任務(wù)書試建立一個基帶傳輸模型，采用曼徹斯特碼作為基帶信號，發(fā)送濾波器為平方根升余弦濾波器，滾降系數(shù)為0.5，信道為加性高斯信道，接收濾波器與發(fā)送濾波器相匹配。發(fā)送數(shù)據(jù)率為1000bps，要求觀察接收信號眼圖，并設(shè)計接收機采樣判決局部，比照發(fā)送數(shù)據(jù)與恢復(fù)數(shù)據(jù)波形，并統(tǒng)計誤碼率。另外，對發(fā)送信號和接收信號的功率譜進行估計。假設(shè)接收定時恢復(fù)是理想的?；鶐到y(tǒng)的理論分析信道的傳輸特性為C(w),接收濾波器的傳輸特性為設(shè)系統(tǒng)總的傳輸特性為GR(w),那么基帶傳輸系統(tǒng)的總的傳輸特性為:H(w)=GT(w)C(w)GR(w)，n(t)是信道中的噪聲。2)基帶系統(tǒng)的工作原理：信源是不經(jīng)過調(diào)制解調(diào)的數(shù)字基帶信號，信源在發(fā)送端經(jīng)過發(fā)送濾波器形成適合信道傳輸?shù)拇a型，經(jīng)過含有加性噪聲的有線信道后，在接收端通過接收濾波器的濾波去噪，由抽樣判決器進一步去噪恢復(fù)基帶信號，從而完成基帶信號的傳輸。2．2基帶系統(tǒng)設(shè)計中的碼間干擾及噪聲干擾

碼間串擾和信道噪聲是影響基帶傳輸系統(tǒng)性能的兩個主要因素:1)碼間干擾及解決方案

碼間干擾：由于基帶信號受信道傳輸時延的影響，信號波形將被延遲從而擴展到下一碼元，形成碼間干擾，造成系統(tǒng)誤碼。

解決方案：

①要求基帶系統(tǒng)的傳輸函數(shù)H(ω)滿足奈奎斯特第一準那么：

假設(shè)不能滿足奈奎斯特第一準那么，在接收端參加時域均衡，減小碼間干擾。②基帶系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)H(ω)應(yīng)具有升余弦滾降特性。如圖2所示。這樣對應(yīng)的h(t)拖尾收斂速度快，能夠減小抽樣時刻對其他信號的影響即減小碼間干擾。

2)噪聲干擾及解決方案

噪聲干擾：基帶信號沒有經(jīng)過調(diào)制就直接在含有加性噪聲的信道中傳輸，加性噪聲會疊加在信號上導(dǎo)致信號波形發(fā)生畸變。

解決方案：

①在接收端進行抽樣判決；②匹配濾波，使得系統(tǒng)輸出性噪比最大。

基帶系統(tǒng)設(shè)計方案3．1信源常見的基帶信號波形有：單極性波形:是一種最簡單的基帶信號波形,用正電平和零電平分別對應(yīng)二進制碼'1'和'0',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。雙極性波形:用正負電平的脈沖分別表示二進制代碼'1'和'0',故當“1〞和“O〞等概率出現(xiàn)時無直流分量，有利于在信道中傳輸，且在接收端恢復(fù)信號的判決電平為零，抗干擾能力較強。單極性歸零波形:通常,歸零波形使用半占空碼,信號電壓在一個碼元終止時刻前回到零電平.雙極性歸零波形:兼有雙極性和歸零波形的特點,由于相鄰脈沖之間存在零電位的間隔,使得接收端很容易識別出每個碼元的起始時刻,從而使收發(fā)雙方能夠保持正確的位同步.基于于以上考慮采用雙極性歸零碼——曼徹斯特碼作為基帶信號。發(fā)送濾波器和接收濾波器

1)濾波器的作用發(fā)送濾波器:用于壓縮輸入信號頻帶,把傳輸碼變成適用于信道傳輸?shù)幕鶐盘柌ㄐ?接收濾波器:用于接收信號,盡可能濾除信道噪聲和其他干擾,對信道特性進行均衡,使其輸出的基帶波形有利于抽樣判決.2)選擇基帶系統(tǒng)設(shè)計的核心問題是濾波器的選取，根據(jù)1．2的分析，為了使系統(tǒng)沖激響應(yīng)h(t)拖尾收斂速度加快，減小抽樣時刻偏差造成的碼間干擾問題，要求發(fā)送濾波器應(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的頻譜共扼匹配同時系統(tǒng)函數(shù)滿足：H(ω)=GT(ω)GR(ω)考慮在t0時刻取樣，上述方程改寫為

H(ω)=GT(ω)，GR(ω)，于是求解出，因此，在構(gòu)造最正確基帶傳輸系統(tǒng)時要使用平方根升余弦濾波器作為發(fā)送端和接收端的濾波器。

3．3信道

信道是允許基帶信號通過的媒質(zhì)，通常為有線信道，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。

抽樣判決器抽樣判決器是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時刻(由位定時脈沖控制)對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號。抽樣判決關(guān)鍵在于判決門限確實定，由于本次設(shè)計采用雙極性碼，故判決門限為0。

SIMULINK下基帶系統(tǒng)的設(shè)計信源的建模1)模型說明:曼徹斯特的編碼規(guī)那么是這樣的，即將二級制碼“1〞編成“10"，將“0〞碼編成“01〞，在這里由于采用了二進制雙極性碼，那么將“1〞編成“+1-1〞碼，而將“0〞碼編成“-1+1〞碼。用SIMULINK中的BernoulliBinaryGenerator(不歸零二進制碼生成器)、Relay、PulseGenerator(脈沖生成器)、Product〔乘法器〕、Scope(示波器)構(gòu)成曼徹斯特碼的生成電路。2〕各個參數(shù)設(shè)置：BernoulliBinaryGenerator用于產(chǎn)生1和0的隨機信號，經(jīng)過Relay變?yōu)殡p極性信號；PulseGenerator用于產(chǎn)生占空比為1/2的單極性歸零脈沖(1010)，經(jīng)過Relay成為雙極性脈沖(+1-1+1-1)。兩路雙極性信號成為乘法器Product的輸入，相乘后的結(jié)果是：第1路不歸零碼的1碼與第2路(+1-1)碼相乘得到(+1-1)，第1路-1碼與第2路(+1-1)碼相乘得到(-1+1)碼，這就是曼徹斯特碼。曼切斯特碼如下圖(下列圖中,第一個波形是不歸零二進制碼生成器產(chǎn)生的單極性碼,第二個波形是經(jīng)瑞利變換產(chǎn)生的雙極性不歸零碼,第三個波形是曼切斯特碼)4．2發(fā)送濾波器和接收濾波器、信道為了減小碼間干擾，在最大輸出信噪比時刻輸出信號，減小噪聲干擾，傳輸模塊由Upsample(內(nèi)插函數(shù))、DiscreteFilter根升余弦傳輸濾波器、AWGNChannel(高斯信道)、DiscreteFilter根升余弦接收濾波器模塊組成，其設(shè)計框圖如下圖：模塊參數(shù)設(shè)置：Upsample的Upsamplefactor設(shè)為10，DiscreteFilter根升余弦傳輸濾波器的Numerator設(shè)為rcosine(2,10,'fir/sqrt',0.5,10)，Sampletime設(shè)為1/10000，AWGNChannel(高斯信道)的Mode選為SNR，SNR設(shè)為34，DiscreteFilter根升余弦接收濾波器設(shè)置與傳輸濾波器模塊相同。4．3抽樣判決1)抽樣判決模型圖：2)說明:曼徹斯特碼解碼模塊與編碼模塊設(shè)置相同。兩路雙極性信號成為乘法器Product的輸入，相乘后的結(jié)果是：第1路不歸零碼的〔+1-1〕碼與第2路(+1-1)碼相乘得到+1碼，第1路〔-1+1〕碼與第2路(+1-1)碼相乘得到-1碼，這就對曼徹斯特碼進行了解碼。3)主要參數(shù)設(shè)置：仿真結(jié)果分析5．1基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計總圖及各點輸出波形基帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計總圖以及傳輸過程中的各點波形分別如下圖Scope的波形：第一個波形是對曼徹斯特碼進行10被升速率采樣后的波形，將該信號送到傳輸濾波器中，濾除高頻成分得到第二個波形，第三個是第二個波形進過加性高斯白噪聲信道傳輸并通過接收濾波器濾除噪聲后的波形，第四個是經(jīng)過抽樣判決器抽樣和判決再生產(chǎn)生的曼徹斯特碼。Scope1的波形:從下列圖中的波形來看，傳輸是有效的。第一行是信源端發(fā)送的信號波形，第二行是接收端收到的信號波形，與第一行的基帶信號比擬，波形相同，這說明所設(shè)計的基帶系統(tǒng)沒有產(chǎn)生誤碼，到達了抗碼間干擾和抗噪聲干擾的目的。5．2眼圖觀測結(jié)果圖為接收濾波器觀察到的眼圖，從圖中可看出，在信噪比為34dB下觀察眼圖，“眼睛〞睜開的角度很大，且沒有“雜線〞，說明系統(tǒng)在該信噪比下具有很好的抗碼間干擾能力。5．3發(fā)送信號和接收信號的功率譜使用模塊如有圖所示，將其設(shè)置為雙邊帶，功率譜密度如下圖：〔下列圖分別為輸入信號和輸出信號的功率譜〕〔1〕輸入信號〔2〕輸出信號遇到的問題及解決的方法1)將信源|發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器、抽樣采樣等模塊連接到一塊后,發(fā)現(xiàn)誤碼率很大,因為沒有意識到要在抽樣采樣之后對信號進行解碼,2)將整個模型畫好之后,運行發(fā)現(xiàn)誤碼率在50%左右,與實際相差較大,沒有考慮到輸入信號與輸出信號有延時，加上延時模塊后并調(diào)整延時時間，發(fā)現(xiàn)延時時間與理論值相差較大。3〕當信噪比擬小時誤碼率較大，增大信噪比誤碼率減小。結(jié)