1、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 題 目： 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 10級(jí)通信（2）班 姓 名： 鄒策 學(xué) 號(hào)： JC104128 指導(dǎo)教師： 蔣芳 安徽大學(xué)江淮學(xué)院 二零一四年二月十一日1. 引言1.1問(wèn)題的提出和研究意義1.2基帶傳輸?shù)睦碚?.3數(shù)字基帶傳輸?shù)默F(xiàn)狀2. 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 2.1數(shù)字基帶信號(hào) 2.2數(shù)字基帶傳輸 2.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 2.4數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的碼型3. MATLAB在基帶傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用 3.1 MATLAB簡(jiǎn)介 3.2 MATLAB在通信系統(tǒng)中的仿真4. 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的深入研究 4.1數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸和碼間串?dāng)_ 4.2無(wú)碼間串?dāng)_的基帶傳輸系統(tǒng)的

2、 4.3部分影響和時(shí)域均衡 4.4擾碼和解擾 4.5無(wú)碼間串?dāng)_的基帶傳輸系統(tǒng)的抗造性能 4.6眼圖5. 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真 5.1信源的設(shè)計(jì) 5.2 發(fā)送濾波器和接收濾波器的設(shè)計(jì) 5.3 信道的設(shè)計(jì) 5.4 抽樣判決器的設(shè)計(jì) 5.5 碼間干擾及解決方案 5.6 基于MATLAB的基帶傳輸系統(tǒng)的總模型的設(shè)計(jì)和仿真1 引言1.1問(wèn)題的提出 20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了數(shù)字傳輸技術(shù)，它是用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息的，從此通信進(jìn)入了數(shù)字的化時(shí)代。目前，通信網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，在我國(guó)公眾通信網(wǎng)中傳輸?shù)男盘?hào)主要是數(shù)字信號(hào)。數(shù)字通信技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，例如數(shù)字移動(dòng)通信、數(shù)字衛(wèi)星通信、數(shù)字電視廣播、數(shù)字光纖通信、

3、數(shù)字微波通信、數(shù)字視頻通信、多媒體通信等等。數(shù)字通信系統(tǒng)主要的兩種通信模式，數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)，數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)。1.2 研究的意義 實(shí)際中，基帶傳輸?shù)膽?yīng)用不像頻帶傳輸那么廣泛，但對(duì)基帶傳輸?shù)难芯恳埠苤匾?。因?yàn)椋阂?，?shù)字基帶系統(tǒng)的許多問(wèn)題也是頻帶傳輸系統(tǒng)要注意的問(wèn)題；二，利用對(duì)稱電纜構(gòu)成的近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)廣泛使用這種傳輸方式：三，任何一種采用線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)科等效為基帶傳輸系統(tǒng)來(lái)研究。1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，數(shù)字通信在衛(wèi)星通信、光纖通信、移動(dòng)通信等方面發(fā)展很快。由于基帶傳輸系統(tǒng)在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中有不可替代的作用，其應(yīng)用范圍也隨著技術(shù)的發(fā)展?jié)B入網(wǎng)絡(luò)通信、衛(wèi)星通信、手機(jī)通信、數(shù)字電視

4、、數(shù)字電話等生活、科技的各方面，日益成為數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。2數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的簡(jiǎn)介2.1數(shù)字基帶信號(hào) 數(shù)字基帶信號(hào)， 是信源發(fā)出的、未經(jīng)調(diào)制或頻譜變換、直接在有效頻帶與信號(hào)頻譜相對(duì)應(yīng)的信道上傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，是消息代碼的電波形，是用不同的電平或脈沖來(lái)表示相應(yīng)的消息代碼。數(shù)字基帶信號(hào)的類型很多，常見(jiàn)的有矩形脈沖，三角波、高斯脈沖和升余弦脈沖等。最常用的是矩形脈沖，因?yàn)榫匦蚊}沖易于形成和變換。2.2數(shù)字基帶傳輸 具有低通特性的有線信道中，特別是傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，數(shù)字基帶信號(hào)可以直接傳輸。2.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)的模型：數(shù)字 基帶信 基帶 調(diào) 頻帶 信 頻帶 解 基帶 接受 取樣

5、數(shù)字號(hào)形成 制 調(diào) 濾波 序列 器 信號(hào) 器 信號(hào) 道 信號(hào) 器 信號(hào) 器 判決 序列 噪聲 頻帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)2.4數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的碼型： 數(shù)字基帶信號(hào)時(shí)數(shù)字信息的電脈沖表示的，電脈沖的形式叫做碼型。把數(shù)字信息的電脈沖表示的過(guò)程叫做碼型編碼，在有線信道傳輸?shù)臄?shù)字基帶信號(hào)有叫線路傳輸碼型。有碼型還原為數(shù)字信息叫碼型翻譯。合理的選擇碼型要注意一下幾點(diǎn)：1. 線路傳輸碼型的頻譜中不含有直流分量。2. 要有較強(qiáng)的抗噪聲能力。3. 碼型中包含定時(shí)信息和一定的糾錯(cuò)能力。4. 設(shè)備喲盡可能的簡(jiǎn)單。5. 減少基帶信號(hào)頻譜中的高頻分量節(jié)省頻帶，減小串?dāng)_。常用碼型：一.二元碼1.單極性非歸零碼：極性單一

6、，高低電平分別用二進(jìn)制碼1和0表示，整個(gè)碼元期間電平保持不變，記作NRZ碼。2.雙極性非歸零碼：正負(fù)電平分別用1和0表示，整個(gè)碼元期間電平也保持不變，而且沒(méi)有直流分量，抗干擾能力強(qiáng)。有利于在信道中傳輸。3.單極性歸零碼：可以直接提取定時(shí)信息，時(shí)其他波形提取定時(shí)信息時(shí)采用的過(guò)度波形，記作RZ碼。4.雙極性歸零碼：正負(fù)極性分別用1和0表示，同時(shí)具有雙極性和歸零的特點(diǎn)。出來(lái)具有雙極性不歸零碼的波形特點(diǎn)外，還有利于同步脈沖的提取。5.差分碼：在差分碼中用相鄰碼元的電平的跳變和不變來(lái)表示消息代碼以電平跳變表示“1”，以電平不變表示“0”。它也稱相對(duì)碼波形。用差分波形傳送代碼可以消除設(shè)備初始狀態(tài)的影響。二

7、三元碼1.傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼：記作AMI碼，其編碼規(guī)則是將二進(jìn)制消息代碼“1”交替的用“+1”和“-1”的半占空歸零碼表示，而“0”（空號(hào)）保持不變。 消息代碼：1  0  0  1  1  0  0  0  0  0  0  0  1  1  0  0  1  1AMI碼：  +1 

8、; 0  0 -1 +1  0  0  0  0  0  0  0 -1  +1  0  0 -1  +1 AMI碼對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)是正負(fù)極性交替的脈沖序列，而0電位保持不變的規(guī)律。 AMI碼的特點(diǎn): 優(yōu)點(diǎn)：由AMI碼確定的基帶信號(hào)中正負(fù)脈沖交替，而0電位保持不變，所以由AMI碼確定的基帶信號(hào)無(wú)直流分量，且只有很小的低頻分量。 缺點(diǎn)：不易提取定時(shí)信號(hào)，由于它可能出現(xiàn)長(zhǎng)的連0串。2

9、.HDB3 碼：對(duì)于一串給定的碼元序列，按照HDB3碼的編碼規(guī)則可以有不同的形式，第一位碼的極性可正可負(fù)。當(dāng)信碼的連“0”個(gè)數(shù)不超過(guò)3個(gè)時(shí)，按照AMI碼的規(guī)則編；當(dāng)連“0”個(gè)數(shù)超過(guò)3個(gè)時(shí)則將第4個(gè)“0”改為與前面的“1”同極性的脈沖，記為+V或-V，稱之為破壞脈沖。相鄰的V碼的極性必須交替出現(xiàn)，以確保編好的碼中無(wú)直流；為了便于識(shí)別，V碼的極性應(yīng)與前一個(gè)非“0”脈沖極性相同，否則，將四連“0”的第一個(gè)“0”改為與該破壞脈沖相同極性的脈沖，并記為+B或-B；破壞脈沖之后的傳號(hào)碼極也要交替變換。  AMI碼和HDB3碼的功率譜3. MATLAB在基帶傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用3.1 MATLAB簡(jiǎn)介

10、 MATLAB的全名Matrix Laboratory，是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域

11、。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn), 使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C+ ，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用, 用戶也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛(ài)好者都編寫(xiě)了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。優(yōu)點(diǎn)：（1） 友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境（2） 簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言（3） 強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力（4）

12、 出色的圖形處理功能（5） 應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱（6） 實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)（7） 應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)（包括用戶界面）常用函數(shù)：MATLAB內(nèi)部常數(shù)：eps：浮點(diǎn)相對(duì)精度 ，pi：圓周率，exp：自然對(duì)數(shù)的底數(shù)e ，i 或 j：基本虛數(shù)單位，inf：無(wú)限大， 例如1/0，NaN：非數(shù)值（Not a number），例如0/0，pi：圓周率 p（= 3.1415926.），realmax：系統(tǒng)所能表示的最大數(shù)值，realmin：系統(tǒng)所能表示的最小數(shù)值，nargin: 函數(shù)的輸入引數(shù)個(gè)數(shù)。MATLAB常用基本數(shù)學(xué)函數(shù)：abs(x)：純量的絕對(duì)值或向量的長(zhǎng)度，angle(z)：

13、復(fù)數(shù)z的相角(Phase angle)，sqrt(x)：開(kāi)平方，real(z)：復(fù)數(shù)z的實(shí)部，imag(z)：復(fù)數(shù)z的虛部，conj(z)：復(fù)數(shù)z的共軛復(fù)數(shù)，round(x)：四舍五入至最近整數(shù)，fix(x)：無(wú)論正負(fù)，舍去小數(shù)至最近整數(shù)，floor(x)：地板函數(shù)，即舍去正小數(shù)至最近整數(shù)，ceil(x)：天花板函數(shù)，即加入正小數(shù)至最近整數(shù)，rat(x)：將實(shí)數(shù)x化為分?jǐn)?shù)表示，rats(x)：將實(shí)數(shù)x化為多項(xiàng)分?jǐn)?shù)展開(kāi)，sign(x)：符號(hào)函數(shù) (Signum function)。當(dāng)x<0時(shí)，sign(x)=-1；當(dāng)x=0時(shí)，sign(x)=0;當(dāng)x>0時(shí)，sign(x)=1。，re

14、m(x,y)：求x除以y的余數(shù)，gcd(x,y)：整數(shù)x和y的最大公因數(shù)，lcm(x,y)：整數(shù)x和y的最小公倍數(shù)，exp(x) ：自然指數(shù)，pow2(x)：2的指數(shù)，log(x)：以e為底的對(duì)數(shù)，即自然對(duì)數(shù)或，log2(x)：以2為底的對(duì)數(shù)，log10(x)：以10為底的對(duì)數(shù)。 MATLAB常用三角函數(shù)：sin(x)：正弦函數(shù)，cos(x)：余弦函數(shù)，tan(x)：正切函數(shù)，asin(x)：反正弦函數(shù)，acos(x)：反余弦函數(shù)，atan(x)：反正切函數(shù)，atan2(x,y)：四象限的反正切函數(shù)，sinh(x)：超越正弦函數(shù)，cosh(x)：超越余弦函數(shù)，tanh(x)：超越正切函數(shù)，as

15、inh(x)：反超越正弦函數(shù)，acosh(x)：反超越余弦函數(shù)，atanh(x)：反超越正切函數(shù)適用于向量的常用函數(shù)：min(x): 向量x的元素的最小值，max(x): 向量x的元素的最大值，mean(x): 向量x的元素的平均值，median(x): 向量x的元素的中位數(shù)，std(x): 向量x的元素的標(biāo)準(zhǔn)差，diff(x): 向量x的相鄰元素的差，sort(x): 對(duì)向量x的元素進(jìn)行排序（Sorting），length(x): 向量x的元素個(gè)數(shù)，norm(x): 向量x的歐氏（Euclidean）長(zhǎng)度，sum(x): 向量x的元素總和，prod(x): 向量x的元素總乘積，cumsum(

16、x): 向量x的累計(jì)元素總和，dot(x, y): 向量x和y的內(nèi)積，cross(x, y): 向量x和y的外積MATLAB基本繪圖函數(shù)：plot: x軸和y軸均為線性刻度（Linear scale），loglog: x軸和y軸均為對(duì)數(shù)刻度（Logarithmic scale），semilogx: x軸為對(duì)數(shù)刻度，y軸為線性刻度，matlab插值和樣條plot繪圖函數(shù)的參數(shù)。3.2 MATLAB在通信系統(tǒng)中的仿真 Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。

17、Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。1. 通信系統(tǒng)誤碼率的仿真：通信系誤碼率的大小事衡量通信系統(tǒng)性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)，MATLAB提供有效的分析誤碼率工具誤碼率仿真界面，用來(lái)計(jì)算和比較不同的調(diào)制方式，不同的差錯(cuò)控制編碼方式，和不同的信道噪聲情況下的通信系統(tǒng)的誤碼率。2. 眼圖：在研究數(shù)字傳輸碼間串?dāng)_和信道噪聲的時(shí)候是一個(gè)非常方便的工具。用一個(gè)示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步，這是就可以看到眼圖，從“眼圖”

18、上可 以觀察出碼間串?dāng)_和噪聲的影響，從而估計(jì)系統(tǒng)優(yōu)劣程度。另外也可以用此圖形對(duì)接收濾波器的特性加以調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_和改善系統(tǒng)的傳輸性能。3. 散射圖：散射圖記錄給定判決點(diǎn)處的信號(hào)值。在MATLAB中函數(shù)命令是scatterplot(x,N),根據(jù)指定的參數(shù)N繪制信號(hào)x的散射圖。X可以是實(shí)向量也可以是復(fù)數(shù)向量或者只有兩列的矩陣，第一列是信號(hào)的實(shí)部，第二列是信號(hào)的虛部。繪制x中的第N點(diǎn)事從第一個(gè)值 開(kāi)始，默認(rèn)值N=1.4.數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的深入研究4.1數(shù)字基帶信號(hào)傳輸?shù)拇a間串?dāng)_ 由頻譜分析的基本原理可知，任何信號(hào)的頻域受限和時(shí)域受限不可能同時(shí)成立。信道的帶寬受限意味著經(jīng)傳輸后的信號(hào)的帶寬受限

19、，導(dǎo)致前后碼元的波形產(chǎn)生畸變和展寬。這樣前碼元的波形會(huì)出現(xiàn)很長(zhǎng)的拖尾，蔓延到當(dāng)前的碼元的抽樣時(shí)刻，對(duì)當(dāng)前馬遠(yuǎn)東判斷造成干擾，這就是碼間串?dāng)_。碼間串?dāng)_嚴(yán)重時(shí)回造成錯(cuò)誤判決。 圖(a)示出了序列中的單個(gè)“1”碼，經(jīng)過(guò)發(fā)送濾波器后，變成正的升余弦波形見(jiàn)圖(b)，此波形經(jīng)信道傳輸產(chǎn)生了延遲和失真如圖(c)所示，我們看(a)(b)(c)到這個(gè)“1”碼的拖尾延伸到了下一碼元時(shí)隙內(nèi)，并且抽樣判決時(shí)刻也應(yīng)向后推移至波形出現(xiàn)最高峰處（設(shè)為）。 4.2無(wú)碼間串?dāng)_的基帶傳輸系統(tǒng) 一無(wú)碼間串?dāng)_的條件：（1）基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸后在抽樣點(diǎn)上無(wú)碼間串?dāng)_，也即瞬時(shí)抽樣值應(yīng)滿足    &#

20、160;                                        令，并考慮也為整數(shù)，可用表示，則上式可寫(xiě)成      

21、;                                          從理論上講，以上兩條可以通過(guò)合理地選擇信號(hào)的波形和信道特性達(dá)到。下面從研究理想基帶傳輸系統(tǒng)出發(fā)

22、，得到奈奎斯特第一定理和無(wú)碼間串?dāng)_傳輸?shù)念l域特性滿足的條件，最后討論升余弦滾降傳輸特性。 二理想基帶傳輸系統(tǒng) 理想基帶傳輸系統(tǒng)的傳輸特性具有理想低通特性，其傳輸函數(shù)為                                   &#

23、160;               如圖（a）所示，其帶寬為，對(duì)其進(jìn)行傅里葉反變換得                              &#

24、160;     是沖激響應(yīng)，如圖（b）所示。從圖中可以看到，在時(shí)有最大值，而在的其他瞬間均為0。因此，如果令碼元寬度為，就可以滿足式上式的要求，在接收端當(dāng)時(shí)刻（忽略造成的傳輸時(shí)延）抽樣值中無(wú)串?dāng)_值積累，從而消除碼間串?dāng)_。由上可見(jiàn)，如果信號(hào)經(jīng)傳輸后整個(gè)波形發(fā)生變化，但只要其特定點(diǎn)的抽樣值保持不變，那么用抽樣的方法，仍然可以準(zhǔn)確無(wú)誤地恢復(fù)原始信號(hào)，這就是奈奎斯特第一準(zhǔn)則（又稱為第一無(wú)失真條件）的本質(zhì)。如圖所示的理想基帶傳輸系統(tǒng)中，碼元間隔稱為奈奎斯特間隔，碼元傳輸速率稱為奈奎斯特速率。下面討論頻帶利用率的問(wèn)題。所謂頻帶利用率，是指碼元速率和帶寬B

25、的比值，即單位頻帶所能傳輸?shù)拇a元速率，其表示式為                                  顯然理想低通傳輸函數(shù)的頻帶利用率為。這是最大的頻帶利用率，因?yàn)槿绻到y(tǒng)用高于的碼元速率傳送碼元時(shí)，將產(chǎn)生碼間串?dāng)_。若降低碼元速率，即增加碼元寬度，使等于的、3、4大

26、于1的整數(shù)倍，由圖可見(jiàn)，在抽樣點(diǎn)上也不會(huì)出現(xiàn)碼間串?dāng)_。但是，這意味著頻帶利用率要降低。 三無(wú)碼間串?dāng)_系統(tǒng)等效傳輸特性 從前面討論的結(jié)果可知，理想低通傳輸系統(tǒng)具有最大的碼元速率和頻帶利用率，但實(shí)際上這種理想基帶傳輸系統(tǒng)并未得到應(yīng)用。這首先是因?yàn)檫@種理想低通的傳輸特性在物理上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的；其次，即使能設(shè)法實(shí)現(xiàn)接近于理想特性的傳輸函數(shù)，但由于這種理想系統(tǒng)的沖激響應(yīng)的尾巴很大，即衰減型振蕩起伏很大，如果抽樣定時(shí)發(fā)生某些偏差，或外界條件對(duì)傳輸特性稍加影響，信號(hào)頻率發(fā)生漂移等都會(huì)導(dǎo)致碼間串?dāng)_明顯的增加。因此我們要尋求其他形式的無(wú)碼間串?dāng)_傳輸特性。根據(jù)公式，在假設(shè)信道和接收濾波器所造成的延遲時(shí)，無(wú)

27、碼間串?dāng)_的基帶系統(tǒng)沖激響應(yīng)應(yīng)滿足下式：                                     下面我們來(lái)推導(dǎo)符合以上條件的。因?yàn)?#160;       

28、0;               所以在時(shí)，有                                  

29、60;           把上式的積分區(qū)間用分段積分代替，每段長(zhǎng)為，如下圖所示，則上式可寫(xiě)成                                 

30、       令，則有，。且當(dāng)時(shí)，于是                                 的分割當(dāng)上式之和為一致收斂時(shí)，求和與積分的次序可以互換，于是有   

31、0;                               這里，我們已把變量重新記為。由傅里葉級(jí)數(shù)可知，若是周期為的頻率函數(shù)，則可得            

32、60;                                對(duì)照公式，我們發(fā)現(xiàn)，就是的指數(shù)型傅里葉級(jí)數(shù)的系數(shù)，即有             

33、                 在無(wú)碼間串?dāng)_時(shí)域條件的要求下，我們得到無(wú)碼間干擾時(shí)的基帶傳輸特性應(yīng)滿足                           &

34、#160;            即                                     

35、    或                                        上式稱為無(wú)碼間串?dāng)_的等效特性，又稱為奈奎斯特第一準(zhǔn)則。其含義是：將分割

36、為寬度，各段在（，）區(qū)間內(nèi)能疊加成一個(gè)矩形頻率特性，那么它以速率傳輸基帶信號(hào)時(shí)，無(wú)碼間串?dāng)_。如果不考慮系統(tǒng)的頻帶，從消除碼間串?dāng)_來(lái)看，基帶傳輸特性的形式并不是唯一的，升余弦滾降傳輸特性就是使用較多的一類。4.3部分影響和時(shí)域均衡1.部分響應(yīng)： 目的：保證2B/Hz的頻帶利用率而且波形拖尾小 方法：適當(dāng)?shù)囊肟煽氐拇當(dāng)_ 定義：一種傳輸系統(tǒng)，它允許存在一定的受到控制的碼間串?dāng)_，而且在接收端可以消除。它能使頻帶利用率提高到理論上的的最大值，有課形成“尾巴”衰減大，收斂快的傳輸波形，從而降低對(duì)定時(shí)取樣精度的要求，這類系統(tǒng)叫做部分響應(yīng)系統(tǒng)。 第類部分響應(yīng)：對(duì)于抽樣函數(shù)，如果只是把時(shí)間上相鄰1個(gè)碼元間隔的

37、兩個(gè)波形相加，合成的波形就稱為第類部分響應(yīng)波形，如左所示。前后兩個(gè)碼元的拖尾被相互抵消.其頻譜如右所示是余弦型、具有緩變的滾降過(guò)渡特性。接收端抽樣判決定時(shí)間隔仍取Ts，因而所得樣值中含有前一碼元對(duì)本碼元抽樣值的干擾，由于前一碼元的符號(hào)是已知的，減去它就相當(dāng)于消除了人為引入的碼間串?dāng)_。2.時(shí)域均衡：為了改善系統(tǒng)的傳輸性能，減少碼間串?dāng)_，可采用均衡辦法。在基帶系統(tǒng)中插入一種可調(diào)的濾波器，用來(lái)校正或補(bǔ)償系統(tǒng)特性，減少碼間干擾。這種補(bǔ)償作用的濾波器稱為均衡器。均衡分時(shí)域均衡、頻域均衡。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，特別在高速數(shù)值傳輸中，時(shí)域均衡得到廣泛應(yīng)用。時(shí)域均衡的原理是將均衡器入端（即接收濾波器出端）采樣時(shí)刻

38、上有碼間干擾的響應(yīng)變換成無(wú)擾的響應(yīng)波形。時(shí)域均衡基本思想見(jiàn)下圖：由于拖尾和畸變，在各采樣點(diǎn)上會(huì)對(duì)其它碼元造成串?dāng)_。如果均衡器能產(chǎn)生虛線所示補(bǔ)償波形，大小相等，極性相反。校正后的波形無(wú)拖尾了。時(shí)域均衡基本思想見(jiàn)下圖：由于拖尾和畸變，在各采樣點(diǎn)上會(huì)對(duì)其它碼元造成串?dāng)_。如果均衡器能產(chǎn)生虛線所示補(bǔ)償波形，大小相等，極性相反。校正后的波形無(wú)拖尾了。 時(shí)域均衡的傳輸模型：不滿足無(wú)碼間串?dāng)_條件時(shí)，其輸出信號(hào) 將存在碼間串?dāng)_。為此，在 之后插入一個(gè)稱之為橫向?yàn)V波器的可調(diào)濾波器 ，形成新的總傳輸函數(shù) ，表示為顯然，只要 滿足則抽樣判決器輸入端的信號(hào) 將不含碼間串?dāng)_，即這個(gè)包含 在內(nèi)的 將可消除碼間串?dāng)_。這就是時(shí)

39、域均衡的基本思想。4.4擾碼和解擾擾碼：在數(shù)字通信中,如果數(shù)據(jù)信息連“0”碼或連“1”碼過(guò)長(zhǎng)將會(huì)影響接收端位定時(shí)恢復(fù)質(zhì)量,造成抽樣判決時(shí)刻發(fā)生變化,對(duì)系統(tǒng)誤碼率的產(chǎn)生影響。也就是說(shuō)數(shù)字通信系統(tǒng)的性能變化與數(shù)據(jù)源的統(tǒng)計(jì)特性有關(guān).采用有冗余的傳輸編碼可消除數(shù)據(jù)源一部分信息模式對(duì)系統(tǒng)性能的影響但這是要以增加傳輸符號(hào)速率為代價(jià)。在實(shí)際中,常使用擾碼器將數(shù)據(jù)源變換成近似于白噪聲的數(shù)據(jù)序列(增加定時(shí)的同步信息),消除信息模式對(duì)系統(tǒng)誤碼的影響。 在通信中擾碼技術(shù)的采用保證了對(duì)信息的透明性:即在發(fā)端擾碼的加入,在接收端可以從加擾的碼流中恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)流,而對(duì)輸入信息的模式無(wú)特殊要求。常用擾碼器的實(shí)

40、現(xiàn)可采用M序列進(jìn)行。 擾碼器是在發(fā)端使用移位寄存器產(chǎn)M序列,然后將信息序列與M序列作模二加其輸出即為加擾的隨機(jī)序列。解擾：4.5無(wú)碼間串?dāng)_的基帶傳輸系統(tǒng)的抗造性能 影響數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)囊蛩赜袃蓚€(gè):(1) 碼間干擾：理論上當(dāng)傳輸特性滿足一定的條件時(shí)可消除。(2) 信道噪聲：即高斯白噪聲時(shí)時(shí)刻刻存在于系統(tǒng)中而且是不可消除的。它對(duì)傳輸數(shù)字信號(hào)的危害:引起誤碼。將“1”信號(hào)錯(cuò)判為“0”信號(hào)，或使“0”錯(cuò)判為“1”。 下面主要討論基帶傳輸系統(tǒng)的誤碼率。 二進(jìn)制雙極性基帶系統(tǒng)：設(shè)：二進(jìn)制雙極性信號(hào)在抽樣時(shí)刻的電平取值為+A或-A（分別對(duì)應(yīng)信碼“1”或“0” ）, 則在一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)，抽樣判決器

41、輸入端的(信號(hào)+噪聲)波形x(t)在抽樣時(shí)刻的取值為根據(jù)式當(dāng)發(fā)送“1”時(shí)，A+ nR(kTs)的一維概率密度函數(shù)為當(dāng)發(fā)送“0”時(shí)，-A+ nR(kTs)的一維概率密度函數(shù)為 上兩式的曲線如下：在-A到+A之間選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖絍d作為判決門(mén)限，根據(jù)判決規(guī)則將會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況：可見(jiàn)，有兩種差錯(cuò)形式：發(fā)送的“1”碼被判為“0”碼；發(fā)送的“0”碼被判為“1 ”碼。下面分別計(jì)算這兩種差錯(cuò)概率。發(fā)“1”錯(cuò)判為“0”的概率P(0/1)為 =發(fā)“0”錯(cuò)判為“1”的概率P(1/0)為= 它們分別如上圖中的陰影部分所示。 假設(shè)信源發(fā)送“1”碼的概率為P(1)，發(fā)送“0”碼的概率為P(0) ，總誤碼率為將上面求

42、出的P(0/1)和P(1/0)代入上式，可以看出，誤碼率與發(fā)送概率P(1) 、 P(0) ，信號(hào)的峰值A(chǔ)，噪聲功率sn2，以及判決門(mén)限電平Vd有關(guān)。因此，在P(1) 、 P(0) 給定時(shí)，誤碼率最終由A、 sn2和判決門(mén)限Vd決定。在A和sn2一定條件下，可以找到一個(gè)使誤碼率最小的判決門(mén)限電平，稱為最佳門(mén)限電平。若令 則可求得最佳門(mén)限電平 若P(1) = P(0) = 1/2，這時(shí)，基帶傳輸系統(tǒng)總誤碼率為由上式可見(jiàn)，在發(fā)送概率相等，且在最佳門(mén)限電平下，雙極性基帶系統(tǒng)的總誤碼率僅依賴于信號(hào)峰值A(chǔ)與噪聲均方根值sn的比值, 而與采用什么樣的信號(hào)形式無(wú)關(guān)。且比值A(chǔ)/ sn越大，Pe就越小。 4.6眼

43、圖一個(gè)實(shí)際的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，是不可能完全消除碼間干擾的，尤其是在信道不可能完全確知的情況下，要計(jì)算誤碼率非常困難。評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的實(shí)用方法是分析眼圖，即利用示波器觀察接收信號(hào)波形的質(zhì)量。一、眼圖分析法定義：用示波器觀察二進(jìn)制脈沖時(shí)，在示波器上可觀察到的波形類似于人的眼睛，故稱為眼圖。二、觀察方法將示波器的水平掃描周期調(diào)整為所接收脈沖序列碼元間隔TS的整數(shù)倍，從示波器的Y軸輸入接收碼元序列，在熒光屏上就可以看到由碼元重疊而產(chǎn)生的類似人眼的圖形。由于熒光屏的余輝作用，呈現(xiàn)的圖形是若干個(gè)碼元重疊后的圖案。只要示波器掃描頻率和信號(hào)同步，不存在碼間干擾和噪聲時(shí)，每次重疊上去的跡線都會(huì)和原來(lái)的重合，這時(shí)的

44、跡線既細(xì)又清晰，如圖c所示；若存在碼間干擾，序列波形變壞，就會(huì)造成眼圖跡線雜亂，眼皮厚重，甚至部分閉合,如圖d所示。5.數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真5.1 信源的設(shè)計(jì) 信息傳播過(guò)程簡(jiǎn)單地描述為：信源信道信宿。其中，“信源”是信息的發(fā)布者，即上載者；“信宿”是信息的接收者，即最終用戶。在傳統(tǒng)的信息傳播過(guò)程中，對(duì)信源的資格有嚴(yán)格的限制，通常是廣播電臺(tái)、電視臺(tái)等機(jī)構(gòu)，采用的是有中心的結(jié)構(gòu)。而在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)信源的資格并無(wú)特殊限制，任何一個(gè)上網(wǎng)者都可以成為信源5. 1）常見(jiàn)的基帶信號(hào)波形有：?jiǎn)螛O性波形、雙極性波形、單極性歸零波形和雙極性歸零波形。雙極性波形可用正負(fù)電平的脈沖分別表示二進(jìn)制碼“1”和“

45、0”，故當(dāng)“1”和“O”等概率出現(xiàn)時(shí)無(wú)直流分量，有利于在信道中傳輸，且在接收端恢復(fù)信號(hào)的判決電平為零，抗干擾能力較強(qiáng)。而單極性波形的極性單一，雖然易于用TTL，CMOS電路產(chǎn)生，但直流分量大，要求傳輸線路具有直流傳輸能力，不利于信道傳輸。2）歸零信號(hào)的占空比小于1，即：電脈沖寬度小于碼元寬度，每個(gè)有電脈沖在小于碼元長(zhǎng)度內(nèi)總要回到零電平，這樣的波形有利于同步脈沖的提取。3）基于以上考慮采用雙極性歸零碼曼徹斯特碼作為基帶信號(hào)。5.2 發(fā)送濾波器和接收濾波器的設(shè)計(jì)濾波器（filter），是一種用來(lái)消除干擾雜訊的器件，將輸入或輸出經(jīng)過(guò)過(guò)濾而得到純凈的直流電。對(duì)特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾

46、除的電路，就是濾波器，其功能就是得到一個(gè)特定頻率或消除一個(gè)特定頻率。基帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題是濾波器的選取，根據(jù)分析，為了使系統(tǒng)沖激響應(yīng)h（t）拖尾收斂速度加快，減小抽樣時(shí)刻偏差造成的碼間干擾問(wèn)題，要求濾波器應(yīng)具有升余弦滾降特性；要得到最大輸出信噪比，就要使接收濾波器特性與其輸入信號(hào)的頻譜共扼匹配，同時(shí)系統(tǒng)函數(shù)滿，H()=GT()GR()考慮在t0時(shí)刻取樣，上述方程改寫(xiě)為，于是有，因此，在構(gòu)造最佳基帶傳輸系統(tǒng)時(shí)要使用平方根升余弦濾波器作為濾波器。5.3 信道的設(shè)計(jì)信道指通信的通道，是信號(hào)傳輸?shù)拿浇椋ǔ橛芯€信道，如市話電纜、架空明線等。信道的傳輸特性通常不滿足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，且含有加性噪聲。因此本次系統(tǒng)仿真采用高斯白噪聲信道。5.4 抽樣判決器的設(shè)計(jì)抽樣判決器是在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)。抽樣判決關(guān)鍵在于判決門(mén)限的確定，由于本次設(shè)計(jì)采用雙極性碼，故判決門(mén)限為0。5.5 碼間干擾及解決方案碼間干擾：由于基帶信號(hào)受信道傳輸時(shí)延的影響，信號(hào)波形將被延遲從而擴(kuò)展到下一碼元，形成碼間干擾，造成系統(tǒng)誤碼5。解決方案： 要求基帶系統(tǒng)的傳輸函數(shù)H(f)滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則： 若不能滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則，在接收端加入時(shí)域均