課程設(shè)計(jì)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì)

1、萍鄉(xiāng)高等專(zhuān)科學(xué)校通信原理課程設(shè)計(jì)課程：通信原理題目：數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真系部：機(jī)械電子工程系專(zhuān)業(yè)年級(jí)：通信技術(shù)2009級(jí)姓名：劉媛輝 楊丹妮 李亞云學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)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(luò)（采用升余弦滾降系統(tǒng)）+信道+碼型反變換+01比特流。二、設(shè)計(jì)要求1.完成一個(gè)題目。 2.對(duì)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(xì)的設(shè)計(jì)報(bào)告。三、設(shè)計(jì)目的1.綜合應(yīng)用Matlab編程與系統(tǒng)仿真、信號(hào)與系統(tǒng)、現(xiàn)代通信原理等多門(mén)課程知識(shí)，使學(xué)生建立通信系統(tǒng)的整體概

2、念。2.培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的思想。3.培養(yǎng)學(xué)生利用軟件進(jìn)行通信仿真的能力。4.培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手完成課題設(shè)計(jì)項(xiàng)目的能力。5.培養(yǎng)學(xué)生查找相關(guān)資料的能力。四、實(shí)驗(yàn)條件計(jì)算機(jī)、Matlab軟件、相關(guān)資料。五系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(hào)所占據(jù)的頻譜是從零頻或者很低頻率開(kāi)始，稱(chēng)為數(shù)字基帶信號(hào),不經(jīng)載波調(diào)制而直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)的系統(tǒng)，稱(chēng)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(duì)稱(chēng)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(wèn)題也是帶通傳輸系統(tǒng)必須考慮的問(wèn)題

3、。第四：任一個(gè)線性調(diào)制的帶通傳輸系統(tǒng)，可以等效為一個(gè)基帶傳輸系統(tǒng)。（3）對(duì)傳輸碼型的要求：不含直流分量且低頻分量盡量少。應(yīng)含有豐富的定時(shí)信息，以便于從接受碼流中提取定時(shí)信號(hào)。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(jì)特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化。具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力，即碼型應(yīng)具有一定的規(guī)律性，以便宏觀監(jiān)測(cè)。編譯碼簡(jiǎn)單，已降低通信延時(shí)和成本。（4）基帶傳輸常用碼型：AMI碼（傳號(hào)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(hào)反轉(zhuǎn)碼）、塊編碼等。（5）其中本次設(shè)計(jì)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(gè)V之間B的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。b.示例：c.HDB3碼的特點(diǎn)：有檢錯(cuò)能力。解決了連“0”時(shí)位定時(shí)信息提取困難。無(wú)直流分量。B碼和V碼各自保持極性交替變化，以確保無(wú)直流分量?？赡艽嬖谡`碼擴(kuò)散的問(wèn)題。（6）數(shù)字基帶信號(hào)傳輸碼系統(tǒng)組成：信道信號(hào)形成器基帶成型網(wǎng)絡(luò)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?hào)波形。信道：是允許基帶信號(hào)通過(guò)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(mǎn)足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件。接受濾波器：用來(lái)接收信號(hào)，盡可能濾除信道噪聲和其他

5、干擾，對(duì)信道特性進(jìn)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(shí)刻對(duì)接受器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)基帶信號(hào)。同步提?。河脕?lái)抽樣的位定時(shí)脈沖依靠同步提取電路從接受信號(hào)中提取，位定時(shí)的準(zhǔn)確與否將直接影響判決效果?；鶐鬏斂偺匦裕篐(w)= GT(w)C(w)GR(w)若假設(shè)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(wú)碼間串?dāng)_的傳輸特性的設(shè)計(jì)：理想低通特性H(t)=Sa/TsH(W)=TsRet(W/WS)Sa(t/T)信號(hào)帶寬最小的波形理想低通信號(hào)的主要缺點(diǎn)a.工程上難以實(shí)現(xiàn)；b.尾部衰減慢（沖激

6、響應(yīng)h(t)波形收斂速度較慢，拖尾以1/t速率衰減，當(dāng)存在定時(shí)誤差時(shí)會(huì)帶來(lái)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(hào)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(xì)設(shè)計(jì)與編碼1. 設(shè)計(jì)方案實(shí)驗(yàn)流程:信源碼型編碼信道信號(hào)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(shè)計(jì)思路：（1）信源：生成欲傳送的01比特流，將個(gè)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(gè)特定值的數(shù)值為1，反之，小于則為0。：因本實(shí)驗(yàn)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(yùn)行的時(shí)候，只通過(guò)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(gè)特定值，則信號(hào)恢復(fù)時(shí)函數(shù)為1，若信號(hào)抽樣值是某一特定值，則信號(hào)恢復(fù)時(shí)信號(hào)值設(shè)定為-1，其余恢復(fù)為0。一般判定值不設(shè)定為0，因?yàn)槿粲性肼暤葘?duì)信號(hào)進(jìn)行干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)輸出信號(hào)不是理想的。（

8、5）碼型譯碼：將抽樣判決后的信號(hào)作為函數(shù)的輸入，進(jìn)行碼型反變換，函數(shù)輸出為恢復(fù)了的欲傳送的01比特流。編寫(xiě)程序時(shí)，首先進(jìn)行設(shè)定標(biāo)記Last_V、Last_B（初始設(shè)定默認(rèn)為-1，與碼型編碼相對(duì)應(yīng)），設(shè)定輸入信號(hào)為signal，碼型譯碼后的信號(hào)ssignal，其中N為每bit抽樣點(diǎn)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(luò)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(fù)為HDB3碼function

11、 samplesignal=sampling(signal,n)%函數(shù)輸出samplesignal為抽樣判決后恢復(fù)的信息%函數(shù)輸入n為每個(gè)bit的抽樣點(diǎn)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(fù)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(guò)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(guò)程：（編程過(guò)程中遇到的問(wèn)題、如何解決） 首先編寫(xiě)碼型編碼的代碼的時(shí)候依照理解的HDB3碼的編碼規(guī)則進(jìn)行編寫(xiě)代碼，完成了雙極性的HDB3碼，利用bit抽樣的時(shí)候?qū)⒚縝it中后1/2的抽樣點(diǎn)設(shè)定為0，才成功調(diào)試了正確的雙極性的，歸零的HDB3碼。 5.運(yùn)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(hào)c.進(jìn)行抽樣判決之后，恢復(fù)的不歸零的HDB3碼d. 碼型譯碼的輸出，恢復(fù)為欲傳送的01bit流e. 基帶后存數(shù)系統(tǒng)合成圖：f.運(yùn)行完程序之后的workspace（N為欲傳送的比特個(gè)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(diǎn)數(shù)，hdb3_signal為碼型編碼之后的HDB3碼，filtersignal為經(jīng)過(guò)基帶成型網(wǎng)絡(luò)（升余弦滾降系統(tǒng)）之后的信號(hào)，samplesignal為進(jìn)行抽樣判決之后的信號(hào)， sinalsg為碼型譯碼恢復(fù)為欲傳送的01bit流）七設(shè)計(jì)心得：做MATLAB綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的時(shí)候比較吃力，覺(jué)得使用MATLAB編寫(xiě)程序好難?？偸且_(kāi)好多Mfile文件進(jìn)行編寫(xiě)函數(shù)，最麻煩的是寫(xiě)完一個(gè)子函數(shù)在單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證就存在一些函數(shù)輸入的問(wèn)題。對(duì)通信系統(tǒng)的理解：定性了分析了整個(gè)通信系統(tǒng)。了解了基帶傳輸系統(tǒng)研究的意義。在進(jìn)行對(duì)基帶傳輸碼型的研究后，于是選擇了其中一種應(yīng)用普遍的的碼型HDB3碼作為本次設(shè)計(jì)項(xiàng)目的傳輸碼型，也進(jìn)一步加深對(duì)HDB3碼編碼規(guī)則的掌握。明白基帶成型網(wǎng)絡(luò)的含義，及其傳輸特性方程和波形圖。更進(jìn)一步理解了奈奎斯特準(zhǔn)則無(wú)碼間干擾傳輸。程設(shè)計(jì)的收獲：。它帶來(lái)了知識(shí)上的收獲，是和同學(xué)們一起奮斗的一場(chǎng)經(jīng)歷。是對(duì)自己本學(xué)期以來(lái)學(xué)習(xí)通信原理的一個(gè)肯定，是對(duì)以后的學(xué)習(xí)的一種督促，也是對(duì)自己的未來(lái)大學(xué)校門(mén)外的生活的一個(gè)鼓勵(lì)。在設(shè)計(jì)肯定會(huì)有不甚理解的地方，這就需要我們自己動(dòng)手查找資料，增加的不僅是查找的資料上面的知識(shí)，更多