摘要
数字基带传输系统是《通信原理》课程中非常重要的一部分基础性内容。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，这种通信系统我们称它为基带传输系统。它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输。本次综合训练通过分析数字基带信号传输的特性,运用MATLAB 动态系统仿真平台SIMULINK进行仿真,在对数字基带传输系统进行分析基础上，描述了仿真模型的建立、实现以及仿真结果分析,并分析系统的误码率。
关键词：数字基带传输系统；MATLAB；Simulink；眼图
前言 (2)
第1章数字信号基带传输系统 (3)
1.1 数字信号基带传输系统的理论分析 (3)
1.2 数字信号基带传输系统设计方案 (8)
第2章 SIMULINK下数字基带信号传输系统的设计 (10)
2.1 信源 (10)
2.2 发送滤波器和接收滤波器、信道 (12)
2.3 抽样判决器 (13)
第3章基带传输系统设计总图及其仿真结果 (14)
3.1 基带传输系统设计总图及各点输出波形 (14)
3.2 眼图观测结果 (15)
3.3 发送信号和接收信号的功率谱 (15)
3.4 传输过程误码率 (16)
总结 (17)
致谢 (18)
参考文献 (19)
为了加深对通信系统的理解，其中的一些概念、原理往往需要用实验来澄清，而且该实验几乎无法用硬件实现; 一些替代性的实验，其实验结果由于受多种因素影响，也往往不能满足要求。因此，开发一套数字基带传输系统仿真实验软件是很有必要的。
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，这种通信系统我们称它为基带传输系统。它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输。通信在不同的环境下有不同的解释，在出现电波传递通信后通信(Communication)被单一解释为信息的传递，是指由一地向另一地进行信息的传输与交换，其目的是传输消息。然而，通信是在人类实践过程中随着社会生产力的发展对传递消息的要求不断提升使得人类文明不断进步。随着时代的变迁，信息潮流的冲击，通信越来越被人们重视。
伴随信息时代的到来，通信技术也在不断地发展。目前，通信技术已广泛应用于办公自动化、企业管理与生产过程控制、金融与商业电子化、军事、科研、教育信息服务、医疗卫生等领域。Internet技术发展迅速，全球性信息高速公路建设的浪潮正在兴起。人们已经意识到：通信正在改变着人们的工作方式与生活方式，网络与通信技术已成为影响一个国家与地区经济、科学与文化发展的重要因素之一。现代社会发展越来越快，这要求通信系统功能越来越强，可靠性越来越高，因此通信系统的构成就越来越复杂。
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。
数字信号的传输方式有两种：基带传输和频带传输。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，我们称这种信号为数字基带信号。它不经过调制而直接传送的方式，即发送端不使用调制器，接收端也不使用解调器。
第1章 数字信号基带传输系统
1.1 数字信号基带传输系统的理论分析
1.1.1数字基带传输系统模型及工作原理
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。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，它主要包括信道信号形成器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器、同步提取电路等部分。
1)系统总的传输特性如式（1-1）
)()()()(w GR w c w GT w H = （1-1） )(t n 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
[]1。
1.1.2 数字基带信号的要求
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信道信号形
成器、发送
滤波器 信道 接收滤波器 抽样判决器
同步 提取
数字带信号
)(t n
)(w G T
)(w C )(w G R
图1.1 数字基带传输系统模型
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。
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：
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。
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。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。
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。
由于数字基带信号是数字信息的电脉冲表示，不同形式的基带信号（又称为码型）有不同的频谱结构和功率谱分布。不同的码型有不同的优点，常用的码型有单/双极性码、非归零/归零码、数字双相码(曼彻斯特码)、密勒码、AMI码、HDB3码。
下面对常见的各种码型进行简单的介绍。
（1）、单/双极性码：单极性码是用电平1来表示二元信息中的‘1’，用电平0来表示二元信息中的0，电平在整个码元的持续时间里保持不变，记做NRZ码。双极性码与单极性码的区别仅在于它用电平-1来表示二元信息中的‘0’。
（2）、非归零/归零码：归零码与非归零码的区别仅在于，非归零码在整个码元持续时间内保持电平值不变，而归零码的码元持续时间的前一半时间内保持，而后一半时间内回到0。
（3）、数字双相码(曼彻斯特码)：此种码型采用在一个码元的持续时间中央时刻从0到1的跳变来表示1，从1到0的跳变来表示0。或者与之相反用在一个码元的持续时间中央时刻从0到1的跳变来表示0，从1到0的跳变来表示1。
（4）、密勒码：该码型是双相码的变型。它采用码元中央时刻跳变表示信息1即前半时间的电平和前一码元的后半时间的电平相同，中间跳变。遇到信息0做如下处理：首先对0的码元在整个持续时间内保持同一电平值，其次若此0的前一信息是一则码元的电平同前面信息1的码元后半时间电平相同，若前一信息为0，则与前面码元的电平相反。
（5）、AMI 码：AMI 码是传号交替反转码。其编码规则是将消息码中的“1”交替变成“+1”和“-1”，将消息码中的“0”仍保持为“0”。
（6）、HDB3码: HDB3码的全称是3阶高密度双极性码。首先将信息码变换成AMI 码，然后检查AMI 码中连0的情况，没有发现4个以上连0的码元串时码型不需变换，仍为AMI 码的形状。若发现4个以上连0的码元串时，则根据相应规则把第四个0变换成相应符号
[]2。 1.1.3基带系统设计中的码间干扰及噪声干扰
码间干扰及噪声干扰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。
1、间干扰及解决方案
1）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。发生码间串扰时，脉冲会被展宽，甚至重迭到邻近时隙中去成为干扰。
发生码间串扰时，脉冲会被展宽，甚至重迭到邻近时隙中去成为干扰。假如传输的一组码元是1110、采用双极性码、经发送滤波器后变为升余弦波形所示。经过信道后产生码间串扰，前3个“1”码的拖尾相继侵入到第4个“0”码的时隙中，如图1.2所示。
图1.2 码间串扰示意图
t 0Ts Ts 2Ts 30Ts Ts 2Ts 3t 1t 4
a 1a 2a 3a 111013t Ts +)(t s ')(t s
无码间串扰的基带传输特性：一个好的基带传输系统，应该在传输有用信号的同时能尽量抑制码间串扰和噪声。为便于讨论，先忽略信道噪声，同时把基带传输系统模型作一简化，如图1.3所示。
图 1.3 基带传输系统的简化图
图中)()()()(ωωωωR T G C G H =，为发送滤波器、信道、接收滤波器之总和，是整个系统的基带传输特性。
如果无码间串扰，系统的冲激响应满足式（1-2）：
???==为其它整数，，k k kT h s 001)( (1-2)
即抽样时刻（0=k 点）除当前码元有抽样值之外，其它各抽样点上的取值均应为
0。 根据频谱分析，可以写出
?∞∞-=ωωπωd e
H k h s kT j s T )(21)( (1-3)
满足此式（1-3）的H （ω）就是能实现无码间串扰的基带传输函数。
2）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式（1-4）：
2(),||i i H w Ts w Ts Ts ππ
+=≤∑ （1-4）
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1.4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。
图1.4升余弦滚将特性
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}{n a '}{n a )(ωH 抽样判决定时
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，使得系统输出信噪比最大[]3。
1.2数字信号基带传输系统设计方案
1.2.1 信源
1)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，虽然易于用TTL ，CMOS 电路产生，但直流分量大，要求传输线路具有直流传输能力，不利于信道传输。
2)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。
3)基于以上考虑采用双极性归零码——曼彻斯特码作为基带信号。
1.2.2 发送滤波器和接收滤波器
基带系统设计的核心问题是滤波器的选取，根据1．2的分析，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式（1-5）。
e G
G jwt R w T w 0)()(*-= （1-5） 同时系统函数满，H(ω)=GT(ω)GR(ω)考虑在t0时刻取样，上述方程改写式（1-6） )()(*w T w G
G R = （1-6） 于是有式（1-7）
)]([*
)()(w H G G w w R T == （1-7） 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。
1.2.3 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。
1.2.4 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[]5。
第2章 SIMULINK下数字基带信号传输系统的设计
2．1 信源
曼彻斯特的编码规则是这样的，即将二级制码“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)、Unipolar to Bipolar Converter（单极性向双极性转换器）、Pulse Generator(脉冲生成器)、Constant(常数源模块)、Add（加法器）、Product（乘法器）、Scope(示波器)构成曼彻斯特码生成电路。模型连接方法如图2.1所示。
图 2.1 曼彻斯特码生成电路
曼切斯特码如图2.2所示。
图 2.2 曼切斯特码
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，如图 2.3（a)。Pulse Generator(脉冲生成器)的Amplitude(幅度)设为2，Period设为2，Pulse width (脉冲宽度)设为1，占空比为1/2，Phase delay(相位延迟)设为0，表示不经过延迟，Sample time设置为1/2000，如图2.3（b)。
(a)Bernoulli Binary Generator参数（c)Constant参数
(b)Pulse Generator参数（d）Unipolar to Bipolar Converter参数
图2.3 信源产生模块参数设置
Constant(常数源模块)的Constant value设为-1。如图2.3,如图2.3（c)。Unipolar to Bipolar Converter（单极性向双极性转换器）的M-ary number设为2，如图2.3（d)。
Bernoulli Binary Generator 用于产生1和0的随机信号，经过Unipolar to Bipolar Converter 变为双极性信号；Pulse Generator用于产生占空比为1/2的单极性归零脉冲(2020)，经过Add加法电路减一后成为双极性脉冲(+1-1+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[]4。
2．2发送滤波器和接收滤波器、信道
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Upsample(内插函数)、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2.4如图所示：
图 2.4 发送滤波器和接收滤波器、信道设计图
模块参数设置：AWGN Channel(高斯信道)的Mode选为SNR，SNR设为11，如图2.5(a)。Discrete Filter根升余弦传输滤波器的Numerator设为rcosine(2,10,'fir/sqrt',0.5,10)，Sample time设为1/10000，如图2.5(b)。Upsample的Upsample factor设为10，如图2.5(c)。Discrete Filter根升余弦接收滤波器设置与传输滤波器模块相同。
（a） AWGN Channel参数 (b)Discrete Filter参数
（c）Upsample参数
图 2.5 发送滤波器和接收滤波器、信道参数
2．3抽样判决器
利用Pulse Generatorl、Product、Relay、Triggered Subsystem、Downsample构成抽样判决电路，并通过Pulse Generatorl、Constant、Add、Product模块对接收到的曼彻斯特码进行解码，其抽样判决电路及曼彻斯特码解码电路如图2.6所示：
模块参数设置：Pulse Generatorl的Amplitude设为1，Period设为10，Pulse width设为1，Sample time设为1/20000；Relay的Switch on point和Switch off point都设为0，Output when on设为1，Output when off设为-1，当采样点的幅值大于0则判为1，小于0则判为-1；Downsample的Downsample factor设为10；曼彻斯特码解码模块与编码模块设置相同。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（+1-1）码与第2路(+1-1)码相乘得到+1码，第1路（-1+1）码与第2路(+1-1)码相乘得到-1码，这就对曼彻斯特码进行了解码。
图 2.6 抽样判决电路及曼彻斯特码解码电路
第3章基带传输系统设计总图及其仿真结果
3．1 基带传输系统设计总图及各点输出波形
基带传输系统设计总图如图3.1所示。
图 3.1 基带传输系统的设计总图
Scope1的波形如图3.2所示。
图 3.2 Scope1的波形
第一行波形是对曼彻斯特码进行10被升速率采样后的波形，将该信号送到传输滤波器中，滤除高频成分得到第二行波形，第三行是第二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，第四行是经过抽样判决器抽样和判决再生产生的曼彻斯特码[]6。
Scope2的波形如图3.3所示。
从图中的波形来看，传输是有效的。第一行是信源端发送的信号波形，第二行是接收端收到的信号波形，与第一行的基带信号比较，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。
图3.3 Scope2的波形
3．2 眼图观测结果
如图3.4为接收滤波器观察到的眼图，在信噪比为11 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。
图3.4 接收滤波器观察到的眼图
3．3 发送信号和接收信号的功率谱如图3.5。
图3.5 左边为发射信号功率谱,右边为及接收信号功率谱
3．4传输过程的误码率
当加性高斯白信道信噪比(SNR)为11dB时误码率约为0.0002；
当加性高斯白信道信噪比(SNR)为12dB时误码率约为0.00003；
当加性高斯白信道信噪比(SNR)为13dB时误码率为0。如图3.6。
SNR为11dB时的误码率 SNR为12dB时的误码率 SNR为12dB时的误码率
图3.6 传输过程的误码率
通过上图的分析,误码率产生的主要原因是信道中信噪比的大小,噪声过大会对信号造成干扰,从而使接收端产生误码。
总结
三个星期的综合训练，通过自己的努力，认真学习相关的仿真软件，通过设计前后的分析，大大提高了自己解决问题的能力。
此次综合训练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，接收滤波器与发送滤波器相匹配，实现了匹配滤波、减小系统码间干扰，通过抽样判决与曼彻斯特码再生电路恢复信号。通过此次综合训练使我更加清晰的了解一个通信系统的构造，对信号编码、发送、接收、解码原理都有了清晰的认识，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。综合训练的几天时间大部分在调整参数上，也使我体会到把书本上的知识与实际运用相结合不是那么容易的，各个模块之间的参数都要得到很好的配合才能达到想要的效果。计算机仿真是根据被研究的真实系统的模型,利用计算机进行实验研究的一种方法。它具有利用模型进行仿真的一系列优点, 如费用低,易于进行真实系统难于实现的各种试验,以及易于实现完全相同条件下的重复试验等。用计算机对通信原理实验进行仿真,可以节约资金,并且保证了实验效果,有利于推动教学的顺利进展。从以上仿真结果分析和误码性能验证来看,实验仿真系统完全达到了实际可用的要求。
此次综合训练的让我懂得将学习的理论知识与实践学习相结合，运用理论知识，将课程上学到的理论知识尝试应用到实际设计工作中，对于我们本科生而言，这种能力在课堂学习中是学不到的，通过本次综合训练，看到了只学习理论知识是远远不够的，要将理论知识与实际相结合，这样才能将所学知识融会贯通。
参考文献
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致谢
此次综合训练让我受益匪浅，无论从理论知识的学习还是同学之间团结合作。让我认识到做任何事都要有耐心、更是要细心做事。这次的综合训练让意识到自己的原理知识还不扎实，在今后的学习中我们需要更努力的学习课本的专业知识，才能更好的服务于实践中。在此次综合训练中又让我体会到了合作与团结的力量，当遇到不会或是设计不出来的地方，我们就会找同学帮助。团结就是力量。所以在这里非常感谢帮助我的同学。最后在这里，我要感谢陈老师悉心指导和无私地帮助，在今后的学习中我一定会倍加努力。
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――
数字基带传输系统仿真实验 一、系统框图 一个数字通信系统的模型可由下图表示: 信源信道数字信源编码器调制器编码器 数字信源噪声信道 信道数字信源信宿译码器解调器译码器 数字信宿编码信道 数字通信系统模型 从消息传输角度看，该系统包括两个重要的变换，即消息与数字基带信号之间的变换;数字基带信号与信道传输信号之间的变换。 在数字通信中，有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。称为基带传输系统。与之对应，把包括了载波调制和解调过程的传输系统称为频带传输系统。无论是基带传输还是频带传输，基带信号处理是必须的组成部分。因此掌握数字基带传输的基本理论十分重要，它在数字通信系统中具有普遍意义。 二、编程原理 1. 带限信道的基带系统模型(连续域分析) X(t) y(t) {}a, 输入符号序列―― l L,1
dtatlT()(),,,T, 发送信号―― ――比特周期，二进制,lbbl,0 码元周期 ,jft2,, 发送滤波器―― G(),或Gf()或gtGfedf()(), TT,TT,, , 发送滤波器输出―― L,1 xtdtgtatlTgt()()*()()*(),,,,,TlbTl,0 L,1 =()agtlT,,lTsl,0 , 信道输出信号或接收滤波器输入信号 (信道特性为1) ytxtnt()()(),， ,jft2,G(),Gf()gtGfedf()(),, 接收滤波器―― 或或 RR,RR,, , 接收滤波器的输出信号 rtytgtdtgtgtntgt()()*()()*()*()()*(),,，RTRR ,1L ()(),,，agtlTnt,lbR,0l ,jft2,gtGfCfGfedf()()()(), 其中 ,TR,, (画出眼图) lTlL,,, 01, 如果位同步理想，则抽样时刻为 b rlTlL() 01,,,, 抽样点数值为 (画出星座图) b ,{}a, 判决为 l 2. 升余弦滚降滤波器 (1),,,Tf,||,s,T2s, ,TT1(1)(1),,，，，,,,,ss Hfff()1cos(||),||,，,,,,,,TTT2222，，,ss,
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)
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
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
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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。
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：*** 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***** **** 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
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
一、课程题目 数字基带传输系统：欲传送的01比特流+码型变换（HDB3码）+基带成型网络（采用升余弦滚降系统）+信道+码型反变换+01比特流。 二、设计要求 1.完成一个题目。 2.对通信系统有整体的较深入的理解。 3.提出仿真方案。 4.完成仿真软件的编制。 5.仿真软件的演示。 6.提交详细的设计报告。 三、设计目的 1.综合应用《Matlab编程与系统仿真》、《信号与系统》、《现代通信原理》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.培养学生利用软件进行通信仿真的能力。 4.培养学生独立动手完成课题设计项目的能力。 5.培养学生查找相关资料的能力。 四、实验条件 计算机、Matlab软件、相关资料。 五﹑系统设计方案 数字基带传输系统： （1）概念：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。 （2）数字基带传输的研究的意义： 第一：在利用对称电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用这种传输方式。 第二：数字基带传输方式迅速发展，用于低速或高速数据传输。 第三：基带传输系统的许多问题也是带通传输系统必须考虑的问题。 第四：任一个线性调制的带通传输系统，可以等效为一个基带传输系统。 （3）对传输码型的要求： ①不含直流分量且低频分量尽量少。 ②应含有丰富的定时信息，以便于从接受码流中提取定时信号。 ③功率谱的主瓣宽度窄，以节省传输频带。 ④不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化。 ⑤具有内在的检错能力，即码型应具有一定的规律性，以便宏观监测。 ⑥编译码简单，已降低通信延时和成本。 （4）基带传输常用码型： 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。 （5）其中本次设计采用的HDB3码。 a.HDB3码编码规则： ①1——交替变换为+1，-1