【文章內(nèi)容簡介】 原理 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 信源 信 源 編碼器 信道 編碼器 數(shù)字 調(diào)制器 數(shù)字 解調(diào)器 信道 譯碼器 信 源 譯碼器 信宿 信道 噪聲 數(shù)字信源 數(shù)字信宿 編碼信道 )()()()( ???? RT GCGH ?)()()( tnnTtgatr RsRn n ??? ???????? deHtg jw tR ????? )(21)( 13 實驗內(nèi)容 余弦滾降基帶傳輸系統(tǒng) 升余弦滾降傳輸特性 H(ω )可表示為 )()()( 10 ??? HHH ?? H(ω )是對截止頻率 ω b的理想低通特性 H0(ω )按 H１ (ω )的滾降特性進行 “圓滑 ”得到的， H1(ω )對于 ω b具有奇對稱的幅度特性，其上、下截止角頻率分別為 ωb+ω ω bω 1。它的選取可根據(jù)需要選擇 ，升余弦滾降傳輸特性 H1(ω )采用余弦函數(shù)， 此時 H(ω )為 a 稱為滾降系數(shù)。 余弦滾降系統(tǒng)基于 matlab仿真源程序如下 : % 數(shù)字基帶信號傳輸 碼間串?dāng)_ 升余弦滾降系統(tǒng)的頻譜及其時域波形 % 文件名 Ts=1。 N=17。 dt=Ts/N。 df=(*Ts)。 t=10*Ts:dt:10*Ts。 f=2/Ts:df:2/Ts。 a=[0,1]。 for n=1:length(a) for k=1:length(f) if abs(f(k))*(1+a(n))/Ts Xf(n,k)=0。 elseif abs(f(k))*(1a(n))/Ts Xf(n,k)=Ts。 else Xf(n,k)=*Ts*(1+cos(pi*Ts/(a(n)+eps)*(abs(f(k))*(1a(n))/Ts)))。 end。 end。 xt(n,:)=sinc(t/Ts).*(cos(a(n)*pi*t/Ts))./(14*a(n)^2*t.^2/Ts^2+eps)。 end 14 subplot(211)。 plot(f,Xf)。 axis([1 1 0 ])。 xlabel(39。f/Ts39。)。 ylabel(39。升余弦滾降系統(tǒng)的頻譜 39。)。 legend(39。α=039。,39。α=39。,39。α=139。)。 subplot(212)。 plot(t,xt)。 axis([10 10 ])。 xlabel(39。t39。)。 ylabel(39。升余弦滾降系統(tǒng)的時域波形 39。)。 legend(39。α=039。,39。α=39。,39。α=139。)。 程序運行結(jié)果如下圖所示： 在上述運行結(jié)果中我們可以看出，頻域波形在滾降段中心頻率處呈奇對稱特性，滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則。圖可證明，滾降系數(shù)越大，超出奈奎斯特帶寬的擴展量越大，要求帶寬增大。 時域波形中，滾降系數(shù)越大，波形的拖尾衰減越快，對位定時精度要求越低。 眼圖 眼圖是指利用實驗的方法估計和改善（通過 調(diào)整）傳輸系統(tǒng)性能時在示波器上觀察到的一種圖形。觀察眼圖的方法是：用一個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 15 期同步，這時示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛，故稱 為 “眼圖 ”。從 “眼圖 ”上可 以觀察出碼間串?dāng)_和噪聲的影響，從而估計系統(tǒng)優(yōu)劣程度。另外也可以用此圖形對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。眼圖 的 “眼睛 ” 張開的大小反映著碼間串?dāng)_的強弱。 “眼睛 ”張的 越大，且眼圖越端正，表示碼間串?dāng)_越?。环粗硎敬a間串?dāng)_越大。 當(dāng)存在噪聲時，噪聲將疊加在信號上，觀察到的眼圖的線跡會變得模糊不清。若同時存在碼間串?dāng)_ ， “眼睛 ”將 張開得更小。與無碼間串?dāng)_時的眼圖相比，原來清晰端正的細線跡，變成了比較模糊的帶狀線，而且不很端正。噪聲越大，線跡越寬，越模糊；碼間串?dāng)_越大，眼圖越不端正。眼圖對于展示數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)的性能提供了很多有用的信息：可以從中看出碼間串?dāng)_的大小和噪聲的強弱，有助于直觀地了解碼間串?dāng)_和噪聲的影響，評價一個基帶系統(tǒng)的性能優(yōu)劣；可以指示接收濾波器的調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_。 （ 1 ）最佳抽樣時刻應(yīng) 在 “眼睛 ” 張開最大 的時刻。 （ 2 ）對定時誤差的靈敏度可由眼圖斜邊的斜率決定。斜率越大，對定時誤差就越靈敏。 （ 3 ）在抽樣時刻上，眼圖上下兩分支陰影區(qū)的垂直高度，表示最大信號畸變。 （ 4 ）眼圖中央的橫軸位置應(yīng)對應(yīng)判決門限電平。 （ 5 ）在抽樣時刻上，上下兩分支離門限最近的一根線跡至門限的距離表示各相應(yīng)電平的噪聲容限，噪聲瞬時值超過它就可能發(fā)生錯誤判決。 （ 6 ）對于利用信號過零點取平均來得到定時信息的接收系統(tǒng)，眼圖傾斜分支與橫軸相交的區(qū)域的大小，表示零點位置的變動范圍，這個變動范圍的大小對提取定時信息有重要 的影響。 升余弦滾降系統(tǒng)眼圖程序段如下： % 數(shù)字基帶信號波形及其眼圖 % 文件名： Ts=1。 N=15。 eye_num=6。 a=1。 N_data=1000。 dt=Ts/N。 t=3*Ts:dt:3*Ts。 % 產(chǎn)生雙極性數(shù)字信號 d=sign(randn(1,N_data))。 dd=sigexpand(d,N)。 % % 基帶系統(tǒng)沖擊響應(yīng) （ 升余弦 ） ht=sinc(t/Ts).*(cos(a*pi*t/Ts))./(14*a^2*t.^2/Ts^2+eps)。 st=conv(dd,ht)。 tt=3*Ts:dt:(N_data+3)*N*dtdt。 subplot(211) plot(tt,st)。 16 axis([0 20 ])。 xlabel(39。t/Ts39。)。 ylabel(39?；鶐盘?39。)。 subplot(212) % 畫眼圖 ss=zeros(1,eye_num*N)。 ttt=0:dt:eye_num*N*dtdt。 for k=3:50 ss=st(k*N+1:(k+eye_num)*N)。 drawnow。 plot(ttt,ss)。 hold on。 end。 xlabel(39。t/Ts39。)。 ylabel(39?；鶐盘栄蹐D 39。)。 % 將輸入的序列擴成間隔為 N1 個 0 的序列 function[out]=sigexpand(d,M) N=length(d)。 out=zeros(M,N)。 out(1,:)=d。 out=reshape(out,1,M*N)。 程序運行后仿真結(jié)果如下： 如圖，波形幅度沒有衰減，無碼間串?dāng)_。可通過抽樣判決后還原接收信號。 若干段數(shù)字基帶波形疊加后形成眼圖形狀。眼圖“眼睛” 張開越大，眼圖越端正，表示碼間串?dāng)_越小。上圖為理想狀態(tài)下的眼圖，不存在碼間串?dāng)_。 17 總結(jié) 本次實驗主要是利用 MATLAB軟件來進行數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的仿真。在整個實驗過程中，存在著以下幾個問題。 剛開始對系統(tǒng)的整體構(gòu)成不是很熟悉，思維比較模糊，后來和其他小組同學(xué)進行了交流，明白了整個系統(tǒng)的構(gòu)成。知道了程序設(shè)計的步驟和流程。 由于是對于 Matlab軟件使用不熟練，所以沒有過多采用老師建議的simulink仿真，這個在下次實驗中我們會繼續(xù)研究和努力。 鑒于我們是一個大程序的書寫，在運行中總會存在問題，是 結(jié)果運行不出來。我們剛開始是采用分部運行，逐次更改錯誤，后來經(jīng)過同學(xué)們共同的努力，我們學(xué)會了使用斷點來查找錯誤和單步運行程序，這對我們以后的實驗有很大的幫助。 我們對整個實驗的結(jié)果在仿真前沒有大體的概念，導(dǎo)致我們面對仿真結(jié)果也難以判斷正誤。由于知識掌握的不牢固，使我們在編程過程中存在了理解的偏差。今后我們要扎實基礎(chǔ)，對于系統(tǒng)的過程了如指掌。遇到不會的，先查書自己解決，實在不行，再互相討論。 前言 數(shù)字信號的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸 ,在實際應(yīng)用中 ,大多數(shù)信道具有帶 通特性而不能直接傳輸基帶 信號 。 為了使數(shù)字信號在有限帶寬的高頻信道中傳輸，必須對數(shù)字信號進行載波調(diào)制 ,以使信號與信道的特性相匹配 。 這種用數(shù)字基帶信號控制載波 ,把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制 。 如同傳輸模擬信號時一樣，傳輸數(shù)字信號時也有三種基本的調(diào)制方式：幅移鍵控 (ASK)、頻移鍵控 (FSK)和相移鍵控 (PSK)。它們分別對應(yīng)于用載波（正弦波）的幅度、頻率和相位來傳遞數(shù)字基帶信號，可以看成是模擬線性調(diào)制和角度調(diào)制的特殊情況。理論上，數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制在本質(zhì)上沒有什么不同，它們都是屬正弦波調(diào)制。但是，數(shù)字調(diào)制是調(diào)制信 號為數(shù)字型的正弦波調(diào)制，而模擬調(diào)制則是調(diào)制信號為連續(xù)型的正弦波調(diào)制。在數(shù)字通信的三種調(diào)制方式（ ASK、 FSK、 PSK)中，就頻帶利用率和抗噪聲性能（或功率利用率）兩個方面來看，一般而言，都是 PSK 系統(tǒng)最佳。所以 PSK 在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 二進制頻移鍵控（ 2FSK） 2FSK信號的產(chǎn)生 : 2FSK 是利用數(shù)字基帶信號控制在波的頻率來傳送信息。例如， 1 碼用頻率 f1 來傳輸， 0 碼用頻率 f2 來傳輸，而其振幅和初始相位不變。故其表示式為 ? )c o s ( )c o s (2 1122)( ?? ??? ??? tA tAF SK t 時發(fā)送 時發(fā)送 1 0 18 式中，假設(shè)碼元的初始相位分別為 1? 和 2? ； 11 2 fπ?? 和 22 2 fπ?? 為兩個不同的碼元的角頻率；幅度為 A 為一常數(shù)，表示碼元的包絡(luò)為矩形脈沖。 2FSK 信號的產(chǎn)生方法有兩種： （ 1） 模擬法，即用數(shù)字基帶信號作為調(diào)制信號進行調(diào)頻。如圖 11（ a）所示。 （ 2） 鍵控法，用數(shù)字基帶信號 )(tg 及其反 )(tg 相分別控制兩個開關(guān)門電路，以此對兩個載波發(fā)生器進行選通。如圖 11（ b）所示。 這兩種方法 產(chǎn)生的 2FSK 信號的波形基本相同，只有一點差異，即由調(diào)頻器產(chǎn)生的 2FSK 信號在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)的，而鍵控法產(chǎn)生的 2FSK 信號，則分別有兩個獨立的頻率源產(chǎn)生兩個不同頻率的信號，故相鄰碼元的相位不一定是連續(xù)的。 (a) (b) 2FSK 信號產(chǎn)生原理圖 由 鍵控法產(chǎn)生原理可知，一位相位離散的 2FSK 信號可看成不同頻率交替發(fā)送的兩個 2ASK 信號之和，即 )c o s (])([)c o s (])([)c o s ()()c o s ()()(221122112????????????????????? ????????tnTtgatnTtgattgttgtnsnnsnF S K 其中 )(tg 是脈寬為 sT 的矩形脈沖表示的 NRZ 數(shù)字基帶信號。 ? P,0 P11 概率，概率 ??na ? P1,0 P1 ?? 概率，概率na 其中， na 為 na 的反碼，即若 1?na ，則 0?na ；若 0?na ，則 1?na 。 19 2FSK 信號的頻譜特性： 由于相位離散的 2FSK 信號可看成是兩個 2ASK 信號之和，所以，這里可以直接應(yīng)用 2ASK 信號的頻譜分析結(jié)果，比較方便，即 )]()()()([]|)(||)(||)(||)([|)()()(22111612222212116222 21ffffffffTffSaTffSaTffSaTffSafSfSfSSSSSTA S KA S KF S KS?????????????????????????? 2FSK 信號帶寬為 ssF S K RfffffB 2||2|| 21212 ?????? 式中， ss fR? 是基帶信號的帶寬。 2FSK解調(diào)原理： 仿真是基于非相干解 調(diào)進 行的，即不要求 載 波相位知 識 的解 調(diào) 和 檢測 方法。 其非相干 檢測 解 調(diào) 框 圖 如下 M信號非相干 檢測 解 調(diào)