Π Ξ Ξ Ξ Ξ Ξ 3 第 29 卷 　 第 3 期 2005 年 6 月 武 汉 理 工 大 学 学 报 ( 交通科学 与工程版) Jou rna l of W uhan U n iversity of T echno logy (T ran spo rtation Science & Engineering) V o l. 29　N o. 3 June 2005 基于M A TLAB 的数字基带传输系统的仿真 许建霞　聂明新 (武汉理工大学信息工程学院　武汉　430063) 摘要: 以数字基带传输系统为例, 在数字基带通信系统数学模型分析基础上, 设计了总体仿真框 图. 利用M A TLAB 对各个子系统进行了建模和封装, 建立了数字基带通信系统仿真模型, 并对仿 真模型进行了测试. 结果表明, 仿真结果与理论值基本一致. 关键词:M A TLAB; 基带传输系统; 仿真 中图法分类号: TN 914. 3 　　M A TLAB 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 1～ 3 . M A TLAB 所包含的应用工具箱的 功能非常丰富, 提供的 S IM U L IN K 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 4, 5 . 文中利用M A T LAB 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, 结果表明所建立的仿真系统 达到了较高的精度. 1　数字基带传输系统模型 基带传输系统由发送滤波器、信道、接收滤波 器、抽样判决器组成. 如图 1 所示. a n 为发送滤波 器的输入符号系列. 在二进制的情况下, 符号 a n 取值为 0, 1, 接收滤波器的输出信号r ( t) 可表示为 a ng R ( t - nT s) + n ( t) ∞ n= - ∞ r ( t) = ∑ ∫∞ 1 2 - ∞ 式中: g R ( t) = 　　g R ( t) 仅取决于发送滤波器至接收滤波器的 ) GR ( G T ( ) C ( ) e j td . 传输特性 H ( H ( ) ) = G T ( ) C ( ) G R ( ) 图 1　基带系统模型 　　对于无码间干扰来说, 传输特性 H ( ) 必须 满足奈奎斯特第一准则, 但从实际的滤波器的实 现和对定时的要求等方面考虑, 采用升余弦频谱 特性的 H ( ) , ) 均 为 升 余 弦 频 谱 特 性, 它 的 传 输 函 数 GR ( ) 5 为 H ( ) = 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 H ( ) , 在最佳系统下, C ( ) 取 1, G T ( T T 2 0 1 + s in T 2 ( T - ) ] 0 ≤ < ) (1 - T ) ≤ (1 - T ≥ (1 + T < ) (1 + T ) 2　仿真软件的设计 2. 1　总体设计 本系统的仿真软件设计采用了M A TLAB 中 的提供的通信系统工具箱采用“自底向上”的设计 方式, 先完成每个部分的底层设计, 封装成子系统 后, 再用其搭建仿真的一个总体框图. 其仿真设计 　　　　收稿日期: 2005 　　　　许建霞: 女, 29, 助教, 主要研究领域为通信与信息系统的教学与研究 　　 　 湖北省自然科学基金项目资助 (批准号: 2002AB 017) 03 22 

　第 3 期 许建霞等: 基于M A TLAB 的数字基带传输系统的仿真 的总体框图如图 2 所示. 图 2　仿真设计的总体框图 2. 2　仿真软件各子系统的设计 1 ) 信号生成模块　本系统采用 R d W k sp B lock 模块, 该模块利用M A TLAB 中的 rand in t 函数生成一组 0～ 1 之间随机取值的工作空间变 量, 并直接调用变量作为发送端的原始信号. 2) 编码器　传输码的结构取决于实际信道 特性和系统工作条件, 传输码型种类多, 本系统采 用 CM I 码, 这种码对信道的带宽要求不高, 而且 具有离散谱, 定时提取特性好, 编译码电路简单, 其编码规则: 对于 N R Z 的“0”码, 无论哪种模式 都编成“01”; 对于N R Z 码的“1”码, 在模式 1 时编 为“01”, 在模式 2 时编为“11”. 编码器的仿真模型 由以下子模块封装而成, 如图 3 所示. 图 4　信道噪声生产模块 图 5　抽样判决器 　　6) 位定时提取电路　本系统采用滤波法提 取位同步信号. 它由放大限幅器、微分全波整流 器、窄带滤波器、移相器、脉冲形成器构成, 其内部 由以下子模块封装而成, 如图 6 所示. 　　7) 译码器　CM I 码译码电路如图 7 所示, 延 时和相位调整采用信号延迟模块. 图 6　位定时提取电路 图 3　编码器 　　3) 发送滤波器 接收滤波器　发送滤波器 接收滤波器均采用升余弦滤波器, 升余弦滤波器 是非因果滤波器, 在实际设计当中是无法实现的, 因为非因果滤波器要依赖将来的信息. 为了解决 这个问题, 加一个时间延迟来实现. 延迟时间为 T 的整数倍. 滤波器的抽样时间为 0. 001 s, 滚降因 子为 0. 5. 4) 信道采用高斯白噪声信道　首先用一个 随机数发生器生成服从标准正态分布的二进制随 机数, 均值为 0, 方差为 1. 在用一个增益模块和一 个常数模块对其进行修正, 增益模块参数为 K , 常数模块的参数为 m , 这样经过处理后输出的二 进制随机数服从均值为 m , 方差为 K 的正态分 布, 作为噪声与送进来的信号相加. 它由以下子模 块封装而成. 如图 4 所示. 　　5) 抽样判决器　由抽样保持器和一个常数 发生器以及一个比较器构成, 它将码元的值与门 限比较, 若大于门限, 则将该码元判为“1”, 其余的 码元判为“0”. 其实现方案如图 5 所示. 图 7　CM I 码译码电路 8 ) 误码仪　误码率的统计过程由误码仪 rate M eter) 来完成. 它将发送端的信息码 (E rro r 元经过一定迟延后与接收端恢复的码元进行比 较, 若两者不同则认为码元错误传输, 最后将误码 的个数除以总的传输码元的个数, 即得到误码率, 这里要注意的是, 接收端恢复的信号经过各种处 理, 存在一个延迟, 在仿真之前设置参数 delay. 3　仿真结果分析 1) 根据以上仿真模型, 借助示波器和功率谱 密度仪可分别观测到系统中各点的波形和信号的 功率谱密度波形. 图 8, 图 9 分别为信号源的时域 波形和功率谱密度波形, 图 10, 图 11 分别为相应 CM I 码的时域波形和功率谱密度波形. 　　从功率谱密度波形图可以看出, 大部分能量 集中在低频部分, 仿真结果与理论波形图一致. 2) 误码率分析　在估计通信系统的设计质 ·154· 

2 2 武汉理工大学学报 (交通科学与工程版) 2 2 2005 年　第 29 卷 量和技术、算法的性能时, 通常使用误码率进行分 析, 在发送“0”和“1”等概率且在最佳判决时, 理想 2 图 8　信号源时域波形 系统误码率 P e = 件下, P e = 1 2 e- r r 2 ) , 在大信噪比条 1 2 erf c ( 2 , 对本系统进行测试可得到 r 图 9　信号源功率谱密度波形 图 10　CM I 码时域波形 不同信噪比条件下的误码率 P e. 其测试参数为: 传送码元的个数为 6 000 个, 信噪比 r = 13 时, rate M eter 模块显示的误码数为 1, 误码率 E rro r 为0. 000 166 66. 理论值为 P e= 0. 000 165 97. 测 试结果与理论值基本一致. 参 考 文 献 1　李　燕. 用M A TLAB 实现平动从动件凸轮机构的设 计和运动仿真. 武汉理工大学学报 (交通科学与工程 版) , 2003, 27 (4) : 572～ 574 2　吴　镇, 孙国正. 用M atL ab 实现门座起重机稳定性优 化计算. 武汉理工大学学报 (交通科学与工程版) , 2000, 24 (5) : 570～ 572 3　汤中明, 傅新平. 用M A TLAB 实现对周期趋向性物流 需求的快速预测. 武汉理工大学学报 (交通科学与工 程版) , 2003, 27 (5) : 728～ 730 4　李建新, 刘乃安, 刘继平. 现代通信系统分析与仿真. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2000. 100～ 112 5　曹志刚, 钱亚生. 现代通信原理. 北京: 清华大学出版 图 11　CM I 码功率谱密度波形 社, 1992. 214～ 222 Sim u lation of D igital B ased band T ran sm ission System B ased on M A TLAB Xu J ianx ia　N ie M ingx in (S chool of Inf orm a tion E ng ineering ,W U T ,W uhan 430063) Abstract T ak ing d ig ital based band tran sm ission system as an exam p le, the co llectivity sim u lation fram e band tran sm ission system m athem atic m odel. B y m ean s are designed based on analysis of d ig ital based of M A TLAB , sim u lation m odel of d ig ital based band tran sm ission system is bu ilt and every sub sys tem is designed and encap su lated. T he sim u lation m odel is tested and the sim u lation resu lts are ag reed w ith theo retical value. T he sim u lation of th is system can help u s to m o re vivid ly and concretely under band signal. T he sim u lation m ethod u sed in th is p ap er stand the tran sm ission p rocess of d ig ital based also p rovided reference and a new m ethod fo r o ther comm un ication system s study. Key words:M A TLAB; based band tran sm ission system ; sim u lation ·254·