数字基带传输

1、课程设计报告院系： 信息工程学院 学号： 姓名： 日期： 2015年1月12日一、实习目的1.“数字基带通信系统设计” 是针对通信专业学生的实践教学环节，是结合通信原理及matlab的课本知识通过设计建立通信系统，掌握数字基带通信系统的工作原理，加深对通信系统及信号的认识，增强把书本知识转化为实践设计能力。要求我们利用所学专业知识和软件工具，掌握通信系统的分析、设计、仿真技巧，深入理解通信系统的基本组成，扩长专业背景知识，培养工程技能和实际操作能力。2掌握数字基带系统的Simulink建模及仿真过程二、实习要求 1.系统软件仿真：通过simulink对典型通信系统（如数字基带传输系统）的各组成

2、部分进行建模和仿真分析，实现通信系统仿真。2.分析结果，完成报告：分析比较软件仿真结果，完成设计报告。三、实习内容(一) 实习题目 数字基带通信系统建模与仿真（增量调制+miller+循环码+TDM，匹配滤波器，抽样判决，高斯信道）(二) 实习安排校内实习：5-306实验室(三) 实习过程（基本原理、实习安排，工作内容，心得体会）1、 基本原理在数字传输系统中，其传输的对象通常是二进制数字信号。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。和频带传输相比，基带传输的优点是：

3、设备简单；易做成"一机多速率"；适应性强。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器。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，接收信号首先进入匹配滤波器滤波，然后再由抽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

4、效为基带传输系统，因此数字信号的基带传输过程十分重要。 根据课题数字基带通信系统建模与仿真（增量调制+miller+循环码+TDM，匹配滤波器，抽样判决，高斯信道）的要求，可得原理框图为：米勒编码循环码编码DM调制Voice信源信号米勒编码循环码编码DM调制Shengyin信源信号解时分复用时分复用匹配滤波器高斯信道匹配滤波器输出声音DM解调循环码解码米勒解码抽样判决输出声音DM解调循环码解码米勒解码抽样判决图1-1原理图用simulink所制作的电路图：图1-2原理电路图其中声音的读入文件 voice shengyinwavs,fs=wavread('www.wav'); w

5、avs1,fs1=wavread('qqq.wav');t_end1=1/fs1*length(wavs1); t_end=1/fs*length(wavs);t1=(1/fs1:1/fs1:t_end1)' t=(1/fs:1/fs:t_end)'shengyin=t1 wavs1; voice=t wavs;bianma1与bianma2为增量调制和循环编码，增量调制（）是一种模拟信号数字化的方法，将模拟信号转化为数字信号；循环码具有循环移位特性且能纠错的分组码循环码是线性码的一个重要的子类，其目的是为了检错和纠错数字码图1-3增量调制与循环编码mlbm1和

6、mlbm为米勒编码。米勒码是一种变形双向码，为了使数字信号更好的传输所进行的码型变换图1-4米勒编码tdm为时分复用（TDM），是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。时分多路复用以时间作为信号分割的参量，故必须使各路信号在时间轴上互不重叠。图1-5时分复用高斯信道其包含了各种频率的特定噪声频谱密度的的特征，从而导致了信道中错误的任意分布。图1-6高斯信道jtdm为解时分复用是为了使时分复用后的一路分为原来的两路图1-7解时分复用pplbqhecypj为匹配滤波器和抽样判决，其中匹配滤波器是为了提高输出信噪比，抽样判决是为了恢复原始的输入信号图1-8匹配滤波与抽样

7、判决mljm为米勒解码图1-9米勒解码yima为循环码译码和DM解调图1-10循环译码与DM解调2、实习安排第一周：查阅资料，掌握simulink仿真软件的运用。第二周：绘制框图，分模块制作，仿真第三周：写实验报告，验收3、工作内容我的工作：高斯信道，匹配滤波器，整合高斯信道，匹配滤波器和抽样判决A、 高斯信道高斯信道（Gaussian channel，通信专业术语）是一个射频通信信道，其包含了各种频率的特定噪声频谱密度的的特征，从而导致了信道中错误的任意分布。经查阅，高斯信道可由随机序列发生器和输入信号相加构成输出输入相加器随机序列发生器图2-1高斯框图系统图为：图2-2高斯信道参数无需设置

8、，使用其本身自带参数即可仿真结果：图2-3高斯仿真图由图可知：经过高斯信道后，波形发生了变化，变得杂乱，与原波形相差较大。B、 匹配滤波器在数字通信系统中，滤波器是其中重要部件之一，它直接影响数字信号的恢复。其作用主要有两个方面：1.使滤波器输出有用信号的成分尽可能强2.抑制信号带外噪声，使滤波器的输出噪声成分尽可能小，减小噪声对信号判决的影响。通信系统的误码率与输出的信噪比有关，接收端输出的信噪比越大，则系统的误码率越小。因此，若在每次判决之前，输出信噪比最大，则该系统一定是误码率最小的系统。匹配滤波器传递函数的设计：设接收滤波器的传输函数为H(f)，冲激响应为h(t)，滤波器输入码元s(t

9、)的持续时间为Ts，信号和噪声之和r(t)为 式中，s(t) 为信号码元，n(t) 为 高斯白噪声。并设信号码元s(t)的频谱密度函数为S(f)，噪声n(t)的双边功率谱密度为Pn(f) = n0/2，n0为噪声单边功率谱密度。由于假定滤波器是线性的，根据线性电路叠加定理，当滤波器输入电压r(t)中信号和噪声两部分时，滤波器的输出电压y(t)中也包含相应的输出信号和输出噪声两部分，即y(t)= s0(t)+ n0(t) 这时的输出噪声功率No等于在抽样时刻t0上，输出信号瞬时功率与噪声平均功率之比为为了求出r0的最大值，我们利用施瓦兹不等式求 r0的最大值等号成立的条件是(k为任意常数)若在白

10、噪声干扰的背景下，按上式设计的线性滤波器，将能在给定时刻t0上获得最大输出信噪比(2E/n0)。 t0是输出信噪比最大的时刻。这种滤波器就是最大信噪比意义下的最佳线性滤波器，由于它的传输特性与信号频谱的复共轭相一致，称此滤波器为匹配滤波器。 匹配滤波器的的特性还可以用冲激响应函数h(t)：可见，匹配滤波器的冲激响应h(t)就是信号s(t)的镜像s(-t)，但在时间轴上(向右)平移了t0。t0是输出信噪比最大的时刻。 实际的匹配滤波器：一个实际的匹配滤波器应该是物理可实现的，其冲激响应必须符合因果关系，在输入冲激脉冲加入前不应该有冲激响应出现，即必须有：即要求满足条件或满足条件这表明，接收滤波器

11、输入端的信号码元s(t)在抽样时刻t0之后必须为零。通常选择在码元末尾抽样，即选t0 = Ts。故匹配滤波器的冲激响应可以写为这时，若匹配滤波器的输入电压为s(t)，则输出信号码元的波形为：式中表明，匹配滤波器输出信号码元波形是输入信号码元波形的自相关函数的k倍。k是一个任意常数，它r0(t)与的最大值无关；通常取k 1。所以匹配滤波器的设计：当输入幅度为1 码元宽度为TS 矩形脉冲时，观察输出波形并给出结论。则设接收信号码元s(t)的表示式为试求其匹配滤波器的特性和输出信号码元的波形。解：信号波形是一个矩形脉冲，其频谱为令k=1，t0=Ts，可得其匹配滤波器的传输函数为得到此匹配滤波器的冲激

12、响应为h(t)的形状是s(t)的波形以t=Ts/2为轴线反转而来，由于s(t)的波形对称于t=Ts/2，所以反转后，波形不变。求出此匹配滤波器的输出信号波形为图2-4匹配滤波器因为式中的（）是理想理想积分器的传输函数，而exp（-j2f Ts）是延迟时间为Ts的延迟电路的传输函数。由此可得匹配滤波器的方框图为：图2-5匹配滤波器框图根据原理图可得以下设计：图2-6匹配滤波器其中参数设为： 图2-7参数图由于要使原始信号是一个矩形且在原点为一，所以在参数设置上initial value（起始值）为1，final value（终止值）为0，step time为1，所以time delay设为1其仿

13、真结果为：图2-8匹配滤波器仿真图整合：匹配滤波器是在高斯白噪声背景下，能使输出信噪比达到最大的线性滤波器。而抽样判决是在传输特性不理想以及噪声的背景下，在规定时刻对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，已恢复或再生基带信号。所以整合高斯信道，匹配滤波器和抽样判决器后的电路为图2-9整合图主要参数的设置为： 图2-10参数图仿真图为：图2-11整合后的仿真图由于输出波形比输入波形延时一个单位，所以在输入后加一个延时器，可使误码率降低由仿真图可知，将relay的判决门限设为0.4即可恢复原波形信源采用伯努利二进制信源，是为了之后的观察 由于一种匹配滤波器只能对应特定的输入信号进行滤波。匹配滤波器具有

14、时延适应性，不具有频移适应性。也就是说，当信号的频率特性不发生改变，只是时间上出现延时，这时匹配滤波器不变；当信号的频率特性发生改变时，匹配滤波器的频率特性也要随之改变。所以在加入整体电路中，参数还得做调整。4、心得体会A、高斯信道由于本身系统高斯信道的参数设置问题，所以采用了简易版的高斯信道B、匹配滤波器step中的step time 与transport delay 中的time delay设置的参数一致之所以加unary minus是由于延时是向右延时四、参考文献1、通信系统中matlab基础及仿真应用 赵谦 西安电子科技大学出版社2、MATLAB/simulink通信系统建模与仿真实例

15、分析邵玉斌 编著3、现代通信系统（matlab版）刘树棠译电子工业出版社4、现代通信原理与技术张辉 曹琳娜 主编5、通信原理-基于matlab的计算机仿真 郭文彬 桑林编著 北京邮电大学出版社6、matlab程序设计与综合应用张德丰等编著  清华大学出版社五、实习体会本次课程设计主要是利用仿真软件来进行数字基带通信系统的仿真。在刚开始我对系统的整体构成不是很熟悉，思维比较模糊，后来通过查资料，明白了整个系统的构成。通过本次训练，我对基带传输理论有了较深的理解，学到了很多的知识。本次综合训练对数字基带信号传输的特性进行了分析，运用数值仿真的方法，对基带传输的特性作了模拟。研究结果表明，传输基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性。在整个过程中，刚开始结果运行不