基于MATLAB的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)

1、綿陽(yáng)師范學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題 目 基于MATLAB的數(shù)字基帶 傳輸系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) 專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 院 部 物理與電子工程學(xué)院 學(xué) 號(hào) 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 答 辯 時(shí) 間 二0一三年五月 論文工作時(shí)間：2021年12月至2021年4月基于MATLAB的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)學(xué) 生：陳廷婷 指導(dǎo)教師：陳擘威摘 要：現(xiàn)代社會(huì)開(kāi)展要求通信系統(tǒng)功能越來(lái)越強(qiáng)，性能越來(lái)越高，構(gòu)成越來(lái)越復(fù)雜；并且要求通信系統(tǒng)技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期縮短，本錢(qián)降低，水平提高。這樣鋒利對(duì)立的兩個(gè)方面的要求，只有通過(guò)使用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)技術(shù)和工具才能實(shí)現(xiàn)。目前，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)快速開(kāi)展，已經(jīng)研發(fā)出

2、來(lái)了新一代的可視化仿真軟件，其功能強(qiáng)大，使得通信系統(tǒng)仿真的設(shè)計(jì)和分析過(guò)程相對(duì)直觀、便捷。本論文比擬詳細(xì)介紹了?通信原理?這門(mén)課程中數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)仿真軟件設(shè)計(jì)工作。論文主要內(nèi)容就是用MATLAB動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真平臺(tái)SIMULINK對(duì)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)進(jìn)行分析，在其根底上，描述仿真模型的建立、實(shí)現(xiàn)以及仿真結(jié)果分析。數(shù)字基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)主要由濾波器信道信號(hào)形成器、信道、接收濾波器和抽樣判決器組成，在論文中，首先對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，得出理論值。然后通過(guò)系統(tǒng)分析，設(shè)計(jì)了總體仿真框圖，利用MATLAB對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行了建模和封裝，建立了數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真模型，并對(duì)仿真模型進(jìn)行了測(cè)

3、試，得出仿真結(jié)果與理論值根本一致。關(guān)鍵詞:通信原理；MATLAB；基帶傳輸系統(tǒng)；仿真Matlab-based digital basebandtransmissionsystem simulation designUndergraduate:ChentingtingSupervisor:ChenboweiAbstract:The development of modern society requires more powerful, more and more high-performance, constitute increasingly complex communication sy

4、stem; and the communication system technology research and product development cycles, lower costs, and raise the level. Such sharp opposition to the two requirements, only through the use of powerful computer-aided analysis and design techniques and tools to achieve. Modern computer science and tec

5、hnology rapid development, has developed a new generation of visual simulation software, the powerful, making the design of the communications system simulation and analysis process is relatively straightforward and convenient.The thesis introduces the design of simulation software computer experime

6、nt of digital communication principle in the course of baseband transmission system. The main content of this thesis is to analyze the digital baseband transmission system using SIMULINK dynamic system simulation platform for MATLAB, on the basis of establishing simulation model, description, and an

7、alysis of simulation results. The digital baseband signal transmission system consists of filter (channel signal forming device), channel, receiver filter and sample sentence composition, in the thesis, firstly, a detailed analysis of the digital baseband transmission system, obtains the theory valu

8、e. Then through the analysis of the system, design the overall simulation block diagram, use MATLAB for modeling and encapsulation of each sub system, established the digital baseband transmission system simulation model, simulation model and the test, the basic simulation results are consistent wit

9、h theoretical value.KeyWords: Communication Theory;MATLAB ;baseband transmission system;simulation目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3549183471 緒論 PAGEREF _Toc354918347 h 1HYPERLINK l _Toc3549183482 MATLAB的簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc354918348 h 2HYPERLINK l _Toc354918349 PAGEREF _Toc354918349 h 2HYPERLINK l _To

10、c3549183502.2 MATLAB的特點(diǎn) PAGEREF _Toc354918350 h 2HYPERLINK l _Toc3549183513數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc354918351 h 3HYPERLINK l _Toc354918352 PAGEREF _Toc354918352 h 3HYPERLINK l _Toc354918353 PAGEREF _Toc354918353 h 3HYPERLINK l _Toc3549183543.3 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型 PAGEREF _Toc354918354 h 4HYPERLINK l _Toc35491

11、83554 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真 PAGEREF _Toc354918355 h 7HYPERLINK l _Toc354918356 PAGEREF _Toc354918356 h 7HYPERLINK l _Toc354918357 PAGEREF _Toc354918357 h 7HYPERLINK l _Toc354918358仿真結(jié)果分析 PAGEREF _Toc354918358 h 14HYPERLINK l _Toc354918359結(jié)束語(yǔ) PAGEREF _Toc354918359 h 18HYPERLINK l _Toc354918360參考文獻(xiàn) PAGEREF _

12、Toc354918360 h 19HYPERLINK l _Toc354918361致謝 PAGEREF _Toc354918361 h 201 緒論隨著通信系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度不斷增加，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能適應(yīng)開(kāi)展的需要，通信系統(tǒng)的模擬仿真技術(shù)越來(lái)越受到重視，通信系統(tǒng)仿真貫穿著通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的全過(guò)程，對(duì)通信系統(tǒng)的開(kāi)展起著舉足輕重的作用。仿真是衡量系統(tǒng)性能的工具，它通過(guò)仿真模型的仿真結(jié)果來(lái)判斷原系統(tǒng)的性能，從而為新系統(tǒng)的簡(jiǎn)歷或原系統(tǒng)的改造提供可靠的參考。通過(guò)仿真，可以降低新系統(tǒng)失敗的可能性，消除系統(tǒng)中潛在的瓶頸，防止對(duì)系統(tǒng)中某些功能部件造成過(guò)量的負(fù)載，優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能，因此，仿真是科學(xué)研究

13、和工程建設(shè)中不可缺少的方法。在過(guò)去的幾十年里，通信和信號(hào)處理系統(tǒng)的復(fù)雜程度顯著提高，與此同時(shí)出現(xiàn)了一系列新的技術(shù)，如用于數(shù)字信號(hào)處理的價(jià)格不高但速度很快的硬件、光纖光學(xué)器件、集成光學(xué)設(shè)備和單片微波集成電路，這些對(duì)通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)均有重要影響。通信系統(tǒng)復(fù)雜度的提高使得用來(lái)分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)間和精力也相應(yīng)提高了，然而在商用產(chǎn)品中引入新技術(shù)要求設(shè)計(jì)能做到短時(shí)、高效、省力，而這些要求只有通過(guò)使用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)工具才能實(shí)現(xiàn)。所以，通信系統(tǒng)仿真在通信工程設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作用。通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型，與模擬通信相比，數(shù)字通信具有許多優(yōu)良的特性，如抗干擾能力強(qiáng)，噪聲不積累

14、，傳輸過(guò)失可控，便于用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行處理、變換、儲(chǔ)存，易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕等，并且隨著大規(guī)模集成電路的儲(chǔ)蓄，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜程度和技術(shù)難度大大降低，因此，數(shù)字傳輸方式日益受到歡送。數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)是?通信原理?課程中非常重要的一局部根底性內(nèi)容。在某些具有低通特性的有線信道中，特別是在傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，基帶信號(hào)可以不經(jīng)過(guò)載波調(diào)制而直接進(jìn)行傳輸。這種不經(jīng)載波調(diào)制而直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)的系統(tǒng)，稱為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。1MATLAB是一種先進(jìn)的高級(jí)技術(shù)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，是一種編程語(yǔ)言和可視化工具主要用于數(shù)值計(jì)算及可視化圖形處理，MATLAB在20世紀(jì)90年代，已經(jīng)成

15、為國(guó)際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。它能夠?qū)?shù)據(jù)以圖形的方式顯示出來(lái)，使數(shù)據(jù)間的關(guān)系清晰明了。MATLAB提供的SIMULINK是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。SIMULINK提供了基于MATLAB核心的數(shù)值、圖形、編程功能的一個(gè)塊狀圖界面，通過(guò)塊與塊的聯(lián)線和屬性設(shè)置，構(gòu)建出符合特定要求的模型，并對(duì)模型進(jìn)行分析和模擬。2 MATLAB的簡(jiǎn)介軟件介紹MATLAB的名稱源自Matrix Laboratory，它是由美國(guó)Math Works公司推出的用于數(shù)值計(jì)算和圖形處理的計(jì)算系統(tǒng)環(huán)境，除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力以外，還提供了專業(yè)的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。MATL

16、AB的根本數(shù)據(jù)是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)，工程中常用的形式十分相似，因此，使用MATLAB來(lái)解決問(wèn)題比用C語(yǔ)言，F(xiàn)ortran語(yǔ)言等要簡(jiǎn)潔很多。MATLAB是國(guó)際公認(rèn)的優(yōu)秀應(yīng)用軟件之一。2MATLAB產(chǎn)品族可以進(jìn)行數(shù)值分析、數(shù)值、符號(hào)計(jì)算、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真、數(shù)字圖像處理、工程與科學(xué)繪圖、通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、財(cái)務(wù)與金融工程、數(shù)字信號(hào)處理這些工作。MATLAB的應(yīng)用范圍很廣，如信號(hào)和圖像處理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、通訊、計(jì)算生物學(xué)、財(cái)務(wù)建模和分析等應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱拓展了MATLAB環(huán)境，以及解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問(wèn)題。1995年，Math Works公司推出版，版在繼承和開(kāi)展

17、其原有的數(shù)值計(jì)算和圖形可視功能的同時(shí)，還推出了Simulink。Simulink是MATLAB提供的用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的工具包。Simulink提供了專門(mén)用于顯示輸出信號(hào)的模塊，可以在仿真過(guò)程中隨時(shí)觀察仿真結(jié)果。同時(shí)，通過(guò)Simulink的存儲(chǔ)模塊，仿真數(shù)據(jù)可以方便地以各種形式保存在工作區(qū)或文件中，供用戶在仿真結(jié)束之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。另外，Simulink把具有特定功能的代碼組織成模塊的方式，并且這些模塊可以組織成具有等級(jí)結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)，因此具有內(nèi)在的模塊化設(shè)計(jì)要求?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，Simulink成為一種通用的仿真建模工具，廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號(hào)處理、模糊邏輯、神經(jīng)

18、網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械控制和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。3-4根據(jù)輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的關(guān)系，Simulink提供3種類型的模塊：連續(xù)模塊、離散模塊和混合模塊。7-8連續(xù)模塊是指輸出信號(hào)隨著輸入信號(hào)發(fā)生連續(xù)變化的模塊，離散模塊那么是輸出信號(hào)以固定間隔變化的模塊。對(duì)于連續(xù)模塊，Simulink采用積分方式計(jì)算出輸出信號(hào)的數(shù)值，因此，連續(xù)模塊主要涉及導(dǎo)數(shù)的計(jì)算及其積分。離散模塊的輸出信號(hào)在下一個(gè)抽樣時(shí)刻到來(lái)之前保持恒定，這時(shí)候Simulink只需以一定的間隔計(jì)算輸出信號(hào)的數(shù)值?；旌夏K是根據(jù)輸入信號(hào)的類型來(lái)確定輸出信號(hào)的類型的，它既能夠產(chǎn)生連續(xù)輸出信號(hào)，也能夠產(chǎn)生離散輸出信號(hào)。 MATLAB的特點(diǎn)被稱為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的M

19、ATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來(lái)。MATLAB最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔，它給用戶帶來(lái)的是最直觀、最簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。MATLAB的主要特點(diǎn)如下幾點(diǎn)：1. 語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)及其豐富2. 此高級(jí)語(yǔ)言可用于技術(shù)計(jì)算，既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句，又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦?. MATLAB的圖形功能強(qiáng)大，數(shù)據(jù)的可視化非常簡(jiǎn)單，具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力4. 具有功能強(qiáng)大的工具箱，交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計(jì)及求解問(wèn)題5. 各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面6各種函數(shù)可將基于MATLAB的算法與外部應(yīng)用程序和語(yǔ)言集成 53數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

20、目前，數(shù)字基帶傳輸在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用雖沒(méi)有帶通傳輸應(yīng)用廣泛，但是基帶傳輸系統(tǒng)仍然有相當(dāng)多的應(yīng)用范圍，對(duì)它的研究仍是十分有意義的。這是因?yàn)?，第一，在利用?duì)稱電纜構(gòu)成的近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛采用了這種傳輸方式；第二，隨著數(shù)字通信技術(shù)的開(kāi)展，基帶傳輸方式也有迅速開(kāi)展的趨勢(shì)，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；第三，數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的根本理論不僅適用于數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，而且還適用于帶通傳輸；第四，理論上也可以證明，任何一個(gè)采用線性調(diào)制的帶通傳輸系統(tǒng)，可以等效為一個(gè)基帶傳輸系統(tǒng)來(lái)研究。因而，掌握數(shù)字基帶傳輸?shù)母纠碚撌种匾?，它在?shù)字通信系統(tǒng)中具有普遍意義。1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳

21、輸系統(tǒng)：不使用調(diào)制和解調(diào)裝置而直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)的系統(tǒng)。信道信號(hào)形成器信道接收濾波器抽樣判決器基帶脈沖 基帶脈沖 輸入 輸出同步提取 圖3-1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)方框圖圖3-1是一個(gè)典型的數(shù)字基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)方框圖?？梢?jiàn)，數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)是由發(fā)送濾波器信道信號(hào)形成器、信道、接收濾波器和抽樣判決器組成的。為了保證系統(tǒng)可靠有序地工作，還應(yīng)有同步系統(tǒng)。其中，發(fā)送濾波器信道信號(hào)形成器：它的功能是產(chǎn)生適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)波形。因?yàn)槠漭斎胍话闶墙?jīng)過(guò)碼型編碼器產(chǎn)生的傳輸碼，相應(yīng)的根本波形通常是矩形脈沖，其頻譜很寬，不利于傳輸。發(fā)送濾波器通過(guò)碼型變換和波形變換實(shí)現(xiàn)其變換，使得信號(hào)與信道匹配，便于傳輸。信道

22、：是允許基帶信號(hào)通過(guò)的媒介。信道的傳輸特性一般不滿足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，因此會(huì)引起失真。另外信道還會(huì)引入噪聲。在通信系統(tǒng)的分析中，常常把噪聲等效，集中在信道中引入。接受濾波器：它的功能是接受信號(hào)。盡可能濾除信道噪聲和其他干擾，對(duì)信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。抽樣判決器：在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時(shí)刻由定位脈沖控制對(duì)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)。定位脈沖和同步提取：它的作用是抽樣的位定時(shí)脈沖依靠同步提取電路從接收信號(hào)中提取，位定時(shí)的準(zhǔn)確與否直接影響判決效果。3.3 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型3.3.1 基帶系統(tǒng)傳輸模型和工作原理數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的根本組成

23、框圖如圖3-2所示，它通常由脈沖形成器、發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器、抽樣判決器與碼元再生器組成。系統(tǒng)工作過(guò)程及各局部作用如下。 抽樣判決抽樣判決接 收濾波器GRf帶限信 道Cf發(fā) 送濾波器GTf M進(jìn)制 數(shù)字信息 輸出 eq oac(,+) k=-ant-Ts yt rn an gTt gRt nt 定時(shí)信號(hào) 圖3-2 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)方框圖發(fā)送濾波器進(jìn)一步將輸入的矩形脈沖序列變換成適合信道傳輸?shù)牟ㄐ蝕Tt。這是因?yàn)榫匦尾ê胸S富的高頻成分，假設(shè)直接送入信道傳輸，容易產(chǎn)生失真?；鶐鬏斚到y(tǒng)的信道通常采用電纜、架空明線等。信道既傳送信號(hào)，同時(shí)又因存在噪聲nt和頻率特性不理想而對(duì)數(shù)字信號(hào)造成損害

24、，使得接收端得到的波形gRt與發(fā)送的波形gTt具有較大差異。接收濾波器是收端為了減小信道特性不理想和噪聲對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懚O(shè)置的。其主要作用是濾除帶外噪聲并對(duì)已接收的波形均衡，以便抽樣判決器正確判決。抽樣判決器首先對(duì)接收濾波器輸出的信號(hào)yt在規(guī)定的時(shí)刻由定時(shí)脈沖cp控制進(jìn)行抽樣，獲得抽樣信號(hào)rn，然后對(duì)抽樣值進(jìn)行判決，以確定各碼元 是 “1碼還是“0 碼?；鶐到y(tǒng)設(shè)計(jì)中的碼間干擾和噪聲干擾以及解決方案由圖 1所示，其中發(fā)送濾波器的傳遞函數(shù)為GTf，沖擊響應(yīng)為gTt；接收濾波器的傳遞函數(shù)為GRf，沖擊響應(yīng)為gRt。從an到an的傳輸過(guò)程中，各個(gè)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)信道與接收濾波器 后可能發(fā)生不期望的變形

25、，從而影響接收，這中間既有碼間串?dāng)_又有噪聲的影響。經(jīng)過(guò)接收濾波器后的輸出信號(hào)為 yt=k=-akt-kTs*gTt*ct+nt*gRt令ynt=nt*gRt,并令數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)總的沖擊響應(yīng)為 ht=gTt*ct*gRt總的頻響函數(shù)為 Hf=GTfCfGRf 于是yt=k=-akt-kTs*ht+ynt=k=-akht-kTs+ynt記抽樣定時(shí)為t=nTs+t0,得到抽樣值，rn=ynTs+t0。t0是相對(duì)固定的時(shí)延，不妨將其忽略。于是rn=ynTs=k=-akhnTs-kTs+ynnTs=anh0+m=-m0an-mhmTS+ynnTs式中，令m=n-k。式中的第一項(xiàng)對(duì)應(yīng)所期望接收的an符號(hào)

26、，；第二項(xiàng)是其他符號(hào)對(duì)當(dāng)前符號(hào)an的干擾，稱為碼間串?dāng)_或碼間干擾ISI；第三項(xiàng)為噪聲影響。由于隨機(jī)性的碼間串?dāng)_和噪聲的存在，使抽樣判決電路在判決時(shí)可能判對(duì)，也可能判錯(cuò)。顯然，只有當(dāng)碼間干擾和隨機(jī)干擾很小時(shí)，才能保證上述判決的正確；當(dāng)干擾及噪聲嚴(yán)重時(shí)，那么判錯(cuò)的可能性就很大。1.碼間干擾及解決方案碼間干擾：由于基帶信號(hào)受信道傳輸時(shí)延的影響，信號(hào)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(f)滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)那么：k=-Hf-kTs=常數(shù)假設(shè)不能滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)那么，在接收端參加時(shí)域均衡，減小碼間干擾?；鶐到y(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)H()應(yīng)具有升余弦滾降

27、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。圖3-3 升余弦滾降特性2.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。4 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真信源的選擇：常見(jiàn)的基帶信號(hào)波形有：?jiǎn)螛O性波形、雙極性波形、單極性歸零波形和雙極性歸零波形。雙極性波形可用正負(fù)電平的脈沖分別表示二進(jìn)制碼“1和“0，故當(dāng)“1和“O等概率出現(xiàn)時(shí)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

28、較強(qiáng)。本次設(shè)計(jì)所采用的曼徹斯特碼就是一種典型的雙極性不歸零碼。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。發(fā)送濾波器和接收濾波器的選擇：基帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題是濾波器的選取，根據(jù)對(duì)信源的分析，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(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

29、匹配。以得到最正確的通信性能即誤碼率最小信道的選擇：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)仿真采用高斯白噪聲信道。抽樣判決器的選擇：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(shí)刻(由位定時(shí)脈沖控制)對(duì)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)。根據(jù)曼徹斯特碼的碼性特點(diǎn)，故在接收中的判決門(mén)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。SIMULINK下基帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)信源的建模及相關(guān)參

30、數(shù)設(shè)置曼徹斯特碼基帶信號(hào)源需用到的simulink模塊有“Bernoulli Binary Generator、 “Pulse Generator、“Relay、“Product?？紤]到設(shè)計(jì)要求，“Bernoulli Binary Generator參數(shù)設(shè)置為“Sample time為“1/1000，其余參數(shù)為默認(rèn)值；“Pulse Generator 參數(shù)設(shè)置為“Sample time為“1e-4，“Period為“10“Pulse Width為“5，其余參數(shù)為默認(rèn)值?！癛elay判決門(mén)限為0.5，大于0.5輸出1，小于0.5那么輸出-1，其余參數(shù)為默認(rèn)。“Product所有參數(shù)均為為默認(rèn)值。

31、其模型搭建方式及參數(shù)設(shè)置如下列圖所示:圖4-1 信伯努利二進(jìn)制信源模塊圖4-2 Bernoulli模塊參數(shù)由伯努利信源產(chǎn)生曼徹斯特碼建模及參數(shù)設(shè)置：圖4-3 由伯努利信源產(chǎn)生曼徹斯特碼的建模圖4-4 Pulse模塊參數(shù) 圖4-5 Relay模塊參數(shù)發(fā)送濾波器、信道、接收匹配濾波器的建模及參數(shù)設(shè)置： 圖4-6 發(fā)送發(fā)送濾波器、信道、接收匹配濾波器的建模圖4-7 發(fā)送濾波器參數(shù)圖4-8 AWGN參數(shù)圖4-9 匹配接收濾波器參數(shù) 抽樣與判決器的建模及參數(shù)設(shè)置：圖4-10 抽樣與判決器的建模圖4-11 Pulse恢復(fù)定時(shí)模塊參數(shù)圖4-12 Relay判決模塊參數(shù) 圖4-13 Pulse模塊參數(shù)基帶傳輸

32、系統(tǒng)的總模型：圖4-14 系統(tǒng)的總模型仿真結(jié)果分析4.3.1曼徹斯特編碼前與編碼后波形圖4-14曼徹斯特碼編碼前與編碼后波形4.3.2發(fā)送數(shù)據(jù)波形與接收數(shù)據(jù)波形圖4-15發(fā)送數(shù)據(jù)波形與接收數(shù)據(jù)波形從以上兩圖可以看出，曼徹斯特的編碼完全正確，發(fā)送數(shù)據(jù)波形與接收數(shù)據(jù)波形完全吻合，由于誤碼率很低且示波器的顯示范圍有限，在圖4-15中看不到傳輸錯(cuò)誤的碼元。通過(guò)接收端與發(fā)送端時(shí)域波形比照，可以看出設(shè)計(jì)的抽樣判決器的抽樣判決門(mén)限比擬合理，可以順利的完成對(duì)基帶信號(hào)的抽樣判決，與理論分析相一致。4.3.3經(jīng)過(guò)濾波器、信道的各點(diǎn)時(shí)域波形圖4-16 經(jīng)過(guò)濾波器、信道的各點(diǎn)時(shí)域波形上圖第一個(gè)波形為發(fā)送濾波器輸出端時(shí)

33、域波形，產(chǎn)生了規(guī)律的比擬適合信道傳輸?shù)牟ㄐ危葦M光滑。中間的波形為信道輸出端的時(shí)域波形，由于信噪比不是太高，對(duì)發(fā)送濾波器輸出的信號(hào)影響不明顯。最下端的波形為接收濾波器輸出時(shí)域波形?？梢砸?jiàn)的，噪聲被根本濾除，接收濾波器輸出波形比擬平滑。4.3.4曼徹斯特碼元與解碼后的波形比擬圖4-17 曼徹斯特碼元與解碼后的波形比擬通過(guò)這兩個(gè)波形比擬，可以看出數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)發(fā)送濾波器、AWGN信道、接收濾波器、采樣、判決恢復(fù)后，根本完全與原波形一致。4.3.5接收眼圖波形與分析圖4-18 接收眼圖波形1從上圖中可以看出，眼圖的線跡比擬細(xì)，比擬清晰，并且“眼睛很大,說(shuō)明誤碼率比擬低，碼間串?dāng)_與噪聲對(duì)系統(tǒng)傳輸可靠性影響不

34、大?！把劬ψ畲蠹闯闃幼钫_時(shí)刻。3因?yàn)檠蹐D眼邊的斜率比擬大，所以看出定時(shí)誤差靈敏度比擬敏感。4“眼睛張開(kāi)的寬度為可抽樣的時(shí)間范圍。5抽樣時(shí)刻，上下兩個(gè)陰影區(qū)的間隔距離之半為噪聲容限，假設(shè)噪聲瞬時(shí)值超過(guò)它就可能發(fā)生錯(cuò)判。4.3.6發(fā)送信號(hào)與接收信號(hào)功率譜估計(jì)與分析圖4-19發(fā)送信號(hào)功率譜 圖4-20 接收信號(hào)功率譜從兩圖比擬中可以看出，接收信號(hào)的功率譜與發(fā)送信號(hào)的功率譜根本完全一樣，說(shuō)明整個(gè)基帶傳輸系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)是合理的，能滿足要求，具有較好的抗碼間串?dāng)_的能力。4.3.7誤碼率統(tǒng)計(jì)與分析 圖4-21 誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊圖4-22發(fā)送數(shù)據(jù)波形與接收數(shù)據(jù)通過(guò)誤碼率統(tǒng)計(jì)“Display模塊可知該系統(tǒng)的誤碼

35、率為0.0095，且誤碼率會(huì)隨著仿真時(shí)間的增長(zhǎng)逐步降低。由圖4-22發(fā)送數(shù)據(jù)波形與接收數(shù)據(jù)波形比擬，可以看到中間有一處出現(xiàn)了錯(cuò)誤：原碼為“0，接收到的卻是“1。原因可能有以下幾個(gè)方面：(1)誤碼有可能是由于噪聲造成的。由于噪聲的存在，可能會(huì)使原有基帶信號(hào)的正負(fù)電平出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，由于抽樣判決門(mén)限為0，造成判決出錯(cuò)出現(xiàn)誤碼。(2)有可能是碼間干擾的原因。雖然理論分析可以完全消除碼間干擾，但是由于平方根升余弦濾波器等部件不可能是完全理想的，所以在仿真及實(shí)際工程中碼間干擾是不會(huì)完全消除的。(3)由于采用相乘器等模塊構(gòu)造解碼器，其解碼過(guò)程也有可能會(huì)出錯(cuò)。結(jié)束語(yǔ)通過(guò)這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)MATLAB和SIMUL

36、INK有了更進(jìn)一步的了解和學(xué)習(xí)，同時(shí)，對(duì)通信原理、對(duì)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)有了更多的了解。明白了如何將一個(gè)系統(tǒng)在SIMULINK中構(gòu)建模型并仿真。在學(xué)習(xí)閱讀了一些參考書(shū)后，我以為這個(gè)設(shè)計(jì)會(huì)比擬簡(jiǎn)單，以為只要構(gòu)建出各個(gè)模塊然后搭建起來(lái)仿真就可以了?？墒窃趯?shí)際操作工程中我才知道，其實(shí)并非簡(jiǎn)單。尤其是在仿真時(shí)，遇到了一些問(wèn)題，我發(fā)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置是很重要的，我參考書(shū)籍，根據(jù)一些參考書(shū)改正參數(shù)后，曼徹斯特編碼模塊編出來(lái)的不是曼徹斯特碼了，這讓我有些不解，不知是哪里出了問(wèn)題，沒(méi)方法，只好在紙上畫(huà)波形圖，弄清楚曼徹斯特編碼模塊的原理，這其中陳老師的講解給了我莫大的幫助。然后把“Pulse，剛開(kāi)始不知道問(wèn)題出在哪了，改其他參數(shù)，誤碼率還是不變，經(jīng)過(guò)思考影響誤碼率的因素，最終發(fā)現(xiàn)判決器“Relay的判決門(mén)限設(shè)置錯(cuò)了，改了之后誤碼率大大減小了。其次，老師說(shuō)功率譜不對(duì)，這讓我很郁悶，參數(shù)什么的都是按要求設(shè)置的，功率譜怎么可能會(huì)錯(cuò)呢，左思右想不得其解，最后去問(wèn)了同學(xué)，看了他的模型才發(fā)現(xiàn)原來(lái)我把頻譜儀給接錯(cuò)位置了。從每一個(gè)選擇到最后仿真的實(shí)現(xiàn)，每一步都是順利