数字基带传输系统课程设计---副本

通信工程专业《通信仿真综合实践》研究报告基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真学生姓名：孙冬明学生学号：20134074103指导教师：田丽所在学院：信息技术学院专业班级：2013级通信工程1班中国·大庆2016年5月信息技术学院课程设计任务书信息技术学院通信工程专业2013级，学号20134074104姓名孙冬明一、课程设计课题：基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真二、课程设计工作日自2016年5月7日至2016年5月22日四、三、课程设计进行地点：信息馆221五、程设计任务要求：(详细内容见课程设计文档)1.课题来源:教师指定2.目的意义:通过本次课程设计掌握了通信系统数字调制仿真的知识，提高了自己的独立思考、查阅资料和动手实践能力。3.基本要求:数字基带信号直接送往信道；传输信道中的噪声可看作加性高斯白噪声；可用滤波法提取定时信号；对传输系统要有清楚的理论分析；把整个形同中的各个子系统自行构造，并对其进行测试；最终给出仿真结果（信号输出图形）课程设计评审表指导教师评语：成绩：签字：日期：基于MATLAB的数字基带传输系统的的仿真概述：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，也可能是来自数字电话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fm，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。一种不搬移基带信号频谱的传输方式，未对载波调制的待传信号称为基带信号，它所占的频带称为基带，基带的高限频率与低限频率之比通常远大于1。由信号源产生或形成的数字信号都有一个共同特点，就是它的频谱都是从零频或零频附近开始一直扩展到很宽，这种信号称为数字基带信号。第一部分原理介绍数字基带信号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（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”。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3单极性归零波形（RZ）这种波形的特点是脉冲的宽度（τ）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---ReturntoZero）。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），故称这些波形为绝对码波形，信息码也称为绝对码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---3HDB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HDB3码：HDB3（HighDensityBipolar3）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3HDB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：1000010100001000011AMI码：10000-1010000–100001–1HDB3码：1000V-101-B00-V1000V-11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。数字基带信号传输系统未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或者很低频率开始，称为数字基带信号,不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，称为数字基带传输系统。在数字传输系统中，其传输的对象通常是二进制数字信号。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mf，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所示，它主要包括发送滤波器、传输信道、接收滤波器、噪声源、位定时提取和取样判决器等部分。图1数字基带传输系统模型假设na为发送滤波器的输入符号序列，在二进制的情况下，符号na的取值为0，1或-1，+1。为分析方便，我们把这个序列对应的基带信号表示成nsnnTtatd)()(这个信号是由时间间隔为sT的单位冲激函数)(t构成的序列，其每一个)(t的强度则由na决定。当)(td激励发送滤波器时，发送滤波器产生大输出信号为nsTnTnTtgatgtdts)()()()(式中：“*”是卷积符号；)(tgT是单个)(t作用下形成的发送基本波形，即发送滤波器的冲激响应。设发送滤波器的传输特性为)(TG，则)(tgT由下式确定deGtgtjTT)(21)(若再设信道的传输特性为)(C，接收滤波器的传输特性为)(RG，则图1所示的基带传输系统的总传输特性为)()()()(RTGCGH其单位冲激响应为deHthtj)(21)()(th是在单个)(t作用下，)(H形成的输出波形。因此在冲激脉冲序列)(td作用下，接收滤波器输出信号)(tr可表示为)()()()()()(tnnTthatnthtdtrRsnR式中，)(tnR是加性噪声)(tn经过接收滤波器后输出的噪声。然后，抽样判决器对)(tr进行抽样判决，以确定所传输的数字信息序列na。例如，我们为了确定第k个码元ka的取值，首先应该在0tkTtS时刻上对)(tr进行抽样，以确定)(tr在该样点上的值。升余弦滚降系统式中称为滚降系数，取值为,是常数。时，带宽为Hz；时，带宽为Hz，系统无码间干扰传输的最小符号间隔为s，或无码间干扰传输的最大符号速率为Baud。图2升余弦频率响应相应的时域波形为图3具有升余弦频率响应的脉冲波形升余弦滤波器的带宽为，故其时域抽样速率至少为，取，其中为时域抽样间隔，归一化为1。升余弦滚降传输特性H(ω)可表示为)()()(10HHHH(ω)是对截止频率ωb的理想低通特性H0(ω)按H１(ω)的滚降特性进行“圆滑”得到的，H1(ω)对于ωb具有奇对称的幅度特性，其上、下截止角频率分别为ωb+ω1、ωb-ω1。它的选取可根据需要选择，升余弦滚降传输特性H1(ω)采用余弦函数，此时H(ω)为α称为滚降系数。眼图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。第二部分直接用MATLAB编程仿真利用MATLAB进行调制与解调的仿真的程序，以下是建立的M文件：１．HDB3码的编码和译码xn=[101100000001100000010];%输入单极性码yn=xn;%输出yn初始化num=0;%计数器初始化fork=1:length(xn)ifxn(k)==1num=num+1;%1计数器ifnum/2==fix(num/2)%奇数个1时输出-1,进行极性交替yn(k)=1;elseyn(k)=-1;endendend%HDB3编码num=0;%连零计数器初始化yh=yn;%输出初始化sign=0;%极性标志初始化为0V=zeros(1,length(yn));%V脉冲位置记录变量B=zeros(1,length(yn));%B脉冲位置记录变量fork=1:length(yn)ifyn(k)==0num=num+1;%连“0”个数计数ifnum==4%如果4连“0”num=0;%计数器清零yh(k)=1*yh(k-4);%让0000