速地增大，另一方面，过多的高频分量还会引起话路之间的串扰，因此希望数字基带信号中的高频分量也要尽量的少。（2）数字基带信号中应含有足够大的定时信息分量。基带传输系统在接收端进行取样、判决、再生原始数字基带信号时，必须有取样定时脉冲。一般来说，这种定时脉冲信号是从数字基带信号中直接提取的。这就要求数字基带信号中含有或经

23、过简单处理后含有定时脉冲信号的频谱分量，以便同步电路提取。实际经验告诉我们，所传输的信号中不仅要有定时分量，而且定时分量还必须具有足够大的能量，才能保证同步提取电路稳定可靠的工作。（3）基带传输的信号码型应对任何信源具有透明性，即与信源的统计特性无关。这一点也是为了便于定时信息的提取而提出的。信源的编码序列中，有时候会出现长时间连“0”的情况，这使接收端在较长的时间段内无信号，因而同步提取电路无法工作。为避免出现这种现象，基带传输码型必须保证在任何情况下都能使序列中“1”和“0”出现的概率基本相同，且不出现长连“1”或“0”的情况。当然，这要通过码型变换过程来实现。码型变换实际上是把数字信息用

24、电脉冲信号重新表示的过程。此外，选择的基带传输信号码型还应有利于提高系统的传输效率；具有较强的抗噪声和码间串扰的能力及自检能力。实际系统中常常根据通信距离和传输方式等不同的要求，选择合适的基带码型。2.3.2数字基带信号对不同的数字基带传输系统，应根据不同的信道特性及系统指标要求，选择不同的数字脉冲波形。原则上可选择任意形状的脉冲作为基带信号波形，如矩形脉冲、三角波、高斯脉冲及升余弦脉冲等。但实际系统常用的数字波形是矩形脉冲，这是由于矩形脉冲易于产生和处理。下面我们就以矩形脉冲为例，介绍常用的几种数字基带信号波形。（1）单极性波形（NRZ）这是一种最简单的二进制数字基带信号波形。这种波形用正（

25、或负）电平和零电平分别表示二进制码元的“1”码和“0”码，也就是用脉冲的有无来表示码元的“1”和“0”，这种波形的特点是脉冲的极性单一，有直流分量，且脉冲之间无空隙，即脉冲的宽度等于码元宽度。故这种脉冲又称为不归零码（NRZ -NonReturn to Zero）NRZ波形一般用于近距离的电传机之间的信号传输。（2）双极性波形在双极性波形中，用正电平和负电平分别表示二进制码元的“1”码和“0”码，这种波形的脉冲之间也无空隙。此外，从信源的统计规律来看，“1”码和“0”码出现的概率相等，所以这种波形无直流分量。同时这种波形具有较强的抗干扰能力。故双极性波形在基带传输系统中应用广泛。（3）单极性归

26、零波形（RZ）这种波形的特点是脉冲的宽度（ ）小于码元的宽度（T ），每个电脉冲在小于码元宽度的时间内总要回到零电平，故这种波形又称为归零波（RZ-Return to Zero）。归零波形由于码元间隔明显，因此有利于定时信息的提取。但单极性RZ波形中仍含有直流分量，且由于脉冲变窄，码元能量减小，因而在匹配接收时，输出信噪比较不归零波形的低。（4）双极性归零波形这种波形是用正电平和负电平分别表示二进制码元的“1”码和“0”码，但每个电脉冲在小于码元宽度的时间内都要回到零电平，这种波形兼有双极性波形和归零波形的特点。（5）差分波形（相对码波形）信息码元与脉冲电平之间的对应关系是固定不变的（绝对的）

27、，故称这些波形为绝对码波形，信息码也称为绝对码。所谓差分波形是一种把信息码元“1”和“0”反映在相邻信号码元的相对电平变化上的波形，差分波形中，码元“1”和“0”分别用电平的跳变和不变来表示，即用相邻信号码元的相对电平来表示码元“1”和“0”，故差分波形也称为相对码波形。差分波形也可以看成是差分码序列bn 对应的绝对码波形，差分码bn 与绝对码an之间的关系可用以下的编码方程表示 bnbn1 an （1.1）式中，为模2和运算符号。 由上式看出，当绝对码an 每出现一个“1”码时，差分码bn电平变化一次；当 an 出现“0”码时，差分码bn 电平与前一码元bn-1 相同。可见， bn 前后码元

28、取值的变化代表了原信码n a 中的“1”和“0”。由式（1.1）可以导出译码方程为 an bn-1bn （1.2） 由上式可看出，译码时只要检查前后码元电平是否有变化就可以判决发送的是“1”码还是“0”码。（6）多电平脉冲波形（多进制波形）上述各种波形都是二进制波形，实际上还存在多电平脉冲波形，也称为多进制波形。这种波形的取值不是两值而是多值的。例如，代表四种状态的四电平脉冲波形，每种电平可用两位二进制码元来表示，如00代表-3E，01代表-E，10代表E，11代表3E，这种波形一般在高速数据传输系统中用来压缩码元速率，提高系统的频带利用率。但在相同信号功率的条件下，多进制传输系统的抗干扰性能

29、不如二进制系统。2.3.3常用的基带传输码型前面提到，为满足基带传输系统的特性要求，必须选择合适的传输码型。基带传输系统中常用的线路传输型码主要有：传号交替反转码-AMI 码、三阶高密度双极性码- 3 HDB码、分相码-Manchester码、传号反转码-CMI 码以及4B3T码等。下面我们详细地介绍这些码型。（1）传号交替反转码-AMI 码 （AMI Alternate Mark Inversion）码又称为平衡对称码。这种码的编码规则是：把码元序列中的“1”码变为极性交替变化的传输码1、-1、1、-1、，而码元序列中的“0”码保持不变。例如：码元序列：1 0 0 1 1 0 1 0 1 1

30、 1 1 0 0 AMI 码：1 0 0-1 1 0-1 0 1-1 1-1 0 0 由AMI 码的编码规则可以看出，由于1和-1各占一半，因此，这种码中无直流分量，且其低频和高频分量也较少，信号的能量主要集中在2T f 处，其中Tf 为码元速率。此外，AMI 码编码过程中，将一个二进制符号变成了一个三进制符号，即这种码脉冲有三种电平，因此我们把这种码称为伪三电平码，也称为1B/1T 码型。AMI码除了上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点。但是AMI码有一个重要的缺陷，就是当码元序列中出现长连“0”时，会造成提取定时信号的困难，因而实际系统中常采用AMI 码的改进型 HDB3

31、码。（2）HDB3 码HDB3（High Density Bipolar 3）是三阶高密度双极性码，它是为了克服传输波形中出现长连“0”码情况而设计的AMI 码的改进型。HDB3 码的编码规则是：1把码元序列进行AMI 编码，然后去检查AMI 码中连0 的个数，如果没有四个以上（包括四个）连0 串时，则这时的AMI 码就是3 HDB 码。2如果出现四个以上连0 串时，则将每4 个连0 小段的第4 个0变成与其前一个非0 码（1 或-1）相同的码。显然，这个码破坏了“极性交替反转”的规则，因而称其为破坏码，用符号V 表示（即1 记为V， 记为-V） -1 。3为了使附加V 码后的序列中仍不含直流

32、分量，必须保证相邻的V 码极性交替。这一点，当相邻的V 码之间有奇数个非0 码时，是能得到保证的；但当相邻的V 码之间有偶数个非0 码时，则得不到保证。这时再将该连0 小段中的第1 个0 变成B 或-B，B 的极性与其前一个非0 码相反，并让后面的非零码从V 码后开始再极性交替变化。例如：码元序列： 1 0000 1 0 1 0 0 0 0 1 000 0 1 1 AMI 码： 1 0000 -1 0 1 0 0 0 0 1 000 0 11 HDB3码： 1 000V -1 0 1 -B00-V 1 000V -1 1 上例中，第1个V码和第2个V码之间，有2个非0 码（偶数），故将第2个4

33、 连0小段中的第1个0变成-B；第2个V码和第3个V码之间，有1个非0码（奇数），不需变化。最后可看出， HDB3 码中，V码与其前一个非0码（1 或-1）极性相同，起破坏作用；相邻的V码极性交替；除V码外，包括B码在内的所有非0码极性交替。虽然HDB3 码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从编码过程中可以看出，每一个V码总是与其前一个非0码（包括B码在内）同极性，因此从收到的码序列中可以很容易地找到破坏点V码，于是可断定V码及其前3个码都为0码，再将所有的-1变为1后，便可恢复原始信息代码。HDB3码的特点是明显的，它既保留AMI码无直流分量，便于直接传输的优点，又克服了长连0串（连0的

34、个数最多3个）的出现，HDB3 码的频谱中既消除了直流和甚低频分量，又消除了方波中的高频分量，非常适合基带传输系统的特性要求。因此，HDB3码是目前实际系统中应用最广泛的码型。虽然HDB3码比AMI 码的性能更好，但它仍属于1B/1T 码型。（3）曼彻斯特Manchester码曼彻斯特码又称数字双相码或分相码，曼彻斯特码用一个周期的方波来代表码元“1”，而用它的反相波形来代表码元“0”。这种码在每个码元的中心部位都发生电平跳变，因此有利于定时同步信号的提取，而且定时分量的大小不受信源统计特性的影响。曼彻斯特码中，由于正负脉冲各占一半，因此无直流分量，但这种码占用的频带增加了一倍。曼彻斯特码适合

35、在较短距离的同轴电缆信道上传输。（4）CMI 码 CMI 码称为传号反转码。在CMI 码中，“1”码（传号）交替地用正、负电平脉冲来表示，而“0”码则用固定相位的一个周期方波表示，CMI 码和曼彻斯特码相似，不含有直流分量，且易于提取同步信号。CMI 码的另一个特点是具有一定的误码检测能力。这是因为，CMI 码中的“1”码相当于用交替的“00”和“11”两位码组表示，而“0”码则固定地用“01” 码组表示。正常情况下，序列中不会出现“10”码组，且“00”和“11”码组连续出现的情况也不会发生，这种相关性可以用来检测因干扰而产生的部分错码。根据原CCITT 的建议，CMI码可用作脉冲编码调制四

36、次群的接口码型以及速率低于8448 kb/s的光纤数字传输系统中的线路传输码型。此外，CMI 码和曼彻斯特码一样都是将一位二进制码用一组两位二进制码表示，因此称其为1B2B 码。（5）4 B/3T 码4B/3T 码是1B/1T 码的改进型它把4 个二进制码元变换为3个三进制码元。显然，在相同信息速率的条件下，4B/3T 码的码元传输速率要比1B/1T 码的低，因而提高了系统的传输效率。 4B/3T 码的变换过程中需要同步信号，变换电路比较复杂，故一般较少采用。 实验原理2.4.1数字通信系统模型数字通信系统模型信源 信 源 编码器信道编码器数字调制器数字解调器信道译码器 信 源译码器信宿信道噪

37、声数字信源数字信宿编码信道2.4.2数字基带传输系统模型为滚降系数。3 实验内容 余弦滚降基带传输系统升余弦滚降传输特性H()可表示为 H()是对截止频率b的理想低通特性H0()按H()的滚降特性进行“圆滑”得到的，H1()对于b具有奇对称的幅度特性，其上、下截止角频率分别为b+1、b-1。它的选取可根据需要选择，升余弦滚降传输特性H1()采用余弦函数， 此时H()为 余弦滚降系统仿真源程序及结果% 数字基带信号传输 码间串扰 升余弦滚降系统的频谱及其时域波形% 文件名 syx_gunjiang.mTs=1;N=17;dt=Ts/N;df=1.0/(20.0*Ts);t=-10*Ts:dt:1

38、0*Ts;f=-2/Ts:df:2/Ts;a=0,0.5,1;for n=1:length(a) for k=1:length(f) if abs(f(k)0.5*(1+a(n)/Ts Xf(n,k)=0; elseif abs(f(k)0.5*(1-a(n)/Ts Xf(n,k)=Ts; else Xf(n,k)=0.5*Ts*(1+cos(pi*Ts/(a(n)+eps)*(abs(f(k)-0.5*(1-a(n)/Ts); end; end; xt(n,:)=sinc(t/Ts).*(cos(a(n)*pi*t/Ts)./(1-4*a(n)2*t.2/Ts2+eps);endsubplo

39、t(211);plot(f,Xf);axis(-1 1 0 1.2);xlabel(f/Ts);ylabel(升余弦滚降系统的频谱);legend(=0,=0.5,=1);subplot(212);plot(t,xt);axis(-10 10 -0.5 1.1);xlabel(t);ylabel(升余弦滚降系统的时域波形);legend(=0,=0.5,=1);程序运行结果如下图所示：在上述运行结果中我们可以看出，频域波形在滚降段中心频率处呈奇对称特性，满足奈奎斯特第一准则。图可证明，滚降系数越大，超出奈奎斯特带宽的扩展量越大，要求带宽增大。时域波形中，滚降系数越大，波形的拖尾衰减越快，对位定

40、时精度要求越低。3.2 眼图的仿真实现3眼图的介绍眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。观察眼图的方法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形像人的眼睛，故称 为 “眼图”。从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。眼图的“眼睛” 张开的大小反映着码间串扰的强弱。“眼睛”张的越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。当存在噪声时，噪

41、声将叠加在信号上，观察到的眼图的线迹会变得模糊不清。若同时存在码间串扰，“眼睛”将张开得更小。与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端正。噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。眼图对于展示数字信号传输系统的性能提供了很多有用的信息：可以从中看出码间串扰的大小和噪声的强弱，有助于直观地了解码间串扰和噪声的影响，评价一个基带系统的性能优劣；可以指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰。（1）最佳抽样时刻应在 “眼睛” 张开最大的时刻。 （2）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。斜率越大，对定时误差就越灵敏。（3）在抽样时刻上，眼图上下两

42、分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。 （4）眼图中央的横轴位置应对应判决门限电平。（5）在抽样时刻上，上下两分支离门限最近的一根线迹至门限的距离表示各相应电平的噪声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决。（6）对于利用信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围，这个变动范围的大小对提取定时信息有重要的影响。3.升余弦滚降系统眼图仿真程序升余弦滚降系统眼图程序段如下：% 数字基带信号波形及其眼图Ts=1;N=15;eye_num=6;a=1;N_data=1000;dt=Ts/N;t=-3*Ts:dt:3*Ts;% 产生双极性数字信

43、号d=sign(randn(1,N_data);dd=sigexpand(d,N); % 基带系统冲击响应（升余弦）ht=sinc(t/Ts).*(cos(a*pi*t/Ts)./(1-4*a2*t.2/Ts2+eps);st=conv(dd,ht);tt=-3*Ts:dt:(N_data+3)*N*dt-dt;subplot(211)plot(tt,st);axis(0 20 -1.2 1.2);xlabel(t/Ts);ylabel(基带信号);subplot(212)% 画眼图ss=zeros(1,eye_num*N);ttt=0:dt:eye_num*N*dt-dt;for k=3:5

44、0 ss=st(k*N+1:(k+eye_num)*N); drawnow; plot(ttt,ss); hold on;end;xlabel(t/Ts);ylabel(基带信号眼图);% 将输入的序列扩成间隔为N-1个0的序列functionout=sigexpand(d,M)N=length(d);out=zeros(M,N);out(1,:)=d;out=reshape(out,1,M*N);3.升余弦滚降系统眼图的仿真结果程序运行后仿真结果如下：如图，波形幅度没有衰减，无码间串扰。可通过抽样判决后还原接收信号。若干段数字基带波形叠加后形成眼图形状。眼图“眼睛”张开越大，眼图越端正，表示

45、码间串扰越小。上图为理想状态下的眼图，不存在码间串扰。4 总结4.1 存在的问题本次实验主要是利用MATLAB软件来进行数字基带通信系统的仿真。在整个实验过程中，存在着以下几个问题。1、 刚开始对系统的整体构成不是很熟悉，思维比较模糊，后来和其他小组同学进行了交流，明白了整个系统的构成。知道了程序设计的步骤和流程。2、 由于是对于Matlab软件使用不熟练，所以没有过多采用老师建议的simulink仿真，这个在下次实验中我们会继续研究和努力。3、 鉴于我们是一个大程序的书写，在运行中总会存在问题，是结果运行不出来。我们刚开始是采用分部运行，逐次更改错误，后来经过同学们共同的努力，我们学会了使用

46、断点来查找错误和单步运行程序，这对我们以后的实验有很大的帮助。4、 我们对整个实验的结果在仿真前没有大体的概念，导致我们面对仿真结果也难以判断正误。由于知识掌握的不牢固，使我们在编程过程中存在了理解的偏差。今后我们要扎实基础，对于系统的过程了如指掌。遇到不会的，先查书自己解决，实在不行，再互相讨论。 心得体会知识是靠平时的积累的，能力是在实践过程中培养的。在设计的过程中发现自己有很多不足的地方，让我明白自己的动手能力有待提高，思维方式需要转变，相关的知识面药拓宽。在设计过程中还发现自己对以前所学过的知识理解得不深刻，掌握得不牢固。要做好一个课程设计并非是件很简单的事，它需要平时的知识积累和经验积累。所以今后一定要注意在平时多思考相关问题，多接触这种设计性的题目，以增强自己的动手能力，思考能力 。这样做不仅可以巩固所学过的知