第十四讲带限系统下的数字基带设计
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数字基带信号的码型设计一、前言近年来,随着大规模集成电路的出现,数字系统的设备复杂程度和技术难度降低,数字通信系统的主要缺点逐渐得到解决,因此数字传输方式日益受到欢迎。
数字传输系统中,传输对象通常是二元数字信息,而设计数字传输系统的基本考虑是选择一组有限的离散的波形来表示数字信息。
这些取值离散的波形可以是未经调制的电信号,也可以是调制后的信号。
未经调制的数字信号所占据的频谱是从零域或很低频率开始,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。
数字基带传输系统方框图如图一所示。
图一数字基带传输系统方框图目前,虽然数字基带传输的应用不是很广泛,但对于基带传输系统的研究仍然十分有意义,主要是因为:1、在利用对称电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用了这种传输方式;2、随着数字通信技术的发展,基带传输方式也有迅速发展的趋势;3、基带传输中包含带通传输的许多基本问题;4、任何一个采用线性调制的带通传输系统,可以等效为一个基带传输系统。
二、基带码型的设计原则在实际的基带传输系统中,并不是所有的基带波形都适合在信道中传输。
比如远距离传输时高频分量衰减随距离的增大而增大等,所以原始消息代码必须编成适合于传输用的码型。
传输码的结构将取决于实际信道特性和系统工作的条件,在选择传输码型时,一般应考虑以下几点原则:1、不含直流,且低频分量尽量少;2、应含有丰富的定时信息,以便于从接收码流中提取定时信号;3、功率谱主瓣宽度窄,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、具有内在检错能力,即码型应具有一定规律性,以便利用这一规律性进行宏观监测;6、编译码简单,以降低通信延时和成本。
三、常用的传输码型1、单极性非归零码:(如图二(a)所示)编码规则:信号脉冲的低电平和高电平分别表示二进制代码“0”和“1”。
优点:电脉冲之间无间隔,极性单一,易于用TTL、CMOS电路产生。
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,-1②0——连0小于等于3则用0电平表示,大于3则用特定码组替换B 0 0 V 或 0 0 0 V③任意两个V之间B的个数为奇数。
一、实验原理;数字基带信号通过信道时,除了叠加高斯白噪声之外,还会有信号畸变,这是信道特性的不理想化造成的。
根据理论课中给出的4-PAM 信号经过AWGN信道后的性能Simulink模型仿真,修改一下发送和接收模块,即增加升余弦发送和接收滤波器后,就可以模拟带限信道的信号传输了。
AWGN又称加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise),是最基本的噪声与干扰模型。
它的幅度分布服从高斯分布,而功率谱密度是均匀分布的,它意味着除了加性高斯白噪声外,r(t)与s(t)没有任何失真。
即H(f)失真的。
加性高斯白噪声 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 是最基本的噪声与干扰模型。
加性噪声:叠加在信号上的一种噪声,通常记为n(t),而且无论有无信号,噪声n(t)都是始终存在的。
因此通常称它为加性噪声或者加性干扰。
白噪声:噪声的功率谱密度在所有的频率上均为一常数,则称这样的噪声为白噪声。
如果白噪声取值的概率分布服从高斯分布,则称这样的噪声为高斯白噪声。
在实际通信中传输信道的带宽是有限的,这样的信道称为带限信道。
带限信道的冲激响应在时间上是无限的,因此一个时隙内的代表数据的波形经过带限信道后将在邻近的其他时隙上形成非零值,称为波形的拖尾。
拖尾和邻近其他时隙上的传输波形相互叠加后,形成传输数据之间的混叠,造成符号间干扰,也称为码间干扰。
接收机中,在每个传输时隙中的某时间点上,通过对时域混叠后的波形进行采样,然后对样值进行判决来恢复接收数据。
在采样时间位置上符号间的干扰应最小化(该采样时刻称为最佳采样时刻),并以适当的判决门限来恢复接收数据,使误码率最小(该门限称为最佳判决门限)。
举例:有一个4-PAM(4电平脉冲幅度调制)调制信号,调制信号在发送端和接收端分别采用滚降系数为0.25,时延为5的根升余弦滤波器进行谱成形,其中符号采样频率Fd=1,滤波器采样频率为Fs=10。
学号成绩***大学***学院课程设计说明书设计名称通信原理课程设计设计题目数字基带传输系统的仿真设计设计时间 2012年12月 3 日至 7日专业通信工程班级姓名指导教师2012 年12 月7 日前言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, 为了使学生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, 但是该实验的实验板在市场上没有销售, 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.MATLAB是一种编程语言和可视化工具,是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
目录1. 前言 (1)2. 目录 (2)3. 课程设计的目的及意义 (3)4. 数字基带传输系统理论知识介绍 (3)5. 设计步骤 (4)6. 源程序及运行结果 (7)7. 心得体会 (15)8. 参考文献 (17)一、课程设计的目的及意义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。