基于simulink的数字基带传输系统仿真报告

PAGE通信系统建模与仿真课程设计2009级通信工程专业71班级题目基于SIMULINK的基带传输系统的仿真姓名张建涛学号091307136指导教师闫利超胡娟小组成员李迎亚黄乔飞201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。基带系统的理论分析（参照通信原理教材146页，分两方面说明：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）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。抽样判决抽样判决接收滤波器GRf带限抽样判决抽样判决接收滤波器G带限信道C发送滤波器Geq\o\ac(○,+)k=-∞∞anδt-TsygTtgRnt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gT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nt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gRt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yt在规定的时刻（由定时脉冲cp控制）进行抽样，获得抽样信号rBernoulli模块参数图2由伯努利信源产生曼彻斯特码建模及参数设置：Pulse模块参数Relay模块参数图3发送滤波器、信道、接收匹配滤波器的建模及参数设置：发送滤波器参数AWGN参数匹配接收滤波器参数图4抽样与判决器的建模及参数设置：Pulse恢复定时模块参数Relay判决模块参数图5基带传输系统的总模型：图6基带传输系统的总模型仿真结果分析（给出模型图中各点输出时域波形，对结果进行分析；给出接收信号眼图并分析；分别对发送信号和接收信号的功率谱进行估计，对比其结果；统计传输过程的误码率并分析造成误码的原因）1、曼彻斯特编码前与编码后波形图72、发送数据波形与接收数据波形图8从以上两图可以看出，曼彻斯特的编码完全正确，发送数据波形与接收数据波形完全吻合，由于误码率很低且示波器的显示范围有限，在图8中看不到传输错误的码元。通过接收端与发送端时域波形对比，可以看出设计的抽样判决器的抽样判决门限比较合理，可以顺利的完成对基带信号的抽样判决，与理论分析相一致。3、经过滤波器、信道的各点时域波形图9上图第一个波形为发送滤波器输出端时域波形，产生了规律的比较适合信道传输的波形，比较光滑。中间的波形为信道输出端的时域波形，由于信噪比不是太高，对发送滤波器输出的信号影响不明显。最下端的波形为接收滤波器输出时域波形。可以见的，噪声被基本滤除，接收滤波器输出波形比较平滑。4、曼彻斯特码元与解码后的波形比较图10通过这两个波形比较，可以看出数据经过发送滤波器、AWGN信道、接收滤波器、采样、判决恢复后，基本完全与原波形一致。5、接收眼图波形与分析图11（1）从上图中可以看出，眼图的线迹比较细，比较清晰，并且“眼睛”很大，说明误码率比较低，码间串扰与噪声对系统传输可靠性影响不大。（2）从上图中可以看出最佳时刻是0.2,0.7,1.2,1.7左右等时刻“眼睛”最大即抽样最佳时刻。（3）因为眼图眼边的斜率比较大，所以看出定时误差灵敏度比较敏感。（4）“眼睛”张开的宽度为可抽样的时间范围。（5）抽样时刻，上下两个阴影区的间隔距离之半为噪声容限，若噪声瞬时值超过它就可能发生错判。6、发送信号与接收信号功率谱估计与分析发送信号功率谱接收信号功率谱图12从两图比较中可以看出，接收信号的功率谱与发送信号的功率谱基本完全一样，说明整个基带传输系统模型的设计是合理的，能满足要求，具有较好的抗码间串扰的能力。7、误码率统计与分析图13图14通过误码率统计“Display”模块可知该系统的误码率为0.0095，且误码率会随着仿真时间的增长逐步降低。由图14发送数据波形与接收数据波形比较，可以看到中间有一处出现了错误：原码为“0”，接收到的却是“1”。原因可能有以下几个方面：eq\o\ac(○,1)、误码有可能是由于噪声造成的。由于噪声的存在，可能会使原有基带信号的正负电平出现逆转，由于抽样判决门限为0，造成判决出错出现误码。eq\o\ac(○,2)、有可能是码间干扰的原因。虽然理论分析可以完全消除码间干扰，但是由于平方根升余弦滤波器等部件不可能是完全理想的，所以在仿真及实际工程中码间干扰是不会完全消除的。eq\o\ac(○,3)、由于采用相乘器等模块构造解码器，其解码过程也有可能会出错。遇到的问题及解决的方法刚开始拿到这个题目时，觉得很简单，因为通信建模书上有相似的例题，只是必须要把两个例题的模块组合到一起，然后修改下要求的参数，可是组合到一起之后问题就出来啦，改过参数后，曼彻斯特编码模块编出来的不是曼彻斯特码了，这让我很是头疼，因为要求的是用曼彻斯特码做基带信号，没办法，只好在纸上画波形图，弄清楚曼彻斯特编码模块的原理，这其中胡娟老师的讲解给了我莫大的帮助。然后把“Pulse”的抽样时间按编码原理调了下，出来的结果是曼彻斯特编码了。然后就是结果分析的时候出现了问题，首先是误码率太大了，达到了0.5，刚开始不知道问题出在哪了，改其他参数，误码率就是不变，经过思考影响误码率的因素，最终发现判决器“Relay”的判决门限设置错了，改了之后误码率大大减小了。其次，老师说功率谱不对，这让我很郁闷，参数什么的都是按要求设置的，功率谱怎么可能会错呢，左思右想不得其解，最后去问了同学，看了他的模型才发现原来我把频谱仪给接错位置了，经过改进，一切问题就都解决了。结束语（收获、体会和改进设计的建议）这次的课程设计虽然时间很短，但让我付出了很多汗水，也学到了很多东西。通过这次的课程设计，让我更加清楚明了的学习到Simulink中的通信系统模型的搭建流程及各种功能模块的作用和参数设置的具体情况，同时，也让我学会了当遇到问题时，该如