2023年数字基带传输系统设计与仿真.doc

数字基带传输系统设计与仿真 专业：电子信息工程7020914062王杰谢芳娟 ：模拟信号有很多的优点，但数字信号相较与模拟信号而言，它具有更多的好的特性，同时它也有一些缺点，比方对设备的要求比拟高，对带宽的需求也比拟大。在最近的几年里，大规模集成电路制作技术的开展速度大大加快，数字信号系统的技术与设备要求的困难程度，都有很大幅度的降低。对于带宽的问题，也随着传输介质如光纤以及拥有较高效率的传输压缩技术的大量使用而得到了有效的解决。因此，以数字信号为根底的传输模式渐渐受到了欢送。 通常我们会运用MATLAB仿真设计语言，对数字基带传输系统进行仿真。MATLAB可以用于对数值的计算和对图形的处理，是最先进的程序设计语言。如果想要全面地研究数字基带传输系统，MATLAB能起到很大的作用。 关键字：数字基带传输；MATLAB仿真；余弦滚降；眼图；无码间串扰等 Design and Simulation of digital baseband transmission system Abstract:Analog signals have many advantages, but digital signals have more good characteristics than analog signals, and at the same time, it has some disadvantages, such as higher requirements for equipment. In recent years, the development of large-scale integrated circuit (LSI) technology has been greatly accelerated, and the technical and equipment requirements of digital signal systems have become more difficult. The problem of bandwidth has also been effectively solved with the extensive use of transmission media such as optical fiber and transmission compression technology with high efficiency. Digital signal-based transmission mode is gaining popularity . We usually use MATLAB simulation design language to simulate the digital baseband transmission system. MATLAB can be used to calculate the numerical value and process the figure. Is the most advanced programming language. If you want to study the digital baseband transmission system MATLAB can play a great role. Keywords: digital baseband transmission; MATLAB simulation; cosine; eye diagram 第一章 绪论 1.1 数字基带传输系统简介 处理数字基带传输可以通过多种方式完成的，不局限于某一种方式，灵活性还是很高的。对于接受到的数字信息不仅包括数字化模拟信号后得到的脉冲编，也有多种数据终端产生的数字代码。而且依据通信原理，表达传输数字信息还可以采用排序数字代码来完成。可是实际上并不是这样，因为系统自身要求存在差异，信道情况有异，所以针对传输方式会利用不同的编码来完成。对于取值离散的波形代表着信号，既可以是调制后的，也可以是未调制的。对于通常所说的数字基带信号其就是没有经过调制而成的，所以开始的频谱一般都是非常低的，有的甚至是零频率。数字基带传输系统可以实现信号直接输入。此系统一把出现的情况是传输距离比拟的近，或者是有线信道通性较低。就如计算机局域网中。但是在此传输过程中离不开调制和解调。 当今社会经济开展速度，研究数字基带传输系统的潜力非常大，能够促进人类社会开展，但是兴起的时间并不是特别的长，相比于以往的带通系统来说涉及的范围并不是特别的广。主要原因包括以下几点：1.对于基带传输的研究，由于数字通信技术的开展而开展，因此其开展速度也是很快。高、低数据传输已有应用。2.理论上来讲，只要带通传输系统中使用了线性调制，与基带传输系统相比是同效的。3.基带传输中遇到的问题是带通传输问题的表达，所以在基带传输中，不能无视带通传输问题。 干扰 数字基带传输的模型如图1.1所示，它主要包括码型变化器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器等局部。 接收滤波器 信道 发送滤波器 码型变化器 输入 输出 抽样判决器 图 数字基带传输模型 信号是一种单极性的矩形脉冲能够直接输入系统，而NRZ码却是一种二进制脉冲序列来自于编码或终端设备。NRZ可以通过码形变换器，使其传输可以在信道中完成，进而转换为AMI以及HDB3码。而且我们可以通过发送滤波器减少信号传输过程中所受串码的影响。除了串码对信号传输会有影响之外，信道和噪音也会有所影响，甚至导致其波形失真。所以我们在之前可以将信号先用滤波器进行过滤，降低失真的影响，然后通过均衡器使其得以校正，最后就是回复信号序列需要用到抽样判决器。数字基带传输系统是其中最为根本的一种传输方式，所以不管是何种线性载波理论上来说都是与基带传输系统相当的。自然数字基带传输系统的理解与掌握就显得非常重要。 1.2 数字基带传输系统结构 发送滤波器 信道 接收滤波器 抽样 判决 (W) (W) (W) {} r〔t〕 定时信号 n〔t〕 位定时 提取 噪声源 图1.2 基带传输系统结构模型 信道信号形成器：脉冲序列是编码器或各终端设备的产物，而其又能够形成基带传输系统，所以仅适用于信号间接传输。信道信号形成器在于使传输的信号适用于信道传输，让先前的基带信号在变换码型中转变。直接说就是与传输信道相符，让传输过程中少受串码影响，并完成信号提取以及抽样判决。 信道：一种重要媒质。无失真的传输由于信道其独特的传输性质，通常来说是不满足的。线形畸变是恒参信道中，对信号来说最为主要的影响，像在明线、同轴与对称电缆、光纤通道中；频率弥散现象以及选择性衰落是随参信道在传输信号时易受的影响，像短波电离层反射等中，其中不乏还会受到线性噪声和加性噪声影响。分析通信系统时，会在信道中引入噪音n(t),之前会将噪音等效。 接收滤波器：有助于对基带波形抽样判决。降低噪音影响，均衡信道。 抽样判决器：它主要用于对基带信号的再生与恢复。在信道传输特性不好并有噪音的影响下，依然可以进行抽样判决，了解到位定时脉冲控制的特殊点以及输出的波形的对接。 同步法提取电路：由变换处理电路和窄带或滤变器两局部组成，其中变换处理电路为非线型，滤变器包括窄边以及锁相环。前者的主要作用在于信号不管是接受所得还是调解后所得，都可以通过它包含同步分量信息又或者是位同步信息。后者可以将有关的频谱分量进行滤除，进而保持位同步信号的纯洁。 第二章 数字基带信号 2.1 根本的基带信号波形 依托电波形式呈现出数字信息，表达信息代码形式很多，包括电平以及脉冲最为根本的有以下几种。 1、单极性波形 基带信号中最简单的一种波形。单极性波形中“1〞和“0〞不仅是正、负、零电平的表示，另一方面其表示了码元时间内是否有脉冲存在。其特点在于极性简单不复杂，而且电脉冲之间不存在间隔的，便于产生TTL、CMOS电路，但是其具备直流分量，因此对传输路线有一定要求，必须具备直流传输的能力，所以对于一般的远距离传输尤其是其中含有交流耦合传输，一般只适用于计算机的内部，又或者传输的距离不远。如图〔a〕。 2、双极性波形 二进制代表中的“1〞“0〞对应脉冲中的正、负电平。因为当正负电平幅度相同时其极性是不一样的，所以无支流分量现象可以在出现“1〞和“0〞等概率的出现产生，这样就十分方便信号于信道中传输，而且对接收端的信号进行判决并恢复，其电平的值是零值，因此其抗扰能力非常的强，传输过程中不会因为信道特性而影响。如图〔b〕 3、单极性归零波形 归零波形指信号电压会在码元终止的尾刻，宽度大于电脉冲并处于零电平。一般来说，归零波形其占空比百分之五十，也据说在空码中占一半。具备过渡性的单极性RZ可以针对定时信息进行直接提取，所以适用很多其他码型。 而相比拟归零波形，不管是上面所说的单极性还是双极性波形，都占空比百分之百，归类于非归零波形。如图〔c〕 4、双极性归零波形 双极性归零波形是指双极性波形处于归零时所处形式。所以对于这种波形来说同时具备具备两种特点，也就是双极性与归零波形所具用的。而且脉冲两两相邻之间由零电位，所以任一个码元开始的时刻，对于接收端来说并不是难以接收的，进而使得接受双方同时处于适宜的位同步。如图〔d〕 5、差分波形 差分波形是是指不会因为自身极性或者电位的原因，影响到码元间信息代码的跳动，别称相对码波形。而绝对码形波是指相对于差分波形存在的单极或者双极波形。可以让设备不会停留于原始的状态，所以对于解决载波相位不清晰的问题是没有难度的，此问题会经常在调制系统中。如图〔e〕 6、多电平波形 上面所讲的波形都是一个脉冲于一个二进制所对应，所以两种电平取值不止一种，有两种。而多电平波形可以让频带利用率提高，多数码相应于一个脉冲。而对于这种波形，由于其对应多个二进制码，所以在波特率相同的时候，比特率会有所提高，进而在众多的高数据传输系统中广泛应用此波形，可以解决系统中频带受限问题。如图〔f〕 图2.1 波形图 2.2 基带传输的常用码型 传输基带信号要求如下： 〔1〕传输码型：信息码原始的时候要将其变成在信道传输中适用的码型。 〔2〕基带脉冲：针对码型选择的波形应易于基带系统传输。 1、AMI码 AMI码传号交替反转码。 编码规那么：将码元序列中的“1〞码转换为传输码，极性交替变化，如+1、-1、+1、-1、…，但序列中的“0〞码也就是空号不变。 例如： 消息码： 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 … AMI码： 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1 0 0 -1 +1 … 对应的波形脉冲序列有三种电平。其中“0〞对应的是零电平，而正负电平由“1〞所替，可以将其视为对单极性波形得一种变形。 2、HDB3码 HDB3别称三阶高密度双极性码。主要是为解决传输过程中，波形易出现“0〞码长连的问题，改良AMI所得。 编码规那么： 〔1〕将信息码中出现的“0〞的个数进行检查，当个数不大于3的时候，AMI与HAB3相同，可以依然采用AMI. 〔2〕当信息码中有四个以