詳解MATLAB simulink通信系統(tǒng)建模與仿真 第六章

1、第六章,數(shù)字基帶傳輸,第六章 數(shù)字基帶傳輸,6.1 概述 6.2 二進(jìn)制基帶信號(hào)傳輸 6.3 基帶PAM信號(hào)傳輸 6.4 帶限信道的信號(hào)傳輸,在利用對(duì)稱(chēng)電纜構(gòu)成的近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)廣泛采用了這種傳輸方式； 數(shù)字基帶傳輸中包含頻帶傳輸?shù)脑S多基本問(wèn)題，也就是說(shuō)，基帶傳輸系統(tǒng)的許多問(wèn)題也是頻帶傳輸系統(tǒng)必須考慮的問(wèn)題； 任何一個(gè)采用線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)可等效為基帶傳輸系統(tǒng)來(lái)研究。,為什么要研究數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)？,什么是數(shù)字基帶信號(hào)？ （1）基帶信號(hào)：消息代碼的電波形。 （2）數(shù)字：具有有限個(gè)電平狀態(tài)。,來(lái)源：,消息,數(shù)字基帶信號(hào),數(shù)字終端,對(duì)比：,數(shù)字頻帶信號(hào),數(shù)字調(diào)制,數(shù)字基帶信號(hào),舉例：,ASK/

2、FSK/PSK信號(hào),PCM、M信號(hào),特點(diǎn)：信號(hào)含豐富的低頻分量，甚至直流分量。,二、什么是數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)？ （1）含義：不使用調(diào)制解調(diào)器而直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)的通信系統(tǒng)。如利用電傳機(jī)在市內(nèi)進(jìn)行電報(bào)通信、利用中繼方式長(zhǎng)距離傳輸PCM信號(hào)等。 （2）數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（模型）：,圖4-4 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)原理框圖,（3）各部分功能：,碼型變換器-把原始基帶信號(hào)變換成適合于信道傳輸?shù)母鞣N碼型，達(dá)到與信道匹配的目的； 發(fā)送濾波器-碼型變換器輸出的各種碼型是以矩形為基礎(chǔ)的，發(fā)送濾波器的作用就是把它變換為比較平滑的波形，如升余弦波形等，這樣利于壓縮頻帶、便于傳輸； 信道-它是允許基帶信號(hào)通過(guò)的媒

3、質(zhì)，通常不滿足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，甚至是隨機(jī)變化的。另外信道還會(huì)進(jìn)入噪聲。一般認(rèn)為噪聲為AWGN； 接收濾波器-濾除帶外噪聲，對(duì)信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決； 抽樣判決器-傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時(shí)刻（由位定時(shí)脈沖控制）對(duì)接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號(hào)。,圖6-7 基帶傳輸系統(tǒng)各關(guān)鍵點(diǎn)波形,6.2 二進(jìn)制基帶信號(hào)傳輸,6.2.1 二進(jìn)制基帶信號(hào)的最佳接收,信號(hào)相關(guān)器或匹配濾波器,6.2.1 二進(jìn)制基帶信號(hào)的最佳接收,6.2.1 二進(jìn)制基帶信號(hào)的最佳接收,6.2.2正交信號(hào)在AWGN信道下的傳輸性能,考慮s0(t) 和 s1(t)是正交信號(hào)時(shí)，得 判

4、決器將比較r0和r1，當(dāng)r0r1時(shí)，傳輸?shù)氖?。當(dāng)r0r1時(shí)傳輸?shù)氖?。,6.2.2正交信號(hào)在AWGN信道下的傳輸性能,6.2.2正交信號(hào)在AWGN信道下的傳輸性能,例6.1 仿真二進(jìn)制正交信號(hào)通過(guò)AWGN信道后的誤比特率性能。發(fā)送信號(hào)為 每個(gè)信號(hào)周期取樣10次，接收端采用相關(guān)器，畫(huà)出誤比特率隨Eb/N0的變化情況，Eb/N0 的范圍是012dB，并與理論值比較。,clear all nsamp=10; %每個(gè)脈沖信號(hào)的抽樣點(diǎn)數(shù) s0=ones(1,nsamp); %基帶脈沖信號(hào) s1=ones(1,nsamp/2) -ones(1,nsamp/2); nsymbol=100000; %每種信

5、噪比下的發(fā)送符號(hào)數(shù) EbN0=0:12; %信噪比，E/N0 msg=randint(1,nsymbol); %消息數(shù)據(jù) s00=zeros(nsymbol,1); s11=zeros(nsymbol,1); indx=find(msg=0); %比特0在發(fā)送消息中的位置 s00(indx)=1; s00=s00*s0; %比特0影射為發(fā)送波形s0 indx1=find(msg=1); %比特1在發(fā)送消息中的位置 s11(indx1)=1; s11=s11*s1; %比特1映射為發(fā)送波形s1 s=s00+s11; %總的發(fā)送波形 s=s.; %數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)置，方便接收端處理,for indx=1:l

6、ength(EbN0) decmsg=zeros(1,nsymbol); r=awgn(s,EbN0(indx)-7); %通過(guò)AWGN信道 r00=s0*r; %與s0相關(guān) r11=s1*r; %與s1相關(guān) indx1=find(r11=r00); decmsg(indx1)=1; %判決 err,ber(indx)=biterr(msg,decmsg); end semilogy(EbN0,ber,-ko,EbN0,qfunc(sqrt(10.(EbN0/10); title(二進(jìn)制正交信號(hào)在AWGN信道下的誤比特率性能) xlabel(Eb/N0);ylabel(誤比特率Pe) lege

7、nd(仿真結(jié)果,理論結(jié)果),例6.2 用檢測(cè)器的輸入作為考察對(duì)象，重新仿真例6.1.,例6.2 用檢測(cè)器的輸入作為考察對(duì)象，重新仿真例6.1.,clear all nsymbol=100000; %發(fā)送符號(hào)數(shù) EbN0=0:12; %信噪比 msg=randint(1,nsymbol); %消息數(shù)據(jù) E=1; r0=zeros(1,nsymbol); r1=zeros(1,nsymbol); indx=find(msg=0); r0(indx)=E; indx1=find(msg=1); r1(indx1)=E; for indx=1:length(EbN0) dec=zeros(1,leng

8、th(msg); snr=10.(EbN0(indx)/10); sigma=1/(2*snr); %噪聲方差,r00=r0+sqrt(sigma)*randn(1,length(msg); %相關(guān)器的輸出 r11=r1+sqrt(sigma)*randn(1,length(msg); indx1=find(r11=r00); %判決 dec(indx1)=1; err,ber(indx)=biterr(msg,dec); end semilogy(EbN0,ber,ko,EbN0,qfunc(sqrt(10.(EbN0/10); title(二進(jìn)制正交信號(hào)在AWGN信道下的誤比特率性能) x

9、label(Eb/N0);ylabel(誤比特率Pe) legend(仿真結(jié)果,理論結(jié)果),例6.3 用Simulink重新仿真例6.1,6.2.3雙極性信號(hào)在AWGN信道下的傳輸性能,當(dāng)發(fā)送的是s0(t)時(shí)，相關(guān)器的輸出r=Eb+n，當(dāng)發(fā)送的是s1(t)時(shí)，相關(guān)器的輸出r=-Eb+n，最佳判決器與閾值0相比較，若r0,則判決s0(t)被發(fā)送，若r0，則判決s1(t)被發(fā)送。,例6.4 仿真雙極性信號(hào)通過(guò)AWGN信道后的誤比特率性能。發(fā)送信號(hào)s0(t)與例6.1相同，每個(gè)信號(hào)周期取樣10次，接收端采用相關(guān)器，畫(huà)出誤比特率隨Eb/N0的變化情況，Eb/N0 的范圍是010dB，并與理論值和正交信

10、號(hào)誤比特率理論值進(jìn)行比較。,例6.5 用Simulink重新仿真例6.4,6.2.4單極性信號(hào)在AWGN信道下的傳輸性能,若信息比特為0，則不傳送任何信號(hào)；若信息比特是1，則發(fā)送信號(hào)波形s(t)。因此接收到的信號(hào)波形可以表示為 若rEb/2,則判決比特1被發(fā)送，若rEb/2，則判決比特0被發(fā)送。,例6.6 仿真單極性信號(hào)通過(guò)AWGN信道后的誤比特率性能。發(fā)送比特為1時(shí)，發(fā)送信號(hào)s0(t)與例6.1相同，每個(gè)信號(hào)周期取樣10次，接收端采用相關(guān)器，畫(huà)出誤比特率隨Eb/N0的變化情況，Eb/N0 =010dB，并與理論值和正交信號(hào)以及雙極性信號(hào)誤比特率理論值進(jìn)行比較。,6.3 基帶PAM信號(hào)傳輸,1. 基帶4-PAM的信號(hào)波形 一組信號(hào)波波形形式為： 其中， 信號(hào)幅度取4種可能 稱(chēng)這組信號(hào)波形為脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號(hào),按Gray編碼規(guī)則將信息比特對(duì)映射為4種波形信號(hào)：,PAM信號(hào)通過(guò)加性高斯白噪聲信道（AWGN），疊加n(t)（功率譜密度為 ），接收端信號(hào)為 接收 后，判斷發(fā)送的信號(hào)是哪種，最佳接收機(jī)設(shè)計(jì)是符號(hào)差錯(cuò)概率最小。,2. 基帶4-PAM信號(hào)在AWGN信道下的最佳接收 實(shí)現(xiàn)方式： 相關(guān)器/匹配濾波器、幅度檢測(cè)器 實(shí)現(xiàn)過(guò)程： 相關(guān)器將接收信號(hào) 與信號(hào)脈沖信號(hào) 做互相關(guān)