通信工程专业
《通信原理》课程设计题目基于MATLAB/Simulink的基带传输系统的仿真
学生姓名张莎学号 1113024109 所在院(系)陕西理工学院物理与电信工程学院专业班级通信工程专业 1104 班
指导教师侯宝生合作者王翊东鲁少龙
完成地点陕西理工学院物理与电信工程学院实验室
2014年 3 月 12 日
《通信原理》课程设计
通信原理课程设计任务书
院(系) 物电学院专业班级通信1104 学生姓名张莎
一、通信原理课程设计题目基于MATLAB/Simulink的基带传输系统的仿真
二、通信原理课程设计工作自2014年2月24日起至2014年3月14日止
三、通信原理课程设计进行地点: 物电学院实验室
四、通信原理课程设计的内容要求：
1建立一个基带传输系统模型，选用合适基带信号，发送滤波器为平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5，信道为加性高斯信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。要求观察接收信号眼图，并设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，并统计误码率。另外，对发送信号和接收信号的功率谱进行估计，假设接收定时恢复是理想的。
2.设计题目的详细建模仿真过程分析和说明，仿真的结果可以以时域波形，频谱图，星座图，误码率与信噪比曲线的形式给出。课程设计说明书中应附仿真结果图及仿真所用到的程序代码（MATLAB）或仿真模型图（Simulink/SystemView）。如提交仿真模型图，需提交相应模块的参数设置情况。
3.每人提交电子版和纸质的说明书及源程序代码或仿仿真文件。
参考文献：
[1]邓华.MATLAB通信仿真及其应用实例详解[M].人民邮电出版社.2003年
[2]郑智琴.Simulink电子通信仿真与应用[M].国防工业出版社.2002年
[3]赵鸿图.通信原理MATLAB仿真教程[M].人民邮电出版社.2010年
[4]刘学勇.详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真[M].电子工业出版社.2011年
[5]达新宇.通信原理实验与课程设计[M].北京邮电大学出版社.2005年
[6]邵玉斌.MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真实例分析[M].清华大学出版社.2008年
指导教师侯宝生系(教研室)通信工程系
接受论文 (设计)任务开始执行日期2014年2月24日学生签名
基于MATLAB/Simulin的基带传输系统的仿真
张莎
（陕西理工学院物理与电信工程学院通信1104班，陕西汉中723003）
指导教师：侯宝生
[摘要]未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或者很低频率开始，称为数字基带信号,不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，称为数字基带传输系统。常用转码型有AMI码（传号交替反转码）、HDB3码（三阶高密度双极性码）、双相码、差分双相码、密勒码、CMI码（传号反转码）、块编码等。在仿真软件设计中采用了Mathw or ks 公司的MAT LAB 作为仿真工具, 其仿真平台SIMU LINK 具有可视化建模和动态仿真的功能. 用SIMULINK 构造仿真系统, 方法简单直观, 开发的仿真系统使用时间流动态仿真, 可以准确描述真实系统的每一细节, 并且在仿真进行的同时具有较强的交互功能, 易于使用. 另外该软件还具有较好的可扩展性和可维护性。本文给出了采用仿真工具SIMU LINK, 设计数字基带传输系统仿真实验软件的系统定义、模型构造的过程。通过对仿真结果分析和误码性能测试表明, 该仿真系统完全符合实验要求。下文主要就仿真分析与设计进行了阐述。
[关键词]数字基带传输，MATLAB/Simulink
The baseband transmission system based on MATLAB/Simulink
simulation
Zhang Sha
(Grade11,Class4,Major of Communication Engineering，School of Physics and
telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology, Hanzhong
723003,China)
Tutor:Hou Baosheng
[Abstract]Dominated by modulation of digital signal spectrum start from zero frequency or low frequency, known as the digital baseband signal, transmission digital baseband signal directly without carrier modulation system, called digital baseband transmission system. Commonly used to turn type with AMI code (marking alternating inversion code), HDB3 code (third-order high density bipolar codes), bipolar codes, difference bipolar codes, miller's code and CMI code (mark inversion code) and block coding, etc. In simulation software design adopted Mathworks company MAT LAB as a simulation tool, the simulation platform SIMU LINK has the function of visual modeling and dynamic simulation. With the SIMULINK simulation system, the method is simple and intuitive, flow simulation, dynamic simulation system is developed by using time can accurately describe every detail of the real system, and at the same time in the simulation of strong interactivity, easy to use. The software also has good expansibility and maintainability. Are presented in this paper the use of simulation tools SIMU LINK, the design of digital baseband transmission system simulation software of the system definition, model construction process. By analyzing the simulation results and error performance test show that the simulation system completely accords with the experiment requirements. Article mainly expounds the simulation analysis and design.
[Key words]Digital baseband transmission, MATLAB/Simulink
目录
1．绪论 (1)
1.1数字基带传输系统 (2)
1.2数字基带信号 (4)
1.2.1 数字基带信号的要求 (4)
1.2.2 数字基带信号 (5)
1.2.3 常用的基带传输码型 (6)
1.3实验原理 (9)
1.3.1数字通信系统模型 (9)
1.3.2数字基带传输系统模型 (9)
1.4实验各模块参数设置 (9)
2．结论 (14)
2.1 实验结论与认知 (14)
2.1.1眼图及实验仿真结果 (14)
2.1.2实验波形图仿真结果图 (15)
2.2 总结 (16)
1．绪论
随着通信系统的规模和复杂度不断增加，系统的设计方法已经不能适应发展传的需要，通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视。传统的通信仿真技术主要分为手工分析与电路试验2种，但耗时长方法比较繁杂，而通信系统的计算机模拟仿真技术是介于上述2种方法的一种系统设计方法，它可以让用户在很短的时间内建立整个通信系统模型，并对其进行模拟仿真。通信原理计算机仿真实验，是对数字基带传输系统的仿真。仿真工具是MATLAB程序设计语言。MATLAB是一种先进的高技术程序设计语言，主要用于数值计算及可视化图形处理。特点是将数值分析、矩阵计算、图形、图像处理和仿真等诸多强大功能集成在一个极易使用的交互式环境中伪科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多学科提供了一种高效率的编程工具。运用MATLAB，可以对数字基带传输系统进行较为全面地研究。为了使本科类学生学好通信课程，我们进行了试点，通过课程设计的方式针对通信原理的很多内容进行了仿真。
数字基带传输系统的输入信号是由终端设备或编码设备产生的二进制脉冲序列，通常使用的是单极性的矩形脉冲信号（NRZ码）。为了使这种信号适合于信道的传输，一般要经过码型变换器，把单极性的二进制脉冲变成双极性脉冲（如AMI或HDB3码）。发送滤波器对码脉冲进行波形转换，以减小信号在基带传输系统中传输时产生的码间串扰。码间串扰和信道噪声是影响基带信号进行可靠传输的主要因素，而它们都与基带传输系统的传输特性有密切的关系，为了使基带系统的总传输特性能够把码间串扰和信道噪声的影响减少到尽量小的程度，是基带传输系统的设计目的。
信号在传输过程中，由于信道特性不理想及加性噪声的影响，会使接收到的信号波形产生失真，为了减小失真对信号的影响，接收信号首先进入接收滤波器滤波，然后再经均衡器对失真信号进行校正，最后由抽样判决器恢复数字基带脉冲序列。
1.1数字基带传输系统
数字基带传输系统的介绍在数字传输系统中，其传输的对象通常是二进制数字信号，它可能是来自计算机、电传打字机或其它数字设备的各种数字脉冲，也可能是来自数字电话终端的脉冲编码调制（PCM）信号。这些二进制数字信号的频带范围通常从直流和低频开始，直到某一频率m f ，我们称这种信号为数字基带信号。在某些有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以不经过调制和解调过程在信道中直接传送，这种不使用调制和解调设备而直接传输基带信号的通信系统，我们称它为基带传输系统。而在另外一些信道，特别是无线信道和光信道中，数字基带信号则必须经过调制过程，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输，相应地，在接收端必须经过解调过程，才能恢复数字基带信号。我们把这种包括了调制和解调过程的传输系统称为数字载波传输系统。数字基带传输系统的模型如图1-1 所示，它主要包括码型变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器、均衡器和取样判决器等部分。
图1-1 数字基带传输系统模型
数字基带传输系统的输入信号是由终端设备或编码设备产生的二进制脉冲序列，通常是单极性的矩形脉冲信号（NRZ 码）。为了使这种信号适合于信道的传输，一般要经过码形变换器，把单极性的二进制脉冲变成双极性脉冲（如AMI 码或 3 HDB 码）。发送滤波器对码脉冲进行波形变换，以减小信号在基带传输系统中传输时产生的码间串扰。信号在传输过程中，由于信道特性不理想及加性噪声的影响，会使接收到的信号波形产生失真，为了减小失真对信号的影响，接收信号首先进入
接收滤波器滤波，然后再经均衡器对失真信号进行校正，最后由取样判决器恢复数字基带脉冲序列。目前，虽然在实际使用的数字通信系统中，基带传输方式不如数字载波传输方式那样应用广泛，但由于数字基带传输系统是数字通信系统中最基本的传输方式，而且从理论上来说，任何一种线性载波传输系统都可以等效为基带传输系统，因此理解数字信号的基带传输过程十分重要。数字基带信号有二元码和三元码，有归零码和非归零码等，有的具有直流分量，在波形上具有不同的特点，他们有不同的特点，有的低频成份多，有的高频成份多，有的具有直流分量，有的占有带宽等，所有这些在波形处理时会对一些学生产生模糊的概念，针对本科类的学生要求，他们如何理解、辨别、掌握这些信号波形的特点，同时可以让学生在仿真过程中对通信原理的各种概念加深理解。另外，此仿真实验只需在计算机的虚拟实验室即可，不受实验场地、环境的限制。
软件的功能主要有：
1）实现各种常用码型的数字基带信号仿真；
2）能产生随机的数字信号序列，具有普遍性；
3）绘制直观、清晰、准确、可靠的数字基带信号仿真图形；
4）要对相应的码型的特点进行相应的描述。
图1-2 仿真结构图
在通信中，数字基带信号有多种码型表示，它们在传输过程中有随机性，为用
让这种波形描述具有普遍性，m 序列伪随机码来作为码型的仿真数字序列。利用MATLAB 软件仿真出每一种码型，让学生通过仿真软件的使用，加深对码和波形的理解。
1.2数字基带信号
1.2.1 数字基带信号的要求
不同形式的数字基带信号（又称为码型）具有不同的频谱结构，为适应信道的传输特性及接收端再生、恢复数字基带信号的需要，必须合理地设计数字基带信号，即选择合适的信号码型。适合于在有线信道中传输的数字基带信号形式称为线路传输码型。一般来说，选择数字基带信号码型时，应遵循以下基本原则：
数字基带信号应不含有直流分量，且低频及高频分量也应尽量的少。在基带传输系统中，往往存在着隔直电容及耦合变压器，不利于直流及低频分量的传输。此外，高频分量的衰减随传输距离的增加会快速地增大，另一方面，过多的高频分量还会引起话路之间的串扰，因此希望数字基带信号中的高频分量也要尽量的少。
数字基带信号中应含有足够大的定时信息分量。基带传输系统在接收端进行取样、判决、再生原始数字基带信号时，必须有取样定时脉冲。一般来说，这种定时脉冲信号是从数字基带信号中直接提取的。这就要求数字基带信号中含有或经过简单处理后含有定时脉冲信号的线谱分量，以便同步电路提取。实际经验告诉我们，所传输的信号中不仅要有定时分量，而且定时分量还必须具有足够大的能量，才能保证同步提取电路稳定可靠的工作。
基带传输的信号码型应对任何信源具有透明性，即与信源的统计特性无关。这一点也是为了便于定时信息的提取而提出的。信源的编码序列中，有时候会出现长时间连“0”的情况，这使接收端在较长的时间段内无信号，因而同步提取电路无法工作。为避免出现这种现象，基带传输码型必须保证在任何情况下都能使序列中“1”和“0”出现的概率基本相同，且不出现长连“1”或“0”的情况。当然，这要通过码型变换过程来实现。码型变换实际上是把数字信息用电脉冲信号重新表示的过程。此外，选择的基带传输信号码型还应有利于提高系统的传输效率；具有较强的抗噪声和码间串扰的能
力及自检能力。实际系统中常常根据通信距离和传输方式等不同的要求，选择合适的基带码型。
1.2.2 数字基带信号
对不同的数字基带传输系统，应根据不同的信道特性及系统指标要求，选择不同的数字脉冲波形。原则上可选择任意形状的脉冲作为基带信号波形，如矩形脉冲、三角波、高斯脉冲及升余弦脉冲等。但实际系统常用的数字波形是矩形脉冲，这是由于矩形脉冲易于产生和处理。下面我们就以矩形脉冲为例，介绍常用的几种数字基带信号波形。
（1）.单极性波形（NRZ）这是一种最简单的二进制数字基带信号波形。这种波形用正（或负）电平和零电平分别表示二进制码元的“1”码和“0”码，也就是用脉冲的有无来表示码元的“1”和“0”，这种波形的特点是脉冲的极性单一，有直流分量，且脉冲之间无空隙，即脉冲的宽度等于码元宽度。故这种脉冲又称为不归零码（NRZ ---NonReturn to Zero）NRZ波形一般用于近距离的电传机之间的信号传输。
（2）双极性波形在双极性波形中，用正电平和负电平分别表示二进制码元的“1”码和“0”码，这种波形的脉冲之间也无空隙。此外，从信源的统计规律来看，“1”码和“0”码出现的概率相等，所以这种波形无直流分量。同时这种波形具有较强的抗干扰能力。故双极性波形在基带传输系统中应用广泛。
（3）单极性归零波形（RZ）这种波形的特点是脉冲的宽度（τ ）小于码元的宽度（T ），每个电脉冲在小于码元宽度的时间内总要回到零电平，故这种波形又称为归零波（RZ---Return to Zero）。归零波形由于码元间隔明显，因此有利于定时信息的提取。但单极性RZ波形中仍含有直流分量，且由于脉冲变窄，码元能量减小，因而在匹配接收时，输出信噪比较不归零波形的低。
（4）双极性归零波形这种波形是用正电平和负电平分别表示二进制码元的“1”码和“0”码，但每个电脉冲在小于码元宽度的时间内都要回到零电平，这种波形兼有双极性波形和归零波形的特点。
（5）差分波形（相对码波形）信息码元与脉冲电平之间的对应关系是固定不变的（绝对的），故称这些波形为绝对码波形，信息码也称为绝对码。所谓差分波形是一种把信息码元“1”和“0”反映在相邻信号码元的相对电平变化上的波形，差分波形
中，码元“1”和“0”分别用电平的跳变和不变来表示，即用相邻信号码元的相对电平来表示码元“1”和“0”，故差分波形也称为相对码波形。差分波形也可以看成是差分码序列bn 对应的绝对码波形，差分码bn 与绝对码an之间的关系可用以下的编码方程表示bnbn1 ⊕an （1.1）式中，⊕为模2和运算符号。由上式看出，当绝对码an 每出现一个“1”码时，差分码bn电平变化一次；当an 出现“0”码时，差分码bn 电平与前一码元bn-1 相同。可见，bn 前后码元取值的变化代表了原信码n a 中的“1”和“0”。由式（1.1）可以导出译码方程为an bn-1⊕bn （1.2）由上式可看出，译码时只要检查前后码元电平是否有变化就可以判决发送的是“1”码还是“0”码。
（6）多电平脉冲波形（多进制波形）上述各种波形都是二进制波形，实际上还存在多电平脉冲波形，也称为多进制波形。这种波形的取值不是两值而是多值的。例如，代表四种状态的四电平脉冲波形，每种电平可用两位二进制码元来表示，如00 代表-3E，代表-E，代01 10表E，11 代表3E，这种波形一般在高速数据传输系统中用来压缩码元速率，提高系统的频带利用率。但在相同信号功率的条件下，多进制传输系统的抗干扰性能不如二进制系统。
1.2.3 常用的基带传输码型
前面提到，为满足基带传输系统的特性要求，必须选择合适的传输码型。基带传输系统中常用的线路传输型码主要有：传号交替反转码---AMI 码、三阶高密度双极性码--- 3 HDB码、分相码---Manchester 码、传号反转码---CMI 码以及4B3T 码等。下面我们详细地介绍这些码型。
1、传号交替反转码---AMI 码
（AMI Alternate Mark Inversion）码又称为平衡对称码。这种码的编码规则是：把码元序列中的“1”码变为极性交替变化的传输码1、-1、1、-1、…，而码元序列中的“0”码保持不变。
例如：码元序列： 1 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 00
AMI码：1 00-110-101-11-100
由AMI 码的编码规则可以看出，由于1和-1各占一半，因此，这种码中无直流分量，且其低频和高频分量也较少，信号的能量主要集中在2 T f 处，其中Tf 为码元速率。此外，AMI 码编码过程中，将一个二进制符号变成了一个三进制符号，即这种码脉冲有三种电平，因此我们把这种码称为伪三电平码，也称为1B/1T 码型。AMI码除
了上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点。但是AMI码有一个重要的缺陷，就是当码元序列中出现长连“0”时，会造成提取定时信号的困难，因而实际系统中常采用AMI 码的改进型HDB3码。
2、HDB3 码
HDB3 （High Density Bipolar 3）是三阶高密度双极性码，它是为了克服传输波形中出现长连“0”码情况而设计的AMI 码的改进型。
HDB3 码的编码规则是：1把码元序列进行AMI 编码，然后去检查AMI 码中连0 的个数，如果没有四个以上（包括四个）连0 串时，则这时的AMI 码就是3 HDB 码。2如果出现四个以上连0 串时，则将每4 个连0 小段的第4 个0变成与其前一个非0 码（1 或-1）相同的码。显然，这个码破坏了“极性交替反转”的规则，因而称其为破坏码，用符号V 表示（即1 记为V，记为-V）-1 。3为了使附加V 码后的序列中仍不含直流分量，必须保证相邻的V 码极性交替。这一点，当相邻的V 码之间有奇数个非0 码时，是能得到保证的；但当相邻的V 码之间有偶数个非0 码时，则得不到保证。这时再将该连0 小段中的第1 个0 变成B 或-B，B 的极性与其前一个非0 码相反，并让后面的非零码从V 码后开始再极性交替变化。
例如：码元序列： 1 0000 1 0 1 0 0 0 0 1 000 0 1 1
AMI 码： 1 0000 -1 0 1 0 0 0 0 –1 000 0 1–1
HDB3 码：1 000V -1 0 1 -B00-V 1 000V -1 1
上例中，第1个V码和第2个V码之间，有2个非0 码（偶数），故将第2个4 连0小段中的第1个0变成-B；第2个V码和第3个V码之间，有1个非0码（奇数），不需变化。最后可看出，HDB3 码中，V码与其前一个非0码（1 或-1）极性相同，起破坏作用；相邻的V码极性交替；除V码外，包括B码在内的所有非0码极性交替。
虽然HDB3 码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从编码过程中可以看出，每一个V码总是与其前一个非0码（包括B码在内）同极性，因此从收到的码序列中可以很容易地找到破坏点V码，于是可断定V码及其前3个码都为0码，再将所有的-1变为1后，便可恢复原始信息代码。
HDB3码的特点是明显的，它既保留AMI码无直流分量，便于直接传输的优点，又克服了长连0串（连0的个数最多3个）的出现，HDB3 码的频谱中既消除了直流和甚低频分量，又消除了方波中的高频分量，非常适合基带传输系统的特性要求。因
此，HDB3码是目前实际系统中应用最广泛的码型。虽然HDB3码比AMI 码的性能更好，但它仍属于1B/1T 码型。
（3）曼彻斯特Manchester码
曼彻斯特码又称数字双相码或分相码，曼彻斯特码用一个周期的方波来代表码元“1”，而用它的反相波形来代表码元“0”。这种码在每个码元的中心部位都发生电平跳变，因此有利于定时同步信号的提取，而且定时分量的大小不受信源统计特性的影响。曼彻斯特码中，由于正负脉冲各占一半，因此无直流分量，但这种码占用的频带增加了一倍。曼彻斯特码适合在较短距离的同轴电缆信道上传输。
（4）CMI 码CMI 码称为传号反转码。
在CMI 码中，“1”码（传号）交替地用正、负电平脉冲来表示，而“0”码则用固定相位的一个周期方波表示，CMI 码和曼彻斯特码相似，不含有直流分量，且易于提取同步信号。CMI 码的另一个特点是具有一定的误码检测能力。这是因为，CMI 码中的“1”码相当于用交替的“00”和“11”两位码组表示，而“0”码则固定地用“01” 码组表示。正常情况下，序列中不会出现“10”码组，且“00”和“11”码组连续出现的情况也不会发生，这种相关性可以用来检测因干扰而产生的部分错码。根据原CCITT 的建议，CMI码可用作脉冲编码调制四次群的接口码型以及速率低于8448 kb / s的光纤数字传输系统中的线路传输码型。此外，CMI 码和曼彻斯特码一样都是将一位二进制码用一组两位二进制码表示，因此称其为1B2B 码。
（5）4 B/3T 码4B/3T 码是1B/1T 码的改进型
它把4 个二进制码元变换为3 个三进制码元。显然，在相同信息速率的条件下，4B/3T 码的码元传输速率要比1B/1T 码的低，因而提高了系统的传输效率。4B/3T 码的变换过程中需要同步信号，变换电路比较复杂，故一般较少采用。
1.3实验原理
1.3.1数字通信系统模型
1.3.2数字基带传输系统模型
1.4实验各模块参数设置
数字通信系统模型
)()()()(ωωωωR T G C G H =)()()(t n nT t g a t r R s R n n +-=∑∞-∞=ω
ωπd e H t g jwt R ?∞∞-=)(21)(
（1）数字基带传输系统仿真模型图
（2）定时提取子系统内部结构图
（3） Bernoulli Binary Generator模块参数设置图
（4） Digital Filter Design模块参数设置图
（5） Discrete-Time VCO模块参数设置图
（6）Discrete Filter模块参数设置图
（7） Discrete-Time Eye Diagram Scope模块参数设置图
（8）判决器模块设置图
2．结论
2.1 实验结论与认知
2.1.1眼图及实验仿真结果
眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。观察眼图的方法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形像人的眼睛，故称为“眼图”。从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。眼图的“眼睛” 张开的大小反映着码间串扰的强弱。“眼睛”张的越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。当存在噪声时，噪声将叠加在信号上，观察到的眼图的线迹会变得模糊不清。若同时存在码间串扰，“眼睛”将张开得更小。与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端正。噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。眼图对于展示数字信号传输系统的性能提供了很多有用的信息：可以从中看出码间串扰的大小和噪声的强弱，有助于直观地了解码间串扰和噪声的影响，评价一个基带系统的性能优劣；可以指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰。
（ 1 ）最佳抽样时刻应在“眼睛” 张开最大的时刻。
（ 2 ）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。斜率越大，对定时误差就越灵敏。
（ 3 ）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。
（ 4 ）眼图中央的横轴位置应对应判决门限电平。
（ 5 ）在抽样时刻上，上下两分支离门限最近的一根线迹至门限的距离表示各相应电平的噪声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决。
（ 6 ）对于利用信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围，这个变动范围的大小对提取定时信息有重要的影响。
眼图仿真结果图
2.1.2实验波形图仿真结果图
从以上结果可以看出，实验仿真系统的仿真结果与理论结果一致，达到了预期效果，仿真成功实现数字基带传输系统的要求。
数字基带传输实验 实验报告
一、实验目的 1、提高独立学习的能力； 2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力； 3、学习Matlab 的使用； 4、掌握基带数字传输系统的仿真方法； 5、熟悉基带传输系统的基本结构； 6、掌握带限信道的仿真以及性能分析； 7、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、系统框图及编程原理 1.带限信道的基带系统模型（连续域分析） ?输入符号序列―― ?发送信号―― ――比特周期，二进制码元周期 ?发送滤波器―― 或或 ?发送滤波器输出――
?信道输出信号或接收滤波器输入信号 （信道特性为1） ?接收滤波器―― 或或 ?接收滤波器的输出信号 其中 （画出眼图） ?如果位同步理想，则抽样时刻为 ?抽样点数值为（画出星座图） ?判决为 2.升余弦滚降滤波器 式中称为滚降系数，取值为, 是常数。时，带宽为Hz；时，带宽为Hz。此频率特性在内可以叠加成一条直线，故系统无码间干扰传输的最小符号间隔为s，或无码间干扰传输的最大符号速率为Baud。
相应的时域波形为 此信号满足 在理想信道中，，上述信号波形在抽样时刻上无码间干扰。 如果传输码元速率满足，则通过此基带系统后无码间干扰。 3.最佳基带系统 将发送滤波器和接收滤波器联合设计为无码间干扰的基带系统，而且具有最佳的抗加性高斯白噪声的性能。 要求接收滤波器的频率特性与发送信号频谱共轭匹配。由于最佳基带系统的总特性是确定的，故最佳基带系统的设计归结为发送滤波器和接收滤波器特性的选择。 设信道特性理想，则有
（延时为0） 有 可选择滤波器长度使其具有线性相位。 如果基带系统为升余弦特性，则发送和接收滤波器为平方根升余弦特性。 由模拟滤波器设计数字滤波器的时域冲激响应 升余弦滤波器（或平方根升余弦滤波器）的带宽为，故其时域抽样速率至少为，取，其中为时域抽样间隔，归一化为1。 抽样后，系统的频率特性是以为周期的，折叠频率为。故在一个周期内 以间隔抽样，N为抽样个数。频率抽样为，。 相应的离散系统的冲激响应为 将上述信号移位，可得因果系统的冲激响应。 5．基带传输系统（离散域分析） ?输入符号序列―― ?发送信号―― ――比特周期，二进制码元周期 ?发送滤波器――
第四章（数字基带传输系统）习题及其答案 【题4－1】设二进制符号序列为110010001110，试以矩形脉冲为例，分别画出相应的单极性码型，双极性码波形，单极性归零码波形，双极性归零码波形，二进制差分码波形。 【答案4－1】 【题4－2】设随机二机制序列中的0和1分别由()g t 和()g t -组成，其出现概率分别为p 和(1)p -： 1）求其功率谱密度及功率； 2）若()g t 为图（a ）所示的波形，s T 为码元宽度，问该序列存在离散分量 1 s f T =否？ 3）若()g t 改为图（b ）所示的波形，问该序列存在离散分量 1 s f T =否？
【答案4－2】 1）随机二进制序列的双边功率谱密度为 2 2 1212()(1)()()[()(1)()]() s s s s s s m P f P P G f G f f PG mf P G mf f mf ωδ∞ -∞=--++--∑ 由于 12()()()g t g t g t =-= 可得： 2 2 22 ()4(1)()(12) ()() s s s s s m P f P P G f f P G mf f mf ωδ∞ =-∞ =-+--∑ 式中：()G f 是()g t 的频谱函数。在功率谱密度()s P ω中，第一部分是其连续谱成分，第二部分是其离散谱成分。 随机二进制序列的功率为 2 2 2 2 2 2 22 1()2 [4(1)()(12)()()] 4(1)()(12)() () 4(1)()(12) () s s s s s m s s s s m s s s m S P d f P P G f f P G mf f mf df f P P G f df f P G mf f mf df f P P G f df f P G mf ωω π δδ∞ ∞ ∞ ∞∞ =-∞ ∞ ∞ ∞ ∞∞ =-∞ ∞ ∞ ∞ =-∞ = =-+--=-+ --=-+-? ∑ ?∑ ?? ∑ ? －－－－－ 2）当基带脉冲波形()g t 为 1 (){2 0 else s T t g t t ≤= ()g t 的付式变换()G f 为
基带传输系统实验报告 一、 实验目的 1、 提高独立学习的能力； 2、 培养发现问题、解决问题和分析问题的能力； 3、 学习matlab 的使用； 4、 掌握基带数字传输系统的仿真方法； 5、 熟悉基带传输系统的基本结构； 6、 掌握带限信道的仿真以及性能分析； 7、 通过观察眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、 实验原理 在数字通信中，有些场合可以不经载波调制和解调过程而直接传输基带信号，这种直接传输基带信号的系统称为基带传输系统。 基带传输系统方框图如下： 基带脉冲输入 噪声 基带传输系统模型如下： 信道信号 形成器 信道 接收 滤波器 抽样 判决器 同步 提取 基带脉冲
各方框的功能如下： （1）信道信号形成器（发送滤波器）：产生适合于信道传输的基带信号波形。因为其输入一般是经过码型编码器产生的传输码，相应的基本波形通常是矩形脉 冲，其频谱很宽，不利于传输。发送滤波器用于压缩输入信号频带，把传输 码变换成适宜于信道传输的基带信号波形。 （2）信道：是基带信号传输的媒介，通常为有限信道，如双绞线、同轴电缆等。信道的传输特性一般不满足无失真传输条件，因此会引起传输波形的失真。另 外信道还会引入噪声n（t），一般认为它是均值为零的高斯白噪声。 （3）接收滤波器：接受信号，尽可能滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。 （4）抽样判决器：在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。 （5）定时脉冲和同步提取：用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接收信号中提取。 三、实验内容 1采用窗函数法和频率抽样法设计线性相位的升余弦滚讲的基带系统(不调用滤波器设计函数,自己编写程序) 设滤波器长度为N=31，时域抽样频率错误!未找到引用源。o为4 /Ts，滚降系数分别取为0.1、0.5、1， （1）如果采用非匹配滤波器形式设计升余弦滚降的基带系统，计算并画出此发送滤波器的时域波形和频率特性，计算第一零点带宽和第一旁瓣衰减。 （2）如果采用匹配滤波器形式设计升余弦滚降的基带系统，计算并画出此发送滤波器的时域波形和频率特性，计算第一零点带宽和第一旁瓣衰减。 （1）非匹配滤波器 窗函数法： 子函数程序： function[Hf,hn,Hw,w]=umfw(N,Ts,a)
第六章基带传输系统 1、AMI码的缺点是什么？ 解：不能限制长连O和长连1，不利于时钟提取。 ,CMI码. 2、设数字信号序号为1000010100001111，将其编成AMI，HDB 3 解: AMI:+10000-10+10-10000+1-1+1-1 HDB3: V+|B-000V-B+0B-B+`00V+B-B+B-B+ CMI: 000010101011101000101010111001100 3、带限传输对数字信号有什么影响？码间干扰是怎样形成的？ 解：理论上数字信息的频带为无穷大，这样无限带宽的信号通过实际的信道传输时，由于实际信道带宽有限，信号波形必然会产生失真，从而产生码间干扰. 4、怎样用示波器观察眼图，眼图恶化说明什么含义？ 解：示波器采用外同步，扫描同期必然为TB（码元同期）或TB的整数倍，这样，就在荧光屏上出现一个或几个接收到的均衡波形,由于示波器的余辉作用,使多个波形迭在一起，这样在荧光屏上显示类似人眼的图形。眼图恶化说明信噪比降低，误码率增加. 5、定时抖动同哪些有关定时抖动对PCM通信有什么影响？ 解：定时抖动的原因： ①谐振回路失谐的影响 ②时钟提取电路限幅门限失调或输入信号电平变化。 ③信通噪声和串话干扰 ④信号码型随机组合 抖动的影响：误码率增加 6、某CMI码为11000101110100，将其还原为二进制NRZ码 解：按CMJ码编码规则，还原后的NRZ码为1100101 0→01 1→00和11交替 7、为什么数字通信系统要求误码率低于10-6? 解：当Pe=10-6时，误码信噪比（S/Ne）dB=41.6dB，但若信道误码率高于10-6，如Pe=10-5,则(S/Ne)=31.6dB（Pe增加一个数量级，误码信噪比下降10dB），低于A律压缩特性的最大量化信噪化38dB，所以为保证总的信噪比不因误码噪声而显著下降，信道误码率Pe应低于10-6。 8、再生中继系统的特点是什么？ 解：噪声不积累但误码会积累。 9、为什么要求均衡波形的波峰附近变化要平坦？ 解：均衡波形幅度大且波峰附近变化平坦，即使由于各种原因引起定时抖动（再
通信系统建模与仿真课程设计2011 级通信工程专业1113071 班级 题目基于SIMULINK的基带传输系统的仿真姓名学号 指导教师胡娟 2014年6月27日
1任务书 试建立一个基带传输模型，采用曼彻斯特码作为基带信号，发送滤波器为平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5，信道为加性高斯信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为1000bps，要求观察接收信号眼图，并设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，并统计误码率。另外，对发送信号和接收信号的功率谱进行估计。假设接收定时恢复是理想的。 2基带系统的理论分析 1.基带系统传输模型和工作原理 数字基带传输系统的基本组成框图如图1 所示，它通常由脉冲形成器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器与码元再生器组成。系统工作过程及各部分作用如下。 g T(t) n 定时信号 图 1 ：数字基带传输系统方框图 发送滤波器进一步将输入的矩形脉冲序列变换成适合信道传输的波形g T(t)。这是因为矩形波含有丰富的高频成分，若直接送入信道传输，容易产生失真。 基带传输系统的信道通常采用电缆、架空明线等。信道既传送信号，同时又因存在噪声n(t)和频率特性不理想而对数字信号造成损害，使得接收端得到的波形g R(t)与发送的波形g T(t)具有较大差异。 接收滤波器是收端为了减小信道特性不理想和噪声对信号传输的影响而设置的。其主要作用是滤除带外噪声并对已接收的波形均衡，以便抽样判决器正确判决。 抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号y(t)在规定的时刻（由定时脉冲cp控制）进行抽样，获得抽样信号{r n}，然后对抽样值进行判决，以确定各码元是“1”码还是“0”码。 2.基带系统设计中的码间干扰和噪声干扰以及解决方案
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基于matlab的M-QAM通信系统的仿真 一、设计目的和意义 (1)通过仿真进一步掌握M-QAM调制及解调的原理； (2)学会用matlab编程对通信系统进行仿真； (3)学会用理论知识去分析结果。 二、设计原理 利用Matlab仿真软件，完成如图1所示的一个基本的数字通信系统。信号源产生0、1等概分布的随机信号，映射到16QAM的星座图上，同时一路信号已经被分成了I路和Q路，后边的处理建立在这两路信号的基础上。I路和Q路信号分别经过平方根升余弦滤波器，再加入高斯白噪声，然后通过匹配滤波器（平方根升余弦滤波器）。最后经过采样，判决，得到0、1信号，同原信号进行比较，给出16QAM数字系统的误码。 图1 三、详细设计步骤 随机信号的生成 利用Matlab中自带的函数randsrc来产生0、1等概分布的随机信号。源代码如下所示： global N N=300;
global p p=0.5; source=randsrc(1,N,[1,0;p,1-p]); 星座图映射 将等概分布的0、1信号映射到16QAM星座图上。每四个bit构成一个码子，具体实现的方法是，将输入的信号进行串并转换分成两路，分别叫做I路和Q路。再把每一路的信号分别按照两位格雷码的规则进行映射，这样实际上最终得到了四位格雷码。为了清楚说明，参看表1 表1 两位格雷码的映射规律 源代码如下所示： function [y1,y2]=Qam_modulation(x) %QAM_modulation %对产生的二进制序列进行QAM调制 %=====首先进行串并转换，将原二进制序列转换成两路信号 N=length(x); a=1:2:N; y1=x(a);
基带传输系统实验报告 一、实验目的 1、提高独立学习的能力； 2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力； 3、学习matlab的使用； 4、掌握基带数字传输系统的仿真方法； 5、熟悉基带传输系统的基本结构； 6、掌握带限信道的仿真以及性能分析； 7、通过观察眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、实验原理 在数字通信中，有些场合可以不经载波调制和解调过程而直接传输基带信号，这种直接传输基带信号的系统称为基带传输系统。 基带传输系统方框图如下： 基带传输系统模型如下：
各方框的功能如下： （1）信道信号形成器（发送滤波器）：产生适合于信道传输的基带信号波形。因为其输入一般是经过码型编码器产生的传输码，相应的基本波形通常是矩形脉 冲，其频谱很宽，不利于传输。发送滤波器用于压缩输入信号频带，把传输 码变换成适宜于信道传输的基带信号波形。 （2）信道：是基带信号传输的媒介，通常为有限信道，如双绞线、同轴电缆等。信道的传输特性一般不满足无失真传输条件，因此会引起传输波形的失真。另 外信道还会引入噪声n（t），一般认为它是均值为零的高斯白噪声。 （3）接收滤波器：接受信号，尽可能滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。 （4）抽样判决器：在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。 （5）定时脉冲和同步提取：用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接收信号中提取。 三、实验内容 1采用窗函数法和频率抽样法设计线性相位的升余弦滚讲的基带系统(不调用滤波器设计函数,自己编写程序) 设滤波器长度为N=31，时域抽样频率Fo为 4 /Ts，滚降系数分别取为、、1，
实验三基于simulink通信系统的仿真 一实验目的 1掌握simulink 仿真平台的应用。 2能对基本调制与解调系统进行仿真; 3 掌握数字滤波器的设计。 二、实验设备 计算机，Matlab软件 三数字滤波器设计 （1）、IIR数字滤波器设计 1、基于巴特沃斯法直接设计IIR数字滤波器 例５.1：设计一个10阶的带通巴特沃斯数字滤波器，带通频率为100Hz到200Hz，采样频率为1000Hz，绘出该滤波器的幅频于相频特性，以及其冲击响应图 clear all; N=10; Wn=[100 200]/500; [b,a]=butter(N,Wn,’bandpass’); freqz(b,a,128,1000) figure(2) [y,t]=impz(b,a,101); stem(t,y) 2、基于切比雪夫法直接设计IIR数字滤波器 例5.2：设计一个切比雪夫Ⅰ型数字低通滤波器，要求： Ws=200Hz,Wp=100Hz,Rp=3dB,Rs=30dB,Fs=1000Hz clear all; Wp=100; Rp=3;
Ws=200; Rs=30; Fs=1000; [N,Wn]=cheb1ord(Wp/(Fs/2),Ws/(Fs/2),Rp,Rs); [b,a]=cheby1(N,Rp,Wn); freqz(b,a,512,1000); 例5.3：设计一个切比雪夫Ⅱ型数字带通滤波器，要求带通范围100-250Hz，带阻上限为300Hz，下限为50Hz，通带内纹波小于3dB，阻带纹波为30 dB，抽样频率为1000 Hz，并利用最小的阶次实现。 clear all; Wpl=100; Wph=250; Wp=[Wpl,Wph]; Rp=3; Wsl=50; Wsh=300; Ws=[Wsl,Wsh]; Rs=30; Fs=1000; [N,Wn]=cheb2ord(Wp/(Fs/2),Ws/(Fs/2),Rp,Rs); [b,a]=cheby2(N,Rp,Wn); freqz(b,a,512,1000); 实验内容：1 设计一个数字信号处理系统，它的采样率为Fs＝100Hz，希望在该系统中设计一个Butterworth型高通数字滤波器，使其通带中允许的最小衰减为 0.5dB，阻带内的最小衰减为40dB，通带上限临界频率为30Hz，阻带下限临界频率为40Hz。 2 试设计一个带阻IIR数字滤波器，其具体的要求是：通带的截止频率：wp1＝650Hz、wp2＝850Hz；阻带的截止频率：ws1＝700Hz、ws2＝800Hz；通带内的最大衰减为rp
塔里木大学信息工程学院通信原理课程设计 2016届课程设计 《基于MATLAB的数字基带传输系统的研究与分 析》 课程设计说明书 学生姓名 学号 所属学院信息工程学院 专业通信工程 班级通信16-1 指导教师蒋霎
塔里木大学教务处制 摘要 本论文主要研究了数字信号的基带传输的基本概念及数字信号基带传输的传输过程和如何用MATLAB软件仿真设计数字基带传输系统。本文首先介绍了本课题的理论依据，包括数字通信，数字基带传输系统的组成及数字基带信号的传输过程。接着介绍了数字基带传输系统的特性包括数字PAM信号功率普密度及常用线路码型，并通过比较最终选择双极性不归零码。然后介绍了MATLAB仿真软件。之后介绍了数字基带信号的最佳接收的条件以及如何通过示波器观察基带信号的波形。最后按照仿真过程基本步骤用MATLAB的仿真工具实现了数字基带传输系统的仿真过程，对系统进行了分析。 关键字：数字基带传输系统MATLAB 计算机仿真；
目录 1.前言 0 2.正文 0 2.1数字基带传输系统 0 2.2 数字基带信号 (1) 2.2.1基本的基带信号波形 (1) 2.2.2基带传输的常用码型 (2) 2.3实验原理 (5) 2.3.1数字通信系统模型 (5) 2.3.2数字基带传输系统模型 (5) 3.1MATLAB软件简介 (6) 3.1．1软件介绍 (6) 3.1.2 Matlab语言的特点 (7) 4.1实验内容 (7) 4.1.1理想低通特性 (8) 4.1.2余弦滚降特性 (8) 4.1.3 Matlab设计流程图 (9) 4.1.4余弦滚降系基于matlab的程序及仿真结果 (9) 致谢 (12) 参考文献 (13) 附录 (14)
1任务书 试建立一个基带传输模型，采用曼彻斯特码作为基带信号，发送滤波器为平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5，信道为加性高斯信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为1000bps，要求观察接收信号眼图，并设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，并统计误码率。另外，对发送信号和接收信号的功率谱进行估计。假设接收定时恢复是理想的。 2基带系统的理论分析 2.1基带系统传输模型和工作原理 1)信道的传输特性为C(w),接收滤波器的传输特性为设系统总的传输特性为GR(w),则基带传输系统的总的传输特性为:H(w)=GT(w)C(w)GR(w)，n(t)是信道中的噪声。 2)基带系统的工作原理：信源是不经过调制解调的数字基带信号，信源在发送端经过发送滤波器形成适合信道传输的码型，经过含有加性噪声的有线信道后，在接收端通过接收滤波器的滤波去噪，由抽样判决器进一步去噪恢复基带信号，从而完成基带信号的传输。 2．2 基带系统设计中的码间干扰及噪声干扰 码间串扰和信道噪声是影响基带传输系统性能的两个主要因素: 1)码间干扰及解决方案 码间干扰：由于基带信号受信道传输时延的影响，信号波形将被延迟从而扩展到下一码元，形成码间干扰，造成系统误码。 解决方案： ①要求基带系统的传输函数H(ω)满足奈奎斯特第一准则： 若不能满足奈奎斯特第一准则，在接收端加入时域均衡，减小码间干扰。
②基带系统的系统函数H(ω)应具有升余弦滚降特性。如图2所示。这样对应的h(t)拖尾收敛速度快，能够减小抽样时刻对其他信号的影响即减小码间干扰。 2)噪声干扰及解决方案 噪声干扰：基带信号没有经过调制就直接在含有加性噪声的信道中传输，加性噪声会叠加在信号上导致信号波形发生畸变。 解决方案： ①在接收端进行抽样判决；②匹配滤波，使得系统输出性噪比最大。
数字基带传输系统作业题 填空题 1数字基带系统产生误码的原因是抽样时刻的和的影响。 2．数字基带系统中常采用均衡器和系统来改善系统的性能。 3．为了衡量基带传输系统码间干扰的程度，最直观的方法是______________。 4.双极性数字基带信号，等概时码速率fs的离散分量，不等概 时fs的离散分量。 5.有限长横向滤波器的作用是码间串扰。 6.码间串扰是在对某码元识别时，其它码元在该的值。 判断题： 1.利用显示均衡波形的眼图可以改善传输性能。 2.对于频带限制在（0，4fm）Hz的时间连续信号m(t)，要想无失真的从抽样信号中恢复出m(t)，抽样频率至少要为4fmHz。 简答题 1．第一类部分响应系统输入数字码an为11001，试写出预编码后的所有可能bn码以及相关编码后的分别是什么？ 2.无码间干扰时，基带传输系统的误码率取决于哪些参数？怎样才能降低系统的误码率？3．（15分）已知信息代码为100000110000011; （1）试确定相应的AMI码及HDB3码; （2）并分别画出他们的单极性不归零波形图； （3）设数字基带传输系统的频带宽度为9KHZ，若采用α=0.5的滚降系统特性，请确定无码间串扰的最高传码率及频带利用率。 4. ( 12分)若传送的数据为11000001100110000101，则相应的HDB3码为何？ 如果数据等概且独立地取1或0，相应的HDB3码通过某数字基带系统传 送，其系统响应h(t)= cos((t/4Ts) 0( t (3Ts Ts为码宽， 0 其它t 简要说明该系统是否存在码间串扰？ 5.二进制数字基带信号1011000101，通过第I类部分响应系统进行传输。 1.试画出第I类部分响应系统原理方框图; 2.由上述基带码通过第I类部分响应系统的变换过程验证信号传输的正确性。 6. 数字基带传输系统的传输特性H（ω）如下图， 当传输速率分别为fb=2w、fb=3w时，画图分析在抽样点上是否有码间串扰？ 1.码间串扰；加性噪声； 2.时域；部分响应； 3.眼图； 4..不存在.存在 5..减小 6.抽样时刻 （╳）（╳） 1．an： 1 0 1 0 1 预编码后bn码：0 1 1 0 0 1 相关编码后码： 1 2 1 0 1 2.无码间干扰时基带传输系统的误码率依赖于信号峰值A与噪声均方根值之比，而与采用什么样的信号形式无关，但这里的信号形式必须是能够消除码间干扰的。 若比值越大，则误码率就越小。
通信系统建模与仿真课程设计 题目基于Simulink的基带传输系统的仿真 2013年6月14日 1任务书 试建立一个基带传输模型，发送数据为二进制双极性不归零码，发送滤波器
为平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5，信道为加性高斯信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为1000bps。 （1）设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，并统计误码率。 （2）要求观察接收信号眼图，说明眼图意义与影响因素，改变影响眼图的参数，观察是否有变化。 （3）设计定时提取系统，说明定时提取的原理，观察定时提取脉冲的波形，说明其正确性。 2基带系统的理论分析（1.基带系统传输模型和工作原理；2.基带系统设计中的码间干扰和噪声干扰以及解决方案，3.定时提取原理） 1.基带系统传输模型和工作原理 数字基带传输系统的基本组成框图如图 1 所示，它通常由脉冲形成器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器与码元再生器组成。系统工作过程及各部分作用如下。 定时信号 图 1 ：数字基带传输系统方框图 发送滤波器进一步将输入的矩形脉冲序列变换成适合信道传输的波形。这是因为矩形波含有丰富的高频成分，若直接送入信道传输，容易产生失真。 基带传输系统的信道通常采用电缆、架空明线等。信道既传送信号，同时又因存在噪声和频率特性不理想而对数字信号造成损害，使得接收端得到的波形与发送的波形具有较大差异。 接收滤波器是收端为了减小信道特性不理想和噪声对信号传输的影响而设置的。其主要作用是滤除带外噪声并对已接收的波形均衡，以便抽样判决器正确判决。 抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号在规定的时刻（由定时脉冲控制）进行抽样，获得
通信原理实验一 数字基带传输 一、实验目的 1、提高独立学习的能力； 2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力； 3、学习Matlab 的使用； 4、掌握基带数字传输系统的仿真方法； 5、熟悉基带传输系统的基本结构； 6、掌握带限信道的仿真以及性能分析； 7、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、实验原理 1.匹配滤波器和非匹配滤波器： 升余弦滚降滤波器频域特性：
将频域转化为时域 2. 最佳基带系统 将发送滤波器和接收滤波器联合设计为无码间干扰的基带系统，而且具有最佳的抗加性高斯白噪声的性能。 要求接收滤波器的频率特性与发送信号频谱共轭匹配。由于最佳基带系统的总特性是确定的，故最佳基带系统的设计归结为发送滤波器和接收滤波器特性的选择。 设信道特性理想，则有 （延时为0） 有 可选择滤波器长度使其具有线性相位。 如果基带系统为升余弦特性，则发送和接收滤波器为平方根升余弦特性。 3.基带传输系统（离散域分析） ?输入符号序列―― ?发送信号―― ――比特周期，二进制码元周期 ?发送滤波器―― 或 ?发送滤波器输出――
?信道输出信号或接收滤波器输入信号 （信道特性为1） ?接收滤波器―― 或 ?接收滤波器的输出信号 （画出眼图） ?如果位同步理想，则抽样时刻为 ?抽样点数值为（画出星座图） ?判决为 其中若为最佳基带传输系统，则发送滤波器和接收滤波器都为根升余弦滤波器，当采用非匹配滤波器时，发送滤波器由升余弦滤波器基带特性实现，接收滤波器为直通。 三、实验内容 1.通过匹配滤波和非匹配滤波方式，得到不同的滚降系数下发送滤波器的时域波形和频率特性。 实验程序： （1）非匹配情况下： 升余弦滚降滤波器的模块函数（频域到时域的转换） function [Hf,ht]=f_unmatch(alpha,Ts,N,F0) k=[-(N-1)/2:(N-1)/2]; f=F0/N*k; for i=1:N; if (abs(f(i))<=(1-alpha)/(2*Ts)) Hf(i)=Ts; elseif(abs(f(i))<=(1+alpha)/(2*Ts)) Hf(i)=Ts/2*(1+cos(pi*Ts/alpha*(abs(f(i))-(1-alpha)/(2*Ts)))); else Hf(i)=0; end; end; 主函数 alpha=input('alpha=');%输入不同的滚降系数值 N=31;%序列长度 Ts=4; F0=1;%抽样频率
题目基于SIMULINK的通信系统仿真 摘要 在模拟通信系统中，由模拟信源产生的携带信息的消息经过传感器转换成电信号，模拟基带信号在经过调制将低通频谱搬移到载波频率上适应信道，最终解调还原成电信号；在数字传输系统中，数字信号对高频载波进行调制，变为频带信号，通过信道传输，在接收端解调后恢复成数字信号。本文应用了幅度调制以及键控法产生调制与解调信号。 本论文中主要通过对SIMULINK工具箱的学习和使用，利用其丰富的模板以及本科对通信原理知识的掌握，完成了AM、DSB、SSB、2ASK、2FSK、2PSK三种模拟信号和三种数字信号的调制与解调，以及用SIMULINK进行设计和仿真。首先我进行了两种通信系统的建模以及不同信号系统的原理研究，然后将学习总结出的相应理论与SIMULINK中丰富的模块相结合实现仿真系统的建模,并且调整参数直到仿真波形输出，观察效果，最终对设计结论进行总结。 关键词通信系统调制 SIMULINK I
目录 1. 前言 (1) 1.1选题的意义和目的 (1) 1.2通信系统及其仿真技术 (2) 3. 现代通信系统的介绍 (3) 3.1通信系统的一般模型 (3) 3.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型 (3) 3.2.1 模拟通信系统模型 (3) 3.2.2 数字通信系统模型 (4) 3.3模拟通信和数字通信的区别和优缺点 (5) 4. 通信系统的仿真原理及框图 (8) 4.1模拟通信系统的仿真原理 (8) 4.1.1 DSB信号的调制解调原理 ...................... 错误！未定义书签。 4.2数字通信系统的仿真原理 (9) 4.2.1 ASK信号的调制解调原理 (9) 5. 通信系统仿真结果及分析 (11) 5.1模拟通信系统结果分析 (11) 5.1.1 DSB模拟通信系统 (11) 5.2仿真结果框图 (11) 5.2.1 DSB模拟系统仿真结果 ........................ 错误！未定义书签。 5.3数字通信系统结果分析 (12) 5.3.1 ASK数字通信系统 (13) 5.4仿真结果框图 (13) 5.4.1 ASK数字系统仿真结果 (13) III
实验二数字基带传输技术仿真实验 实验要求： 1、学生按照实验指导报告独立完成相关实验的内容； 2、上机实验后撰写实验报告，记录下自己的实验过程，记录实验心得。 3、以电子形式在规定日期提交实验报告。 实验指导 1、单极性不归零码 单极性不归零码是一种最简单最常用的基带信号形式。这种信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码0和1，即，在一个码元时间内用脉冲的有或者无来对应表示0或者1码。其特点是极性简单，有直流分量，脉冲之间无间隔。 生成单极性不归零码的MATLAB实现程序如下： function y=snrz(x) %本函数实现将输入的一段二进制代码编为相应的单极性不归零码输出 %输入x为二进制码，输出y为编号的码 t0=200; t=0:1/t0:length(x); %给出相应的时间序列 for i=1:length(x) %计算码元的值 if x(i)==1 %如果输入信息为1 for j=1:t0 %该码元对应的点值取1 y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 %如果输入信息为0，码元对应的点值取0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; plot(t,y);
%采用title 命令来实现标记出各码元对应的二元信息 title('1 0 1 1 0 0 1 0'); grid on; axis([0,i,-0.1,1.1]); 在命令窗口中输入x的二进制代码和函数名，就可以得到所对应的单极性不归零码输出，如输入以下指令，将出现图1所示结果。 x=[1 0 1 1 0 0 1 0]; snrz(x) 图1 单极性不归零码 2、双极性不归零码 在双极性不归零码中，脉冲的正负对应着二进制代码的1和0，由于它是幅度相等极性相反的双极性波形，故当0、1符号等可能出现时无直流分量。这样，恢复信号的判决电平为0，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力较强，故双极性码较单极性码更有利于在信道中传输。 双极性不归零码的MATLAB实现程序如下： function y=dnrz(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if x(i)==1
大学 本科实验报告 课程名称：通信系统仿真实践 学院（系）：电子信息与电气工程学部专业：电子信息工程 班级： 学号： 学生姓名： 2011年11 月29日
实验项目列表
大学实验报告 学院（系）：专业：电子信息工程班级： 姓名：学号：组：___ 实验时间：2011.10.17 实验室：C223 实验台： 指导教师签字：成绩： 实验一简单基带传输系统 一、实验目的和要求 掌握观察系统时域波形，特别是眼图的操作方法。 二、实验原理和内容 【实验原理】 简单的基带传输系统原理框图如图1所示，该系统并不是无码间干扰设计的，为使基带信号能量更为集中，形成滤波器采用高斯滤波器。 图1. 简单基带传输系统组成框图 【实验内容】 构造一个简单示意性基带传输系统。以双极性 PN 码发生器模拟一个数据信源，码速率为100bit/s，低通型信道噪声为加性高斯噪声（标准差＝0.3v）。要求：观测接收输入和滤波输出的时域波形； 观测接收滤波器输出的眼图。
三、主要仪器设备 PC机 四、实验步骤与操作方法 第1 步：进入SystemView 系统视窗，设置“时间窗”参数如下： ①运行时间：Start Time: 0 秒； Stop Time: 0.5 秒； ②采样频率：Sample Rate：10000Hz。 第2 步：调用图符块创建如图1 所示的仿真分析系统： 图1. 创建的简单基带传输仿真分析系统 其中，Token1 为高斯脉冲形成滤波器；Token4 为高斯噪声产生器，设标准偏差StdDeviation=0.3v，均值Mean=0v；Token5 为模拟低通滤波器，来自选操作库中的“LinearSys”图符按钮，在设置参数时，将出现一个设置对话框，在“Design”栏中单击Analog…按钮，进一步单击“Filter PassBand”栏中Lowpass 按钮，选择Butterworth 型滤波器，设置滤波器极点数目：No.of Poles=5（5 阶），设置滤波器截止频率：LoCuttoff=200 Hz。 第3 步：单击运行按钮，运算结束后按“分析窗”按钮，进入分析窗后，单击“绘制新图”按钮，则Sink10～Sink13 显示活动窗口分别显示出“PN 码输出”、“信道输入”、“信道输出”和“判决比较输出”时域波形，如图1 所示： 第 4 步：观察信源PN 码和波形形成输出的功率谱。通过两个信号的功率谱可以看出，波形形成后的信号功率谱主要集中在低频端，能量相对集中，而PN 码的功率谱主瓣外的分量较大。在分析窗下，单击信宿计算器按钮，在出现的“System Sink Calculator”对话框中单击Spectrum 按钮，分别得到Sink10 和Sink11 的功率谱窗口后，可将这两个功率谱合成在同一个窗口中进行对比，具体操作为：在“System Sink Calculator”对话框中单击Operators 按钮和Overlay Plots 按钮，在右侧窗口内压住左键选中“w4：PowerSpectrum of Sink10”和“w5：Power Spectrum of Sink11”信息条，使之变成反白显示，最后单击OK 按钮即可显示出对比功率谱，如图2 所示。
数字基带传输实验预习报告 一、实验目的： 1、提高独立学习的能力； 2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力； 3、学习Matlab 的使用； 4、掌握基带数字传输系统的仿真方法； 5、熟悉基带传输系统的基本结构； 6、掌握带限信道的仿真以及性能分析； 7、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、实验原理： 1、带限信道的基带传输系统： 发送滤波器 传输信道 接受滤波器 {a n } x(t) y(t) r(t) {a n } 定时信号 2、升余弦滚降滤波器 其频率响应为： () T G ω () C ω 噪声源 R G ω（） 抽样判决 位定时提 取
C T ， 1|f|2c T α -≤ ()d H f = 1-[1cos (||)]22c T T f T παα+-，c 11||22c f T T αα -+≤ 0， 1+|f| 2C T α 在实验中，时间抽样间隔和抽样频率都归一化为1，得到升余弦滤波器的频率响应常数c T =4。 无码间干扰传输的最小符号间隔为c T 秒，或无码间干扰传输的最大符号速率为1/c T 。相应 的时域单位冲激响应信号h ()d t ，满足()d c h nT = 1，n=0 。在理想信道中， 0,n ≠0 h ()d t 信号波形在抽样时刻上无码间干扰。 3、最佳基带传输系统： 将发送滤波器和接收滤波器联合设计为无码间干扰的基带系统，而且具有最佳的抗加性高斯白噪声的性能，并且，接收滤波器的频率特性与发送信号频谱共轭匹配。 实验时，具体采用两种方式，一是采用匹配滤波器，发送滤波器和接受滤波器对称的系统，发送滤波器和接受滤波器都是升余弦平方根特性；二是不采用匹配滤波器方式，升余弦滚降基带特性完全由发送滤波器实现，接受滤波器为直通。 4、用模拟升余弦滚降滤波器设计数字升余弦滚降滤波器 这种方式主要采用窗函数法和频率抽样法。 (1)窗函数法是从模拟升余弦滚降滤波器的单位冲激响应h ()d t ，先进行时间抽样，然后进行截短、加窗，最后向右移位，得到实际的因果的数字升余弦滚降滤波器的单位冲击响应。 (2)频率抽样法是从模拟升余弦滚降滤波器的频率响应 d () H f ，频率抽样后，进行离散时间 傅里叶反变换后，最后向右移位，得到实际的因果的数字升余弦滚降滤波器的单位冲激响应。
一 clc; clear all; ts=0.0001;fc=25; t=[-0.05:ts:0.05]; df=0.02; if t<1&t>=0.1; m=t; elseif t>=1&t<1.9 ; m=-t+2; else t>=1.9&t<0.1 ; m=0.1; end c=cos(2*pi*fc*t); m_n=m/max(abs(m)); u=m_n*max(abs(m)).*c; s=u.*c; f=-10:df:10; subplot(4,1,1);plot(t,u);plot(t,u);title('解调信号');xlabel('t');ylabel('幅度'); subplot(4,1,2);plot(f,abs(fftshift(u)));title('解调信号频谱');xlabel('t');ylabel('幅度'); subplot(4,1,3);plot(t,s);title('已调信号 ');xlabel('t');ylabel('幅度'); subplot(4,1,4);plot(f,abs(fftshift(s)));title('已调信号频谱');xlabel('t');ylabel('幅度'); 实验二二进制基带通信系统的蒙特卡洛仿真 一、实验目的 1、理解蒙特卡洛仿真方法的原理； 2、掌握使用蒙特卡洛法仿真通信系统的方法。 二、实验内容
1、用蒙特卡洛法仿真使用单极性信号的二进制基带通信系统，绘制误码率与信噪比的关系曲线图； 2、用蒙特卡洛法仿真使用双极性信号的二进制基带通信系统，绘制误码率与信噪比的关系曲线图。 三、实验原理 1、蒙特卡洛仿真的基本原理 由概率定义知，某事件的概率可以用大量试验中该事件发生的频率来估算，当样本容量足够大时，可以认为该事件的发生频率即为其概率。因此，可以先对影响其可靠度的随机变量进行大量的随机抽样，然后把这些抽样值一组一组地代入功能函数式，确定结构是否失效，最后从中求得结构的失效概率。蒙特卡罗法正是基于此思路进行分析的。 设有统计独立的随机变量Xi(i=1，2，3，…，k)，其对应的概率密度函数分别为fx1，fx2，…，fxk，功能函数式为Z=g(x1，x2，…，xk)。 首先根据各随机变量的相应分布，产生N组随机数x1，x2，…，xk值，计算功能函数值Zi=g(x1，x2，…，xk)(i=1，2，…，N)，若其中有L组随机数对应的功能函数值Zi≤0，则当N→∞时，根据伯努利大数定理及正态随机变量的特性有：结构失效概率，可靠指标。 从蒙特卡罗方法的思路可看出，该方法回避了结构可靠度分析中的数学困难，不管状态函数是否非线性、随机变量是否非正
通信原理实验报告 实验名称：数字信号的基带传输 班级：08211317 学号：08211660 姓名：张媛（27）
一．实验目的 （1）理解无码间干扰数字基带信号的传输； （2）掌握升余弦滚降滤波器的特性； （3）通过时域、频域波形分析系统性能。 二、仿真环境 SystemView 仿真软件 三、实验原理 （1 ）数字基带传输系统的基本结构 它主要由信道信号形成器、信道、接收滤滤器和抽样判决器组成。为了保证系统可靠有序地工作，还应有同步系统。 1.信道信号形成器 把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的。 2.信道 是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。 3.接收滤波器 滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。 4.抽样判决器 在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。而用来抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中提取。 (2) 奈奎斯特第一准则 奈奎斯特准则提出：只要信号经过整形后能够在抽样点保持不变， 即使其波形已经发生了变化，也能够在抽样判决后恢复原始的信号， 因为信息完全恢复携带在抽样点幅度上。 奈奎斯特准则要求在波形成形输入到接收端的滤波器输出的整个 传送过程传递函数满足： 令k′=j -k ， 并考虑到k′也为整数，可用k 表示： ???=+-0)(1])[(0或其它常数t T k j h b k j k j ≠=?? ?=+0 1)(0t kT h b 00≠=k k
实验报告 课程名称通信原理 实验名称实验一：数字基带传输技术 班级 学号 姓名 指导教师 实验完成时间： 2014年 10 月 28 日
一、熟悉实验平台
二、数字基带传输系统实验 1. 实验目的 1.了解几种常用的数字基带信号。 2.掌握常用的数字基带出书码型的编码规则。 3.掌握CPLD实现码型变换的方法。 2.实验内容 1.观察NRZ码,RZ码，AMI码，HDB3码，CMI码，BPH码的波形。 2.观察全0码或全1码时各码型的波形。 3.观察HDB3，AMI码的正负极性波形。 4.观察AMI码，HDB3码，CMI码，BPH码经过码型反变换后的输出波形。 5.自行设计码型变换电路，下载并观察波形。 3.实验仪器 各功能模块（实验箱） 20M双踪示波器一台 频率计（可选）一台 连接线若干 2.实验原理 二进制码元的数字基带传输系统
参考使用模块：信号源模块、码型变换模块、信道模拟模块、终端模块。 该通信系统的框图如图1所示。 图1 二进制码元的数字基带传输系统 该结构由信道信号形成器、信道、接收滤波器以及抽样判决器组成。这里信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号，信道可以是允许基带信号通过的媒质（例如能够通过从直流至高频的有线线路等）；接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰；抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。 基带信号是代码的一种电表示形式。在实际的基带传输系统中，并不是所有的基带电波形都能在信道中传输。例如，含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。单极性基带波形就是一个典型例子。再例如，一般基带传输系统都从接收到的基带信号流中提取定时信号，而收定时信号又依赖于代码的码型，如果代码出现长时间的连“0”符号，则基带信号可能会长时间出现0电位，而使收定时恢复系统难以保证收定时信号的准确性。归纳起来，对传输用的基带信号的主要要求有两点：（ 1）对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；（2）对所选码型的电波形要求，期望电波形适宜于在信道中传输。 （二）编码规则 1、NRZ 码 NRZ 码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电 平（这里为零电平）分别表示二进制信息“1”和“0”，在整个码元 期间电平保持不变。例如：