基于SystemView的數(shù)字信號基帶傳輸系統(tǒng)

1、精品文檔基于SystemView的數(shù)字信號基帶傳輸系統(tǒng)一：SystemView軟件的介紹SystemView是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(Token)去描述程序，不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問與調(diào)整參數(shù)，方便地加入注釋。利用SystemView,可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設(shè)計時，只需從SystemView配置的圖標庫中調(diào)出有關(guān)圖標并進行參數(shù)設(shè)置，完成圖標間的連線，然后運行仿真操作，最

2、終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。SystemView的庫資源十分豐富，包括含若干圖標的基本庫(MainLibrary)及專業(yè)庫(OptionalLibrary),基本庫中包括多種信號源、接收器、加法器、乘法器，各種函數(shù)運算器等；專業(yè)庫有通訊(Communication)、邏輯(Logic)、數(shù)字信號處理(DSP、射頻/模擬(RF/Analog)等；它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和方案論證；并可進行各種系統(tǒng)時域和頻域分析、譜分析，及對各種邏輯電路、射頻/模擬電路(混合器、放大器、RLC電路、運放電路等)進行理論分析和失真分析。SystemView能自動執(zhí)行系統(tǒng)連接

3、檢查，給出連接錯誤信息或尚懸空的待連接端信息，通知用戶連接出錯并通過顯示指出出錯的圖標。SystemView的另一重要特點是它可以從各種不同角度、以不同方式，按要求設(shè)計多種濾波器，并可自動完成濾波器各指標之間的轉(zhuǎn)換。在系統(tǒng)設(shè)計和仿真分析方面，SystemView還提供了一個真實而靈活的窗口用以檢查、分析系統(tǒng)波形。在窗口內(nèi)，可以通過鼠標方便地控制內(nèi)部數(shù)據(jù)的圖形放大、縮小、滾動等。另外，分析窗中還帶有一個功能強大的“接收計算器”，可以完成對仿真運行結(jié)果的各種運算、譜分析、濾波。二：數(shù)字信號基帶傳輸原理通信的根本任務(wù)是遠距離傳遞信息，因而如何準確地傳輸數(shù)字信息是數(shù)字通信的一個重要組成部分。在數(shù)字傳輸

4、系統(tǒng)中，其傳輸對象通常是二進制數(shù)字信息，它可能來自計算機、網(wǎng)絡(luò)或其它數(shù)字設(shè)備的各種數(shù)字代碼。也可能來自數(shù)字電話終端的脈沖編碼信號，設(shè)計數(shù)字傳輸系統(tǒng)的基本考慮是選擇一組有限的離散的波形來表示數(shù)字信息。這些離散波形可以是未經(jīng)調(diào)制的不同電平信號，也可以是調(diào)制后的信號形式。由于未經(jīng)調(diào)制的脈沖電信號所占據(jù)的1歡立下載精品文檔頻帶通常從直流和低頻開始。因而稱為數(shù)字基帶信號。在某些有線信道中，特別是傳輸距離不太遠的情況下，數(shù)字基帶信號可以直接傳送，我們稱之為數(shù)字信號的基帶傳輸。而在另外一些信道，特別是無線信道和光信道中，數(shù)字基帶信號則必須經(jīng)過調(diào)制，將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。我們把這種傳輸稱為數(shù)

5、字信號的調(diào)制傳輸（或載波傳輸）。如果把調(diào)制與解調(diào)過程看作是廣義信道的一部分，則任何數(shù)傳輸系統(tǒng)均可等效為基帶傳輸系統(tǒng)。通過SystemView提供的仿真環(huán)境對數(shù)字基帶傳輸中的某些問題加以仿真、分析，能幫助我們進一步加深對這些抽象概念的理解，并加深感性認識。二進制數(shù)字基帶波形都是矩形波，在畫頻譜時通常只畫出了其中能量最集中的頻率范圍，但這些基帶信號在頻域內(nèi)實際上是無窮延伸的。如果直接采用矩形脈沖的基帶信號作為傳輸碼型，由于實際信道的頻帶都是有限的，則傳輸系統(tǒng)接收端所得的信號頻譜必定與發(fā)送端不同，這就會使接收端數(shù)字基帶信號的波形失真。大多數(shù)有線傳輸情況下，信號頻帶不是陡然截止的，而且基帶頻譜也是逐漸

6、衰減的，采用一些相對來說比較簡單的補償措施（如簡單的頻域或時域均衡）可以將失真控制在比較小的范圍內(nèi)。較小的波形失真對于二進制基帶信號影響不大，只是使其抗噪聲性能稍有下降，但對于多元信號，則可能造成嚴重的傳輸錯誤。當信道頻帶嚴格受限時（如數(shù)字基帶信號經(jīng)調(diào)制通過頻分多路通信信道傳輸），波形失真問題就變得比較嚴重，尤其在傳輸多元信號時更為突出。基帶信號傳輸系統(tǒng)的典型模型，如圖所示。輸出在發(fā)送端，數(shù)字基帶信號X（t）經(jīng)發(fā)送濾波器輸入到信道，發(fā)送濾波器的作用是限制發(fā)送頻帶，阻止不必要的頻率成分干擾相鄰信道。傳輸信道在這里是廣義的，它可以是傳輸介質(zhì)（電纜、雙絞線等等），也可以是帶調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制信道?；鶐?/p>

7、信號在信道中傳輸時常2歡在下載精品文檔混入噪聲n，同時由于信道一般不滿足不失真?zhèn)鬏敆l件，因此要引起傳輸波形的失真。所以在接收端輸入的波形與原始的基帶信號X（t）差別較大，若直接進行抽樣判決可能產(chǎn)生較大的誤判。因此在抽樣判決之前先經(jīng)過一個接收濾波器，它一方面濾除帶外噪聲，另一方面對失真波形進行均衡。抽樣和判決電路使數(shù)字信號得到再生，并改善輸出信號的質(zhì)量。根據(jù)頻譜分析的基本原理，任何信號的頻域受限和時域受限不可能同時成立。因此基帶信號要滿足在頻域上的無失真?zhèn)鬏敚盘柶洳ㄐ卧跁r域上必定是無限延伸的，這就帶來了各碼元間相互串擾問題。造成判決錯誤的主要原因是噪聲和由于傳輸特性（包括發(fā)、收濾波器和信道特性

8、）不良引起的碼間串擾?；鶐}沖序列通過系統(tǒng)時，系統(tǒng)的濾波作用使脈沖拖寬，在時間上，它們重疊到鄰近時隙中去。接收端在按約定的時隙對各點進行抽樣，并以抽樣時刻測定的信號幅度為依據(jù)進行判決，來導出原脈沖的消息。若重疊到鄰接時隙內(nèi)的信號太強，就可能發(fā)生錯誤判決。若相鄰脈沖的拖尾相加超過判決門限，則會使發(fā)送的“0”判為“1"c實際中可能出現(xiàn)好幾個鄰近脈沖的拖尾疊加，這種脈沖重疊，并在接收端造成判決困難的現(xiàn)象叫做碼間串擾。因此可以看出，傳輸基帶信號受到約束的主要因素是系統(tǒng)的頻率特性。當然可以有意地加寬傳輸頻帶使這種干擾減小到任意程度。然而這會導致不必要地浪費帶寬。如果展寬得太多還會將過大的噪聲引

9、入系統(tǒng)。因此應(yīng)該探索另外的代替途徑，即通過設(shè)計信號波形，或采用合適的傳輸濾波器，以便在最小傳輸帶寬的條件下大大減小或消除這種干擾。奈奎斯特第一準則解決了消除這種碼間干擾的問題，并指出信道帶寬與碼速率的基本關(guān)系。即：r1RbT2fN2Bn式中Rb為傳碼率，單位為比特/每秒（bps）。fN和Bn分別為理想信道的低通截止頻率和奈奎斯特帶寬。上式說明了理想信道的頻帶利用率為R/Bn2實際上，具有理想低通特性的信道是難以實現(xiàn)的，而實際應(yīng)用的是具有滾降特性的信道。其帶寬較奈奎斯特帶寬增加的程度一一滾降系數(shù)a可以表示為BfNfN,(01)3歡在下載精品文檔其中“示滾降信道的帶寬。由于升余弦滾降濾波特性可使傳

10、輸信號具有較大的功率,且收斂快而減小碼間干擾，故已得到了廣泛的應(yīng)用。眼圖原理：最佳抽樣時刻最大信號失真最噪聲容里過零點kn1 .眼圖張開的寬度決定了接收波形可以不受串擾影響而抽樣再生的時間間隔。顯然，最佳抽樣時刻應(yīng)選在眼睛張開最大的時刻。2 .眼圖斜邊的斜率，表示系統(tǒng)對定時抖動（或誤差）的靈敏度，斜邊越陡，系統(tǒng)對定時抖動越敏感。3 .眼圖左（右）角陰影部分的水平寬度表示信號零點的變化范圍，稱為零點失真量，在許多接收設(shè)備中，定時信息是由信號零點位置來提取的，對于這種設(shè)備零點失真量很重要。4 .在抽樣時刻，陰影區(qū)的垂直寬度表示最大信號失真量。5 .在抽樣時刻上、下兩陰影區(qū)間隔的一半是最小噪聲容限，

11、噪聲瞬時值超過它就有可能發(fā)生錯誤判決；6 .橫軸對應(yīng)判決門限電平。系統(tǒng)框圖:4歡在下載精品文檔經(jīng)耳根升爭咬濾混器后ETJ情出此書經(jīng)過抽樣判決后的超出科元均值為Or均方差為.。-1的同斯白噪聲產(chǎn)生正強信號，作巾隹耗器的另一條牝精植K丞喔一門=1001參數(shù)設(shè)置：Token0：SourceNoise/PNPnSeg（幅度1V,頻率10HZ,電平數(shù)2,偏移0V,產(chǎn)生單極性不歸零碼，隨機產(chǎn)生）Token3：在專業(yè)庫中選擇CommProcessorsPshape（SelectpulseShape=Rectangular,Timeoffset=0,Width=0.01s,產(chǎn)生矩形脈沖基帶信號）Token2:

12、SourceNoise/PNGaussNoise（均值為0,均方差為0.1的高斯白噪聲）Token14：OperatorFilters/systemsLinerSysFilters（comm-Raisedcosine,design,SymbolRate=10.e-3;DecimateBy1,QuantBit=None;Roll-offFactor=0.5,Tap=512）Token6：OperatorSample/HoldSample（Samplerate=10HZ,用于對濾波后的波形進行抽樣，抽樣速率等于碼元速率）Token?：OperatorSample/HoldHold（HoldValu

13、e=LastSample,Gain=1,對抽樣后的值延時一段時間，得到恢復(fù)后的數(shù)字基帶信號）Token8：OperatorLogicCompare（Selectcomparison:a>=bTrueOutput=1V,FalseOutput=-1V,對抽樣值進行判決比較，得到輸出碼元波形）Token9：產(chǎn)生正弦信號，作為比較器的另一個比較輸入（振幅=0V,頻率=10Hz）眼圖參數(shù)設(shè)置：SinkCalculatorstyleslicestart=0,Length=0.25系統(tǒng)定時設(shè)置：StartTime:0,StopTime:0.5,SampleRate:10000Hz三：實驗結(jié)果記錄1、

14、原始基帶信號5歡在下載精品文檔舟wO:Sink109(3)25徐俊龍puLgrvTiieinSecondsEysterriView2、加入噪聲后的基帶信號(高斯白噪聲，方差=0.01)曲wl:Sink1109_25.徐俊龍0115-O月J.Ti|_|IEbfffETjp甲,wJ3、經(jīng)過根升余弦濾波器后的輸出波形TineinSecondsSyst&mVVi6歡在下載精品文檔*mSink12百亙畫09.25徐俊龍1Sysl&mView23TimeinSeconds0123IlliIII!hIhI4、經(jīng)過抽樣判決后的輸出波形1.J11In引W50二£二七20峋_25筆觸23

15、TiltinSecondsSysrerrView5、經(jīng)過根升余弦濾波器后輸出波形的眼圖7歡在下載精品文檔曲w4:Slicedw2(NoRepeatStart=0sTLength=250e-3s)|a|回|國09（3）_25_徐俊龍LTCaWJUV*0406-3806-31206-31606-3TineinSeconds2006-32406-3SystemView四、實驗結(jié)果分析信道中加入的噪聲干擾越大，眼圖越不清晰，越雜亂。當信道中噪聲方差為弦濾波器輸出信號波形的眼圖如圖所示：0.5時，根升余曲w4:Slicedw2(NoRepeat,Start=%Length：250e*3s)|三®Svst&mVi&wTiltinSecondsl60e-3II500&-3-500e-3-240T與之前噪聲方差為0.1的眼圖比較，可以看出，噪聲越大，線條越粗，越模糊，“眼睛”小。抽樣判決后的輸出碼元波形與原始基帶信號相比，有0.01秒的延時。原因：由抽樣判決器延時所引起的。當抽樣速率越大時，誤差越小。當噪聲增大時，會引起誤碼。例如：當噪聲方差0.1V時，輸入基帶信號為8歡在下載精品文檔舟wO:Sink1。9（3）_25_