【正文】 .................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 4 1 引言 問題的提出 20世紀 60 年代出現(xiàn)了數(shù)字傳輸技術，它采用了數(shù)字信號來傳遞信息，從此通信進入了數(shù)字化時代。目前，通信網(wǎng)已基本實現(xiàn)數(shù)字化，在我國公眾通信網(wǎng)中傳輸?shù)男盘栔饕菙?shù)字信號。數(shù)字通信技術的應用越來越廣泛 ，例如數(shù)字移動通信、數(shù)字衛(wèi)星通信、數(shù)字電視廣播、數(shù)字光纖通信、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)。 研究的意義 實際中，基帶傳輸不如頻帶傳輸應用廣泛，但對基帶傳輸?shù)难芯咳杂蟹浅Ｖ匾囊饬x。這是因為：第一， 數(shù)字基帶系統(tǒng)的許多問題也是頻帶傳輸系統(tǒng)必須考慮的問題 ；第二， 隨著數(shù)字通信技術的發(fā)展，基帶傳輸這種方式也有迅速發(fā)展的趨勢，它不僅用于低速數(shù)據(jù)傳輸，而且還用于高速數(shù)據(jù)傳輸； 第三，在 理論上，任何一個線性調(diào)制的頻帶傳輸 系統(tǒng)，總是可以有一個等效的基帶載波調(diào)制系統(tǒng)所替代。 因此，很有必要對 基帶傳輸系統(tǒng) 進行綜合系統(tǒng) 的分析 [1]。 國內(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，其應用范圍也隨著技術的發(fā)展?jié)B入網(wǎng)絡通信、衛(wèi)星通信、手機通信、數(shù)字電視、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)中的關鍵技術。 工業(yè)電視采用的基帶傳輸方式。它是工業(yè)用的一種 視頻監(jiān)控系統(tǒng)，已在寶鋼分公司廣泛應用。視頻信號的傳輸方式可分為基帶傳輸和調(diào)制傳輸兩大類，這里的基帶傳輸是指攝像機輸出的視頻信號不經(jīng)過任何處理，直接通過同軸電纜傳輸?shù)奖O(jiān)視端。在 衛(wèi)星通信系統(tǒng)中記憶非線性信道的自適應數(shù)字基帶預失真線性化技術 ,提出了一種基于記憶多項式的非直接學習結(jié)構(gòu)的自適應基帶預失真方案 ,給出了自適應算法。仿真結(jié)果表明 ,該方案能有效抑制帶外頻譜擴散 ,減小帶內(nèi)失真 ,降低誤比特率 ,實現(xiàn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中記憶非線性失真的自適應預失真 [2]。 基帶又叫基頻 ， 在大部分手機中，基頻都是最昂貴的半導體元件，隨著顯示屏價格的下降，基頻正在成為手機中占成本比例最高的元件。不僅如此，基頻還決定了手機平臺的選擇，很大程度上決定了手機的 5 功能和性能。毫無疑問，基頻是手機的心臟。 值得一提的是現(xiàn)在 WCDMA 系統(tǒng)向后 3G演進的增強 ， 基帶傳輸技術將能夠顯著提高通信系統(tǒng)的容量和通信質(zhì)量 ,具有很好的應用前景。雖然這些技術應用在目前的系統(tǒng)中正式商用化還有待時日 ,但 該 技術的使用無疑將加速 WCDMA 向后 3G 的演進 [3]。 另外， 近來無線通信采用的藍牙技術中也用到到了基帶數(shù)據(jù)傳輸技術。 在局域網(wǎng)中通常 也采 用基帶傳輸技術 。 計算機網(wǎng)絡中占主導地位的信號類型是基帶信號 ， 特別是在距離不太遠的情況， 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，費用也比頻帶低，同時仍能保持高速率 ， 因此比頻帶應用廣泛得多。 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，這就提高了設備接 入 局域網(wǎng) 的費用。 所以說，基帶傳輸是廣泛使用的技術基礎，也在廣泛地運用于數(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 通信的根本任務是遠距離傳輸信息，準確地傳輸數(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制數(shù)字信息。它可能是來自計算機、網(wǎng)絡或其他數(shù)字設備的各種數(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，例如在二進制中， an 取 0 或 1 兩個值；在 M 進制中， an 取 0， 1， 2，?，M1等 M 個值，或者取二進制碼的 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，這是因為它們所占據(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。設計數(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，甚至會影響通信能否正常進行。 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 基帶傳輸包含著數(shù)字通信技術的許多問題，頻帶傳輸是基帶信號調(diào)制后再傳輸?shù)?，因此頻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現(xiàn)的，其目的是與信道匹配，便于傳輸，減小碼間串擾，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對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復或再生基帶信號。 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擾等。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，即進行適當?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有直流分量，低頻分量和高頻分量也要小。 （ 2） 碼型中應包含定時信息，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，不斷更新和擴充。它是一種功能強、效率高便于進行科學和工程計算的交互式軟件包。其中包括：一般數(shù)值分析、矩陣運算、數(shù)字信號處理、建模和系統(tǒng)控制和優(yōu)化等應用程序。 結(jié)合 MATLAB 的功能與特點，在基帶傳輸系統(tǒng)仿真中有如下應用： （一）高效方便的矩陣和數(shù)組運算 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，其元素服從標準正態(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 勻分布隨機矩陣。 Randn（ size（ a））產(chǎn)生一個與 a 相同的正態(tài)分布隨機矩陣。 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]。