課程設計數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真與設計

1、萍鄉(xiāng)高等?？茖W校通信原理課程設計課程：通信原理題目：數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)設計與仿真系部：機械電子工程系專業(yè)年級：通信技術2009級姓名：劉媛輝 楊丹妮 李亞云學號： 指導老師：文如泉一 、課程題目數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)：欲傳送的01比特流+碼型變換（HDB3碼）+基帶成型網(wǎng)絡（采用升余弦滾降系統(tǒng)）+信道+碼型反變換+01比特流。二、設計要求1.完成一個題目。 2.對通信系統(tǒng)有整體的較深入的理解。 3.提出仿真方案。 4.完成仿真軟件的編制。 5.仿真軟件的演示。 6.提交詳細的設計報告。三、設計目的1.綜合應用Matlab編程與系統(tǒng)仿真、信號與系統(tǒng)、現(xiàn)代通信原理等多門課程知識，使學生建立通信系統(tǒng)的整體概

2、念。2.培養(yǎng)學生系統(tǒng)設計與系統(tǒng)開發(fā)的思想。3.培養(yǎng)學生利用軟件進行通信仿真的能力。4.培養(yǎng)學生獨立動手完成課題設計項目的能力。5.培養(yǎng)學生查找相關資料的能力。四、實驗條件計算機、Matlab軟件、相關資料。五系統(tǒng)設計方案數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)：（1）概念：未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號所占據(jù)的頻譜是從零頻或者很低頻率開始，稱為數(shù)字基帶信號,不經(jīng)載波調(diào)制而直接傳輸數(shù)字基帶信號的系統(tǒng)，稱為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。（2）數(shù)字基帶傳輸?shù)难芯康囊饬x：第一：在利用對稱電纜構(gòu)成的近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛采用這種傳輸方式。第二：數(shù)字基帶傳輸方式迅速發(fā)展，用于低速或高速數(shù)據(jù)傳輸。第三：基帶傳輸系統(tǒng)的許多問題也是帶通傳輸系統(tǒng)必須考慮的問題

3、。第四：任一個線性調(diào)制的帶通傳輸系統(tǒng)，可以等效為一個基帶傳輸系統(tǒng)。（3）對傳輸碼型的要求：不含直流分量且低頻分量盡量少。應含有豐富的定時信息，以便于從接受碼流中提取定時信號。功率譜的主瓣寬度窄，以節(jié)省傳輸頻帶。不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能適應于信息源的變化。具有內(nèi)在的檢錯能力，即碼型應具有一定的規(guī)律性，以便宏觀監(jiān)測。編譯碼簡單，已降低通信延時和成本。（4）基帶傳輸常用碼型：AMI碼（傳號交替反轉(zhuǎn)碼）、HDB3碼（三階高密度雙極性碼）、雙相碼、差分雙相碼、密勒碼、CMI碼（傳號反轉(zhuǎn)碼）、塊編碼等。（5）其中本次設計采用的HDB3碼。a.HDB3碼編碼規(guī)則：1交替變換為+1，-10連0小于等于3

4、則用0電平表示，大于3則用特定碼組替換B 0 0 V或 0 0 0 V任意兩個V之間B的個數(shù)為奇數(shù)。b.示例：c.HDB3碼的特點：有檢錯能力。解決了連“0”時位定時信息提取困難。無直流分量。B碼和V碼各自保持極性交替變化，以確保無直流分量。可能存在誤碼擴散的問題。（6）數(shù)字基帶信號傳輸碼系統(tǒng)組成：信道信號形成器基帶成型網(wǎng)絡接受濾波器抽樣判決同步提取信道C（w）基帶脈沖輸入基帶脈沖輸出噪聲信道形成器：其功能產(chǎn)生適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘柌ㄐ巍Ｐ诺溃菏窃试S基帶信號通過的媒介，通常為有線信道，如雙絞線、同軸電纜等，其傳輸特性一般不滿足無失真?zhèn)鬏敆l件。接受濾波器：用來接收信號，盡可能濾除信道噪聲和其他

5、干擾，對信道特性進行均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。抽樣判決器：則在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時刻對接受器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復基帶信號。同步提?。河脕沓闃拥奈欢〞r脈沖依靠同步提取電路從接受信號中提取，位定時的準確與否將直接影響判決效果。基帶傳輸總特性：H(w)= GT(w)C(w)GR(w)若假設信道傳輸函數(shù)C(w)=1，于是基帶系統(tǒng)的傳輸特性變?yōu)镠(w)= GT(w)GR(w)。（7）無碼間串擾的傳輸特性的設計：理想低通特性H(t)=Sa/TsH(W)=TsRet(W/WS)Sa(t/T)信號帶寬最小的波形理想低通信號的主要缺點a.工程上難以實現(xiàn)；b.尾部衰減慢（沖激

6、響應h(t)波形收斂速度較慢，拖尾以1/t速率衰減，當存在定時誤差時會帶來比較大的干擾）升余弦滾降特性:H(t)=Sa(t/Ts)cos(at/Ts)/(1-4aatt)/TsH(w)=Ts ;w /Ts(1-a)升余弦滾降信號的波形與頻譜：傳輸寬帶:B=(1+a)/2rs頻帶利用率：g=rs/B=2/(1+a)全升余弦系統(tǒng)：a=1六、詳細設計與編碼1. 設計方案實驗流程:信源碼型編碼信道信號形成碼型譯碼抽樣判決信道接受濾波器升余弦滾降系signalhdb3_signalfiltersignalsamplesignal2.設計思路：（1）信源：生成欲傳送的01比特流，將個數(shù)N作為函數(shù)的輸入；使

7、用函數(shù)rand（1，N），使得大于某個特定值的數(shù)值為1，反之，小于則為0。：因本實驗采用HDB3碼作為基帶傳輸碼型，所以使用0.75作為0和1的分界線，這樣可以生成低密度的01比特流，使得在程序運行的時候，只通過連續(xù)的少量bit就可以HDB3的編碼與譯碼的正確性。（2）碼型編碼：將生成的01比特流作為碼型轉(zhuǎn)換函數(shù)的輸入，函數(shù)輸出為碼型轉(zhuǎn)換后的HDB3。流程圖如下:i=1ilength(signal)jj=1jj某個特定值，則信號恢復時函數(shù)為1，若信號抽樣值是某一特定值，則信號恢復時信號值設定為-1，其余恢復為0。一般判定值不設定為0，因為若有噪聲等對信號進行干擾，導致系統(tǒng)輸出信號不是理想的。（

8、5）碼型譯碼：將抽樣判決后的信號作為函數(shù)的輸入，進行碼型反變換，函數(shù)輸出為恢復了的欲傳送的01比特流。編寫程序時，首先進行設定標記Last_V、Last_B（初始設定默認為-1，與碼型編碼相對應），設定輸入信號為signal，碼型譯碼后的信號ssignal，其中N為每bit抽樣點數(shù)。3.其函數(shù)程序流程圖如下： j=j+1;i=i+1i0.75;（3）碼型編碼HDB3碼function hdb3NRZ_signal=hdb3NRZ(signal)last_V=-1;last_B=-1;hdb3NRZ_signal=zeros(size(signal); count=0;for i=1:lengt

9、h(signal) if signal(i)=1hdb3NRZ_signal(i)=-last_B;last_B=hdb3NRZ_signal(i);count=0; elsecount=count+1;if count=4 count=0; hdb3half_signal(i)=-last_V;last_V=hdb3NRZ_signal(i);if hdb3NRZ_signal(i)*last_B=-1 end end end end endfunction hdb3_signal=hdb3(signal,n)%hdb3_signal=hdb3RZ(signal,n)%函數(shù)輸出hdb3_si

10、gnal為碼型轉(zhuǎn)換后的傳輸碼型HDB3碼a=hdb3NRZ(signal);a0=zeros（1，n/2）；hdb3_signal=;for j=1:length(signal);a1=;for jj=1:n/2 a1=a1,a(j); end hdb3_signal=hdb3_signal,a1,a0;end（4）基帶成型網(wǎng)絡升余弦滾降系統(tǒng)function filtersignal=filter_Nyquist(signal)%函數(shù)輸入signal為傳輸碼型的HDB3碼filtersignal=filter(mynum,den,signal); （5）抽樣判決恢復為HDB3碼function

11、 samplesignal=sampling(signal,n)%函數(shù)輸出samplesignal為抽樣判決后恢復的信息%函數(shù)輸入n為每個bit的抽樣點數(shù)samplesignal=;for i=n/2:n:length(signal)if signal(i)0.5for j=1:nsamplesignal=samplesignal,1;endelseif signal(i)-0.5for j=1:nsamplesignal=samplesignal,-1;endelsefor j=1:nsamplesignal=samplesignal,0;end end end（6）碼型譯碼恢復為欲傳輸?shù)?

12、1比特流function signal=reverse_hdb3(hdb3_signal,n)%函數(shù)輸入hdb3_signal為經(jīng)過抽樣之后形成的雙極性的不歸零的HDB3碼signal=;last_B=-1;last_V=-1;j=0;for i=n/2:n:length(hdb3_signal)j=j+1;if hdb3_signal(i)=1|hdb3_signal(i)=-1signal(j)=1;if last_B*hdb3_signal(i)=1signal(j)=0;if last_V*hdb3_signal(i)=-1signal(j-3)=0; endlast_B=hdb3_s

13、ignal(i);elsesignal(j)=0;endend end（7）編碼與調(diào)試過程：（編程過程中遇到的問題、如何解決） 首先編寫碼型編碼的代碼的時候依照理解的HDB3碼的編碼規(guī)則進行編寫代碼，完成了雙極性的HDB3碼，利用bit抽樣的時候?qū)⒚縝it中后1/2的抽樣點設定為0，才成功調(diào)試了正確的雙極性的，歸零的HDB3碼。 5.運行結(jié)果及分析a.碼型編碼后的HDB 3碼b.升余弦滾降系統(tǒng)輸出的信號c.進行抽樣判決之后，恢復的不歸零的HDB3碼d. 碼型譯碼的輸出，恢復為欲傳送的01bit流e. 基帶后存數(shù)系統(tǒng)合成圖：f.運行完程序之后的workspace（N為欲傳送的比特個數(shù)，signa

14、l為生成的欲傳送的01比特流，n為每bit的抽樣點數(shù)，hdb3_signal為碼型編碼之后的HDB3碼，filtersignal為經(jīng)過基帶成型網(wǎng)絡（升余弦滾降系統(tǒng)）之后的信號，samplesignal為進行抽樣判決之后的信號， sinalsg為碼型譯碼恢復為欲傳送的01bit流）七設計心得：做MATLAB綜合設計性實驗的時候比較吃力，覺得使用MATLAB編寫程序好難?？偸且_好多Mfile文件進行編寫函數(shù)，最麻煩的是寫完一個子函數(shù)在單獨對其進行驗證就存在一些函數(shù)輸入的問題。對通信系統(tǒng)的理解：定性了分析了整個通信系統(tǒng)。了解了基帶傳輸系統(tǒng)研究的意義。在進行對基帶傳輸碼型的研究后，于是選擇了其中一種應用普遍的的碼型HDB3碼作為本次設計項目的傳輸碼型，也進一步加深對HDB3碼編碼規(guī)則的掌握。明白基帶成型網(wǎng)絡的含義，及其傳輸特性方程和波形圖。更進一步理解了奈奎斯特準則無碼間干擾傳輸。程設計的收獲：。它帶來了知識上的收獲，是和同學們一起奮斗的一場經(jīng)歷。是對自己本學期以來學習通信原理的一個肯定，是對以后的學習的一種督促，也是對自己的未來大學校門外的生活的一個鼓勵。在設計肯定會有不甚理解的地方，這就需要我們自己動手查找資料，增加的不僅是查找的資料上面的知識，更多