通信系统课程设计报告
数字基带传输系统的仿真实现
摘要
数字信号的基带传输是通信系统中的一个重要环节，对基带传输研究的意义在于现代通信系统中广义上的任一线性调制的频带传输系统均可等效为基带传输系统，即数字基带传输中本就包含了频带传输的一些基本问题。同时，就数字基带传输自身而言，随着数字通信技术的发展也被越来越多的应用。在基带传输理论学习过程中涉及到的信道编码、传输信道特性、接收滤波、抽样判决等环节存在较为抽象不易理解的问题，如果不经过实践环节，这些抽象的计算和变换难以较快的掌握。MATLAB是一款功能强大的工程技术数值运算跨平台语言，利用它的通信工具箱和可视化仿真模型库Simulink可有效实现通信系统的仿真。Simulink可对动态系统进行建模、仿真并对仿真结果进行分析，其可视化建模的特点尤其适合于通信系统仿真等工作。
关键词：Simulink；眼图；数字基带传输系统
前言
随着通信系统的规模和复杂度不断增加，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]2[。
数字信号的传输方式按其在传输中对应的信号的不同可分为数字基带传输系统和数字频带传输系统。不使用调制和解调而直接传输数字基带信号的系统称为数字基带传输系统。虽然在实际使用的数字通信系统中基带传输不如频带传输那样广泛，但是，对于基带传输系统的研究仍然是十分有意义的。1) 在频带传输制式里同样存在基带传输的问题(如码间干扰等)，因为信道的含义是相对的，若把调制解调器包括在信道中(如广义信道)，则频带传输就变成了基带传输。可以说基带传输是频带传输的基础。2) 随着数字通信技术的发展，基带传输这种方式也有迅速发展的趋势。目前,它不仅用于低速数据传输,而且还用于高速数据传输。3)理论上也可以证明，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统所替代。
对数字基带传输系统的仿真而言。仿真工具是MATLAB中的simulink模块对其仿真。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华仿真工具。运用MATLAB中的simulink可以对数字基带传输系统进行较为全面地研究。
目录
第1章数字基带传输系统的简介 (1)
1.1 概述 (1)
1.2 数字基带系统的简介 (1)
1.2.1 数字基带信号的基本要求 (1)
1.2.2 常用的基带传输信号 (2)
1.2.3 数字基带传输系统 (4)
第2章基带传输系统的特性 (6)
2.1 基带传输的基本方案和原理 (6)
2.1.1 基带传输的基本方案 (6)
2.1.2 基带传输的基本原理 (6)
2.2 基带传输的功率谱分析 (6)
2.3 基带传输系统设计中的误码 (8)
2.3.1 产生误码的原因 (8)
2.3.2 解决误码的方法 (8)
第3章基带传输系统的设计及仿真 (9)
3.1 基带传输系统的设计 (9)
3.1.1 信源的设计 (9)
3.1.2 发送滤波器和接收滤波器、信道的设计 (10)
3.1.3 脉冲生成器的设计 (10)
3.1.4 基带传输系统的总体设计 (11)
3.2 基带传输系统的仿真 (12)
参考文献 (14)
总结 (15)
致谢 (16)
第1章数字基带传输系统的简介
1.1 概述
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]1[。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,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]3[。
1.2 数字基带系统的简介
1.2.1 数字基带信号的基本要求
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]4[。
（1）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。
（2）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。（3）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 常用的基带传输信号
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--- HDB3码、分相码---Manchester码、传号反转码---CMI码以及4B3T 码等]8[。
（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。例如码元序列为10011010111100，AMI码为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2Tf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）三阶高密度双极性码--- 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HDB3码;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。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,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：码元序列为 1 0000 1 0 1 0000 1 0000 1 1
AMI码为 1 0000 -1 0 1 0000 –1 0000 1–1
HDB3码为 1 000V -1 0 1 -B00-V 1 000V -1 1
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，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同，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）传号反转码---CMI
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。
（4） 4B/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。
（5）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。
在本通信系统综合训练中就采用曼彻斯特码作为传输信号。
1.2.3 数字基带传输系统
基带传输包含着数字通信技术的许多问题，频带传输是基带信号调制后再传输的，因此频带传输也存在基带问题。基带传输的许多问题，频带传输同样须考虑。如果把调制与解调过程看作是广义信道的一部分，则任何数字传输系统均可等效为基带传输系统。理论上还可证明，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统来代替]9[。
数字基带系统的基本结构如图1.1所示：
图 1.1 数字基带系统的基本结构
（1）信道信号形成器：信道信号形成器的作用就是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，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。（2）滤波器：基带系统设计的核心问题是滤波器的选取，为了使系统冲激响应h(t)拖尾收敛速度加快，减小抽样时刻偏差造成的码间干扰问题，要求发送
滤波器应具有升余弦滚降特性；要得到最大输出信噪比，就要使接收滤波器特性与其输入信号的频谱共扼匹配e G G jwt R w T w 0)()(*
-=，同时系统函数满，H(ω)=GT(ω)GR(ω)考虑在t0时刻取样，上述方程改写为)()(*w T w G G R =，于是有)]([*)()(w H G G w w R T ==，因此，在构造最佳基带传输系统时要使用平方根升余弦滤波器作为滤波器。(2)
（3） 传输信道：信道是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，如市话电缆、架空明线等。信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，且含有加性噪声。因此本次系统仿真采用高斯白噪声信道。(3)
（4） 抽样判决器：抽样判决器是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。抽样判决关键在于判决门限的确定，由于本次设计采用双极性码，故判决门限为0。(1)
（5） 自同步法的同步提取电路：自同步法的同步提取电路有两部分组成，包括非线型变换处理电路和窄带滤波器或锁相环。非线型变换处理电路的作用是使接收信号或解调后的数字基带信号经过非线型变换处理电路后含有位同步分量或位同步信息。窄带滤波器或锁相环的作用是滤除噪声和其他频谱分量，提取纯净的位同步信号。
第2章 基带传输系统的特性
2.1 基带传输的基本方案和原理
2.1.1 基带传输的基本方案
常见的基带信号波形有：单极性波形、双极性波形、单极性归零波形和双极性归零波形。双极性波形可用正负电平的脉冲分别表示二进制码“1”和“0”，故当“1”和“O”等概率出现时无直流分量，有利于在信道中传输，且在接收端恢复信号的判决电平为零，抗干扰能力较强。而单极性波形的极性单一，且直流分量大，要求传输线路具有直流传输能力，不利于信道传输。归零信号的占空比小于1，即：电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平，这样的波形有利于同步脉冲的提取]6[。
因此在本设计中采用双极性归零码(1)（曼彻斯特码）作为基带信号。
2.1.2 基带传输的基本原理
信号电压在一个码元持续时间内回到0值，及在双极性码的基础上，所有码电位在当个码元持续时间内跳变到0电位，通常跳变时间在码元持续时间的一半。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 基带传输的功率谱分析
在通信中，除测试信号外，数字基带信号通常都是随机脉冲序列。因为若在数字通信系统所传输的数字序列不是随机的，而是确知的，则消息就不携带任何信息，通信就失去意义。研究随机脉冲序列的频谱，要从统计分析的角度出发，研究它的功率谱密度。
现在假设序列中任一码元序列时间Ts 内g 1（t ）和g 2（t ）出现的概率分别
为P ，1－P ，且认为它们的出现是互不依赖的（统计独立），则该序列s(t)可写成： )()
(t t s n n s ∑∞
-∞== （2-1） 其中
???---=P nT t g P nT t g t s s s n 1)()()(21以概率
以概率
由于)()(t u t s T T =，故当T →∞时，)(t s T 将变成)()()(t v t u t s +=
于是，)(t s 的功率密度谱Ps （w ）最后表示为
+--=+=221)()()()1()()(f G f G P P f w P P w P s v w u s
[])()()1()(2
21s m s s s mf f mf G P mf PG f --+∑∞-∞=δ （2-2） 式2-2是双边的功率谱密度表示式。如果写成单边的，则有
+-++--=)()0()1()0()()(0912)(2
212221f G P PG f f G f G P P f w P s s s δ 0),()()1()(22
1212≥--+∑∞=f mf f mf G P mf PG f s m s s s δ （2-3）
其中)(1f G 、)(2f G 分别为g1（t ）、g2（t ）的傅立叶变换, Ts
f s 1=。 从公式2-3可以得出如下结论：
（1） 随机脉冲序列功率谱包括两部分：连续谱和离散。
（2） 当g 1（t ）和g 2（t ）、p 、Ts 给定后，随机脉冲序列功率谱就确定了。
（3） 根据连续谱可以确定随机序列的宽度；根据离散谱可以确定随机序列是否包含直流成分（m=0）及定时信号(m=±1)。连续谱总存在，而离散谱视情况而定。
对于单极性波形：若假设g 1（t ）=0,g 2（t ）=g(t)随机脉冲序列的功率谱
密度（双边）为 )()()1()()1()(2
2s m s s
s s mf f mf G P f f G P P f w P --+-=∑∞-∞=δ
（2-4） 式中，)(f G 是)(t g 的频谱函数。当2
1=p ，且)(t g 为矩形脉冲，即 则（3-4）式将变成 )(41)(4)(2f fT Sa T w P s s s δπ+= （2-5） 可知有连续谱和直流分量。
对于双极性波形：若假设g 1（t ）=－g 2（t ）=g(t)，则有
+
-=2)()1(4)(f G P P f w P s s [])()()12(2s m s s m f f m f G P f --∑∞-∞=δ （2-6） 同理，当2
1=p ，且)(t g 为矩形脉冲，式（2-6）将变成 ?????≤==其它0
21)()(S T t t g t g
)()(2s s s fT Sa T w P π= （2-7）
由以上分析可以看出，随机脉冲序列的功率谱密度可能包括两个部分：连续谱[])(W P u 和离散谱[])(w P v 。对于连续谱而言，代表数字信息的g 1（t ）和
g 2（t ）不能完全相同，故)()(21f G f G ≠，因而)(w P u 总是存在的；对于离散谱来说，在一般情况下，它也总是存在的。但我们容易观察到，若g 1（t ）和g 2（t ）是双极性的脉冲，且波形出现概率相同，则式（2-3）中的第二、第三项为零，故此时没有离散谱。
分析数字信号的脉冲序列码的功率谱可以知道信号功率的分布，根据主要功率集中在哪个频段，可以确定信号带宽，进而考虑信道带宽和传输网络（滤波器、均衡器）的传输特性。同时利用它的离散谱是否存在这个特点，可以明确能否从脉冲序列中直接提取所需的离散分量和采取怎样的方法可以从序列中获得所需的离散分量，以便在接收端用这些成分作位同步定时等]10[。
2.3 基带传输系统设计中的误码
2.3.1 产生误码的原因
基带传输中的误码将造成基带系统传输误码率的提升，影响基带系统工作性能。误码是由接收端抽样判决器的错误判决造成的，造成错误判决的原因主要有两个：码间串扰和信道加性噪声的影响。
码间串扰是由于系统传输总特性（包括收发滤波器和信道特性）不理想，导致前后码元的波形畸变、展宽，并使前面波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽样时刻上，从而对当前码元的判决造成干扰。接收端能否正确恢复信息，在于能否有效地抑制噪声和减小码间串扰。
2.3.2 解决误码的方法
（1）码间串扰的解决方法
解决码间串扰的方法是要求基带系统的传输函数H(W)应具有理想低通特性和具有余弦滚降特性，理想低通特性应满足奈奎斯特第一准则： Ts
w Ts Ts i w H i ππ≤=+
∑,)2( （2-8） 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) 信道加性噪声的解决方法
解决信道加性噪声的方法有两个办法：一是在接收端进行抽样判决；二是 匹配滤波，使得系统输出信噪比最大。
第3章基带传输系统的设计及仿真
3.1 基带传输系统的设计
3.1.1 信源的设计
在输入端，要把二进制单极性码转化为双极性不规零码，即曼彻斯特码。编码方法是将二级制码“1”编成“10"，将“0”码编成“01”，在这里由于采用了二进制双极性不规零码，则将“1”编成“+1-1”码，而将“0”码编成“-1+1”码。采用SIMULINK中的Bernoulli Binary Generator(不归零二进制码生成器)、Pulse Generator(脉冲生成器)、Constant(常数源模块)、Product （乘法器）、Switch（开关电路）构成曼彻斯特码的生成电路。
模型连接方法如图3.1所示：
图3.1 信源的设计模块
模块参数设置：bernoulli binary generator（不归零二进制码生成器）的Prpbability of a zero（零码概率）设为0.5，sample time（采样时间）设为0.001，pulse generator（脉冲生成器）的pulse width（脉冲宽度）设为1，占空比为1／2，Attitude（幅度）设为1，phase delay（相位延迟）设为0，表示不经过延迟，switch（开关电路）的threshold（门限）设为0.5。constant （常数源输出）设置为1，输出常数1，设置为-1，输出-1。
Switch模块中3个输入分别接如图3.1所示的3个信号，当输入的第2个信号（二进制码）大于switch的门限值0.5时，输出为1，当输入的第2个信号（二进制码）小于switch的门限值0.5时，输出为0。此时，单极性不归
零码经过switch电路后成为双极性不归零码（+1-1+1…），pulse generator 用于产生占空比为1／2的单极性归零脉冲（10），经过switch开关电路后成为双极性归零脉冲（+1-1），两路双极性信号成为乘法器product的输入，相乘后的结果是：第1路不归零码的1码与第2路（+1-1）码相乘得到（+1-1），第1路-1码与第2路（+1-1）码相乘得到（-1+1）码，这就是曼彻斯特码。
3.1.2 发送滤波器和接收滤波器、信道的设计
为了减小码间干扰，在最大输出信噪比时刻输出信号，减小噪声干扰，传输模块由Discrete Filter（根升余弦传输滤波器）、AWGN Channel(高斯信道)、Discrete Filter（根升余弦接收滤波器）模块组成，其设计框图如图3.2所示：
图3.2 传输的设计模块
模块参数设置：SqIlare root Raised Cosine Filter（根升余弦滤波器）的attitude（幅值）设为1，Period（周期）设为0.5，pulse width（脉冲宽度）设为50％，Phase delay（相位延迟）设为0。AWGN Channel（高斯信道）的Initial seed（起始速度）设为67，mode（模式）设为Eb／No（信噪比），Eb／No设为100，Number of bits per symbor（每秒比特数）设为1，Imput symbolpower（输入功率）设为1，Symbol period（信号周期）为1。
发送端根升余弦传输滤波器用于对输入信号滤波成型，高斯信道中含有高斯白噪声，满足基带系统信道特征，接收端根升余弦接收滤波器用于匹配滤波，得到最大输出信噪比。
3.1.3 抽样判决电路的设计
利用Pulse Generatorl1（脉冲生成器1 ）、Product1（乘法器1）、Relay （滞环比较器）、Triggered Subsystem（触发器）构成抽样判决电路，并通过Pulse Generatorl2（脉冲生成器2 ）、Relay1（滞环比较器1）、Product1（乘法器1）模块对接收到的曼彻斯特码进行解码，其抽样判决电路及极性转换电路如图3.3所示：
图3.3 脉冲生成器的设计模块
模块参数设置：Switch的判决门限设为0，Pulse generatorl的占空比为1/2，相位延迟为0。
输入信号经Switch2被抽样判决，当信号大于0时输出为1，当信号小于0时输出为-1，Pulse Generatorl（脉冲生成器）的输出信号（101010 …）作为第2路信号与第1路Switch2输出信号相乘，结果是：第1路为（+1-1）时与第2路（10）相乘得到（+10），第1路为（-1+1）时与第2路（10）相乘得到（-10），完成对曼彻斯特码的解码。
解码后的信号是占空比为50％的双极性归零码，经Integer Delay（整数延迟）将占空比转换为100％，成为归零码，再经过switch3（开关电路）将双极性码转换成单极性码，得到与信源相同的码型。Error Rate Calculation 3.1.4 基带传输系统的总体设计
基带传输系统的总体设计模块如图3.4所示：
图3.4 基带传输系统的总体设计模块
3.2 基带传输系统的仿真
Scope（示波器）的波形图如图3.5所示：
图3.5 曼切斯特码的波形图
第一行波形是信源输入的单极性码元，，第二行波形是曼彻斯特编码模块后产生的码元，即曼彻斯特码。
Scope1（示波器1）的波形图如图3.6所示：
图3.6 Scope1（示波器1）的波形图
第一行波形是曼彻斯特码通过SqIlare root Raised Cosine Filter（根升余弦滤波器）产生的波形，将该信号送到传输信道中，滤除高频成分得到的。
第二行是第一行波形进过加性高斯白噪声信道传输并通过接收滤波器滤除噪声后的波形，第三行是经过抽样判决器抽样和判决再生产生的曼彻斯特码，第四行是信源端发送的信号波形，与第三行的基带信号比较，波形相同，这说明所设计的基带系统没有产生误码，达到了抗码间干扰和抗噪声干扰的目的。
接收滤波器观察到的眼图如图3.7所示：
图3.7 滤波器观察到的眼图
从图中可看出，在信噪比为100 dB下观察眼图，“眼睛”睁开的角度很大，且没有“杂线”，说明系统在该信噪比下具有很好的抗码间干扰能力。
信号输入与输出的功率谱如图3.8所示:
图3.8 信号输入与输出的功率谱
参考文献
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[11] MATLAB7.0基础教程[M]. 北京：清华大学出版社, 2005
总结
本次训练是建立一个数字基带传输模型，采用曼彻斯特码作为基带信号,根升余弦滤波器作为发送端和接收端滤波器，可以实现匹配滤波、减小系统码间干扰，采用抽样判决电路恢复重建信号，抵抗噪声干扰。在Simulink下搭建系统模块，示波器可以观测到的各点波形及眼图的观测的结果得出：基带系统的训练达到了预期要求，且具有较好的抗码间干扰能力。
Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义,也使我对Simulink中各个模块的作用及参数设置有了更深一步的认识。
总之，通过本通信系统综合训练整个过程，使我明确了解决问题的一般思路和多元性方法，培养了我的工程思维方式。让我深深体会到平时对课本知识学习的重要性，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手的能力和独立思考的能力。
致谢
本次的综合训练是在导师陈老师精心指导和大力支持下完成的。陈老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。她渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。在此我要向陈老师致以最衷心的感谢和深深的敬意！
同时也感谢我的同学，由始至终，陪我一起克服困难，对我给予了很多的帮助，细心爱护都给了我很大的精神动力，在此表示深深的感激。
数字电路课程设计题目选编 1、基于DC4011水箱水位自动控制器的设计与实现 简介及要求：水箱水位自动控制器，电路采用CD4011 四与非门作为处理芯片。要求能够实现如下功能：水 箱中的水位低于预定的水位时，自动启动水泵抽水； 而当水箱中的水位达到预定的高水位时，使水泵停止 抽水，始终保持水箱中有一定的水，既不会干，也不 会溢，非常的实用而且方便。 2、基于CD4011声控、光控延时开关的设计与实现 简介及要求：要求电路以CD4011作为中心元件，结合外围 电路，实现以下功能：在白天或光线较亮时,节电开关呈关闭 状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态， 当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开 启节电开关。灯亮后经过40秒左右的延时节电开关自动关闭， 灯灭。 3、基于CD4011红外感应开关的设计与实现 在一些公共场所里，诸如自动干手机、自动取票机等，只要人手在机器前面一晃，机器便被启动，延时一段时间后自动关闭，使用起来非常方便。要求用CD4011设计有此功能的红外线感应开关。 4、基于CD4011红外线对射报警器的设计与实现 设计一款利用红 外线进行布防的防盗 报警系统，利用多谐振 荡器作为红外线发射 器的驱动电路，驱动红 外发射管，向布防区内 发射红外线，接收端利用专用的红外线接收器件对发射的 红外线信号进行接收，经放大电路进行信号放大及整形， 以CD4011作为逻辑处理器，控制报警电路及复位电路，电
路中设有报警信号锁定功能，即使现场的入侵人员走开，报警电路也将一直报警，直到人为解除后方能取消报警。 5、基于CD4069无线音乐门铃的设计与实现 音乐门铃已为人们所熟知，在一些住宅楼中都 装有音乐门铃，当有客人来访时，只要按下门铃按 钮，就会发出“叮咚”的声音或是播放一首乐曲， 然而在一些已装修好的室内，若是装上有线门铃， 由于必须布线，从而破坏装修，让人感到非常麻烦。 采用CD4069设计一款无线音乐门铃，发射按键与接 收机间采用了无线方式传输信息。 6、基于时基电路555“叮咚”门铃的设计与实现 用NE555集成电路设计、制作一个“叮咚”门铃，使该装置能够 发出音色比较动听的“叮咚”声。 7、基于CD4511数显八路抢答器的设计与实现 CD4511是一块含BCD-7段锁存、译码、驱动电路于一体的集成 电路。设计一款基于CD4511八路抢答器，该电路包括抢答，编 码，优先，锁存，数显和复位。 8、基于NE555+CD4017流水彩灯的设计与实现 以NE555和CD4017为核心，设计制作一个流水彩灯，使之通 过调节电位器旋钮，可调整彩灯的流动速度。 9、基于用CD4067、CD4013、 NE555跑马灯的设计与实 现
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
数字系统设计与verilog HDL课程设计 设计题目：实用多功能数字钟 专业：电子信息科学与技术 班级：0313410 学号：031341025 姓名：杨存智 指导老师：黄双林
摘要 本课程设计利用QuartusII软件Verilog VHDL语言的基本运用设计一个多功能数字钟，经分析采用模块化设计方法，分别是顶层模块、alarm、alarm_time、counter_time、clk50mto1、led、switch、bitel、adder、sound_ddd、sound_ddd_du模块，再进行试验设计和软件仿真调试，分别实现时分秒计时、闹钟闹铃、时分秒手动校时、时分秒清零，时间保持和整点报时等多种基本功能。 单个模块调试达到预期目标，再将整体模块进行试验设计和软件仿真调试，已完全达到分块模式设计功能，并达到设计目标要求。 关键字：多功能数字钟、Verilog、模块、调试、仿真、功能
目录 1．课程设计的目的及任务............................................................. 错误！未定义书签。 1.1 课程设计的目的 (3) 1.2 课程设计的任务与要求 (4) 2．课程设计思路及其原理 (4) 3．QuartusII软件的应用 (5) 3.1工程建立及存盘 (5) 3.2工程项目的编译 (5) 3.3时序仿真 (6) 4．分模块设计、调试、仿真与结果分析 (7) 4.1 clk50mto1时钟分频模块 (7) 4.2 adder加法器模块 (7) 4.3 hexcounter16 进制计数器模块 (7) 4.4 counter_time 计时模块 (8) 4.5 alarm闹铃模块 (8) 4.6 sound_ddd嘀嘀嘀闹铃声模块 (9) 4.7 sound_ddd_du嘀嘀嘀—嘟声音模块 (9) 4.8 alarm_time闹钟时间设定模块 (10) 4.9 bitsel将输出解码成时分秒选择模块 (10) 4.10 switch去抖模块 (11) 4.11 led译码显示模块 (11) 4.12 clock顶层模块 (12) 5．实验总结 (13) 5．1调试中遇到的问题及解决的方法 (13) 5.2实验中积累的经验 (14) 5.3心得体会 (14) 6．参考文献 (14) 1.1 课程设计的目的 通过课程设计的锻炼，要求学生掌握V erilog HDL语言的一般设计方法，掌握VerilogHDL语言的基本运用，具备初步的独立设计能力，提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力，基于实践、源于实践，实践出真知，实践检验真理，培养学生的
成绩 西安邮电大学 《通信原理》软件仿真实验报告 实验名称：数字基带系统 院系：通信与信息工程学院 专业班级：通工1005班 学生姓名：郑灏 学号：03101150 （班内序号）04 指导教师：张明远 报告日期：2012年9月8日
●实验目的： 1、熟悉仿真环境； 2、掌握数字基带信号的常用波形与功率谱密度； 3*、掌握奈奎斯特第一准则与码间干扰的消除； 4*、掌握眼图及其性能参数。 ●仿真设计电路及系统参数设置： 1、模拟图一 时间参数：No. of Samples = 4096；Sample Rate = 2000Hz Rate = 100Hz； 双极性码Amp = 10V；单极性码Amp = 10V，Offset = 10V； 功率谱密度选择（dBm/Hz 1 ohm）； 用于采样的矩形脉冲序列幅度1V，频率100Hz；脉宽0.005s（占空比50%）； 2、模拟图二 图符0为Rate = 100Hz，Amp = 10V的双极性不归零码 通带增益0dB，阻带增益-40dB；
归一化最低截止频率10Hz/2000Hz = 0.005； 归一化最高截止频率190Hz/2000Hz = 0.095； 分别记录信源与信宿的眼图，时间参数如下： Start = 0.02s，Length = 0.05s； 仿真波形及实验分析： 1、记录单、双极性不归零码的波形与功率谱密度 （1）单极性不归零码的波形：矩形波不归零，幅度10V,频率100Hz，Offset=10V （2）单极性不归零码的功率谱密度：第一零点带宽100H z，可看到明显的直流分量和谐波分量
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)
课程设计报告 实践课题：VHDL与数字系统课程设计 学生：XXX 指导老师：XXX、XXX 系别：电子信息与电气工程系 专业：电子科学与技术 班级：XXX 学号：XXX
一、设计任务 用VHDL设计一个简单的处理器，并完成相关的仿真测试。 .设计要求： 图1是一个处理器的原理图，它包含了一定数量的寄存器、一个复用器、一个加法/减法器（Addsub）,一个计数器和一个控制单元。 图1 简单处理器的电路图 数据传输实现过程：16位数据从DIN输入到系统中，可以通过复用器分配给R0~R7和A，复用器也允许数据从一个寄存器传通过Bus送到另外一个寄存器。 加法和减法的实现过程：复用器先将一个数据通过总线放到寄存器A中，然后将另一个数据放到总线上，加法/减法器对这两个数据进行运算，运算结果存入寄存器G中，G中的数据又可根据要求通过复用器转存到其他寄存器中。 1）Rx ←[Ry] :将寄存器Ry中的内容复制到Rx； 2）Mvi Rx，#D ：将立即数存入寄存器Rx中去。 所有指令都按9位编码（取自DIN的高9位）存储在指令存储器IR中，编编码规则为IIIXXXYYY，III表示指令，XXX表示Rx寄存器，YYY表示Ry寄存器。立即数#D是在mvi指令存储到IR中之后，通过16位DIN输入
的。 有一些指令，如加法指令和减法指令，需要在总线上多次传输数据，因此需要多个时钟周期才能完成。控制单元使用了一个两位计数器来区分这些指令执行的每一个阶段。当Run信号置位时，处理器开始执行DIN输 时间 指令 T0T1T2T3 (mv):I0 (mvi):I1 (add):I2 (sub):I3 IR in IR in IR in IR in RY out,RX in,Done DIN out,RX in,Done RX out,A in RX out,A in ---- ---- RY out,G in,Addsub RY out,G in,Addsub ---- ---- G out,RX in,Done G out,RX in,Done 二、实现功能说明 2.1 mv Rx,Ry 实现的功能：将寄存器Rx的值赋给寄存器Ry（以mv R0, R5为例） （1 ）计数器为“00”时,指令寄存器的置位控制信号输入端IRin=1有效，将DIN输入的数据的高9位锁存。 置位的控制信号如图3加粗黑线所示。 图3 （2）计数器为“01”时,首先控制单元根据设计器为“00”时输入的指令，向复用器发出选通控制信号，复用器根据该控制信号让R5的值输出到总线上，然后控制单元控制寄存器R0将总线上的值锁存，完成整个寄存器对寄存器的赋值过程。置位的控制信号和数据流如图4加粗黑线所示。 图4
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。
交通灯控制电路 摘要 在一个交通繁忙的十字路口，没有交通灯来控制来往车辆和行人的通行，假设也没有交警，那会发生什么事情呢？后果是难以想象的，可能会陷入一片混乱，甚至瘫痪。当然我们每个人都不希望这样。我们作为社会的一员，每人都有责任为它的更加先进和快捷做出力所能及的事情。我设计的这个交通控制系统可以通过交通灯控制东西方向车道和南北方向车道两条主次交叉道路上的车辆交替运行,用以减少交通事故的发生概率。并且经过这次实验使得我对电子技术课程内容的理解和掌握有了更深一层的认识，也学会使用半导体元件和集成电路，掌握电子电路的基本分析方法和设计方法，进一步提高分析解决实际问题的综合能力，也为将来的就业或继续深造做好准备。 一、任务 在城市道路上的交叉路口一般设置有交通灯，用于管理两条道路通行车辆。现有一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉口，为确保车辆安全、迅速的通行，在交叉路口的每条道上设置一组交通灯，交通灯由红、黄、绿3色组成。红灯亮表示此通道禁止车辆通过路口；黄灯亮表示此通道未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该通道车辆可以通行。要求设计一交通灯控制电路以控制十字路口两组交通灯的状态转换，指挥车辆安全通行。指挥车辆安全通行。 设计要求 1、基本要求 （1）设计一个十字路口交通灯控制电路，要求主干道与支干道交替通行。 主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为60秒。支干道 通行时，支干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30秒。 （2）每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮5秒钟。此时另一路口红灯也不变。 （3）黄灯亮时，要求黄灯闪烁，频率为1Hz。 2、发挥部分 要求在绿灯亮（通行时间内）和红灯亮（禁止通行时间内）均有倒计时显示。 二、设计方案选取与论证 1、所选方案的理由：本设计的交通灯控制电路是综合运用了74LS192芯片、7474芯片和NE555芯片等的集成电路。根据任务要求，用单片机或分立组件来实现是比较容易的，但是由于要求不能使用单片机设计，因此使用数字电路课程里学过的知识，运用它们来设计分析电路。即使用分立组件来实现。 2、方案的可行性、优缺点
数字电路课程设计 一、概述 任务:通过解决一两个实际问题,巩固与加深在课程教学中所学到的 知识与实验技能,基本掌握常用电子电路的一般设计方法,提高电子电路 的设计与实验能力,为今后从事生产与科研工作打下一定的基础。为毕业设计与今后从事电子技术方面的工作打下基础。 设计环节:根据题目拟定性能指标,电路的预设计,实验,修改设计。 衡量设计的标准:工作稳定可靠,能达到所要求的性能指标,并留有适当的裕量;电路简单、成本低;功耗低;所采用的元器件的品种少、体积小并且货源充足;便于生产、测试与维修。 二、常用的电子电路的一般设计方法 常用的电子电路的一般设计方法就是:选择总体方案,设计单元电路,选择元器件,计算参数,审图,实验(包括修改测试性能),画出总体电路 图。 1.总体方案的选择 设计电路的第一步就就是选择总体方案。所谓总体方案就是根据所 提出的任务、要求与性能指标,用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体,来实现各项功能,满足设计题目提出的要求与技术指标。 由于符合要求的总体方案往往不止一个,应当针对任务、要求与条件,查阅有关资料,以广开思路,提出若干不同的方案,然后仔细分析每个方案的可行性与优缺点,加以比较,从中取优。在选择过程中,常用框图表示各种方案的基本原理。框图一般不必画得太详细,只要说明基本原理就可以了,但有些关键部分一定要画清楚,必要时尚需画出具体电路来加以分 析。 2.单元电路的设计 在确定了总体方案、画出详细框图之后,便可进行单元电路设计。 (1)根据设计要求与已选定的总体方案的原理框图,确定对各单元电路 的设计要求,必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标,应注意各单元 电路的相互配合,要尽量少用或不用电平转换之类的接口电路,以简化电 路结构、降低成本。
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，
< 课程设计报告% VHDL与数字系统课程设计 实践课题： 学生： XXX 指导老师： XXX、XXX 系别：电子信息与电气工程系 专业：电子科学与技术 班级： XXX 学号： XXX {
！ 一、设计任务 用VHDL设计一个简单的处理器，并完成相关的仿真测试。 .设计要求： 图1是一个处理器的原理图，它包含了一定数量的寄存器、一个复用器、一个加法/减法器（Addsub）,一个计数器和一个控制单元。 图1 简单处理器的电路图 数据传输实现过程：16位数据从DIN输入到系统中，可以通过复用器分配给R0~R7和A，复用器也允许数据从一个寄存器传通过Bus送到另外一个寄存器。 》 加法和减法的实现过程：复用器先将一个数据通过总线放到寄存器A中，然后将另一个数据放到总线上，
他寄存器中。 下表是该处理所支持的指令。 1）Rx ← [Ry] :将寄存器Ry中的内容复制到Rx； 2）Mvi Rx，#D ：将立即数存入寄存器Rx中去。 所有指令都按9位编码（取自DIN的高9位）存储在指令存储器IR中，编编码规则为IIIXXXYYY，III表示指令，XXX表示Rx寄存器，YYY表示Ry寄存器。立即数#D是在mvi指令存储到IR中之后，通过16位DIN 输入的。 有一些指令，如加法指令和减法指令，需要在总线上多次传输数据，因此需要多个时钟周期才能完成。控制单元使用了一个两位计数器来区分这些指令执行的每一个阶段。当Run信号置位时，处理器开始执行DIN输 二、实现功能说明 mv Rx,Ry 实现的功能：将寄存器Rx的值赋给寄存器Ry（以mv R0, R5为例） （1 ）计数器为“00”时,指令寄存器的置位控制信号输入端IRin=1有效，将DIN输入的数据的高9位锁存。置位的控制信号如图3加粗黑线所示。
数字系统设计（课程设计） 要求： 1．自选题目：结合自己的工作设计一个数字系统，给出系统的功能要求，再进行设计。 2．设计与调试：用VHDL进行数字系统的设计，运用Modelsim等软件上机仿真、调试，给出实验结果。 3．提交设计报告：给出设计方案，画出设计的总体框图以及功能分割图； 并作相应说明；打印各层次的VHDL文件；给出测试结果。 如无自选题目，可在下面题目中选择。
数字频率计的设计 一、设计目的 1．学习数字系统设计方法。 2．设计一个数字频率计。 二、设计说明 数字频率计是一种常用的测量仪器。“频率”是指周期性信号在单位时间（1S）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得某周期性信号的重复变化次数为N，则该信号的频率为 f＝N /T 数字频率计测量频率的原理框图如图（一）所示。 图（一） 脉冲形成电路将被测信号转换为脉冲信号，脉冲信号频率等于被测信号频率fs。时基信号发生器提供标准的时间脉冲信号。门控电路产生计数允许信号，其宽度为单位时间T，如1s、100ms等。闸门电路由计数允许信号进行选通，计数允许信号到达时，被测脉冲信号通过闸门进入计数译码显示电路，计数允许信号结束时，闸门关闭，计数器停止计数，若计数器的计数值为N，则fs＝N/T。 三、设计内容 ※（在1、2中选做一项） 1．设计一个三位十进制数字式频率计,测量范围为1Hz～1MHz；量程分10KHz、100KHz、1MHz三档，量程根据信号频率高低作自动转换,采用1秒记忆显示方式, (送入信号应是满足CMOS电路要求的脉冲波或正弦波) 。 读数大于999时,频率计处于超量程状态, 显示器发出溢出指示, 下次测量时, 量程自动增加一档. 读数小于099时,频率计处于欠量程状态, 下次测量时, 量程自动减小一档. 采用记忆显示方式, 计数过程中不刷新数据, 等计数过程结束后, 显示计
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)
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，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 由于 可得： 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）当基带脉冲波形()g t 为 ()g t 的付式变换()G f 为 因此 式中： 1 s s f T = 。 所以，该二进制序列不存在离散分量。 3）当基带脉冲波形()g t 为
()g t 的付式变换()G f 为 因此 式中： 1s s f T = 。 所以，该二进制序列存在离散分量。 【题4－3】设二进制数字基带信号的基本脉冲序列为三角形脉冲，如下图所示。图中s T 为码元宽度，数字信息1和0分别用()g t 的有无表示，且1和0出现的概率相等： 1）求数字基带信号的功率谱密度； 2）能否重该数字基带信号中提取同步所需的频率1 s s f T =的分量若能，计 算该分量的功率。 【答案4－3】 1）由图得 ()g t 的频谱函数()G ω为 由题设可知 所以 代入二进制数字基带信号的双边功率谱密度函数表达式，可得 2）二进制数字基带信号的离散谱分量()v P ω为 当1m =±时，s f f =±，代入上式可得 因为该二进制数字基带信号中存在1s s f T =的离散分量，所以能从该数字基带信号中提取码元同步所需的频率1s s f T =的分量。 该频率分量的功率为 【题4－5】已知信息代码为，求相应的AMI 码、HDB3码、PST 码及双相码。 【答案4－5】 AMI 码： +10000 0000 –1＋1 HDB3码； +1000+V-B00-V0+1-1
Verilog HDL数字系统设计 课程设计 课题:RISC_CPU设计与验证 第一章:RISC_CPU概述(5 1.1课题的由来和设计环境介绍(5 1.2什么是CPU (5 第二章:RISC_CPU结构(6 2.1 RISC_CPU整体结构(6 2.2 时钟发生器(7 2.2.1 时钟发生器的介绍(7 2.2.2 时钟发生器symbol(8 2.2.3 时钟发生器RTL(8 2.2.4 时钟发生器源代码(8 2.2.5 时钟发生器测试代码(9 2.2.6 时钟发生器仿真波形(10 2.3指令寄存器(10 2.3.1 指令寄存器介绍(10 2.3.2 指令寄存器symbol(11 2.3.3 指令寄存器RTL(11
2.3.4 指令寄存器源代码(11 2.3.5 指令寄存器测试代码(12 2.3.6指令寄存器仿真波形(13 2.4 累加器(13 2.4.1 累加器介绍(13 2.4.2 累加器symbol(13 2.4.3 累加器RTL(14 2.4.4 累加器源代码(14 2.4.5 累加器仿真代码(14 2.4.6 累加器仿真波形(15 2.5 算术运算器(15 2.5.1 算术运算器介绍(15 2.5.2 算术运算器symbol(16 2.5.3 算术运算器RTL(17 2.5.4 算术运算器源代码(18 2.5.5 算术元算器测试代码(19 2.5.6 算术运算器仿真波形(20 2.6数据控制器(20 2.6.1 数据控制器介绍(20
2.6.2 数据控制器smybol(20 2.6.3 数据控制器RTL(21 2.6.4 数据控制器源代码(21 2.6.5 数据控制器测试代码(22 2.6.6 数据控制器仿真波形(22 2.7 地址多路器(22 2.7.1地址多路器介绍(22 2.7.2 地址多路器smybol(23 2.7.3 地址多路器RTL(23 2.7.5 地址多路器测试代码(23 2.7.6 地址多路器仿真波形(24 2.8程序计数器(24 2.8.1 程序计数器介绍(24 2.8.2 程序计数器symbol(25 2.8.3 程序计数器RTL(25 2.8.4 程序计数器源代码(25 2.8.5 程序计数器测试代码(26 2.8.6 程序计数器仿真波形(26 2.9 状态控制器(27
基于s i m u l i n k的数字基带传输系统仿真 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
基于s i m u l i n k的数字基带传输系统仿真 【摘要】本课题主要是通过构建数字基带传输系统的各组成模块，包括信号发送，信号接受，谱分析和误码分析部分，从而对数字基带传输系统有深刻的认识。主要研究方法是利用Simulink软件进行数字基带传输系统的仿真，将各组成模块连接与封装，从而仿真出整个基带传输系统，最后通过调节噪声方差值的不同，运行并分析结果。研究的目的在于，熟悉基带传输系统各个环节，从而对基带传输系统有更深刻的了解。仿真的结果表明，在噪声较小的情况下误码率较小，较大的情况下则较大，而且各个模块基本可以完成其相对应的功能。本课题使用的MATLAB软件是当今最优秀的科技应用软件之一，它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。 【关键词】数字基带传输系统；升余弦滤波器；数字基带信号；SIMULINK 1 引言 通过对计算机仿真的了解，对计算机仿真在工程领域的运用，可以体会到它的优点仿真软件matlab在控制领域以及通信，数字信号处理等等领域都有它强大的生命力。其功能的完善奠定了它在各个领域的仿真的地位。通过对simulink的使用会对数字基带传输系统的各个部分具有更加直观而深刻的理解，对通信系统的仿真，以及各个波形的仿真，可以很直观的理解各个模块的功能以及注意的问题。需要仿真的包括基带信号，发送滤波器、接受滤波器、信道、定时系统、抽样判决系统、误码率分析模块眼图模块。 现在通信系统是非常复杂和庞大的大规模系统，在各种噪声和干扰的存在下，一般很难通过解析的方法求得系统的精确数学描述。在这种情况下系统仿真就成为了一个极为有效的工具[2]。此外，在对现代通信系统协议、新算法和新体系结构的设计当中，直接进行试验测试几乎是不可能的，因为这些新系统、新算法、和新的体系结构根本就还没有实现，在这种情况下只能通过仿真来检验所考察的对象，从而验证这些新的结论，以及方法。在将来的科研以及教学当中matlab/simulink将会发挥很大的作用，一些科研所都在使用此软件，所以作为学生，或是研究者很有必要掌握这个重要的软件，从而对自己的工作或是学习带来方便。 2 基带传输系统介绍 基本传输系统 信号波形，传输码型，以及频谱特性的是研究的重点，核心是研究如何设计基带传输总特性，以消除码间串扰，以及如何有效地减小信道加性噪声的影响，从而提高系统抗噪声性能。最后通过眼图，误码率仪，等观测系统性能。整个传输系统的构成主要有：信源，发送设备，信道，接收设备，同步定时设备，判决抽样设备，误码率仪，眼图，功率谱仪等构成。其构成框图如下：图3-5数字基带信号传输系统的组成 1、信道信号形成器（发送滤波器）：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：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) ，并假设它是均值为零的高斯白噪声。 3、接收滤波器：它用来接收信号，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：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、同步提取：用同步提取电路从接收信号中提取定时脉冲。 传输系统各点波形
数字系统课程设计1指导书 1、设计题目：多功能数字钟 1.1基本功能 1.1.1设计一台能以十进制数字显示"时"、"分"、"秒"的数字式电子钟以LED数码管作为显示器件。小时为24进制，分和秒为60进制。 1.1.2具有校时功能：时、分通过按键进行校正，秒校正通过按键清零。 1.2选做功能 1.2.1为校时按钮添加去抖电路。 1.2.2整点报时功能。 1.2.3亦可添加其它功能，如闹钟等，可获得加分。 2、设计工作任务及工作量的要求 1)根据设计题目要求，查阅相关资料，分析工作原理，选择所需电子元器件。 2)画出总体设计框图，设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。选择合适的元器件， 设计、选择合适的输入信号和输出方式，在确保电路正常工作的同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。 3)在Multisim中进行原理图设计，并进行仿真。 4)所撰写课程设计报告，须体现上述要求。以文字说明数字钟由哪些相对独立的功能 模块组成，标出各个模块之间互相关系，时钟信号传输路径、方向和频率变化。并介绍电子钟的使用方法。 5)报告中需要添加原理图，且文字性描述不得少于2500字。 3、注意事项 1)验收需要提供Multisim工程文件，并进行仿真演示。 2)提交报告开始日期为下学期第二周周一，截止期为下学期第二周周末。 3)使用A4纸打印，设计报告不规范者，将酌情扣分。 4、原理提示 4.1整体结构设计 一个简单的电子钟有震荡器、分频器、计秒电路、计分电路、计时电路、译码显示电路等组成。现给出整体结构设计图（图1）。
图1 电子钟的整体框图 4.2主要电路设计 请按照提示，给出各个子模块的详细设计图。 4.2.1振荡电路 可以直接使用Multisim中的时钟脉冲发生器产生。 4.2.2时间计数器电路 1)时间计数器电路由时、分、秒计数器构成，它们均产生两位BCD编码。 2)秒、分计数器的设计：秒、分计数器均为60进制，可以分别采用两个74160（亦可采 用其它计数器）来实现。秒、分计数器内部可采用同步方式进位，秒计数器向分计数器的进位可采用异步方式。 3)小时计数器的设计：采用24小时制，小时计数器为模24计数，通用采用2个74160 来实现，内部可采用同步方式进位，而分钟向小时的进位，可采用异步方式。 4.2.3校时电路的设计 秒位不进行校时，只需通过按键控制74160上的异步复位端将其复位即可。分、小时的校时，可以在低位进位的基础上，加上某种逻辑（与？或？），并使用开关控制，强制产生一次脉冲即可。 4.2.4选做内容 通过查阅资料，自行设计。
内蒙古工业大学信息工程学院 实 验 报 告 课程名称： 通信原理 实验名称： 数字基带通信系统 实验类型：验证性□ 综合性□ 设计性□ 实验室名称： 格物楼B 座通信实验室102 班级：电子09-1班 学号： 姓名： 组别： 同组人： 成绩： 实验日期： 2012/6/11
预习报告 一、实验目的 1. 了解完整的数字基带通信系统的组成及各部分功能。 2. 掌握汉明码的编码规则，了解信道编码在通信系统中的作用。 1.掌握高斯白噪声、带限信道的概念，加深对信道模型的理解。 2.掌握同步信号在数字通信系统中的作用。 3.掌握眼图波形与信号传输畸变的关系。 二、实验器材 1. 信号源模块 2．信道模拟模块 3. 终端模块 4.同步信号提取模块 5. 20MHz双踪示波器一台 4.误码率测试仪（可选）一台 5.频率计（选用）一台 6.连接线若干 三、预习要求 1.复习信道模拟、差错控制编码、位同步提取等数字基带系统原理。 2.写出实验方案和步骤，完成“实验内容及步骤”之中的第一项内容。 3.完成预习报告，应包括实验名称、目的、方案、步骤和记录表格等。
实验报告 一、实验目的 1. 了解完整的数字基带通信系统的组成及各部分功能。 2. 掌握汉明码的编码规则，了解信道编码在通信系统中的作用。 7.掌握高斯白噪声、带限信道的概念，加深对信道模型的理解。 8.掌握同步信号在数字通信系统中的作用。 9.掌握眼图波形与信号传输畸变的关系。 二、实验器材 1. 信号源模块 2．信道模拟模块 3. 终端模块 5.同步信号提取模块 5. 20MHz双踪示波器一台 10.误码率测试仪（可选）一台 11.频率计（选用）一台 12.连接线若干 三、预习要求 1.复习信道模拟、差错控制编码、位同步提取等数字基带系统原理。 2.写出实验方案和步骤，完成“实验内容及步骤”之中的第一项内容。 3.完成预习报告，应包括实验名称、目的、方案、步骤和记录表格等。 四、实验原理 图4-1 数字基带通信系统实验框图 1.信道 在数字通信系统中，如果我们仅着眼于讨论编码和译码，采用编码信道的概念是十分有益的。所谓编码信道是指编码器输出端到译码器输入端的部分。这样定义是因为从编译码的角度看来，编码器的输出是某一数字序列，而译码器的输入同样也是某一数字序列，他们可能是不同的数字序列。因此，从编码器输出端到译码器输入端，可以用一个对数字序列进行变换的方框来加以概括。 本实验中可选用无限带宽信道和带限（8K）信道。测量眼图来观察出码间干扰和噪声的影响时应选用带限（8K）信道，从而估计出系统性能的优劣程度。
通信工程专业《通信仿真综合实践》研究报告 基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真设计 学生姓名：*** 学生学号：20***** 指导教师：** 所在学院：信息技术学院 专业班级：通信工程 中国 2016 年5月
信息技术学院 课程设计任务书 信息技术院通信工程专业 20** 级，学号 201***** 姓名 **** 一、课程设计课题： 基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真设计 二、课程设计工作日自 2016 年 5 月 12 日至 2016 年 5 月 24 日 三、课程设计进行地点：图书馆 四、程设计任务要求： 1.课题来源: 指导教师指定题目 2.目的意义:. 1）综合应用《掌握和精通MATLAB》、《通信原理》等多门课程知识，使学生建立通信系统的整体概念 2）培养学生系统设计与系统开发的思想 3）培养学生独立动手完成课程设计项目的能力 3.基本要求: 1) 数字基带信号直接送往信道： 2）传输信道中的噪声可以看作加性高斯白噪声 3）可用滤波法提取定是信号 4）对传输系统要有清楚的理论分析 5）把整个系统中的各个子系统自行构造，并对其性能进行测试 6）最终给出信号的仿真结果（信号输出图形） 课程设计评审表
基于MATLAB 的数字基带传输系统的仿真 概述 ：本课程设计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。首先介绍了本课题的理论依据及相关的基础知识，包括数字基带信号的概念，数字基带传输系统的组成及各子系统的作用，及数字基带信号的传输过程。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。 第一部分 原理介绍 一、数字基带传输系统 1）数字基带传输系统的介绍 未经调制的数字信号所占的频谱是从零频或很低频率开始,称为数字基带信号。在某些具有低通特性的有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下,基带信号可以不经载波调制而直接传输。这种不经载波调制直接传输数字基带信号的系统，称为数字基带传输系统。 数字基带系统的基本结构可以由图1 的模型表示.其中包括发送滤波器、传输信道、接收滤波器、抽样判决等效为传输函数为H (w) 基带形成网络,对于无码间干扰的基带传输系统来说, H (w) 应满足奈奎斯特第一准则, 在实验中一般取H (w) 为升余弦滚降特性.在最佳系统下, 取C(w) = 1,GT (w) 和GR(w) 均为升余弦平方根特性.传输信道中的噪声可看作加性高斯白噪声, 用产生高斯随机信号的噪声源表示. 位定时提取电路,在定时精度要求不高的场合, 可以用滤波法提取定时信号,滤波法提取位定时的原理可用图2表示。 图1 基带传输系统模型 设发送滤波器的传输特性 , 则 ω ωπ d e H t g jwt R ? ∞ ∞ -= )(21 )()(ωT G