数字基带传输系统的仿真设计

1、数字基带传输系统的仿真设计通信原理课程设计指南目录1.课程设计的目的和意义数字基带传输系统理论知识简介3.设计阶段4.源程序和操作结果5.经验6参考资料通信原理课程设计指南1.课程设计的目的和意义通信原理计算机仿真实验是数字基带传输系统的仿真。模拟工具是MATLAB编程语言。MATLAB是主要用于数值计算和可视化图形处理的高级技术编程语言。其特点是，在需要进行数值分析、矩阵计算、图形、图像处理和仿真真实等多种强大功能的大量领域中，提供高效的编程工具，从而将许多强大的功能集成到非常易于使用的交互式环境中，进行伪科学研究、工程设计和有效的数值计算。使用MATLAB可以更全面地研究数字基带传输系统。

2、通过课程设计方法，模拟了通信原理的很多内容。通过此次教学设计，综合了信号与系统、现代通信原理等多门教学知识，熟悉了数字基带传输系统的工作原理，了解了数字基带传输系统的相关概念，掌握了其配置和工作原理，并初步掌握了如何利用MATLAB或其他应用软件实现数字基带传输系统仿真设计，培养了独立工作的能力。设计了数字基带传输系统的配置模型，深化了对工作原理的掌握，利用余弦滚降特性实现了系统的无代码串扰设计，并利用MATLAB输出了编程和图形结果。让学生建立通信系统的整体概念。开发学生系统设计和系统开发的想法，培养利用软件进行通信模拟的能力，培养学生独立完成任务设计项目的能力，培养查找相关资料的能力。数字

3、基带传输系统理论知识简介未调制的数字信号所占据的频谱称为从0频率或极低频率开始，直接传输数字基带信号、不经载波调制直接传输数字基带信号的系统、数字基带传输系统。在数字传输系统中传输的对象通常是二进制数字信号。这种二进制数字信号的频带范围通常称为数字基带信号，从直流和低频到特定频率m f。在一些有线信道上，数字基带信号可以直接在信道上传输，无需经过调制和解调过程，特别是在传输距离不远的情况下，这是不使用调制和解调设备直接传输基带信号的通信系统，称为基带传输系统。在另一个信道，特别是无线信道和光纤信道中，数字基带信号必须经过调制过程，将信号频谱转移到高频，才能在信道中传输，因此必须在接收机中经过解

4、调过程才能恢复数字基带信号。我们把包含这种调制及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编码转换器、发送滤波器、信道、接收滤波器、均衡器、采样晶振器等部分，如图1-1所示。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生成的二进制脉冲序列，通常是单极的方形脉冲信号(nnnrz码)。为了使这种信号适合通道传输，通常需要通过代码型转换器将单极二进制脉冲转换为双极脉冲，例如AMI码或3 HDB码。发送滤波器执行代码脉冲的波形转换，以减少在基带传输系统中发送小信号时发生的代码间串扰。在信号传输过程中，由于信道特性不理想，加上噪声的影响，接收的

5、信号波形可能扭曲，为了减少失真对信号的影响，接收信号首先进入接收滤波滤波器滤波，然后通过均衡器补偿失真信号，最后通过采样判定器恢复数字基带脉冲序列。在目前实际使用的数字通信系统中，基带传输方式并不像数字载波传输方式那样广泛使用，但是数字基带传输系统是数字通信系统中最基本的传输方式，理论上，任何线性载波传输系统都可以与基带传输系统相当，理解数字信号的基带传输过程非常重要。数字基带信号有二元码和三元码，零码和非零码符号，具有直流元件，具有波形不同的特征，低频的成分多，成分多，具有直流元件，带宽的情况也有。模拟结构图传输代码类型要求：不包括直流组件，低频组件尽可能少。为了方便从接收代码流中提取定时信

6、号，要丰富调度信息。为了节省传输带，功率谱的主瓣宽度较小。不受信息来源的统计特性影响。也就是说，可以适应信息来源的变化。有自己的错误检查能力。也就是说，代码型为了宏观监视，必须具有一定的规律性。编译码简单，减少了通信延迟和成本。数字基带信号传输代码系统组件：通道信号形成器基带成形网络接受过滤器抽样判断同时提取通道C(w)基带脉冲输入基带脉冲输出噪音通道形成器：其功能产生适合通道传输的基带信号波形。信道：允许基带信号通过的介质，一般来说，双绞线、同轴电缆等有线信道的传输特性不符合无失真的传输条件。接收滤波器：接收信号，尽可能地过滤信道噪声和其他干扰，平衡信道特性，使输出的基带波形有利于采样确定。

7、采样确定器：为了恢复基带信号，传输特性不理想，在噪声环境中的指定时间点对接收器的输出波形进行采样。同步提取：采样中使用的位定时脉冲依赖于接收信号中的同步提取电路，位定时的正确性直接影响决定效果。基带传输的总特性：H(w)=GT(w)C(w)GR(w)通道传输函数C(w)=1假设基带系统的传输特性为H(w)=GT(w)GR(w)数字基带信号(也称为码型)的不同形式具有不同的频谱结构，因此必须适当设计数字基带信号，以适应信道的传输特性和接收端回放，以及数字基带信号的恢复需求。也就是说，必须选择相应的字符编号。适合在有线信道上传输的数字基带信号形式称为线路传输代码形式。每个数字基带传输系统应根据通道

8、特性和系统指标要求选择不同的数字脉冲波形。原则上，可以选择任意形式的脉冲作为基带信号波形。但是，实际系统中常用的数字波形是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于生成和处理。以下是一些常用数字基带信号波形的说明。1单极子波形(nnnz)是最简单的二进制数字基带信号波形之一。此波形表示二进制代码元素的“1”代码和“0”代码，分别表示具有脉冲的正(或负)级别和零级别，即代码元素的“1”和“0”。在双极性波形双极性波形中，二进制代码元素的“1”代码和“0”代码分别用正级别和负级别表示，此波形中的脉冲之间没有空格3单极性零波形(RZ)的波形特征是脉冲的宽度()小于代码元素的宽度(t)，并且每个电脉冲在小于代码元素的

9、宽度的时间内总是返回到零级，这种波形也称为零级波形(RZ - Return to Zero)。4双极零波形此波形是“1”和“0”代码，二进制代码源分别表示为正和负级别。但是，每个电脉冲在小于符号宽度的时间内返回到0级。这个波形既有双极波形，又有零波形的特征5差异波形(相对代码波形)信息代码元素和脉冲级别之间的对应是固定的(绝对)，因此这种波形称为绝对代码波形，信息代码也称为绝对代码6多级脉冲波形(切碎的波形)上述各种波形是二进制波形，实际上还存在多级脉冲波，这也称为多波形。为了满足基带传输系统的特性要求，必须选择适当的传输代码类型。基带传输系统中常用的线路传输代码如下：- AMI代码、第三高密

10、度双极代码- 3 HDB代码、相位分隔代码- Manchester代码、传输反转代码- CMI代码和4B3T代码等。以下是这些代码类型的详细说明：1，路径交替反转代码- AMI代码(amialternate mark inverseion)代码也称为平衡对称代码。此代码的编码规则包括转移代码1、-1、1、-1、-1、更改为，并保持元序列中的“0”代码不变。范例：关键元素序列：1 00 1 1 1 00AMI代码：1 00-110-101-11-100AMI码编码规则表明，1和-1各占一半，因此没有直流分量，低频和高频分量较少，信号能量主要集中在2 T f。其中Tf是代码元素速度。此外，在编码A

11、MI代码的过程中，将一个二进制字符转换为一个三进制符号，这种代码脉冲有三个级别，因此此代码也称为伪三级代码，也称为1B/1T代码。除了此功能外，AMI代码的优点是编译代码电路简单，易于观察错误情况。但是，AMI代码的一个重要缺点是，如果代码元素序列中出现长的“0”，则很难提取计时信号，因此在实际系统中经常使用AMI代码中增强的HDB3代码。2，HDB3尺寸高密度双极性HDB3)是AMI代码的增强式三级高密度双极性代码，旨在克服传输波形中出现长连接“0”代码的情况。HDB3代码编码惯例是对一个代码元素序列进行AMI编码，然后检查AMI代码中的零个数，如果没有4个以上(包括4个)零字符串，则AMI

12、代码为3 HDB代码。2如果出现4个或4个以上的0字符串，则每4个0连接使用与非0旧代码(1或-1)相同的代码替换第4个0。显然，该代码破坏了“极性交替反转”的规则，称为破坏代码，用符号v表示(即1表示v，记录-v-1)。3如果不希望DC组件继续包含在附加v代码的序列中，请确保相邻v代码极性保持交替。当相邻v代码之间存在奇数非0代码时，这是保证的；但是，如果相邻v代码之间存在非零偶数，则无法保证。然后将零段的第一个0更改为B或-B。b的极性与以前的非0代码相反，下一个非0代码从v代码以后再次极性交替。示例：关键元素序列：1 00001 0 0 1 000 0 1AMI代码：1 0000-1 0

13、 01 000 0 11HDB3代码：1 000V -1 0 1 -B00-V 1 000V -1 1在上面的示例中，第一个v代码和第二个v代码之间有非零的2代码(偶数)，因此将第二个4-0段中的第一个0替换为-b。第二个v代码和第三个v代码之间没有变化，只有一个非零代码(奇数)。最后，在HDB3代码中，您可以看到v代码的破坏作用与非零旧代码(1或-1)的极性相同；相邻v码极性交替；所有非0代码极性交替，包括b代码，v代码除外。HDB3代码的编码规则相对复杂，但解码相对简单。在代码编写过程中，每个v代码总是具有与前一个非零代码(包括b代码)相同的极性，因此在收到的代码序列中很容易找到断点v代码

14、，因此可以断定v代码及其前三个代码都是0代码，将-1全部更改为1，然后恢复源代码信息代码。HDB3代码的特点是保留没有DC-DC组件的AMI代码，从而利用直接传输的优势，消除了DC和极低频组件，克服了消除方波高频组件的HDB3代码频谱中长连接0字符串(最多0个)的出现。适用于基带传输系统的特性要求。因此，HDB3代码是当前物理系统中使用最广泛的代码类型。HDB3代码的性能比AMI代码好，但仍然属于1B/1T大小。(3)曼彻斯特曼彻斯特代码曼彻斯特代码，也称为数字二相代码或相位代码，使用一周期方波表示代码元素“1”，使用其反相波形表示代码元素“0”。该代码在每个代码元素的中心部分发生级别跳跃，因

15、此有利于定时同步信号提取，定时组件的大小不受源的统计特性的影响。在曼彻斯特代码中，正负脉冲各占一半，因此没有DC组件，但这个代码占用的频带增加了一倍。曼彻斯特码适用于在短距离同轴电缆通道上传输。(4) CMI代码CMI代码称为传递号码反转代码。在CMI码中，“1”码(传输号码)交替显示为正电平和负电平脉冲，而“0”码显示为固定相位的一周期方波。CMI代码类似于曼彻斯特代码，不包含DC元件，并且可以轻松提取同步信号。CMI代码的另一个特点是具有特定的错误检测功能。这是因为CMI代码中的“1”代码由两个代码组“00”和“11”表示，而“0”代码由“01”代码组固定。通常，序列中不显示“10”代码组

16、，也不发生连续出现“00”和“11”代码组的情况。这种相关性可用于检测干扰导致的部分无效代码。根据最初的CCITT建议，CMI代码可以用作4组脉冲代码调制的接口代码类型，以及速度低于8448 kb/s的光纤数字传输系统的线路传输代码类型。此外，与曼彻斯特代码一样，CMI代码将二进制代码集表示为二进制代码集，因此称为1B2B代码。(5)4 B/3T代码4 B/3T代码是1B/1T代码的增强功能将4个二进制代码转换为3个三进制代码。显然，4B/3T代码的代码源传输速率低于1B/1T代码，从而提高了系统的传输效率。在4B/3T代码的转换过程中需要同步信号，由于转换电路更复杂，因此通常采用较少。3.设计阶段数字基带传输系统模型数字基带信号的典型编码形状经常绘制为矩形，矩形脉冲的频谱在整个频域中无限扩展。由于实际信道的频率有限且有噪声，如果使用矩形脉冲作为传输代码，则接收到的信号波形将失真，因此本节将查找将错误发生率降到最低的传输系统的传输特性。图1显示了数字基带信号传输系统模型。图1数字基带信号传输系统模型图在图1中，基于基带代码的编码电路的输出是携带基带传输的一般基于代码的信息的脉冲或窄脉冲序列，并且仅集中于0、1或1的值。发射滤波器也称为信道信号形成网络，在限制发射信号带的情况下，转换为适合于信道传输的基带波形。信道可以是窄信道(如电缆)，也可以