滕琳 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真

1、山 東 工 商 學(xué) 院shandong institute of business and technology畢業(yè)論文(設(shè)計)graduationthesis（design）論文（設(shè)計）題目title of thesis（design） 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真 分院（系別）department 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專業(yè)speciality 通信工程 班級class通信091論文（設(shè)計）作者author of thesis（design）滕琳論文完成日期date 2013年05月論文（設(shè)計）指導(dǎo)教師advisor李源指導(dǎo)教師職稱the title of advisor講師 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的

2、仿真 digital baseband transmission system simulation滕琳teng lin2013年 5 月 12 日may 12th, 2013指導(dǎo)教師對畢業(yè)論文（設(shè)計）的評語 advisors comments on graduation thesis (design)評語： 指導(dǎo)教師（簽章）signature of advisor 日期 date 評閱人意見評閱人姓名：職稱：選項標(biāo)準： a很同意 b同意 c基本同意 d不同意分項評價評價項目abcd選題質(zhì)量1選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)綜合訓(xùn)練基本要求2題目難易適度3題目工作量適當(dāng)4有理論意義或?qū)嶋H價值能力水平

3、5查閱文獻資料能力強6綜合運用知識能力強7研究方案的設(shè)計能力強8研究方法和手段的運用能力強9外文應(yīng)用能力強成果質(zhì)量10文題相符11寫作水平高12寫作規(guī)范13篇幅適度14成果有理論或?qū)嶋H價值總體評價： 優(yōu) 良 中 及格 不及格 評閱人評語 評閱人簽字： 年 月 日答辯（評審）委員會意見 appraisal of defence commission答辯（評審）成績mark of defence鑒定意見appraisal & comments 主任（簽章） signature of dean 日期date數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真摘要 伴隨著現(xiàn)代計算機科學(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)

4、生。這些功能強大的仿真軟件，使得通信系統(tǒng)仿真的設(shè)計和分析過程變得相對直觀和便捷，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碼間串?dāng)_條件的特性研究。還著重的研究基于matlab語言的數(shù)字基帶傳輸特性，通過matlab設(shè)計并仿真基帶系統(tǒng)，在比較實測系統(tǒng)與理論研究的基礎(chǔ)上加深了對基帶傳輸特性的理解。以便基帶傳輸理論和仿真在實際中得到更廣泛的應(yīng)用。理論知識是用來指導(dǎo)具體實踐的。本文在深刻理解通信系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上利用matlab強大的仿真功能

5、，設(shè)計了通信系統(tǒng)仿真模型。關(guān)鍵字 matlab 基帶傳輸碼型 眼圖 滾降 誤碼率 碼間串?dāng)_ 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) digital baseband transmission system simulationabstract with the development of computer, the successful research and development of new generation visual simulation software were burned. the simulation software is powerful which makes the proce

6、ss 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 agility, which is helpful for us to research the function of c

7、ommunications 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 without inter-code interference. in following, the text emph

8、asizes 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 transmission.theory of knowledge is used to guide the practice. in thi

9、s paper,we design the communication system simulation model,using the powerful matlab simulation based on a deep understanding of the communication system theory.keywords matlab baseband transmission code eye pattern roll-off error rate intersymbol interference digital baseband transmission system目錄

10、前 言1第一章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)21.1 緒論21.2 基帶傳輸系統(tǒng)組成21.2.1 數(shù)字基帶信號31.2.2 數(shù)字基帶信號的頻譜特性4第二章 matlab仿真的介紹72.1 matlab簡介72.1.1 matlab系統(tǒng)組成72.1.2 matlab的功能介紹72.1.3 matlab的特點82.2 simulink簡介92.2.1 simulink的啟用102.2.2 simulink的特點102.2.3 建模與仿真11第三章 基帶傳輸碼型及仿真123.1 數(shù)字基帶信號123.1.1 傳輸碼的碼型選擇123.2 數(shù)字基帶信號的幾種簡單的碼型133.2.1 幾種二電平碼型133.2.2 常用

11、的三電平碼型16第四章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的性能194.1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)組成194.1.1 奈奎斯特第一準則204.1.2 余弦滾降特性214.2 眼圖244.3 基帶系統(tǒng)性能改善254.3.1 時域均衡254.3.2 部分響應(yīng)264.4 基于simulink的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真28結(jié) 論35致 謝 語36參考文獻37附錄38前 言通信系統(tǒng)一般由信息源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和受信者五部分組成。按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，相應(yīng)的把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信具有許多優(yōu)良的特性，但其主要缺點就是設(shè)備復(fù)雜并且需要較大的傳輸帶寬。近年來隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)

12、，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜和技術(shù)難度大大降低，同時高效的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)以及光纖等大容量傳輸介質(zhì)的應(yīng)用正逐步使帶寬問題得到解決。因此數(shù)字傳輸方式日益受到歡迎。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)字帶通傳輸系統(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)。雖然在實際使用的數(shù)字通信系統(tǒng)中基帶傳輸不如帶通傳輸那樣廣泛，但是，對于基帶傳輸系統(tǒng)的研究仍然是十分有意義的。主要有以下原因:1）在利用對稱電纜構(gòu)成的近程的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛采用了這種傳輸方式。2) 隨著數(shù)字通

13、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) 在帶通傳輸制式里同樣存在基帶傳輸?shù)膯栴}(如碼間干擾等)。也就是說，基帶傳輸系統(tǒng)的許多問題是帶通傳輸傳輸系統(tǒng)必須考慮的問題，即基帶傳輸是帶通傳輸?shù)幕A(chǔ)。4)理論上也可以證明，任何一個采用線性調(diào)制的帶通傳輸系統(tǒng)，總是可以由一個等效的基帶傳輸系統(tǒng)所替代。第一章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)1.1 緒論在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，其傳輸?shù)膶ο笸ǔＪ嵌M制數(shù)字信號，它可能是來自計算機、電傳打字機或其它數(shù)字設(shè)備的各種數(shù)字脈沖，也可能是來自數(shù)字電話終端的脈沖編碼調(diào)制（pcm）信號。這些二進制數(shù)字信號的頻帶范圍通常從直流和

14、低頻開始，直到某一頻率fm ，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)，我們稱它為基帶傳輸系統(tǒng)。而在另外一些信道，特別是無線信道和光信道中，數(shù)字基帶信號則必須經(jīng)過調(diào)制過程，將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸，相應(yīng)地，在接收端必須經(jīng)過解調(diào)過程，才能恢復(fù)數(shù)字基帶信號。我們把這種包括了調(diào)制和解調(diào)過程的傳輸系統(tǒng)稱為數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)。一種不搬移基帶信號頻譜的傳輸方式。未對載波調(diào)制的待傳信號稱為基帶信號，它所占的頻帶稱為基帶，基帶的高限頻率與低限頻率之比通常

15、遠大于1。由信號源產(chǎn)生或形成的數(shù)字信號都有一個共同特點，就是它的頻譜都是從零頻或零頻附近開始一直擴展到很寬，這種信號稱為數(shù)字基帶信號。在某些場合的通信中，基帶信號不需要調(diào)制就可以直接在某些信道中傳輸，這種直接傳輸基帶信號的系統(tǒng)就稱為基帶傳輸系統(tǒng)。1.2 基帶傳輸系統(tǒng)組成模擬信號經(jīng)過信源編碼得到的信號為數(shù)字基帶信號，將這種信號經(jīng)過碼型變換，不經(jīng)過調(diào)制，直接送到信道傳輸，稱為數(shù)字信號的基帶傳輸?；鶐鬏斚到y(tǒng)的組成框圖如圖1-1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個功能電路組成。 干擾 抽樣判決碼波形變換器發(fā)送濾波器信道接收濾波器均衡器取樣判決 圖1-1 基帶傳輸

16、系統(tǒng)模型基帶傳輸系統(tǒng)的輸入信號是由終端設(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，一般要經(jīng)過碼型變換器，碼型變換器把二進制脈沖序列變?yōu)殡p極性碼（ami碼或hdb3碼），有時還要進行波形變換，使信號在基帶傳輸系統(tǒng)內(nèi)減小碼間干擾。當(dāng)信號經(jīng)過信道時，由于信道特性不理想及噪聲的干擾，使信號受到干擾而變形。在接收端為了減小噪聲的影響，首先使信號進入接收濾波器，然后再經(jīng)過均衡器，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)_。最后在取樣定時脈沖到來時，進行判決以恢復(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

17、到信道中傳輸。信道信號形成器的作用就是把原始基帶信號變換成適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘枺@種變換主要是通過碼型變換和波形變換實現(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：是允許基帶信號通過的媒質(zhì)。信道的傳輸特性通常不滿足無失真?zhèn)鬏敆l件，恒參信道如（明線、同軸電纜、對稱電纜、光纖通道、無線電視距中繼、衛(wèi)星中繼信道）對信號傳輸?shù)挠绊懼饕蔷€形畸變；隨參信道如（短波電離層反射、對流層散射信道等）對信號傳輸?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，對信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于

18、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，在由位定時脈沖控制的特殊點對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號。1.2.1 數(shù)字基帶信號通信的根本任務(wù)是遠距離傳輸信息，準確地傳輸數(shù)字信息是數(shù)字通信中的一個重要環(huán)節(jié)。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，其傳輸對象通常是二進制數(shù)字信息。它可能是來自計算機、網(wǎng)絡(luò)或其他數(shù)字設(shè)備的各種數(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)字基帶信號是數(shù)字信息的電波形表示，它可以用不同的電平或脈沖來表示相應(yīng)的消息代碼。數(shù)字基帶信號（以下簡稱基帶信號）的類型有很多，以矩形脈沖為例，可分為單極性波形，雙極性波形，單極性歸零波形，雙極性歸零波形，差分波形，

19、多電平波形。1.2.2 數(shù)字基帶信號的頻譜特性從傳輸?shù)慕嵌妊芯炕鶐盘柕念l譜結(jié)構(gòu)是十分必要的。通過頻譜分析，我們可以確定信號需要占據(jù)的頻帶寬度，還可以獲得信號頻譜中的直流分量、位定時分量、主瓣寬度和譜滾降衰減速度的信息。這樣我們可以針對信號譜的特點來選擇相匹配的信道，或者說根據(jù)信道的傳輸特性來選擇適合的信號形式或碼型。由于數(shù)字基帶信號是一個隨機脈沖序列，沒有確定的頻譜函數(shù)，所以只能用功率譜來描述它的頻譜特性。設(shè)一個二進制隨機脈沖序列如圖1-2所示。這里g1（t）和g2（t）分別代表符號的0和1，ts為每一個碼元寬度。應(yīng)當(dāng)說明的是，圖中雖然把g1（t）和g2（t）都畫成了三角形（高度不同），但實

20、際上g1（t）和g2（t）可以是任意的脈沖。ts圖1-2 任一隨機脈沖序列示意波形現(xiàn)在假設(shè)序列中任一碼元序列時間ts內(nèi)g1（t）和g2（t）出現(xiàn)的概率分別為p，1p,且認為它們的出現(xiàn)是互不依賴的（統(tǒng)計獨立），則該序列s(t)可寫成： 其中 （1-1）隨機基帶序列的功率譜密度由于，故當(dāng)t時，將變成于是，的功率密度譜ps（w）最后表示為 （1-2）式1-2是雙邊的功率譜密度表示式。如果寫成單邊的，則有 (1-3) 其中、分別為g1（t）、g2（t）的傅立葉變換,從公式1-3可以得出如下結(jié)論：（1）隨機脈沖序列功率譜包括兩部分：連續(xù)譜和離散。（2）當(dāng)g1（t）和g2（t）、p、ts給定后，隨機脈沖序

21、列功率譜就確定了。（3）根據(jù)連續(xù)譜可以確定隨機序列的寬度；根據(jù)離散譜可以確定隨機序列是否包含直流成分（m=0）及定時信號(m=1)。連續(xù)譜總存在，而離散譜視情況而定。對于單極性波形：若假設(shè)g1（t）=0,g2（t）=g(t) , 隨機脈沖序列的功率譜密度（雙邊）為 (1-4)式中，是的頻譜函數(shù)。 當(dāng)，且為矩形脈沖，即(1-5)則將變成 （1-6） 可知有連續(xù)譜和直流分量。對于雙極性波形：若假設(shè)g1（t）=g2（t）=g(t)，則有 （1-7） 同理，當(dāng)，且為矩形脈沖，式（1-7）將變成 （1-8） 可知只有連續(xù)譜分量。由以上分析可以看出，隨機脈沖序列的功率譜密度可能包括兩個部分：連續(xù)譜和離散譜

22、。對于連續(xù)譜而言，代表數(shù)字信息的g1（t）和g2（t）不能完全相同，故，因而總是存在的；對于離散譜來說，在一般情況下，它也總是存在的。但我們?nèi)菀子^察到，若g1（t）和g2（t）是雙極性的脈沖，且波形出現(xiàn)概率相同，則式（1-3）中的第二、第三項為零，故此時沒有離散譜。分析數(shù)字信號的脈沖序列碼的功率譜可以知道信號功率的分布，根據(jù)主要功率集中在哪個頻段，可以確定信號帶寬，進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。同時利用它的離散譜是否存在這個特點，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等。脈沖序列

23、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系統(tǒng)的影響，并且可以人為的仿真噪聲。 第二章 matlab仿真的介紹2.1 matlab簡介matlab是當(dāng)今最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一，它以強大的科學(xué)計算與可視化功能、簡單易用、開放式可擴展環(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)域中成為計算機輔助設(shè)計和分析、算法研究和應(yīng)用開發(fā)的基本工具和首選平臺。2.1.1 matlab系統(tǒng)組成matlab是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它提供完整的操作環(huán)境和核心計算函數(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。集成開發(fā)環(huán)境，包括操作桌面、命令窗、歷史

24、命令窗、編輯調(diào)試器、幫助瀏覽器、工作空間瀏覽器、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。數(shù)學(xué)函數(shù)庫，它是matlab語言的基礎(chǔ)，也是各種工具箱 應(yīng)用的基礎(chǔ)，這些數(shù)學(xué)函數(shù)采用國際上公認的最先進的可靠算法，經(jīng)過專家優(yōu)化后以簡單易用的形式呈現(xiàn)出來。matlab語言，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言特性，而且更有利于矩陣和數(shù)組的操作和運算。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)。應(yīng)用程序接口庫（api）和matlab編譯器。借助api接口函數(shù)，一方面能

25、夠在c/c+或fortran中直接調(diào)用matlab函數(shù)，或讀寫matlab的mat文件，或把整個matlab當(dāng)作計算引擎來用；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語言的源代碼）編譯成獨立應(yīng)用程序可以脫離matlab環(huán)境而獨立運行。2.1.2 matlab的功能介紹1. matlab的界面窗口matlab啟動時，包含四個界面窗口：(1) 命令窗口，是matlab的主窗口，默認位于matlab桌面的右側(cè)，用于命令并顯示運行結(jié)果。(2) 歷史命令窗口，位于matlab桌面的左下側(cè)，默認為前臺顯示。歷史命令窗口可以保

26、存用戶輸入過的所有歷史命令，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)，默認為前臺顯示。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)，默認為后臺顯示?？梢酝ㄟ^點擊左上方的workplace按鈕使它在前臺顯示。2matlab的幫助系統(tǒng)matlab提供了強大而完善的幫助系統(tǒng)，包括命令行幫助、聯(lián)機幫助和演示幫助。要學(xué)會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3matlab的搜索路徑matlab利用自

27、身的搜索路徑來尋找m文件函數(shù)，如果要執(zhí)行的文件不在搜索路徑中，就無法執(zhí)行。利用matlab主界面file菜單中的“set path”項可以將需要的目錄/文件夾添加到matlab搜索路徑中。4matlab的運行方式matlab有兩種運行方式，即命令運行方式和m文件運行方式。當(dāng)用戶實現(xiàn)一些簡單的功能，如簡單的計算與畫圖時，因為輸入的語句不多，可以采用命令方式。即在命令窗口中一行的輸入命令，并能方便的修改。但如果事先較復(fù)雜的功能，或是一次要執(zhí)行大量的matlab指令，且需要經(jīng)常修改其中的參數(shù)或多次調(diào)用，就需要采用m文件方式來運行。m文件使用matlab語言編寫的文件，其擴展名為.m，可以用matla

28、b的m文件編輯器生成。2.1.3 matlab的特點 1編程效率高 2用戶使用方便 mat1ab語言不僅是一種語言，廣義上講是一種該語言開發(fā)系統(tǒng)，即語言調(diào)試系統(tǒng)。 3擴充能力強 高版本的matlab語言有豐富的庫函數(shù)，在進行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算時可以直接調(diào)用，而且matlab的庫函數(shù)同用戶文件在形成上一樣，所以用戶文件也可作為matlab的庫函數(shù)來調(diào)用。因而，用戶可以根據(jù)自己的需要方便地建立和擴充新的庫函數(shù)，以便提高matlab使用效率和擴充它的功能。4語句簡單，內(nèi)涵豐富 5高效方便的矩陣和數(shù)組運算 matlab語言象basic、fortran和c語言一樣規(guī)定了矩陣的算術(shù)運算符、關(guān)系運算符、邏輯運算

29、符、條件運算符及賦值運算符，而且這些運算符大部分可以毫無改變地照搬到數(shù)組間的運算，有些如算術(shù)運算符只要增加就可用于數(shù)組間的運算， 6方便的繪圖功能 matlab的繪圖是十分方便的，它有一系列繪圖函數(shù)（命令），例如線性坐標(biāo)、對數(shù)坐標(biāo)，半對數(shù)坐標(biāo)及極坐標(biāo)，均只需調(diào)用不同的繪圖函數(shù)（命令），在圖上標(biāo)出圖題、xy軸標(biāo)注，格（柵）繪制也只需調(diào)用相應(yīng)的命令，簡單易行。2.2 simulink簡介simulink是matlab最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。simulink是matlab中

30、的一種可視化仿真工具， 是一種基于matlab的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(gui) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設(shè)計、仿真、

31、執(zhí)行和測試。simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(gui) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 2.2.1 simulink的啟用啟動simulink十分容易，只需在matlab的命令窗口鍵入“simulink”命令，此時出現(xiàn)一個simulink窗口，包含七個模型庫，分別是信號源庫、輸出庫、離散系統(tǒng)庫、線性系統(tǒng)庫、非線性系統(tǒng)庫及擴展系

32、統(tǒng)庫。 1.信號源庫 包括階躍信號、正弦波、白噪聲、時鐘、常值、文件、信號發(fā)生器等各種信號源，其中信號發(fā)生器可產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波、隨機信號等波形。 2.輸出庫 包括示波器仿真窗口、matlab工作區(qū)、文件等形式的輸出。 3.離散系統(tǒng)庫 包括五種標(biāo)準模式：延遲，零-極點，濾波器，離散傳遞函數(shù)，離散狀態(tài)空間。 4.線性系統(tǒng)庫 提供七種標(biāo)準模式：加法器、比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、傳遞函數(shù)、零-極點、狀態(tài)空間。 5.非線性系統(tǒng)庫 提供十三種常用標(biāo)準模式：絕對值、乘法、函數(shù)、回環(huán)特性、死區(qū)特性、斜率、繼電器特性、飽和特性、開關(guān)特性等。 6.系統(tǒng)連接庫包括輸入、輸出、多路轉(zhuǎn)換等模塊，用于連接其他

33、模塊。 7.系統(tǒng)擴展庫考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性，simulink另提供十二種類型的擴展系統(tǒng)庫，每一種又有多種模型供選擇。2.2.2 simulink的特點1. 豐富的可擴充的預(yù)定義模塊庫 2. 交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖 3. 以設(shè)計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復(fù)雜設(shè)計的管理 4. 通過model explorer 導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性，生成模型代碼 5. 提供api用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成 6. 使用embedded matlab 模塊在simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用matlab算法 7. 使用定步長或變步長運行仿真，根據(jù)仿真

34、模式(normal,accelerator,rapid accelerator)來決定以解釋性的方式運行或以編譯c代碼的形式來運行模型 8. 圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計的性能和異常行為 9. 可訪問matlab從而對結(jié)果進行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù) 10. 模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯誤2.2.3 建模與仿真 建模仿真的一般過程是：1. 打開一個空白的編輯窗口；2. 將模塊庫中模塊復(fù)制到編輯窗口，并依照給定的框圖修改編輯窗口中模塊的參數(shù)；3. 將各個模塊按給定的框圖連接起來；4. 用菜單選擇或命令窗口鍵入命令進行仿真分析，在

35、仿真的同時，可以觀察仿真結(jié)果，如果發(fā)現(xiàn)有不正確的地方，可以停止仿真，對參數(shù)進行修正；5. 如果對結(jié)果滿意，可以將模型保存。第三章 基帶傳輸碼型及仿真3.1 數(shù)字基帶信號在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，其傳輸對象通常是二進制數(shù)字信息。它可以直接來自計算機、網(wǎng)絡(luò)或其他數(shù)字設(shè)備的各種數(shù)字代碼，也可來自模擬信號經(jīng)過抽樣、量化、編碼得到的代碼。數(shù)字基帶信號可以用不同的電平或脈沖來表示相應(yīng)的消息代碼。其類型有很多，以矩形脈沖為例，可分為單極性波形，雙極性波形，單極性歸零波形，雙極性歸零波形，差分波形，多電平波形。3.1.1 傳輸碼的碼型選擇 在實際的基帶傳輸系統(tǒng)中，并不是所有的基帶波形都適合在信道中傳輸。例如，含有豐富

36、直流和低頻分量的單極性基帶波形就不適宜在低頻傳輸特性差的信道中傳輸，因為這有可能造成信號嚴重畸變。又如，當(dāng)消息代碼中包含長串的連續(xù)“1”或“0”符號時，非歸零波形呈現(xiàn)出連續(xù)的固定電平，因而無法獲取定時信息。單極性歸零碼在傳送連“0”時，也存在同樣的問題。因此，對傳輸用的基帶信號主要有以下兩個方面的要求。首先，對代碼的要求：原始消息代碼必須編成適合于傳輸?shù)拇a型；其次，對所選碼型的電波形要求：電波形應(yīng)適合于基帶系統(tǒng)的傳輸。前者屬于傳輸碼型的選擇，后者是基帶脈沖的選擇。在選擇傳輸碼型時，一般應(yīng)考慮一下原則：（1） 不含直流，且低頻分量盡量少；（2） 有利于提高系統(tǒng)的頻帶利用率；（3） 應(yīng)含有豐富的定

37、時信息，以便于從接受碼流中提取定時信號；（4） 功率譜主瓣寬度窄，以節(jié)省傳輸頻帶；（5） 不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化；（6） 具有內(nèi)在的檢錯能力，即碼型應(yīng)具有一定的規(guī)律性，以便利用這一規(guī)律性進行宏觀監(jiān)測；（7） 編譯碼簡單，以降低通信延時和成本；3.2 數(shù)字基帶信號的幾種簡單的碼型3.2.1 幾種二電平碼型 1.單極性不歸零碼單極性不歸零碼，是一種最簡單的基帶信號碼型。它用正電平和零電平分別對應(yīng)二進制碼“1”和“0”，電平在整個碼元的時間里不變，記作碼。單極性不歸零碼的優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，但由于含有直流分量，對在帶限信道中傳輸不利，另外，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)的0或連續(xù)的1時，電平長時間

38、保持一個值，不利于提取時間信息以便獲得同步。當(dāng)輸入t=1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1;時，波形仿真如下： 圖3-1 單極性不歸零碼2. 單極性歸零碼單極性歸零碼與單極性不歸零碼不同，當(dāng)處于輸入二元信息為1時，給出的碼元前半時間為1，后半時間為0，輸入0則完全相同。單極性歸零碼部分解決了傳輸問題，直流分量減小，但遇上連續(xù)長0時間，同樣無法給出定時信息。波形仿真如下：圖3-2 單極性歸零碼3. 雙極性不歸零碼雙極性不歸零碼與單極性不歸零碼類似，區(qū)別僅在于雙極性使用電平-1來表示信息0。波形仿真如下：圖3-3 雙極性不歸零碼4. 雙極性歸零碼雙極性歸零碼比較特殊，它使用前半時間1、后

39、半時間0來表示信息1；使用前半時間-1、后半時間0來表示信息0。因此它具有3個電平，嚴格來說是一種三電平碼。雙極性歸零碼包含了豐富的信息，每一個碼元都有一個跳變沿，便于接收方定時。同時對隨機信號，信息1和0出現(xiàn)概率相同，所以每種碼元幾乎沒有直流分量。波形仿真如下：圖3-4 雙極性歸零碼5. 曼徹斯特碼曼徹斯特碼采用一個碼元時間的中央時刻從0到1的跳變來表示信息1，從1到0的跳變來表示信息0。曼徹斯特碼含有豐富的定時信息，每一個碼元都有跳變沿，遇到連續(xù)的1或0時不會出現(xiàn)長時間保持同一電平的現(xiàn)象。波形仿真如下：圖3-5 曼徹斯特碼6. 差分曼徹斯特碼差分曼徹斯特碼不僅與當(dāng)前的信息元有關(guān)，并且與前一

40、個信息元也有關(guān)。條件雙相碼也使用中央時刻的電平跳變來表示信息，與數(shù)字雙相碼不同在于對于信息1，則前半時間的電平與前一個碼元的后半時刻電平相同，在中央處再跳變。對于信息0，則前半時間的電平與前一碼元的后半時間相反。條件雙相碼的好處是當(dāng)遇到傳輸中電平極性反轉(zhuǎn)情況時，不會受到影響。波形仿真如下：圖3-6 差分曼徹斯特碼3.2.2 常用的三電平碼型1.ami碼ami碼全程是傳號交替反轉(zhuǎn)碼，其編碼規(guī)則是將消息碼的“1”（傳號）交替地變?yōu)椤?1”和“-1”，而“0”（空號）保持不變。ami碼主要有以下幾個方面的優(yōu)點：（1）沒有直流成分，且高低頻分量少，能量集中在頻率為1/2碼速處。編解碼電路簡單，且可利用

41、傳號極性交替這一規(guī)律觀察誤碼情況；（2）如果它是ami-rz波形，接受后只要全波整流，就可變?yōu)閱螛O性rz波形，從中可以提取位定時分量；但是ami碼也是有缺點的，其中最主要的就是當(dāng)原信碼出現(xiàn)長連“0”串時，信號的電平長時間不跳變，造成提取定時信號的困難。為了加深對ami碼的認識，編寫程序?qū)mi碼進行了仿真仿真如下圖3-7 ami碼2.hdb3碼hdb3碼的全稱是三階高密度雙機型碼。它是ami碼的一種改進型。從上面的內(nèi)容可以看出ami的最大缺點是當(dāng)原信碼出現(xiàn)長連“0”串時，信號的電平長時間不跳變，造成提取定時信號的困難。而hdb3碼就解決了這個缺點。hdb3碼中v表示違反極性交替規(guī)則的傳號脈沖，

42、b表示符合極性交替規(guī)則的傳號脈沖。其具體編碼規(guī)則是：1) 檢查消息碼中“0”的個數(shù)。當(dāng)連“0”的個數(shù)小于等于3時，hdb3碼于ami碼一樣，+1與-1交替；2) 當(dāng)連“0”的數(shù)目超過3時，將每4個連“0”化作一小節(jié)，定義為boov，稱為破壞節(jié)，其中v稱為破壞脈沖，而b稱為調(diào)節(jié)脈沖；3) v與前一個相鄰的非“0”脈沖的極性相同（這破壞了極性交替地規(guī)則，所以v稱為破壞脈沖），并且要求相鄰的v碼之間極性必須交替，v的取值為+1或-1；4) b的取值可選0、+1、-1，以使v同時滿足上述三個條件（起到調(diào)節(jié)作用，所以b稱為調(diào)節(jié)脈沖）；5) v碼后面的傳號碼極性也要交替；雖然hdb3碼的編碼比較復(fù)雜，但是

43、它的解碼比較簡單，根據(jù)v脈沖的極性破壞規(guī)則，只要發(fā)現(xiàn)當(dāng)前脈沖極性與上一個脈沖極性相同，就可判斷當(dāng)前脈沖為v脈沖，從而將v脈沖連同之前的三個傳輸時隙均置為0，就可以清除取代節(jié)，然后取絕對值即可恢復(fù)歸零二進制序列。為了更好的了解hdb3碼及其編碼規(guī)則，編寫程序并仿真仿真圖如下，第一個圖為ami碼型圖，第二個為hdb3碼型圖，第三個為解碼后輸出的圖。圖3-8 hdb3碼第四章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的性能4.1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)組成發(fā)送濾波器 信道傳輸 接收濾波器gt(w) c(w)gr(w) 噪聲源抽樣判決位定時提取an r(t)an 抽樣定時 圖4-1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型信源信源編碼器數(shù)字信源信道編碼

44、器數(shù)字調(diào)制器信道數(shù)字解調(diào)器編碼信道噪聲信道譯碼器信源譯碼器信宿數(shù)字信宿 圖4-2 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 若向基帶傳輸系統(tǒng)輸入基帶信號 1 0 0 1 1 0 ，圖4.3中畫出了基帶系統(tǒng)的各點波形示意圖。 圖4-3基帶系統(tǒng)各點波形示意圖圖中(a)是輸入的基帶信號，這是最常見的nrz信號；(b)是進行碼型變換后的波形；(c)對(a)而言進行了碼型以及波形的變換，是一種適合在信道中傳輸?shù)牟ㄐ危?d)是信道輸出信號，顯然由于信道傳輸特性的不理想，使波形產(chǎn)生了失真并疊加上了噪聲；(e)為接收濾波器輸出波形，它與(d)相比失真和噪聲減弱；(f)是位定時同步脈沖；(h)為恢復(fù)出來的信息。其中，第四個碼元發(fā)生誤碼

45、。誤碼是由接收端抽樣判決器的錯誤判決造成的，而造成錯誤判決的原因主要有兩個：一個是碼間串?dāng)_，另一個是信道加性噪聲的影響。所謂碼間串?dāng)_是由于系統(tǒng)傳輸總特性（包括收、發(fā)濾波器和信道特性）不理想，導(dǎo)致前后碼元的波形畸變、展寬，并使前面波形出現(xiàn)很長的拖尾，蔓延到當(dāng)前碼元的抽樣時刻上，從而對當(dāng)前碼元的判決造成干擾。碼間串?dāng)_嚴重時，會造成錯誤判決。4.1.1 奈奎斯特第一準則如何才能保證信號在傳輸時不出現(xiàn)或少出現(xiàn)碼間干擾，這是關(guān)系到信號可靠傳輸?shù)囊粋€關(guān)鍵問題。奈奎斯特對此進行了研究，提出了不出現(xiàn)碼間干擾的條件：當(dāng)碼元間隔t的數(shù)字信號在某一理想低通信道中傳輸時，若信號的傳輸速率位rb=2fc（fc為理想低通

46、截止頻率），各碼元的間隔t=1/2fc，則此時在碼元響應(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到極限，為2(b/s)hz。上述條件是傳輸數(shù)字信號的一個重要準則，通常稱為奈奎斯特第一準則。即傳輸數(shù)字信號所要求的信道帶寬應(yīng)是該信號傳輸速率的一半bw=fc=rb/2=1/2t當(dāng)滿足這一條件時，其它碼元的拖尾振幅在對應(yīng)于某一碼元響應(yīng)的最大值處剛好為零。4.1.2 余弦滾降特性對于無碼間干擾來說, 傳輸特性h () 必須滿足奈奎斯特第一準則。實際傳輸中，不可能有絕對理想的基帶傳輸系統(tǒng)，這樣一來，不得不降低頻帶利用率，采用具有奇對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

47、的幅頻特性以點(fc,1/2)呈奇對稱滾降，則可滿足無碼間干擾的條件（此時仍需滿足傳輸速率等于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，實際占用的頻帶展寬了，則傳輸效率有所下降，當(dāng)a=100%時，傳輸效率即頻帶利用率只有1(b/s)hz，比理想低通小了一半。濾波器原理圖：放大限幅窄帶濾波脈沖形成延遲微分整流接收基帶信號 圖4-4濾波法提取位定時信號原理圖升余弦滾降濾波器頻域特性: （4-1） 圖4-5 升余弦頻率響應(yīng) （4-2） 圖4-6 具有升余弦頻率響應(yīng)的脈沖波形（4-3）（4-4）（4-5）升余弦滾降傳輸特性h()可表示為 （4-6）h()是對截止頻率b

48、的理想低通特性h0()按h()的滾降特性進行“圓滑”得到的，h1()對于b具有奇對稱的幅度特性，其上、下截止角頻率分別為b+1、b-1。它的選取可根據(jù)需要選擇，升余弦滾降傳輸特性h1()采用余弦函數(shù)， 此時h()為 （4-7）（4-7） 稱為滾降系數(shù)。程序運行結(jié)果如下圖所示：圖4-7 升余弦滾降系統(tǒng)的頻譜及時域波形在上述運行結(jié)果中我們可以看出，頻域波形在滾降段中心頻率處呈奇對稱特性，滿足奈奎斯特第一準則。圖可證明，滾降系數(shù)越大，超出奈奎斯特帶寬的擴展量越大，要求帶寬增大。時域波形中，滾降系數(shù)越大，波形的拖尾衰減越快，對位定時精度要求越低。4.2 眼圖眼圖能直觀地表明數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)碼間干擾

49、和噪聲的影響，能評價一個基帶系統(tǒng)的性能優(yōu)劣?；鶐?shù)字信號在傳輸過程中，由于信道本身的特性及噪聲干擾使得數(shù)字信號波形產(chǎn)生失真。為了消除這種波形失真，每隔一定的距離加一再生中繼器，由此構(gòu)成再生中繼系統(tǒng)。再生中繼系統(tǒng)的特點是無噪聲積累，但有誤碼率的累積。再生中繼器由三大部分組成：均衡放大、時鐘提取和判決再生。再生中繼器主要由均衡放大電路、定時提取電路、判決及碼形成電路等3個部分組成。均衡放大電路的作用是對接收到的失真波形進行放大和均衡;定時提取電路的作用是在收到的信碼流中提取定時時鐘,以得到與發(fā)端相同的主時鐘脈沖,做到收發(fā)同步;判決及碼形成電路則是對已被放大和均衡的信號波形進行抽樣、判決,并根據(jù)判決

50、結(jié)果形成新的、與發(fā)送端相同的脈沖。眼圖是指利用實驗的方法估計和改善（通過調(diào)整）傳輸系統(tǒng)性能時在示波器上觀察到的一種圖形。觀察眼圖的方法是：用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步，這時示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛，故稱 為“眼圖”。從“眼圖”上可 以觀察出碼間串?dāng)_和噪聲的影響，從而估計系統(tǒng)優(yōu)劣程度。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。眼圖的“眼睛”張開的大小反映著碼間串?dāng)_的強弱?！把劬Α睆埖?越大，且眼圖越端正，表示碼間串?dāng)_越??；反之表示碼間串?dāng)_越大。當(dāng)存在噪聲時，噪聲將疊加在信號上，觀察到的眼圖的線跡會變得模糊不清。若同時存在碼間串?dāng)_ ，“眼睛”將張開得更小。與無碼間串?dāng)_時的眼圖相比，原來清晰端正的細線跡，變成了比較模糊的帶狀線，而且不很端正。噪聲越大，線跡越寬，越模糊；碼間串?dāng)_越大，眼圖越不端正。眼圖對于展示數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)的性能提供了很多有用的信息：可以從中看出碼間串?dāng)_的大小和噪聲的強弱，有助于直觀地了解碼間串?dāng)_和噪聲的影響，評價一個基帶系統(tǒng)的性能優(yōu)劣；可以指示接收濾波器的調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_。（ 1 ）最佳抽樣時刻應(yīng) 在 “眼睛” 張開最大的時刻。 （ 2 ）對定時誤差的靈敏度可由眼圖斜邊的斜率決定。