【正文】 3G演進(jìn)的增強(qiáng) ， 基帶傳輸技術(shù)將能夠顯著提高通信系統(tǒng)的容量和通信質(zhì)量 ,具有很好的應(yīng)用前景。雖然這些技術(shù)應(yīng)用在目前的系統(tǒng)中正式商用化還有待時日 ,但 該 技術(shù)的使用無疑將加速 WCDMA 向后 3G 的演進(jìn) [3]。 另外， 近來無線通信采用的藍(lán)牙技術(shù)中也用到到了基帶數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。 在局域網(wǎng)中通常 也采 用基帶傳輸技術(shù) 。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中占主導(dǎo)地位的信號類型是基帶信號 ， 特別是在距離不太遠(yuǎn)的情況， 由于在近距離范圍內(nèi)，基帶信號的功率衰減不大，從而信道容量不會發(fā)生變化 ，而且 基帶相對 于 頻帶來說較簡單，費(fèi)用也比頻帶低，同時仍能保持高速率 ， 因此比頻帶應(yīng)用廣泛得多。 而在無線信道和光纖及一些寬帶有線信道中，必須把數(shù)字基帶信號調(diào)制在載波上，才能在信道中傳輸，把這種傳輸稱為數(shù)字信號的載波傳輸。事實(shí)上即使在載波傳 輸中也有基帶傳輸信號。發(fā)端在調(diào)制前 ,收端在調(diào)解之后的處理。 雖然就潛在能力而言，頻帶比基帶傳輸?shù)每烨夷芨采w較長的距離，但頻帶需要在每個連接末端接入一個調(diào)制解調(diào)器，這就提高了設(shè)備接 入 局域網(wǎng) 的費(fèi)用。 所以說，基帶傳輸是廣泛使用的技術(shù)基礎(chǔ)，也在廣泛地運(yùn)用于數(shù)字傳輸通信系統(tǒng)中 [4]。 2 數(shù)字基帶系統(tǒng)的簡介及其實(shí)現(xiàn)方法 數(shù)字基帶系統(tǒng)的簡介 數(shù)字基帶信號 通信的根本任務(wù)是遠(yuǎn)距離傳輸信息，準(zhǔn)確地傳輸數(shù)字信息是數(shù) 字通信中的一個重要環(huán)節(jié)。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，其傳輸對象通常是二進(jìn)制數(shù)字信息。它可能是來自計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)或其他數(shù)字設(shè)備的各種數(shù)字代碼，也可能來自數(shù)字電話終端的脈沖編碼信號。數(shù)字信息在一般情況下可以表示為一個數(shù)字序列： ?， a2? , a1? ,a0 ,a1 ,a2 ,? ,an ,? 簡記為｛ an ｝。 an 是數(shù)字序列的基本單元，稱為碼元。每一個碼元只能取離散的有限個值，例如在二進(jìn)制中， an 取 0 或 1 兩個值；在 M 進(jìn)制中， an 取 0， 1， 2，?，M1等 M 個值，或者取二進(jìn)制碼的 M種排列。 由于碼元只有有限個可能取值，所以通常用不同幅度的脈沖表示碼元的不同取值，例如用幅度為 A 的矩形脈沖表 示 1，用幅度為 A 的矩形脈沖表示為 0。這種脈沖信號被稱為數(shù)字基帶信號，這是因?yàn)樗鼈兯紦?jù)的頻帶通常從直流和低頻開始 [5]。 6 數(shù)字基帶傳輸 在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中所傳輸?shù)耐ǔＪ嵌獢?shù)字信號。設(shè)計(jì)數(shù)字傳輸系統(tǒng)要考慮的基本想法是選擇一組有限個離散的波形來表示數(shù)字信息。這些離散波形可以是載波進(jìn)行調(diào)制后的波形 ,也可以是不經(jīng)過調(diào)制的不同電平信號。 來自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號，或者是來自模擬信號經(jīng)數(shù)字化處理后的 PCM 碼組，Δ M 序列 等等都是基帶數(shù)字信號。 這些信號往往包含豐富的低頻分量。有些場合可以不經(jīng)過載波調(diào)制和解調(diào)過程而直接傳輸，稱為基帶傳輸。 系統(tǒng)基帶波形被脈沖變換器變換成適應(yīng)信道傳輸?shù)拇a型后，就送入信道，一方面受到信道特性的影響，使信號產(chǎn)生畸變；另一方面信號被信道中的加性噪聲所疊加，造成信號的隨即畸變。因此，在接收端必須有一個接收濾波器，使噪聲盡可能受到抑制，為了提高系統(tǒng)的可靠性，在安排一個有限整形器和抽樣判決器組成的識別電路，進(jìn)一步排除噪聲干擾和提取有用信號。對于抽樣判決，必須有同步信號提取電路。在基帶傳輸中，主要采用位同 步。同步信號的提取方式采用自同步方式（直接法）。同步系統(tǒng)性能的好壞將直接影響通信質(zhì)量的好壞，甚至?xí)绊懲ㄐ拍芊裾＿M(jìn)行。 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 基帶傳輸包含著數(shù)字通信技術(shù)的許多問題，頻帶傳輸是基帶信號調(diào)制后再傳輸?shù)模虼祟l帶傳輸也存在基帶問題?；鶐鬏?shù)脑S多問題，頻帶傳輸同樣須考慮。如果把調(diào)制與解調(diào)過程看做是廣義信道的一部分，則任何數(shù)字傳輸系統(tǒng)均可等效為基帶傳輸系統(tǒng)。理論上還可證明，任何一個采用線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)，總是可以由一個等效的基帶傳輸系統(tǒng)來代替。 數(shù)字基帶系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 7 信道信號形成器：基帶傳輸系統(tǒng)的輸入是由終端設(shè)備或編碼器產(chǎn)生的脈沖序列，它不一定適合直接在信道中傳輸。信道信號形成器的作用就是把原始基帶信號變換成適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘枺@種變換主要是通過碼型變換和波形變換來實(shí)現(xiàn)的，其目的是與信道匹配，便于傳輸，減小碼間串?dāng)_，利于同步提取和抽樣判決。 信道： 允許基帶信號通過的媒質(zhì)。信道的傳輸特性通常不滿足無失真?zhèn)鬏敆l件，恒參信道如（明線、同軸電纜、對稱電纜、光纖通道、無線電視距中繼、衛(wèi)星中繼信道）對信號傳輸?shù)挠绊懼饕?是線形畸變；隨參信道如（短波電離層反射、對流層散射信道等）對信號傳輸?shù)挠绊懼饕蓄l率彌散現(xiàn)象（多徑傳播）、頻率的選擇性衰落。信道的線性噪聲和加性噪聲的影響。 在通信系統(tǒng)的分析中，常常把噪聲 n(t)等效，集中在信道中引入。 接收濾波器：主要作用是濾除帶外噪聲，對信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。 抽樣判決器：它是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在由位定時脈沖控制的特殊點(diǎn)對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。 自同步法的同步提取電路：有兩部分組成，包括非線型變換處理電路和窄帶濾波器或 鎖相環(huán)。非線型變換處理電路的作用是使接收信號或解調(diào)后的數(shù)字基帶信號經(jīng)過非線型變換處理電路后含有位同步分量或位同步信息。窄帶濾波器或鎖相環(huán)的作用是濾除噪聲和其他頻譜分量，提取純凈的位同步信號。 信道信號形成器 信道 接收 濾波器 抽樣 判決器 同步 提取 數(shù)字 基帶信號 )(tn )(wGT )(wC )(wGR 圖 1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 8 數(shù)字基帶傳輸?shù)囊蠹俺Ｓ么a型 在實(shí)際基帶傳輸系統(tǒng)中，并非所有的原始基帶數(shù)字信號都能在信道中傳輸。例如，有的信號含有豐富的直流和低頻成分，不便提取同步信號；有的信號易于形成碼間串?dāng)_等。因此，基帶傳輸系統(tǒng)首先面臨的問題是選擇什么樣的信號形式，即傳輸碼型的選擇和基帶脈沖波形的選擇。 為了在傳輸信道中獲得優(yōu)良的傳輸特 性，一般要將信碼信號變化為適合于信道傳輸特性的傳輸碼，即進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇a型變換。 對傳輸碼型的要求如下： （ 1） 傳輸信號的頻譜中不應(yīng)有直流分量，低頻分量和高頻分量也要小。 （ 2） 碼型中應(yīng)包含定時信息，有利于定時信息的提取，盡量減小定時抖動。 （ 3） 碼型變換設(shè)備要簡單可靠。 （ 4） 碼型具有一定檢錯能力，若傳輸碼型有一定的規(guī)律性，則可根據(jù)這一規(guī)律性檢測傳輸質(zhì)量，以便做到自動檢測。 （ 5） 編碼對信息類型不應(yīng)有任何限制，即對信源具有透明性。 常用的碼型有 AMI 碼、 HDB3 碼、分相碼、反轉(zhuǎn)碼 AMI 等 [1]。 MATLAB簡介 MATLAB 語句 美國 MATHWORK 公司于 1967 年推出了“ Matrix Laboratory”（縮寫為 MATLAB）軟件包，不斷更新和擴(kuò)充。它是一種功能強(qiáng)、效率高便于進(jìn)行科學(xué)和工程計(jì)算的交互式軟件包。其中包括：一般數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、數(shù)字信號處理、建模和系統(tǒng)控制和優(yōu)化等應(yīng)用程序。 結(jié)合 MATLAB 的功能與特點(diǎn)，在基帶傳輸系統(tǒng)仿真中有如下應(yīng)用： （一）高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算 Zeros 及全 1矩陣 Ones Zeros（ n， m）產(chǎn)生一個尺寸為 n * m，元素全為零的矩陣。 Ones（ n， m）產(chǎn)生一個尺寸為 n*m 的矩陣。 Zeros（ N）產(chǎn)生一個 N維全零方陣。 Ones（ size（ A））產(chǎn)生一個尺寸與 A相同的全 1矩陣。 rand 及正態(tài)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生命令 Randn 9 Rand（ n， m）產(chǎn)生一個尺寸為 n*m 的矩陣，其元素按均勻分布隨機(jī)取值于區(qū)間 [0，1]。 Randn（ n， m）產(chǎn)生一個尺寸為 n*m 的矩陣，其元素服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布（均值為零，方差為 1）。 Rand（ size（ a））產(chǎn)生一個尺寸與 a相同的均 勻分布隨機(jī)矩陣。 Randn（ size（ a））產(chǎn)生一個與 a 相同的正態(tài)分布隨機(jī)矩陣。 Linspace 函數(shù) Linspace（ a， b， N）產(chǎn)生一個 N 維矢量， N個元素均勻分割區(qū)間 [a， b]，第一個是 a，第二個是 b。 Reshape Reshape（ x， m， n）把矩陣 x 的元素重排列成 m*n 的矩陣形式，按逆時針方向取數(shù)。 Fliplr Fliplr 可以把矩陣或向量倒置過來 [6]。 （二）方便的繪圖功能 MATLAB 提供了豐富的繪圖功能。結(jié)合在基帶系統(tǒng)中的仿真實(shí)驗(yàn)的需要，我們簡要介紹一下二維繪圖函數(shù)的繪制方法。 plot 若 X、 Y是兩個相同長度的矢量，函數(shù) plot(X、 Y)將激活一個圖形窗口，并畫出一條以 X為橫坐標(biāo)，以 Y為縱坐標(biāo)的曲線。例如： t=[0::2*pi]。 plot(t,sin(t)) 即繪出函數(shù) sin（ t）在區(qū)間 [0， 2*pi]上的曲線。 使用 plot（ X， Y）函數(shù)時若省略參數(shù) X， MATLAB 將把 Y中的元素的順序作為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)值 。使用 plot 時也可加入另一個參數(shù) S ： plot（ X， Y， S ）， S 用來規(guī)定繪圖時使用的顏色和繪制方式。可以選擇不同的線型如實(shí)線、虛線、點(diǎn)劃線、波折線，也可以不劃線而用不同的標(biāo)記標(biāo)出點(diǎn)的位置。過程 S 的字符有兩部分，第一部分是顏色（用一個字符表示），第二部分是繪制方式（用一到二個字符表示）。 表 1 S 的定義圖 符號 顏色 符號 線型 y 黃色 . 點(diǎn) m 紫色 。 畫圈 10 e 青色 x X 標(biāo)記 r 紅色 + 加號 g 綠色 * 星號 b 藍(lán)色 實(shí)線 w 白色 : 點(diǎn)線 k 黑色 . 點(diǎn)劃線 hold 和 clf 在缺省狀態(tài)下，執(zhí)行 plot 是 MATLAB 先清除圖形窗口再繪圖。執(zhí)行 hold on 后再執(zhí)行 plot 時， MATLAB 將不清除圖形窗口。這樣，就可以在同一圖形內(nèi)畫多條曲線。執(zhí)行hold off 將使圖形窗口變回原來的狀態(tài)。單獨(dú)執(zhí)行 hold 而不帶參數(shù) on 或 off，將圖形窗口的 hold 狀態(tài)反轉(zhuǎn)。 命令 clf則是清除當(dāng)前的圖形窗口，但它不改變 hold 的狀態(tài)。 semilogy（） 函數(shù) semilogy（）與 plot（）一樣，只是 Y 軸是對數(shù)坐標(biāo)。類似還有 semilogx（），loglog（）等。 xlable(str)給 X軸加上一個以字符串 str 為內(nèi)容的標(biāo)簽。 Ylable（ str）則給 Y 軸加標(biāo)簽。 Title（ str）則給整個加上標(biāo)題。 與 close 如果想在同一個程序中開出多個圖形窗口，可以使用 figure 命令。單獨(dú)執(zhí)行 figure后， MATLAB 將創(chuàng)建一個新的圖形窗口，并以此作為當(dāng)前窗口。執(zhí)行 figure（ N）將使第N個圖形成為當(dāng)前圖形窗口。如果第 N 個窗口不存在，則 figure（ N）可創(chuàng)建一個新的窗口。命令 close 關(guān)閉當(dāng)前圖形窗 口。 Close（ N）關(guān)閉第 N個圖形窗口。 Close all 關(guān)閉所有圖形窗口。 subplot subplot（ m， n， p）命令把當(dāng)前圖形窗口分割成 m*n 個繪畫區(qū)域，并選擇第 P個區(qū)域?yàn)榧せ顓^(qū)域 [7]。 MATLAB 在通信系統(tǒng)中的仿真 MATLAB 工具有很強(qiáng)的仿真能力可以仿真 NR 碼、 NRZ 碼、 AMI碼、 PAM 碼等各種編碼及分析其功率譜。同時可以仿真通信系統(tǒng)的應(yīng)用。 MATLAB 在通信系統(tǒng)的仿真詳細(xì) 的在第三章研究。 11 這里主要介紹仿真的理論基礎(chǔ)： 若信號函數(shù) s(t)為定義在時間區(qū)間（ ?， +?）上的連續(xù)函數(shù)，按區(qū)間 [T/2， T/2] 截短為 ST（ t） ,再對 ST（ t）按時間間隔 ?t 均勻取樣，取樣點(diǎn)數(shù)： N（ t） =T/?t；仿真時用這個樣值函數(shù)來表示 S（ t） 如果信號的最高頻率為 fH，那么必須有 fH〈〈 ?t,設(shè)為 Bs， Bs=?t 稱為仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)帶寬。 若信號 s(t)的頻譜 S（ f）為定義在頻率區(qū)間 （ ?， +?）上的連續(xù)函數(shù)，按區(qū)間 [Bs，Bs]截斷 S（ f）， 然后 ?f 均勻取樣 N（ t） =2 Bs /?f=N； ?f=1/T 如果仿真程序設(shè)定的頻域采樣間隔是 ?f，那么就不能仿真截斷時間 1/?f 的信號。 函數(shù) t2f 的功能是作傅立葉變換 格式： X=t2f（ x） 函數(shù) f2t 的功能是作傅立葉反變換 格式： x=t2f（ X） 其中 x是時域信號 x是時域信號 x（ t）的截短抽樣取得的取樣值矢量。 X 是傅立葉 X（ f）的取樣值矢量。 設(shè)矢量 a表示發(fā)送的碼序列，矢量 y表示在判決觀測到的疊加有噪聲的接收信號。接收端在每隔一個碼元間隔 Ts 取一個點(diǎn)作 為判決量。所有取樣結(jié)果構(gòu)成一個矢量；若取樣時刻無偏差則 b=y(1:L:N)，若取樣時刻有 K*△ t 的恒定偏差，則 b=y（ 1+k： L： N）。若判決門限為 vth,則判決結(jié)果為 c=sign（ bvth）雙極性或 c=sign（ bvth） +1） /2 單極性。 若在一次觀察中發(fā)送的碼元是長度為 M的矢量 a,，對應(yīng)的判決結(jié)果是 c。誤碼數(shù)是 a與 c 中不相同的符號數(shù)，即 n_err=length（ find（ a~=c）） ,于是誤碼率為 Pe=n_err/M. 對于基