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基于matlab的无码间串扰.doc

发布时间：2022-06-20 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.64M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    课程设计 通信基础 课程设计报告 题 目： 无 码 间 串 扰 数 字 基 带传输系统设计 班 姓 学 级： 电信 14-2 名： 纪小璐 号： 1406110213 指导教师： 杨会玉 成 绩： 电子与信息工程学院 信息与通信工程系
    1. 概述 未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或者很低频率开始，称为数字基带信号,不 经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，称为数字基带传输系统。常用转码型有 AMI 码（传号交替反转码）、HDB3 码（三阶高密度双极性码）、双相码、差分双相码、密勒码、 CMI 码（传号反转码）、块编码等。在仿真软件设计中运用了 matlab 作为仿真工具, 其 仿真平台 simulink 具有可视化建模和动态仿真的功能. 用 simulink 构造仿真系统,方法简 单直观, 开发的仿真系统使用时间流动态仿真,可以准确描述真实系统的每一细节,并且 在仿真进行的同时具有较强的交互功能, 易于使用。另外该软件还具有较好的可扩展性 和可维护性。本文给出了采用仿真工具 simulink,设计数字基带传输系统仿真实验软件的 系统定义、模型构造的过程。通过对仿真结果分析和误码性能测试表明, 该仿真系统完 全符合实验要求。 1.1 课程要求 熟悉数字基带信号传输系统结构以及各部分功能。 加深、扩展通信原理所学知识。 学习用 simulink 对系统建模并观察波形得出结论。 1.2 课程目的 用 simulink 对系统建模。 输入数字信号序列为冲激脉冲并进行接收判决。 通过多次输入输出对所设计的系统性能进行分析（码间串扰情况）。 2. 数字基带传输系统 2.1 数字通信系统模型 图 2-1 数字通信系统模型 1
    2.1.1 数字基带信号 对不同的数字基带传输系统，应根据不同的信道特性及系统指标要求，选择不同的数字 脉冲波形。原则上可选择任意形状的脉冲作为基带信号波形，如矩形脉冲、三角波、高斯 脉冲及升余弦脉冲等。但实际系统常用的数字波形是矩形脉冲，这是由于矩形脉冲易于产 生和处理。下面我们就以矩形脉冲为例，介绍常用的几种数字基带信号波形。 单极性波形（NRZ） 这是一种最简单的二进制数字基带信号波形。这种波形用正（或 负）电平和零电平分别表示二进制码元的“1”码和“0”码，也就是用脉冲的有无来表示 码元的“1”和“0”，这种波形的特点是脉冲的极性单一，有直流分量，且脉冲之间无空 隙，即脉冲的宽度等于码元宽度。故这种脉冲又称为不归零码（NRZ ---NonReturn to Zero） NRZ 波形一般用于近距离的电传机之间的信号传输。 双极性波形 在双极性波形中，用正电平和负电平分别表示二进制码元的“1”码和 “0”码，这种波形的脉冲之间也无空隙。此外，从信源的统计规律来看，“1”码和“0” 码出现的概率相等，所以这种波形无直流分量。同时这种波形具有较强的抗干扰能力。故 双极性波形在基带传输系统中应用广泛。 单极性归零波形（RZ） 这种波形的特点是脉冲的宽度（τ）小于码元的宽度（T）， 每个电脉冲在小于码元宽度的时间内总要回到零电平，故这种波形又称为归零波 。归零 波形由于码元间隔明显，因此有利于定时信息的提取。但单极性 RZ 波形中仍含有直流分 量，且由于脉冲变窄，码元能量减小，因而在匹配接收时，输出信噪比较不归零波形的低。 ④双极性归零波形 这种波形是用正电平和负电平分别表示二进制码元的“1”码和“0” 码，但每个电脉冲在小于码元宽度的时间内都要回到零电平，这种波形兼有双极性波形和 归零波形的特点。 ⑤差分波形（相对码波形） 信息码元与脉冲电平之间的对应关系是固定不变的（绝对 的），故称这些波形为绝对码波形，信息码也称为绝对码。所谓差分波形是一种把信息码 元“1”和“0”反映在相邻信号码元的相对电平变化上的波形，差分波形中，码元“1” 和“0”分别用电平的跳变和不变来表示，即用相邻信号码元的相对电平来表示码元“1” 和“0”，故差分波形也称为相对码波形。差分波形也可以看成是差分码序列 nb 对应的绝对 码波形，差分码 nb 与绝对码 na 之间的关系可用编码方程表示即 b n b  1 n  a n ，⊕为模 2 和 运算符号。由此看出，当绝对码 na 每出现一个“1”码时，差分码 nb 电平变化一次；当 na 2
    出现“0”码时，差分码 nb 电平与前一码元 1nb 相同。可见 nb 前后码元取值的变化代表了 原信码 na 中的“1”和“0”。还可以导出译码方程为 a n b 1 n b n 由上式可看出，译码时只 要检查前后码元电平是否有变化就可以判决发送的是“1”码还是“0”码。 ⑥多电平脉冲波形（多进制波形）：上述各种波形都是二进制波形，实际上还存在多电 平脉冲波形，也称为多进制波形。这种波形的取值不是两值而是多值的。例如，代表四种 状态的四电平脉冲波形，每种电平可用两位二进制码元来表示，如 00 代表-3E，01 代表 -E，10 代 表 E，11 代表 3E，这种波形一般在高速数据传输系统中用来压缩码元速率， 提高系统的频带利用率。但在相同信号功率的条件下，多进制传输系统的抗干扰性能不如 二进制系统。 2.1.2 数字基带信号的要求 不同形式的数字基带信号（又称为码型）具有不同的频谱结构，为适应信道的传输特 性及接收端再生、恢复数字基带信号的需要，必须合理地设计数字基带信号，即选择合适 的信号码型。适合于在有线信道中传输的数字基带信号形式称为线路传输码型。一般来说， 选择数字基带信号码型时，应遵循以下基本原则。 数字基带信号应不含有直流分量，且低频及高频分量也应尽量的少。在基带传输系统 中，往往存在着隔直电容及耦合变压器，不利于直流及低频分量的传输。此外，高频分量 的衰减随传输距离的增加会快速地增大，另一方面，过多的高频分量还会引起话路之间的 串扰，因此希望数字基带信号中的高频分量也要尽量的少。 数字基带信号中应含有足够大的定时信息分量。基带传输系统在接收端进行取样、判 决、再生原始数字基带信号时，必须有取样定时脉冲。一般来说，这种定时脉冲信号是从 数字基带信号中直接提取的。这就要求数字基带信号中含有或经过简单处理后含有定时脉 冲信号的线谱分量，以便同步电路提取。实际经验告诉我们，所传输的信号中不仅要有定 时分量，而且定时分量还必须具有足够大的能量，才能保证同步提取电路稳定可靠的工 作。 基带传输的信号码型应对任何信源具有透明性，即与信源的统计特性无关。这一点也 是为了便于定时信息的提取而提出的。信源的编码序列中，有时候会出现长时间连“0” 的情况，这使接收端在较长的时间段内无信号，因而同步提取电路无法工作。为避免出现 这种现象，基带传输码型必须保证在任何情况下都能使序列中“1”和“0”出现的概率基 3
    本相同，且不出现长连“1”或“0”的情况。当然，这要通过码型变换过程来实现。码型 变换实际上是把数字信息用电脉冲信号重新表示的过程。此外，选择的基带传输信号码型 还应有利于提高系统的传输效率；具有较强的抗噪声和码间串扰的能力及自检能力。实际 系统中常常根据通信距离和传输方式等不同的要求，选择合适的基带码型。 2.2 数字基带传输系统模型 2.3 常用的基带传输码型 图 2-2 数字基带传输系统模型 传号交替反转码---AMI 码 AMI 码又称为平衡对称码。这种码的编码规则是：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、…，而码元序列中的“0”码保持不变。 例如： 码元序列： 1 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 00 AMI 码： 1 00-110-101-11-100 由 AMI 码的编码规则可以看出，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 2 T f 处，其中 Tf 为码元速率。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， 因此我们把这种码称为伪三电平码，也称为 1B/1T 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 的改进型 HDB3 码。  HDB3 码 HDB3（High Density Bipolar 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 4
    连“0”码情况而设计的 AMI 码的改进型。 HDB3 码的编码规则是：1 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， 则这时的 AMI 码就是 3 HDB 码。如果出现四个以上连 0 串时，则将每 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。显然，这个码破坏了“极性交替反 转”的规则，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， 则得不到保证。这时再将该连 0 小段中的第 1 个 0 变成 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 1 0 1 0 0 0 0 1 000 0 1 1 AMI 码： 1 0000 -1 0 1 0 0 0 0 –1 000 0 1–1 HDB3 码： 1 000V -1 0 1 -B00-V 1 000V -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。 虽然 HDB3 码 的编码规则比较复杂，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，它既保留 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，HDB3 码的频谱中既消除了直流 和甚低频分量，又消除了方波中的高频分量，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 1B1T 码型。 曼彻斯特码 曼彻斯特码又称数字双相码或分相码，曼彻斯特码用一个周期的方波来代表码元“1”，而 用它的反相波形来代表码元“0”。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， 5
    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。 ④CMI 码 又称为传号反转码。 在 CMI 码中，“1”码（传号）交替地用正、负电平脉冲来表示，而“0”码则用固定 相位的一个周期方波表示，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“1”码 相当于用交替的“00”和“11”两位码组表示，而“0”码则固定地用“01” 码组表示。 正常情况下，序列中不会出现“10”码组，且“00”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部分错码。根据原 CCITT 的建议，CMI 码可用作脉冲编码调制四次群的接口码型以及速率低于 8448 kb / s 的光纤数字传输系统中 的线路传输码型。此外，CMI 码和曼彻斯特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。 ⑤4 B3T 码 4B3T 码是 1B1T 码的改进型，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 1B1T 码的低，因而提高了系统 的传输效率。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。 3. Simulink 下对数字基带传输系统的设计 3.1 数字基带传输系统总体设计图 图 3-1 数字基带传输系统设计图 6
    3.2 实验各模块波形 分别为单极性波形，双极性波形，以及曼彻斯特码波形。 图 3-2 scope 波形 分别为根升余弦波形，进入信道前波形，经过信道后波形，接收滤波器的输出波形以及 抽样判决的波形。 图 3-3 Scope1 波形 7
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