基于SIMULINK的基帶傳輸系統(tǒng)的仿真word格式

1、一任務(wù)書試建立一個(gè)基帶傳輸模型，采用曼徹斯特碼作為基帶信號(hào)，發(fā)送濾波器為平方根升余弦濾波器，滾降系數(shù)為0.5，信道為加性高斯信道，接收濾波器與發(fā)送濾波器相匹配。發(fā)送數(shù)據(jù)率為1000bps，要求觀察接收信號(hào)眼圖，并設(shè)計(jì)接收機(jī)采樣判決部分，對(duì)比發(fā)送數(shù)據(jù)與恢復(fù)數(shù)據(jù)波形，并統(tǒng)計(jì)誤碼率。另外，對(duì)發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)的功率譜進(jìn)行估計(jì)。假設(shè)接收定時(shí)恢復(fù)是理想的。二基帶系統(tǒng)的理論分析1.基帶系統(tǒng)傳輸模型和工作原理；它主要由碼波形變換器、發(fā)送濾波器、基帶傳輸波形信道、接收濾波器和取樣判決器等5個(gè)功能電路組成。模型如下（圖1） 圖1 發(fā)送濾波器對(duì)接收濾波器的傳輸特性為：，為信道噪聲工作原理：基帶傳輸系統(tǒng)的輸入信號(hào)是

2、隨機(jī)脈沖序列，為了使脈沖序列適合信道的傳輸，先經(jīng)過(guò)碼型變換器，將二進(jìn)制脈沖序列變?yōu)檫m合信道傳輸?shù)碾p極性碼(ami碼或hdb3碼），還要進(jìn)行波形變換，使信號(hào)在基帶傳輸系統(tǒng)內(nèi)減小碼間干擾。當(dāng)信號(hào)經(jīng)過(guò)信道時(shí)，由于信道特性不理想以及信道噪聲的干擾，使信號(hào)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(hào)進(jìn)入接收濾波器，然后再經(jīng)過(guò)均衡器，校正波形失真或碼間串?dāng)_。最后進(jìn)行抽樣，判決恢復(fù)出基帶數(shù)字信號(hào)。2基帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的碼間干擾和噪聲干擾以及解決方案（1）根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則：數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)無(wú)碼間干擾的充要條件的頻域表達(dá)形式為 ，若不能滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則，在接收端加入時(shí)域均衡，減小碼間干擾。（2）基帶系

3、統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)h()應(yīng)具有升余弦滾降特性。如圖2所示。這樣對(duì)應(yīng)的h(t)拖尾收斂速度快，能夠減小抽樣時(shí)刻對(duì)其他信號(hào)的影響即減小碼間干擾。（3)噪聲干擾及解決方案噪聲干擾：基帶信號(hào)沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制就直接在含有加性噪聲的信道中傳輸，加性噪聲會(huì)疊加在信號(hào)上導(dǎo)致信號(hào)波形發(fā)生畸變。 解決方案： 在接收端進(jìn)行抽樣判決；匹配濾波，使得系統(tǒng)輸出性噪比最大。三.基帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案* 信源的選擇：（1）.基帶信號(hào)峰值相等，噪聲均方根值也相等時(shí)單極性抗噪能力不如雙極性信號(hào)；(2).在誤碼率相同的情況下，單極性所要求的信噪功率比雙極性高3db；(3)“1”和“o”等概率出現(xiàn)時(shí)，單極性基帶系統(tǒng)的最佳判決門限隨信道發(fā)生變化，而雙

4、極性波形中無(wú)直流分量，有利于在信道中傳輸，且在接收端恢復(fù)信號(hào)的判決電平為零，抗干擾能力較強(qiáng)。本設(shè)計(jì)所采用的曼徹斯特碼就是一種雙極性不歸零碼。在simulink的環(huán)境下產(chǎn)生該信號(hào)需將“bernoulli binary generator”模塊和 “pulse generator”模塊各自產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)“relay”模塊判決后再經(jīng)過(guò)一個(gè)相乘器“product”模塊得到雙極性不歸零碼。* 發(fā)送濾波器和接收濾波器的選擇：濾波器的選取對(duì)信號(hào)的發(fā)送和接受很重要，為了減小抽樣時(shí)刻偏差造成的碼間干擾問(wèn)題，要求發(fā)送濾波器應(yīng)具有升余弦滾降特性，同時(shí)為了得到最大輸出信噪比，在此選擇平方根升余弦濾波器作為發(fā)送（接

5、收）濾波器，滾降系數(shù)為0.5，接收濾波器與發(fā)送濾波器相匹配。以得到最佳的通信性能* 信道的選擇：信道是允許基帶信號(hào)通過(guò)的媒質(zhì)，通常為有線信道，信道的傳輸特性通常不滿足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，且含有加性噪聲。因此本次系統(tǒng)仿真采用加性高斯白噪聲信道。* 抽樣判決器的選擇：抽樣判決器是在傳輸行到特性不理想及含有噪聲在規(guī)定時(shí)刻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(hào)。由于曼徹斯特碼是雙極性碼，故在接收中的判決門限為0。即采用由“pulse generator”脈沖模塊“relay”判決模塊“product”相乘器模塊“triggered subsystem”保持模塊構(gòu)成的抽樣判決器。四.simu

6、link下基帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1）.伯努利二進(jìn)制信源發(fā)生器：產(chǎn)生隨機(jī)序列（圖2） 圖2 2）.曼徹斯特碼源：（在一個(gè)碼元傳輸間隔內(nèi)用兩位雙極性不歸零脈沖表示1,0）（圖3） 圖3參數(shù)設(shè)置 ：(1)bernoulli binary generator（不歸零二進(jìn)制碼生成器）的prpbability of a zero（零碼概率）設(shè)為0.5，sample time（采樣時(shí)間）設(shè)為1/1000。(2)pulse generator（脈沖生成器）的pulse width（of period）（脈沖寬度）設(shè)為50，占空比為12，attitude（幅度）設(shè)為1，phase delay（相位延遲）設(shè)為0，表示不經(jīng)

7、過(guò)延遲，起始時(shí)刻發(fā)10碼，sample time（采樣時(shí)間）設(shè)為1/10000。(3）relay模塊switch on point:0.5, switch off point:0.5,output when on:1, output when off:-1,模塊中當(dāng)輸入的信號(hào)大于switch的門限值0.5時(shí)，輸出為1，當(dāng)輸入的信號(hào)小于switch的門限值0.5時(shí)，輸出為-1。此時(shí)，單極性不歸零碼經(jīng)過(guò)relay模塊后成為雙極性不歸零碼（+1-1+1），pulse generator用于產(chǎn)生占空比為12的單極性歸零脈沖，經(jīng)過(guò)relay后成為雙極性歸零脈沖（+1-1），兩路雙極性信號(hào)成為乘法器pro

8、duct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）碼：曼徹斯特碼。3發(fā)送濾波器、信道、接收匹配濾波器（圖4） 圖4參數(shù)設(shè)置：（1）discrete filter（根升余弦濾波器）的numerator coefficient: rcosine(2000,10000,fir/sqrt,0.5,10) ,sample time:1/10000。(2)awgn channel(高斯信道)中mode選擇signal to noise radio(snr),snr(db):40。發(fā)送端根升余弦傳輸濾波器用于

9、對(duì)輸入信號(hào)濾波成型，高斯信道中含有高斯白噪聲，滿足基帶系統(tǒng)信道特征，接收端根升余弦接收濾波器對(duì)應(yīng)于發(fā)送濾波器，用于匹配濾波，得到最大輸出信噪比。4.抽樣與判決（圖5） 圖5模塊參數(shù)設(shè)置：（1）pulse generator1（脈沖生成器）的pulse width（of period）（脈沖寬度）設(shè)為50，占空比為12，不經(jīng)過(guò)延遲，起始時(shí)刻發(fā)10碼，sample time（采樣時(shí)間）設(shè)為1/20000。(2)relay的判決門限設(shè)為eps，輸入信號(hào)經(jīng)relay被抽樣判決，當(dāng)信號(hào)大于0時(shí)輸出為1，當(dāng)信號(hào)小于0時(shí)輸出為-1，pulse generatorl（脈沖生成器）的輸出信號(hào)（101010 ）與

10、relay3輸出信號(hào)相乘，結(jié)果是：（+1-1）與（10）相乘得到（+10），（-1+1）時(shí)與（10）相乘得到（-10），完成對(duì)曼徹斯特碼的解碼。解碼后的信號(hào)是占空比為50的雙極性歸零碼，再經(jīng)過(guò)relay5將雙極性碼轉(zhuǎn)換成單極性碼，得到與信源發(fā)送時(shí)一致的碼元序列。5.基帶傳輸系統(tǒng)（圖6） 圖6五.仿真結(jié)果分析（1）模型圖中各點(diǎn)輸出時(shí)域波形（圖7） 圖7上圖第一個(gè)波形為發(fā)送濾波器輸出端時(shí)域波形，產(chǎn)生了規(guī)律的比較適合信道傳輸?shù)牟ㄐ危容^光滑。中間的波形為信道輸出端的時(shí)域波形，可見(jiàn)其頻率成分比較復(fù)雜。最下端的波形為接收濾波器輸出時(shí)域波形?？梢砸?jiàn)的，噪聲被基本濾除，接收濾波器輸出波形比較平滑。（2）產(chǎn)生

11、的曼徹斯特碼（圖8） 圖8（3）眼圖（圖9） 圖9眼圖張開(kāi)的大小反映碼間串?dāng)_的強(qiáng)弱，眼睛張得越大且眼圖越端正表示碼間串?dāng)_越小，反之越大。從上圖中可以看出，眼圖的線跡比較細(xì)，比較清晰，并且“眼睛”很大，說(shuō)明誤碼率比較低，碼間串?dāng)_與噪聲對(duì)系統(tǒng)傳輸可靠性影響不大。（4）接收端與發(fā)送端時(shí)域波形對(duì)比（圖10為誤碼率較高時(shí)，經(jīng)仔細(xì)修改參數(shù)變?yōu)閳D11） 圖10 圖11（5）發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)的功率譜（圖12，13） 圖12 圖13接收端還原出發(fā)送端的信號(hào)，所以其功率譜基本一致。六遇到的問(wèn)題及解決的方法原本基帶系統(tǒng)傳輸?shù)倪^(guò)程并不麻煩，就是由信源，信道，發(fā)送濾波器，接受濾波器，采樣判決等構(gòu)成，但是在實(shí)際操作中很

12、多模塊內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定是很難取決的，必須仔細(xì)分析調(diào)試后才能確定。升降模塊前后的參數(shù)，延時(shí)模塊參數(shù)等都需要互相匹配，有時(shí)會(huì)因?yàn)閰?shù)的不合適會(huì)造成錯(cuò)誤或者誤碼率較大。1)將信源、發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器、 抽樣采樣等模塊連接到一塊后,發(fā)現(xiàn)誤碼率很大,因?yàn)橐诔闃硬蓸又髮?duì)信號(hào)進(jìn)行解碼,2)將整個(gè)模型畫好之后,運(yùn)行發(fā)現(xiàn)誤碼率在50%左右,與實(shí)際相差較大,沒(méi)有考慮到輸入信號(hào)與輸出信號(hào)有延時(shí)，加上延時(shí)模塊后并調(diào)整延時(shí)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)延時(shí)時(shí)間與理論值相差較大。3）判決門限選取的不合適會(huì)造成兩種判決錯(cuò)誤。4）高斯信道含有的加性噪聲會(huì)影響信號(hào)波形，當(dāng)信噪比較小時(shí)誤碼率較大，增大信噪比會(huì)使誤碼率減小。5）可能存在碼間串?dāng)_。七結(jié)束語(yǔ)在建模仿真的課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我們協(xié)調(diào)各模塊關(guān)系及全面考慮模塊參數(shù)設(shè)置方面的能力，在這次試驗(yàn)中大家都勤動(dòng)手，多動(dòng)腦努力完成任務(wù)，不僅在完成了實(shí)踐任務(wù)，也積極努力的思考各模塊的功能、搭配問(wèn)題，完善了