毕业设计（论文）-数字基带传输系统及Matlab仿真

1、摘 要伴随着现代计算机科学技术快速开展，新一代的可视化的仿真软件也随着产生。这些功能强大的仿真软件，使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的开展。通信系统仿真具有广泛的适应性和极好的灵活性，有助于我们更好地研究通信系统性能。本文主要研究通信系统中的关键技术数字基带传输，主要包括基带系统的组成、传输的方式及无码间串扰条件的特性研究。还着重的研究基于Matlab语言的数字基带传输特性，通过Matlab设计并仿真基带系统，在比较实测系统与理论研究的根底上加深了对基带传输特性的理解。以便基带传输理论和仿真在实际中得到更广泛的应用。理论知识是用来指导具体

2、实践的。本文在深刻理解通信系统理论的根底上利用Matlab强大的仿真功能，设计了许多具体的通信系统仿真模型。在仿真模型设计过程中，本文对模型设计的目的、具体的结构组成、仿真流程以及仿真结果都给出了具体详实的分析和说明。最后，本文对所做的研究工作进行了总结，并且提出了今后的工作和研究方向。关键词 基带传输系统，Matlab，仿真AbstractWith the development of computer, the successful research and development of new generation visual simulation software were burn

3、ed. The simulation software is powerful which makes the process of design and analysis of communications system simulation more intuitional and convenient. Today, the communications system simulation is rapid developing. Communications system simulation has comprehensive adaptability and wonderful a

4、gility, which is helpful for us to research the function of communications system well.The text introduces mostly about key technology of correspondence system which is numeric base band transmission. It includes structure of the correspondence system and it does transmit manner and the condition of

5、 without Inter-code interference. In following, the text emphasizes studies numeric base band transmission base-on matlab language and we use it to design and imitate base band system. We compare true-test system with theoretic system, so we get more understanding in the field of base band transmiss

6、ion.Theory aims to guide practice. On the base of deep comprehension of communications system theory, the paper designs many concrete simulation models. In the process of models design, the paper analyses the intention, configuration, simulation links and simulation results.In the end, the paper sum

7、marizes main content of the research and some following study and research objects are suggested.Key Words base band transmission system, matlab, simulation目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc233050217 摘 要 PAGEREF _Toc233050217 h I HYPERLINK l _Toc233050218 Abstract PAGEREF _Toc233050218 h II HYPERL

8、INK l _Toc233050219 第1章 绪 论 PAGEREF _Toc233050219 h 1 HYPERLINK l _Toc233050220 1.1 课题背景及研究的意义 PAGEREF _Toc233050220 h 1 HYPERLINK l _Toc233050221 1.2 MATLAB技术的国内外开展现状 PAGEREF _Toc233050221 h 1 HYPERLINK l _Toc233050222 1.3 本文研究的主要内容 PAGEREF _Toc233050222 h 2 HYPERLINK l _Toc233050223 第2章 基带传输系统 PAG

9、EREF _Toc233050223 h 3 HYPERLINK l _Toc233050224 2.1 基带传输系统组成 PAGEREF _Toc233050224 h 3 HYPERLINK l _Toc233050225 2.2 数字基带信号传输码型 PAGEREF _Toc233050225 h 4 HYPERLINK l _Toc233050226 2.3 无码间串扰传输系统及奈奎斯特(Nyquist)准那么 PAGEREF _Toc233050226 h 7 HYPERLINK l _Toc233050227 2.3.1 基带系统传输特性及码间串扰 PAGEREF _Toc2330

10、50227 h 7 HYPERLINK l _Toc233050228 2.3.2 数字信号传输的根本标准 PAGEREF _Toc233050228 h 7 HYPERLINK l _Toc233050229 2.4 SDH传输 PAGEREF _Toc233050229 h 8 HYPERLINK l _Toc233050230 2.4.1 SDH传输技术简介 PAGEREF _Toc233050230 h 8 HYPERLINK l _Toc233050231 2.4.2 SDH传输网的拓扑结构 PAGEREF _Toc233050231 h 9 HYPERLINK l _Toc2330

11、50232 2.4.3 SDH传输网的特点 PAGEREF _Toc233050232 h 10 HYPERLINK l _Toc233050233 2.5 时域均衡技术 PAGEREF _Toc233050233 h 11 HYPERLINK l _Toc233050234 2.6 数字基带信号的功率谱 PAGEREF _Toc233050234 h 12 HYPERLINK l _Toc233050235 2.7 局部响应系统 PAGEREF _Toc233050235 h 13 HYPERLINK l _Toc233050236 2.8 数字信号的最正确接收 PAGEREF _Toc23

12、3050236 h 14 HYPERLINK l _Toc233050237 第3章 MATLAB仿真 PAGEREF _Toc233050237 h 16 HYPERLINK l _Toc233050238 3.1 MATLAB简介 PAGEREF _Toc233050238 h 16 HYPERLINK l _Toc233050239 3.1.1 MATLAB系统组成 PAGEREF _Toc233050239 h 16 HYPERLINK l _Toc233050240 3.1.2 MATLAB的功能介绍 PAGEREF _Toc233050240 h 17 HYPERLINK l _T

13、oc233050241 3.1.3 MATLAB的特点 PAGEREF _Toc233050241 h 18 HYPERLINK l _Toc233050242 3.2 SIMULINK简介 PAGEREF _Toc233050242 h 19 HYPERLINK l _Toc233050243 3.2.1 SIMULINK的启用 PAGEREF _Toc233050243 h 20 HYPERLINK l _Toc233050244 3.2.2 SIMULINK的特点 PAGEREF _Toc233050244 h 21 HYPERLINK l _Toc233050245 3.3 建模与仿真

14、 PAGEREF _Toc233050245 h 22 HYPERLINK l _Toc233050246 3.3.1 仿真实验与分析 PAGEREF _Toc233050246 h 22 HYPERLINK l _Toc233050247 第4章 模拟信号的数字化研究及其仿真实现 PAGEREF _Toc233050247 h 23 HYPERLINK l _Toc233050248 4.1 模拟信号的数字化 PAGEREF _Toc233050248 h 23 HYPERLINK l _Toc233050249 4.2 模拟信号的抽样 PAGEREF _Toc233050249 h 23

15、HYPERLINK l _Toc233050250 4.2.1 抽样定理 PAGEREF _Toc233050250 h 23 HYPERLINK l _Toc233050251 4.2.2 模拟信号抽样仿真 PAGEREF _Toc233050251 h 24 HYPERLINK l _Toc233050252 4.3 模拟信号的量化 PAGEREF _Toc233050252 h 26 HYPERLINK l _Toc233050253 4.3.1 量化 PAGEREF _Toc233050253 h 26 HYPERLINK l _Toc233050254 .2 非均匀量化 PAGERE

16、F _Toc233050254 h 26 HYPERLINK l _Toc233050255 4.3.3 模拟信号量化仿真 PAGEREF _Toc233050255 h 28 HYPERLINK l _Toc233050256 第5章 基带传输系统仿真与实现 PAGEREF _Toc233050256 h 30 HYPERLINK l _Toc233050257 5.1 基带传输系统SIMULINK实现 PAGEREF _Toc233050257 h 30 HYPERLINK l _Toc233050258 5.1.1 基带传输系统原理 PAGEREF _Toc233050258 h 30

17、HYPERLINK l _Toc233050259 5.1.2 仿真模型的设计 PAGEREF _Toc233050259 h 30 HYPERLINK l _Toc233050260 5.1.3 仿真结果分析 PAGEREF _Toc233050260 h 31 HYPERLINK l _Toc233050261 5.2 基带传输系统中MATLAB实现 PAGEREF _Toc233050261 h 32 HYPERLINK l _Toc233050262 5.2.1 眼图的原理 PAGEREF _Toc233050262 h 32 HYPERLINK l _Toc233050263 5.2

18、.2 眼图的MATLAB实现 PAGEREF _Toc233050263 h 33 HYPERLINK l _Toc233050264 5.2.3 仿真分析 PAGEREF _Toc233050264 h 34 HYPERLINK l _Toc233050265 结 论 PAGEREF _Toc233050265 h 35 HYPERLINK l _Toc233050266 致 谢 PAGEREF _Toc233050266 h 36 HYPERLINK l _Toc233050267 参考文献 PAGEREF _Toc233050267 h 37 HYPERLINK l _Toc233050

19、268 附 录 PAGEREF _Toc233050268 h 38 HYPERLINK l _Toc233050269 PAGEREF _Toc233050269 h 38 HYPERLINK l _Toc233050270 PAGEREF _Toc233050270 h 40第1章 绪 论1.1 课题背景及研究的意义现代社会开展要求通信系统功能越来越强，性能越来越高，构成越来越复杂；另一方面，要求通信系统技术研究和产品开发缩短周期，降低本钱，提高水平。这样锋利对立的两个方面的要求，只有通过使用强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。现代计算机科学技术快速开展，已经研发出了新一代的可视化

20、的仿真软件。这些功能强大的仿真软件，使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的开展。通信系统仿真贯穿着通信系统工程设计的全过程，对通信系统的开展起着举足轻重的作用。通信系统仿真具有广泛的适应性和极好的灵活性，有助于我们更好地研究通信系统性能。Matlab是一种适用于工程应用各领域分析设计与复杂计算的科学计算软件，由美国Math works公司于1984年正式推出。Matlab是矩阵(Matrix)和实验室(laboratory)两个英文单词的前三个字母的组合，它是一种以矩阵运算为根底的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的要求，现已成

21、为大学教学和科研中最常用且必不可少的工具。MATLAB提供的动态仿真工具Simulink可以有效地对系统进行建模，由于仿真过程是交互式的，可以灵活改变仿真参数，并且可以立即得到修改参数后的仿真结果。在通信领域通常利用Simulink建立通信网络的简化模型并连接成系统即可直接进行控制器的设计和仿真。Matlab是一种编程语言和可视化工具，它能对数据以图形的方式显示出来，使数据间的关系明了。Matlab所包含的应用工具箱的功能非常丰富，提供的Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，支持线性和非线性系统，能够在连续时间域、离散时间域或者两者的混合时间域里进行建模，其中通信系

22、统工具箱中包含了对通信系统进行分析和仿真所需的信源编码、纠错编码、信道、调制解调以及其他所用的库函数和模块。文中利用Matlab对数字基带传输系统进行了建模和仿真并对结果进行了分析，结果说明所建立的仿真系统到达了较高的精度。由于基带传输系统在数字传输系统中有不可替代的作用，其应用范围也随着技术的开展渗入网络通信、卫星通信及测控、 通信、数字电视、数字 等生活、科技的各方面，日益成为数字通信传输系统中的关键技术1。 MATLAB技术的国内外开展现状Matlab 是美国Math Works公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括

23、Matlab和Simulink两大局部。Matlab的根本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用Matlab来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且math work也吸收了像Maple等软件的优点,使Matlab成为一个强大的数学软件。在新的版本中也参加了对C，FORTRAN，C+ ，JAVA的支持。可以直接调用,近些年来随着计算机技术、网络技术、信号处理、通信技术、自动控制技术的突飞猛进，系统仿真技术的研究力度也在不断加大，开展速度不断加快，应用领域不断扩大。Matlab是当今最优秀的科技应用软件之一，它以强大的科学计算与可视化功能

24、、简单易用、开放式可扩展环境，特别是所附带的30多种面向不同领域的工具箱支持，使得它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的根本工具和首选平台。Matlab具有其他高级语言难以比较的一些优点，如编写简单、编程效率高、易学易懂等，因此Matlab语言也被通俗地称为演算纸式科学算法语言。在控制、通信、信号处理及科学计算等领域中，Matlab都被广泛地应用，已经被认可为能够有效提高工作效率、改善设计手段的工具软件，掌握了Matlab就好比掌握了开启这些专业领域大门的钥匙。Matlab是从事众多工业、科研领域的必备工具。无论是在校学生，还是已经参加工作的工程技术人员和科研人员，都

25、非常渴望快速学习Matlab并熟练运用它来解决各种科学问题、工程问题。1.3 本文研究的主要内容首先根据论文设计的具体要求，通过高级通信系统建模与仿真的实际操作，采用系统级方法，完成用Matlab建立通信系统模型；然后，对系统中各个实体进行实际程序编写，实现通信系统。其次，注重分析系统的设计变化影响，如无码间干扰数字基带传输特性等的具体功能实现仿真。包括信号生成、编码器、误码率的分析、眼图的分析、无码间干扰基带系统的抗噪性能、多径传播与信道均衡主要对通信性能分析比较。设置观察窗口，分析数据和波形。最后，对通信系统中的各个局部进行详细的分析，并在Matlab中实现具体的数字通信系统的仿真功能。第

26、2章 基带传输系统目前，在实际使用的数字通信中，虽然基带传输不如频带传输那样广泛，但是，对于基带传输系统的研究仍然是十分有意义的。这是因为：首先，基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题；其次，随着数字通信技术的开展，基带传输这种方式也有迅速开展的趋势，目前，它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输；最后，理论上也可以证明，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统所替代。2.1 基带传输系统组成模拟信号经过信源编码得到的信号为数字基带信号，将这种信号经过码型变换，不经过调制，直接送到信道传输，称为数字信号的基带传输。基带传输系统的组成框图如图2.1

27、所示。它主要由码波形变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器和取样判决器等5个功能电路组成2。 图2.1 基带传输系统模型基带传输系统的输入信号是由终端设备编码器产生的脉冲序列，为了使这种脉冲序列适合于信道的传输，一般要经过码型变换器，码型变换器把二进制脉冲序列变为双极性码AMI码或HDB3码，有时还要进行波形变换，使信号在基带传输系统内减小码间干扰。当信号经过信道时，由于信道特性不理想及噪声的干扰，使信号受到干扰而变形。在接收端为了减小噪声的影响，首先使信号进入接收滤波器，然后再经过均衡器，校正由于信道特性包括接收滤波器在内不理想而产生的波形失真或码间串扰。最后在取样定时脉冲到来时，进行判决以恢

28、复基带数字码脉冲。码形变换器：基带传输系统的输入是由终端设备或编码器产生的脉冲序列，它往往不适合直接送到信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换实现的，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。信道：是允许基带信号通过的媒质。信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，恒参信道如明线、同轴电缆、对称电缆、光纤通道、无线电视距中继、卫星中继信道对信号传输的影响主要是线形畸变；随参信道如短波电离层反射、对流层散射信道等对信号传输的影响主要有频率弥散现象多径传播、频率的选择性衰落。信道的线性噪声和加性

29、噪声的影响。接收滤波器：它的主要作用的滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。抽样判决器：它是在传输特性不理想及噪声背景下，在由位定时脉冲控制的特殊点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。2.2 数字基带信号传输码型1. 数字基带信号传输码型的要求(1) 有利于提高系统的频带利用率。(2) 基带信号应不含直流分量，同时低频分量要尽量少，因为由于变压器的接入，使信道具有低频截止特性。(3) 考虑到码型频谱中高频分量的影响。电缆中线对间由于电磁辐射而引起的串话随频率升高而加剧，会限制信号的传输距离或传输容量。(4) 基带信号应具有足够大的定时信号供提取。(

30、5) 基带信号的传输码型应具有误码检测能力。(6) 码型变换设备简单，容易实现。2. 常用的基带传输码型 常见的传输码型有传号交替反转码-I码、三阶高密度双极性码HDB3码、分相码Manchester码、传号反转码CMI码以及4B3T码等。另外，AMI码也是CCITT建议采用的基带传输码型，但其缺点是当长连0过多时对定时信号提取不利。CMI码一般作为四次群的接口码型。传号交替反转码AMI码AMI(Alternate Mark Inversion)码又称为平衡对称码。这种码的编码规那么是：把码元序列中的“1码变为极性交替变化的传输码+1、-1、+1、-1、，面码元序列中的“0码保持不变。例如：码

31、元序列： 1 00 1 10 10 1 1 1 100AMI 码： +1 00 -1 +10 -10 +1 -1 +1 -100对应的波形如下图。 图2.2 AMI码波形由AMI码的编码规那么可以看出，由于+1和-1各占一半，因此，这种码中无直流分量，且其低频和高频分量也较少，信号的能量主要集中在fT/2处，其中fT为码元速率。AMI码的功率谱如图2.3，为便于比较，图中还画出了NRZ及HDB3码的功率谱。此外，AMI码编码过程中，将一个二进制符号变成了一个三进制符号，即这种码脉冲有三种电平，因此这种码称为伪三电平码，也称为1B1T码型。AMI码除了上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码

32、情况等优点。但是AMI码有一个重要的缺陷，就是当码元序列中出现长连“0时，会造成提取定时信号的困难，因而实际系统中常采用AMI码的改良型HDB3码。 图2.3 NRZ、AMI码及码功率谱HDB3码HDB3 (High Density Bipo1ar 3)是三阶高密度双极性码，它是为了克服传输波形中出现长连“0码的情况而设计的AMI码的改良型。HDB3码的编码规那么是：把码元序列进行AMI编码，然后去检查AMI码中连0的个数，如果没有四个以上(包括四个)连0串时，那么这时的AMI码就是HDB3码。如果出现四个以上连0串时，那么将每4个连0小段的第4个0变成与其前一个非0码(+1或-1)相同的码。

33、显然，这个码破坏了“极性交替反转的规那么，因而称其为破坏码，用符号V表示(即+1记为+V，-1记为-V)。为了使附加V码后的序列中仍不含直流分量，必须保证相邻的V码极性交替。这一点，当相邻的V码之间有奇数个非0码时，是能得到保证的；但当相邻的V码之间有偶数个非0码时，那么得不到保证。这时再将该连0小段中的第1个0变+B或-B，B的极性与其前一个非0码相反，并让后面的非零码从V码后开始再极性交替变化。例如：码元序列： 1 0000 101 0000 1 000 0 11AMI 码： +1 0000 -10+1 0000 -1 000 0 +1-1HDB3码： +1 000+V -10+1 -B0

34、0-V +1 000+V -1+1上例中，第1个V码和第2个V码之间，有2个非0码(偶数)，故将第2个4连0小段中的第1个0变成-B；第2个V码和第3个V码之间,有1个非0码(奇数)，不需变化。最后可看出，HDB3码中，V码与其前一个非0码(+1或-1)极性相同，起破坏作用；相邻的V码极性交替；除V码外，包括B码在内的所有非0码极性交替。HDB3码的波形如图2.4所示。图2.4 HDB3码波形虽然HDB3码的编码规那么比较复杂，但译码却比较简单。从编码过程中可以看出，每一个V码总是与其前一个非0码(包括B码在内)同极性，因此从收到的码序列中可以很容易地找到破坏点V码，于是可断定V码及其前3个码

35、都为0码。再将所有的-1变为+1后，便可恢复原始信息代码。HDB3码的特点是明显的，它既保存AMI码无直流分量，便于直接传输的优点，又克服了长连0串(连0的个数最多3个)的出现，其功率诸如图2.4所示。由图可见，HDB3码的频谱中既消除了直流和甚低频分量，又消除了方被中的高频分量，非常适合基带传输系统的特性要求。因此，HDB3码是目前实际系统中应用最广泛的码型。虽然HDB3码比AMI码的性能更好，但它仍属于1B/1T码型。(3) 曼彻斯特Manchester码曼彻斯特码又称数字双相码或分相码。波形如图(b)所示，图(a)为对应的NRZ码波形。曼彻斯特码用一个周期的方波来代表码元“1，而用它的反

36、相波形来代表码元“0。图2.5 曼彻斯特码和CMI码波形这种码在每个码元的中心部位都发生电平跳变，因此有利于定时同步信号的提取，而且定时分量的大小不受信源统计特性的影响。曼彻斯特码中，由于正负脉冲各占一半，因此无直流分量，但这种码占用的频带增加了一倍。曼彻斯特码适合在较短距离的同轴电缆信道上传输。(4) CMI码CMI码称为传号反转码。在CMI码中，“1码(传号)交替地用正、负电平脉冲来表示，而“0码那么用固定相位的一个周期方波表示，如图(c)所示。CMI码和曼彻斯特码相似，不含有直流分量，且易于提取同步信号。CMI码的另一个特点是具有一定的误码检测能力。这是因为，CMI码中的“l码相当于用交

37、替的“和“11两值码组表示，而“0码那么固定地用“01码组表示。正常情况下，序列中不会出现“10码组，且“和“11码组连续出现的情况也不会发生，这种相关性可以用来检测因干扰而产生的局部错码。根据原CCITT的建议，CMI码可用作脉冲编码调制四次全群的接口码以及速率低于8448kb/s的光纤数字传输系统中的线路传输码型。此外，CMI码和曼彻斯持码一样都是将一位二进制码用一组两位二进制码表示，因此称其为1B2B码。(5) 4B3T码4B3T码是1B/1T码的改良型，它把4个二进制码元变换为3个三进制码元。显然，在相同信息速率的条件下，4B3T码的码元传输速率要比1B/1T码的低，因而提高了系统的传

38、输效率。4B3T码的变换过程中需要同步信号，变换电路比较复杂，故一般较少采用。2.3 无码间串扰传输系统及奈奎斯特(Nyquist)准那么 基带系统传输特性及码间串扰在基带传输系统中，由于系统(主要是信道)特性不理想，接收端收到的数字基带信号波形会发生畸变，使码元之间互相产生干扰。此外，信号在传输过程中受信道加性噪声的影响，还会使接收波形叠加上随机干扰，造成接收端判决时发生误码。为了消除或减小这些干扰，必须合理地设计基带传输系统，为此先对系统特性和信号波形进行讨论。基带传输系统总的传输特性可写为 (2.1)式中，为发送滤波器；为物理传输信道；为接收滤波器。相应地，基带传输系统的冲激响应为 )分

39、析可见，为了获得足够小误码率，必须最大限度地减小码间串扰及随机噪声的影响，这需要合理地设计基带信号和基带传输系统。从理论上说，只要合理地设计系统的传输特性，码间串扰是可以消除的；但对随机噪声来说，只能尽量减小其影响，不能完全消除。 数字信号传输的根本标准1. 奈奎斯特第一准那么如何才能保证信号在传输时不出现或少出现码间干扰，这是关系到信号可靠传输的一个关键问题。奈奎斯特对此进行了研究，提出了不出现码间干扰的条件：当码元间隔T的数字信号在某一理想低通信道中传输时，假设信号的传输速率位Rb=2fcfc为理想低通截止频率，各码元的间隔T=1/2fc，那么此时在码元响应的最大值处将不产生码间干扰，且信

40、道的频带利用率到达极限，为2(b/s)Hz。上述条件是传输数字信号的一个重要准那么，通常称为奈奎斯特第一准那么。即传输数字信号所要求的信道带宽应是该信号传输速率的一半BW=fc=Rb/2=1/2T当满足这一条件时，其它码元的拖尾振幅在对应于某一码元响应的最大值处刚好为零。2. 滚降低通幅频特性实际传输中，不可能有绝对理想的基带传输系统，这样一来，不得不降低频带利用率，采用具有奇对称滚降特性的低通滤波器作为传输网络。根据推导得出结论：只要滚降低通的幅频特性以点C(fc,1/2)呈奇对称滚降，那么可满足无码间干扰的条件此时仍需满足传输速率=2fc。滚降系数：a=(fc+fa)-fc/fc用滚降低通

41、作为传输网络时，实际占用的频带展宽了，那么传输效率有所下降，当a=100%时，传输效率即频带利用率只有1(b/s)Hz，比理想低通小了一半。3. 眼图眼图是利用实验手段方便地估计和改善(通过调整)系统性能时在示波器上观察到的一种图形。在传输二进制信号波形时，示波器显示的图形很像人的眼睛，故名“眼图。眼图可以定性反映码间串扰的大小和噪音的大小，通过上述模型可以获得以下信息：(1) 最正确抽样时刻应选择在眼图中眼睛张开的最大处。(2) 对定时误差的灵敏度，由斜边斜率决定，斜率越大，对定时误差就越灵敏。(3) 在抽样时刻上，眼图上下两分支的垂直宽度，都表示了最大信号畸变。(4) 在抽样时刻上，上、下

42、两分支离门限最近的一根线迹至门限的距离表示各自相应电平的噪声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生判决过失。(5) 对于信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围，这个变动范围的大小对提取定时信息有重要影响。 SDH传输2. SDH传输技术简介SDH网是对原有PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy准同步系列)网的一次革命。PDH是异步复接，在任一网络节点上接入接出低速支路信号都要在该节点上进行复接、码变换、码速调整、定时、扰码、解扰码等过程，并且PDH只规定了电接口，对线路系统和光接口没有统一规定，无法实现全

43、球信息网的建立。随着SDH技术引入，传输系统不仅具有提供信号传播的物理过程的功能，而且提供对信号的处理、监控等过程的功能。SDH通过多种容器C和虚容器VC以及级联的复帧结构的定义，使其可支持多种电路层的业务，如各种速率的异步数字系列、DQDB、FDDI、ATM等，以及将来可能出现的各种新业务。段开销中大量的备用通道增强了SDH网的可扩展性。通过软件控制使原来PDH 中人工更改配线的方法实现了交叉连接和分插复用连接，提供了灵活的上/下电路的能力，并使网络拓扑动态可变，增强了网络适应业务开展的灵活性和平安性，可在更大几何范围内实现电路的保护、高度和通信能力的优化利用，从而为增强组网能力奠定根底，只

44、需几秒就可以重新组网。特别是SDH自愈环，可以在电路出现故障后，几十毫秒内迅速恢复。SDH 的这些优势使它成为宽带业务数字网的根底传输网3。 SDH传输网的拓扑结构SDH网是由SDH网元设备通过光缆互连而成的，网络节点(网元)和传输线路的几何排列就构成了网络的拓扑结构。网络的有效性(信道的利用率)、可靠性和经济性在很大程度上与其拓扑结构有关。1. 链型网 : 此种网络拓扑是将网中的所有节点一一串联，而首尾两端开放。2. 星型网 : 此种网络拓扑是将网中一网元作为特殊节点与其他各网元节点相连，其他各网元节点互不相连。 3. 环型网:网上任何一个网元节点都不对外开放的网络拓扑形式。这是当前使用最多

45、的网络拓扑形式，它具有很强的生存性，即自愈功能较强。4. 网孔型网:将所有网元节点两两相连，就形成了网孔形网络拓扑。在电力通信网中，应用最多的网络拓扑是链型、环型和环链组合，可构成更加复杂的网络。 链型星型环型网孔型 图2.6 SDH拓扑结构 SDH传输网的特点SDH传输体制的是为了克服PDH传输体制的技术缺陷而提出的，具有PDH体制无可比较的优点，它是不同于PDH体制的全新的一代传输体制:具有统一的速率等级和接口标准SDH体制有一套标准的信息结构等级，即有一套标准的速率等级。高速率等级数字信号由低速率等级信号通过字节间插同步复接而成，速率等级间是4的倍数，见表2.1。表 SDH速率等级 SD

46、H信号的线路编码仅是对信号进行扰码，扰码标准是世界统一的，使得不同厂家的设备可以进行光口互连。 图2.7 不同厂商的SDH设备互通SDH帧结构中安排了丰富的用于运行维护OAM功能的开销字节开销字节的应用使网络的监控、检测故障等能力和维护的自动化程度得到大大加强，SDH帧结构如图2.8所示。 图2.8 SDH帧结构3. 采用同步复用方式，使网络中上下支路信号变得十分简单由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中的，这样就使低速SDH信号在高速SDH信号的帧中的位置是固定的、有规律的，也就是说可预见的。因此可从高速信号中直接分插出低速支路信号，防止了以往PDH系统需要对全部高

47、速复用信号进行解复用的做法，省去了全套背靠背复用设备，使网络结构得以简化，上下业务十分容易。SDH的这种复用方式使数字交叉连接(DXC) 功能更易于实现，使网络具有了很强的自愈功能，并实现灵活的业务调配。SDH传输体制具有很好的兼容性当组建SDH传输网时，可以用SDH网传送原有的PDH业务。另外，其它数字信号系列异步转移模式信号(ATM)、光纤分布数据接口(FDDI)等均可被SDH根本传输模块(STM-1) 容纳4。2.5 时域均衡技术目前时域均衡的常用方法是在基带信号接收滤波器R()之后插入一个横向滤波器。假设其总的传输特性H()，不满足式(1-2),即存在一定的码间干扰。如果在接收滤波器R

48、()之后插入一个横向滤波器，其冲激响应为 式中，CX取决于H()，那么理论上可以消除码间干扰。时域均衡的目标：调整各增益加权系数CX使得除n=0外y(t)在奈氏各取样点上的值均为零，即 ，这就消除了 码间干扰。时域均衡器是通过横向滤波器来实现的。所谓横向滤波器是指具有固定延迟时间间隔、增益可调整的多抽头滤波器。一般来说，横向滤波器插入在基带系统的接收滤波器和判决器之间。横向滤波器的输入来自接收滤波器的输出x(t)，即x(t)为被均衡的对象，其输出y(t)为均衡结果，送至判决器进行判决。下面讨论时域均衡器的原理，讨论中不考虑噪声的影响。由图2.6，重新写出横向滤波器的冲激响应为 (2.3)图2.

49、6 横向滤波器输入、输出波形实际应用时，用示波器观察均衡滤波器输出信号的眼图。通过反复调整各个增益放大器的Ci,使眼图的眼张开最大为止。其主要实现方法有预置式自动均衡和自适应式自动均衡。2.6 数字基带信号的功率谱在研究数字基带传输系统时，对数字基带信号的频谱进行分析非常必要。数字基带信号是一个随机的脉冲序列信号，随机信号的频谱特性必须用功率谱密度来描述。对于随机序列信号，只能用统计的方法分析它的功率谱密度函数。计算数字基带信号功率谱的目的是1. 可以根据谱特性设计最适当的基带传输系统及选择合理的传输方式。2. 明确序列中是否含有定时脉冲信号的线谱分量，以便确定是否可以直接从序列中提取定时信号

50、。下面分析二进制数字基带脉冲序列的功率谱。二进制数字基带脉冲序列波形如图2.7所示，该随机序列可用下式表示 ) 图2.7二进制数字基带脉冲序列波形式中， (2.5)这里用g1(t)和g2(t)分别表示码元符号的0和1，T为码元的宽度。图中虽然g1(t)和g2(t)都画成了三角形高度不同，但实际上g1(t)和g2(t)可以是任意的脉冲。一般来说，对广义平稳随机过程的典型分析方法是用随机过程的相关函数去求过程的功率谱。但图2.7中所示的二进制数字基带脉冲序列，并不是严格的广义平稳随机过程。对该随机序列的功率谱分析采用另一种简便的方法：根据功率谱的定义，先截取序列的有限项，然后用求极限的方法得到序列

51、的功率谱密度函数Ps(f)。即有 (2.6) (2.7)上式中，SN(f)为截断信号SN(t)的频谱密度函数。那么经推导可得二进制随机数字基带脉冲序列的单边带功率谱密度函数 (2.8)上式中第一、二项为离散分量，第三项为连续分量。由此可见，随机基带序列的功率谱中包括离散谱和连续谱两局部，其中离散谱可直接提取作为时钟定时信号用。对连续谱来说，由于代表码元符号的g1(t)和g2(t)不能完全相同，故，因而连续谱总是存在的。对离散谱来说，一般情况下，它也是存在的,但在有些情况下可能不存在。例如，当g1(t)和g2(t)出现的概率相等，即P1P，且采用双极性脉冲，即g1(t)=-g2(t)g(t)，时

52、式)可写为 (2.9)上式说明，双极性全占空随机序列中不含有离散分量，因而无法直接提取时钟定时信号。此时必须将双极性信号整流，并处理成归零脉冲才可以进行时钟定时信号的提取。分析数字信号的脉冲序列码的功率谱可以知道信号功率的分布，根据主要功率集中在哪个频段，可以确定信号带宽，进而考虑信道带宽和传输网络滤波器、均衡器的传输特性。同时利用它的离散谱是否存在这个特点，可以明确能否从脉冲序列中直接提取所需的离散分量和采取怎样的方法可以从序列中获得所需的离散分量，以便在接收端用这些成分作位同步定时等。脉冲序列码主要研究NRZ码、RZ码、AMI码。分析噪声的功率谱密度可以知道噪声对系统的影响，并且可以人为的

53、仿真噪声。2.7 局部响应系统局部响应编码方法又称为波形的相关编码法。在局部响应基带传输系统中，通过有控制地引入一定的码间串扰，来到达压缩传输频带的目的。局部响应系统技术是有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间串扰，有规律的，而在其余码元的抽样时刻无码间串扰。局部响应系统能够改变数字脉冲序列的频谱分布，降低对定时的要求，同时到达压缩传输频带，提高频带利用率的目的。局部响应技术在高速、大容量传输系统中得到推广和应用。发相加发送滤波信道接收滤波模2判断Tb+收抽样脉冲图2.8 局部响应的系统框图局部响应波形的一般形式： (2.10)上式为(N+1)个相继延时出现的奈奎斯待脉冲的加权组合，其中Ri为加

54、权系数，取整数值。式(2.7)所示的局部响应波形的频谱为式(2.11) )根据加权系数Ri的不同，可以得到不同种类的局部响应波形。表2.1中列出了常用的五类局部响应波形及其频谱，为便于比较，将理想的波形也列入其中，称为0类响应波形，实际系统中，第类局部响应波形应用最广。 数字信号的最正确接收通信系统的信道特性不理想及信道噪声的存在，直接影响接收系统的性能，而一个通信系统的质量优劣在很大程度上取决于接收系统的性能。研究在噪声条件下如何最好的提取有用信号，且在最大输出信噪比接收准那么下构成最正确接收机，有重要的实用价值。匹配滤波器是指在白噪声为背景的条件下，输出信噪比最大的最正确线形滤波器。如果用

55、匹配滤波器做接收机的输入滤波器，那么滤波器输出的信噪比最大，因此，用匹配滤波器构成的接收是满足最大输出信噪比准那么的最正确接收机，也称匹配接收机。匹配滤波器的传递函数 (2.12)式中，匹配滤波器的幅度特性；信号的振幅谱。由公式可知，由于匹配滤波器幅度特性与信号的振幅谱相同，因此信号中频谱幅度大的频率成分，匹配滤波器对其衰减少，而信号中的频谱幅度小的频率成分衰减大。但对噪声来说，因为是白噪声，首先信号带外的噪声全部被匹配滤波器抑制，输出的噪声较小。匹配滤波器的冲击响应： (2.13)由公式说明匹配滤波器的冲击响应是输入信号的镜像信号在时间上时延。根据匹配滤波器的冲击响应和输入信号的关系，可以很

56、方便的求的，然后根据的波形对它进行傅立叶变换求出。匹配滤波器的输出波形： (2.14)匹配滤波器的性能：信号不同，对应的匹配滤波器也不同。信号通过匹配器会产生严重的波形失真。匹配滤波器只能用于数字信号接收。最大信噪比仅与信号能量及白噪声的功率谱密度有关，与信号波形无关。第3章 MATLAB仿真3.1 MATLAB简介在科学研究和工程应用中，往往要进行大量的数学计算，其中包括矩阵运算。这些运算一般来说难以用手工精确和快捷地进行，而要借助计算机编制相应的程序做近似计算。目前流行用Basic、Fortran和c语言编制计算程序, 既需要对有关算法有深刻的了解，还需要熟练地掌握所用语言的语法及编程技巧

57、。对多数科学工作者而言，同时具备这两方面技能有一定困难。通常，编制程序也是繁杂的，不仅消耗人力与物力,而且影响工作进程和效率。为克服上述困难，美国Math work公司于1967年推出了“Matrix Laboratory缩写为Matlab软件包，并不断更新和扩充。目前最新的5.x版本windows环境是一种功能强、效率高便于进行科学和工程计算的交互式软件包。其中包括：一般数值分析、矩阵运算、数字信号处理、建模和系统控制和优化等应用程序，并集应用程序和图形便于使用的集成环境中。在此环境下所解问题的Matlab语言表述形式和其数学表达形式相同，不需要按传统的方法编程。不过，Matlab作为一种新

58、的计算机语言，要想运用自如，充分发挥它的威力，也需先系统地学习它。但由于使用Matlab编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不像学习其它高级语言-如Basic、Fortran和C等那样难于掌握。实践证明，你可在几十分钟的时间内学会Matlab的根底知识，在短短几个小时的使用中就能初步掌握它.从而使你能够进行高效率和富有创造性的计算。 Matlab大大降低了对使用者的数学根底和计算机语言知识的要求，而且编程效率和计算效率极高，还可在计算机上直接输出结果和精美的图形拷贝，所以它确实为一高效的科研助手。自推出后即风行美国，流传世界。Matlab是当今最优秀的科技应用软件之一，它以强

59、大的科学计算与可视化功能、简单易用、开放式可扩展环境，特别是所附带的30多种面向不同领域的工具箱支持，使得它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的根本工具和首选平台6。 MATLAB系统组成Matlab系统以Matlab为核心，由一系列相关软件构成。其根本的组成结构如图3.1所示：Matlab是整个系统的根底，它提供完整的操作环境和核心计算函数，完成各种数学算法、数据分析、图形显示和程序编辑调试等功能。单就Matlab来说，它由五个局部组成：1. 集成开发环境，包括操作桌面、命令窗、历史命令窗、编辑调试器、帮助浏览器、工作空间浏览器、当前路径浏览器、搜索路径浏览器等工具

60、，方便用户使用和管理Matlab的函数和文件。2. 数学函数库，它是Matlab语言的根底，也是各种工具箱 应用的根底，这些数学函数采用国际上公认的最先进的可靠算法，经过专家优化后以简单易用的形式呈现出来。3. Matlab语言，其使用方便灵活，它不仅具有条件控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等一般程序语言特性，而且更有利于矩阵和数组的操作和运算。4. 句柄图形系统，是Matlab图形显示和数据可视化功能的根底，也是用户创立GUI应用程序的根底。5. 应用程序接口库API和MATLAB编译器。借助API接口函数，一方面能够在C/C+或Fortran中直接调用MATLAB函数，或读写M