基于SIMULINK的基帶傳輸系統(tǒng)的仿真

1、沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告基于SIMULINK 的基帶傳輸系統(tǒng)的仿真1. 課程設(shè)計目的(1) 加深對模式識別基本理論知識的理解。(2) 培養(yǎng)獨(dú)立開展科研的能力和編程能力。(3) 掌握基于SIMULINK的基帶傳輸系統(tǒng)的仿真2. 課程設(shè)計要求(1) 掌握課程設(shè)計的相關(guān)知識、概念清晰。(2) 程序設(shè)計合理、能夠正確運(yùn)行。3. 基帶系統(tǒng)的理論分析3.1基帶系統(tǒng)傳輸模型和工作原理1) 信道的傳輸特性為C(w),接收濾波器的傳輸特性為設(shè)系統(tǒng)總的傳輸特性為GR(w),則基帶傳輸系統(tǒng)的總的傳輸特性為：H(w)=GT(w)C(w)GR(w)，n(t)是信 道中的噪聲。2) 基帶系統(tǒng)的工作原理：信源是不經(jīng)

2、過調(diào)制解調(diào)的數(shù)字基帶信號，信源在發(fā)送端經(jīng)過發(fā)送濾波器形成適合信道傳輸?shù)拇a型，經(jīng)過含有加性噪聲的有線信道后，在接收端通過接收濾波器的濾波去噪，由抽樣判決器進(jìn)一步去噪恢復(fù)基帶信 號，從而完成基帶信號的傳輸。3.2基帶系統(tǒng)設(shè)計中的碼間干擾及噪聲干擾碼間串?dāng)_和信道噪聲是影響基帶傳輸系統(tǒng)性能的兩個主要因素1)碼間干擾及解決方案碼間干擾：由于基帶信號受信道傳輸時延的影響， 信號波形將被延遲從而擴(kuò) 展到下一碼元，形成碼間干擾，造成系統(tǒng)誤碼。解決方案：要求基帶系統(tǒng)的傳輸函數(shù) H（3 ）滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則:H（w 乙） C（常數(shù)），W iTsTs若不能滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則，在接收端加入時域均衡，減小碼間干擾。

3、基帶系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)H（3 ）應(yīng)具有升余弦滾降特性。如圖2所示。這樣對 應(yīng)的h（t）拖尾收斂速度快，能夠減小抽樣時刻對其他信號的影響即減小碼間干 擾。212）噪聲干擾及解決方案噪聲干擾：基帶信號沒有經(jīng)過調(diào)制就直接在含有加性噪聲的信道中傳輸, 加性噪聲會疊加在信號上導(dǎo)致信號波形發(fā)生畸變。解決方案：使得系統(tǒng)輸出性噪比最大。在接收端進(jìn)行抽樣判決；匹配濾波，4. 基帶系統(tǒng)設(shè)計方案4.1信源常見的基帶信號波形有:,用正電平和零電平分別對應(yīng)二 但直流分量大，要求傳輸線路具單極性波形：是一種最簡單的基帶信號波形 進(jìn)制碼1和0,易于用TTL, CMO電路產(chǎn)生, 有直流傳輸能力，不利于信道傳輸。雙極性波形：用正負(fù)

4、電平的脈沖分別表示二進(jìn)制代碼1和0,故當(dāng)“ 1”和“O等概率出現(xiàn)時無直流分量，有利于在信道中傳輸，且在接收端恢復(fù)信號的判決電平為零，抗干擾能力較強(qiáng)。單極性歸零波形：通常，歸零波形使用半占空碼，信號電壓在一個碼元終止時 刻前回到零電平.雙極性歸零波形：兼有雙極性和歸零波形的特點(diǎn)，由于相鄰脈沖之間存在零 電位的間隔，使得接收端很容易識別出每個碼元的起始時刻，從而使收發(fā)雙方能 夠保持正確的位同步.基于于以上考慮采用雙極性歸零碼一一曼徹斯特碼作為基帶信號。4.2發(fā)送濾波器和接收濾波器1)濾波器的作用發(fā)送濾波器：用于壓縮輸入信號頻帶，把傳輸碼變成適用于信道傳輸?shù)幕鶐?信號波形.接收濾波器：用于接收信號，

5、盡可能濾除信道噪聲和其他干擾，對信道特性進(jìn) 行均衡,使其輸出的基帶波形有利于抽樣判決.基帶系統(tǒng)設(shè)計的核心問題是濾波器的選取，根據(jù)1. 2的分析，為了使系統(tǒng)沖激響應(yīng)h(t)拖尾收斂速度加快，減小抽樣時刻偏差造成的碼間干擾問題，要 求發(fā)送濾波器應(yīng)具有升余弦滾降特性；要得到最大輸出信噪比，就要使接收濾波 器特性與其輸入信號的頻譜共扼匹配 Gr(w) GT?(w)e jwt0同時系統(tǒng)函數(shù)滿足： H(3)=GT(3)GR(3)考慮在to 時刻取樣，上述方程改寫為 Gr(w) Gt?(w),H( 3 )=GT( 3 )GR( 3 )，于是求解出 Gt(w) Gr(w) H(w)，因 此，在構(gòu)造最佳基帶傳輸

6、系統(tǒng)時要使用平方根升余弦濾波器作為發(fā)送端和接收端 的濾波器。4. 3信道信道是允許基帶信號通過的媒質(zhì)，通常為有線信道，如市話電纜、架空明線等。信道的傳輸特性通常不滿足無失真?zhèn)鬏敆l件，且含有加性噪聲。因此本 次系統(tǒng)仿真采用高斯白噪聲信道。4.4抽樣判決器抽樣判決器是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時刻（由位定時脈沖控制）對接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號。抽樣判0。決關(guān)鍵在于判決門限的確定，由于本次設(shè)計采用雙極性碼，故判決門限為5.SIMULINK下基帶系統(tǒng)的設(shè)計5.1信源的建模1）模型卜 lie. C Soi-mialFi - tdiT Vjew Sirmdaticf

7、s formar Took H etp 冨H 噩隹匕d匚?BtfneulliSinarQnoulli SinafvOenMakxnhlTlale TfansJlIonR曰可fItL1Rel&ylPuxJu-ctPuS*roSrP&說明：曼徹斯特的編碼規(guī)則是這樣的，即將二級制碼“ 1”編成“ 10 ，將“0”碼編成“ 01”，在這里由于采用了二進(jìn)制雙極性碼，則將“ 1”編成“+1-1” 碼，而將 “0” 碼編成“ -1+1” 碼。用 SIMULINK中的 Bernoulli Bin aryGenerator（不歸零二進(jìn)制碼生成器）、Relay、Pulse Generator（脈沖生成器）、Pro

8、duct （乘法器）、Scope（示波器）構(gòu)成曼徹斯特碼的生成電路。2）各個參數(shù)設(shè)置:Hl Source Block Pardmeter: Puke CieneratoPuLse Generat arOutput pulses:if & =YCt)= elseY(l)= endPKaseDelay) Pulse is onAjiLplitudePulse type del ermines the canip-utat ional techniqueTiJiie-based is recojiunended for solver, while Sajuplft-tased is fixed st

9、 ep solver ai Til bin a using a variable step soluer.use with, a variable recoiwftiitded for u.se discrete poiticm ofParajie-tersPulse type: Time basedTiifife (t): Use siiiml.it ioriAmplitiide:Period (secs):PuLse Width (% of period):Kinrr-OKCancelused*step with a 三 a nodeI Hip IFbinction Bbcfc Parar

10、netrsi ReJayKela7I Output the specified or/ or off* val口a by comparing th& input to the specified thresholds. The onZoff state of the relay is not affected, byI， input lielween the upper and lover limits.ItainSvrilch an point:Signal Attributes ,epsSwitch o( pDint:epsOutput ivhen. on:(Output when, of

11、f:00 Enab 1 e sero-crossirij detect ionSapls tinis (-1 for iriKsrit ed):-1OECancelHelpBernoulli Bi nary Gen erator用于產(chǎn)生1和0的隨機(jī)信號，經(jīng)過 Relay變?yōu)殡p極性信號；Pulse Generator用于產(chǎn)生占空比為1/2的單極性歸零脈沖(1010)，經(jīng)過Relay成為雙極性脈沖(+1-1+1-1)。兩路雙極性信號成為乘法器 Product的輸入，相乘后的結(jié)果是：第1路不歸零碼的1碼與第2路(+1-1)碼相乘得到(+1-1)，第1路-1碼與第2路(+1-1)碼相乘得到(-1+1)

12、碼，這就是曼徹 斯特碼。曼切斯特碼如圖所示(下圖中，第一個波形是不歸零二進(jìn)制碼生成器產(chǎn)生的單極性碼，第二個波形是經(jīng)瑞利變換產(chǎn)生的雙極性不歸零碼，第三個波形是曼切斯特碼)口回 霑Ifts韻 0 a 垢-5. 2發(fā)送濾波器和接收濾波器、信道為了減小碼間干擾，在最大輸出信噪比時刻輸出信號，減小噪聲干擾，傳輸模塊由Upsample（內(nèi)插函數(shù)）、Discrete Filter根升余弦傳輸濾波器、AWGNChannel（高斯信道）、Discrete Filter根升余弦接收濾波器模塊組成，其設(shè)計框圖如圖所示： L . ITAuVGT-J 匕卜三廠廠el 模塊參數(shù)設(shè)置：Upsample 的 Upsampie

13、 factor 設(shè)為 10， Discrete Filter 根升余弦傳輸濾波器的Numerator 設(shè)為 rcosine（2,10,fir/sqrt,0.5,10），Sam pie time 設(shè)為 1/10000，AWGN Cha nne高斯信道）的 Mode選為 SNR SNF設(shè) 為34, Discrete Filter根升余弦接收濾波器設(shè)置與傳輸濾波器模塊相同。5. 3抽樣判決1）抽樣判決模型圖:iPile Edit #1巴仙 iHTHj!*i c i id L Too怎 I QS H 管 Ji 腿 I 匕 一 J I . I K |1D 0 |麗旳譏Genera tori|ode45h

14、eady2）說明：曼徹斯特碼解碼模塊與編碼模塊設(shè)置相同。兩路雙極性信號成為乘法器Product的輸入，相乘后的結(jié)果是：第 1路不歸零碼的（+1-1）碼與第2路（+1-1）碼相乘得到+1碼，第1路（-1+1）碼與第2路（+1-1）碼相乘得到-1碼,這就對曼徹斯特碼進(jìn)行了解碼。3）主要參數(shù)設(shè)置:Source Block Paraimeteri Pube? GeneratorPulse GeneratorOutput pulses：if 任、=Y代)= elseTft)= endPhaseDelay)鳩 Pulse is onAmiplitudePulse type det ermines the

15、comrutaticmal techniqueused*rime-based, is lec dim ended for solverj while Sainple亠based 13 fixed step solver or within a using a variable step solver.use vith a variable rec junjended for use discrete portion cfstep 11/ith a a nodeParajietersPulst type: I Time huedUse simulation. -tiiReWTime (1):An

16、plilude:Period (secs);IDPuLsd Width (囂 of period):rrFOECancel ； | HelpS3 1d Function Block Parameters； DownsampleDoims ample (mast) (link)Downs ample by an integer factor-FarajuetetsD OWLS ample f actcrj K:10Sample offset (0 to KT):l- - - - - Input processing: lElftinents as channels (sample based)R

17、ate optionE: Eirforce single-rate pcocessingOKCancelHelp曲ply辛Function BlocHc Parameters; RelaylHelayHainOutput -the specified on. or off value by comparing the input to the Specified thr&3halds. The an/&ff 5*tat6 cf ths tel ay is not affset fed by znput bet wen the upper and lowr limits.Signal Attri

18、butes |Switch on poiTit:eps3witchoff point:epsOut PUtwhen on;Outpu-twhen off;0 Enable lero-crossing detectionSajLple tine (-1 for inherited):-1OECancel IHe Ip6. 仿真結(jié)果分析6. 1基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計總圖及各點(diǎn)輸出波形基帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計總圖以及傳輸過程中的各點(diǎn)波形分別如圖所示r-i-j-L-rTj-fl1zHI1rv n1Fl* Tmrwhh匝Ph HfWU 回HS耳huyAr4dScope的波形:ng卜沖肚Drri-zysii niii

19、=drj13*=dfc riJ* 5S5lwn F TH=ti 丁看R呂RMPgCM-HvflU%第一個波形是對曼徹斯特碼進(jìn)行10被升速率采樣后的波形，將該信號送到傳輸濾波器中，濾除高頻成分得到第二個波形,第三個是第二個波形進(jìn)過加性高斯白噪聲信道傳輸并通過接收濾波器濾除噪聲后的波形,第四個是經(jīng)過抽樣判決器抽樣和判決再生產(chǎn)生的曼徹斯特碼。510-10n1i- .-: .Lr ,i . i /pn- . i-M -f- .; :i J 1Jf” -.- _j 1 1 - 1 1： - : :.1 1 p| - -1 | r n -1 p jj- r|. J- */-* I I P 1 p Ij I

20、 p t I 1 - 1 1 p I F -.1.h/vWM/M1 1- 1Jn1i疔rO尸：ijj1i.15y- 1/，Lp 廿1in1i1.Jp?卜pppp卜f-FH:-:J 1j11. I. .J . J |l b |i L 1 . J . kf” L ._ J |i L J b L 1l| . 1. .J |. L L 1 J . j： . LL J1.-.1.i.47?4.775Scopel的波形:從下圖中的波形來看，傳輸是有效的。第一行是信源端發(fā)送的信號波形，第 二行是接收端收到的信號波形，與第一行的基帶信號比較，波形相同，這說明所 設(shè)計的基帶系統(tǒng)沒有產(chǎn)生誤碼，達(dá)到了抗碼間干擾和抗噪聲干擾的目的。004 32J.834044.35*.86d.81Tiri&offwet: 6. 2眼圖觀測結(jié)果00.20.4 O.G 0.811.21.41.G I.S 2Time (ms)Eye Diagram6 4 2 0 2 4 6 営氫麥心矍乎匸一圖為接收濾波器觀察到的眼圖，從圖中可看出，在信噪比為 34dB下觀察眼 圖，“眼睛”睜開的角度很大，且沒有“雜線”，說明系統(tǒng)在該信噪比下具有很 好的抗碼間干擾能力。6. 3發(fā)送信號和接收信號的功率譜卜醫(yī)rFT使用模塊如有圖所示&