【正文】 為傳輸網(wǎng)絡(luò)， 如圖 所示 [1]。因為理想特性的沖激響應(yīng)波形 h(t) 的衰減振蕩幅度較大，定時稍有偏差，就會有嚴(yán)重的碼間串?dāng)_。 雖然理想的低通傳輸特性達到了基帶系統(tǒng)的極限傳輸速率和極限頻帶利用率，但這種特性在物理上無法實現(xiàn)。此時，基帶系統(tǒng)所能提供的最高頻帶利用率為 （ ） 這是無碼間串?dāng)_條件下，基帶系統(tǒng)所能達到的極限情況。還可以看出，對于帶寬為 的理想低通傳輸特性，若輸入數(shù)據(jù)以 波特的 速率進行傳輸，則在抽樣時刻上不存在碼間串?dāng)_，此理想低通傳輸特性的帶寬稱為奈奎斯特帶寬。這一過程可以歸述為：一個實際的 H(w)特性若能等效成一個理想低通濾波器，就可以實現(xiàn)無碼間串?dāng)_?；鶐到y(tǒng)的總特性凡是能滿足此條件的，均能消除碼間串?dāng)_。在無碼間串?dāng)_時域條件的要求下，經(jīng)由一系列的變換可得到無碼間串?dāng)_時的基帶傳輸特性應(yīng)滿足 （ ） 該條件稱為奈奎斯特第一準(zhǔn)則。 根據(jù) 的關(guān)系可知， h(t)是由基帶系統(tǒng) H(w)形成的傳輸波形。也就是說，若對 h(t)在時刻 （這里假設(shè)信道和接收濾波器所造成的延遲 ）抽樣，則有 K=0 K為其他整數(shù) （ ） 稱為無碼間串?dāng)_的 時域條件。但是，這樣的波形不易實現(xiàn)，實際中的 h(t）波形有很長的“拖尾”，正是由于 每個碼元的“拖尾”造成了對相鄰碼元的串?dāng)_，但只 要讓它在 、 等后面碼元抽樣判決時刻上正好為 0，就能消除碼間串?dāng)_，這就是消除碼間串?dāng)_的基本思想 [2]。 消除碼間串?dāng)_的基本思想 若想消除碼間串?dāng)_，應(yīng)使 （ ） 由于 是隨機的，要想通過各項相互抵消使碼間串?dāng)_為 0 是不行的，這就需要對 h(t)的波形提出要求。 無碼間串?dāng)_的基帶傳輸特性 影響基 帶傳輸系統(tǒng)性能的兩個主要因素主要是碼間串?dāng)_和信道噪聲。 由于數(shù)字信息的電脈沖被用數(shù)字基帶信號來表示，不同形式的基帶信號有不同的頻譜結(jié)構(gòu)，有各異的功率譜分布。 4) 雙極性歸零波形 雙極性歸零波形的構(gòu)成原理和單極性歸零波形一樣，是用正負電平表示消息碼中的“ 1” 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁，共 36 頁 ? ?? ? 0nkh tTa 0skn n ?????碼和“ 0”碼，且相鄰脈沖間必有零電位區(qū)域存在。單極性歸零波形與不歸零波形相比，具有可以直接提取同步信號的優(yōu)點。 3） 單極性歸零波形（ RZ） 這種波形是指在傳送“ 1”碼時發(fā)送一個小于碼元持續(xù)時間的歸零脈沖，而在傳送“ 0”碼時不發(fā)送脈沖。這種波形優(yōu)點是具有較強的抗干擾性能，廣泛的應(yīng)用范圍。 2） 雙極性不歸零波形 雙極性波形中，正電位和負電位分別與消息代碼中的“ 1”碼和“ 0”碼一一對應(yīng)，這種波形的脈沖之間也無空隙（不歸零）。這種波形特點是脈沖極性單一，有直流分量，且脈沖之間無空隙（不歸零），即脈沖的寬度與碼元寬度相等。 數(shù)字基帶信號 數(shù)字基帶信號是數(shù)字信息的電波形表示，它的類型繁多，通常以矩形脈沖為例。 差分碼 的特點是， 具備內(nèi)在的誤碼檢測功能， 即使接收到的碼元與發(fā)送 出的碼元極性 完全相反，也能 被 正確 地 判決。 3） 差分碼 差分碼利用前后碼元電平 是否 變化來傳送信息 ， 又 被 稱為相對碼。曼徹斯特碼的優(yōu)點是：含有豐富的定時信息，較少的直流分量，由編碼規(guī)則可知連 0，連 1 數(shù)目最大為 2，編譯碼簡單；缺點是：以犧牲帶寬為代價，造成頻帶利用率下降。 2） 曼徹斯特碼 曼徹斯特碼又被稱作雙相 碼，它的編碼規(guī)則是用兩個連續(xù)的極性相反的脈沖被用以表示原消息的一個碼元，即“ 1”碼被變?yōu)椤?10”碼，“ 0”碼被變?yōu)椤?01”碼?；谶@些優(yōu)點，AMI 碼是被 ITU 推薦采用的傳輸碼型之一。 常見的幾種傳輸碼型 1） AMI 碼 AMI 碼又被稱作傳號交替反轉(zhuǎn)碼，它的編碼規(guī)則是將輸入的消息碼中的“ 1”碼交替地被變?yōu)闉椤?1”和“ 1”，且為歸零碼，而“ 0”碼則一直保持不變。所以，對傳輸所需的基帶信號有下列要求： （ 1）傳輸碼型的選擇：原消息碼被編碼后，必須是適合在信道內(nèi)傳輸?shù)拇a型； （ 2） 基帶脈沖的選擇：所選碼型形成的波形必須在基帶系統(tǒng)中被有效傳輸 。n } ??tn 圖 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 模型 數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型 因為數(shù)字信號是由數(shù)字信源輸出，或者是由模擬信源經(jīng)過編碼調(diào)制后形成的數(shù)字信號，一般來說都不一定適合在信道內(nèi)傳輸，例如，含有直流和高低頻分量較充足的單極性基帶波形比起雙極性波形，就不適合在信道內(nèi)傳輸，因為容易造成信號畸變。 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的模型圖是用定量的關(guān)系式表述數(shù)字基帶信號的傳輸過 程，如圖 所示。 （ 4）抽樣判決器：濾波器濾除噪聲不徹底的情況下，在規(guī)定時刻，對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決來恢復(fù)原始基帶信號。 （ 2）信道：允許基帶信號通過的傳輸媒質(zhì)，一般會加入噪聲。輸入通常是經(jīng)過編碼器編碼后的傳輸碼，波形通常是矩形脈沖，頻帶較 寬，不利于信道傳輸。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁，共 36 頁 2 線路傳輸碼的工作原理 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的組成 框圖及模型 由發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器和抽樣判決器等就可以共同組成一個典型的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，如下圖 所示。 模型搭建好之后需要作出系統(tǒng)分析，分析工具包括線性化和平衡點分析工具、 MATLAB 的許多工具以及 MATLAB 的應(yīng)用工具箱。除此之外，我們還可以在重新設(shè)置參數(shù)后來迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況，分析出系統(tǒng)的某些性能。交互工作借助于菜單方式是十分方便的，而運行一大類仿真則要借助命令行方式才非常有用。我們可以從總體到分支，由最高級開始觀看模型，然后依次觀看子系統(tǒng)模塊，來查看下一級的信源 模塊 三種傳輸碼的編碼模塊 發(fā)送濾波器模塊 信道（分別加三種噪聲 ,高斯 ,萊斯 ,瑞利）模塊 匹配接收濾波器去噪 抽樣判決模塊進一步去噪 抽樣判決模塊和解碼模塊共同恢復(fù)再生基帶信號 觀察仿真結(jié)果，分析性能 定時提取 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁，共 36 頁 內(nèi)容，以此類推，最終就能夠觀看到整個模型的所有細小分支，幫助我們更好地理解模型的結(jié)構(gòu)，梳清各個模塊間的相互關(guān)系 [2]。 Simulink 模型庫中含有 SINKS（輸出方式）、 LINEAR（線性環(huán)節(jié)）、 NONLINEA（非線性環(huán)節(jié)）、 SOURCE（輸入源）、 CONNECTIONS（連接與接口）和 EXTRA（其他環(huán)節(jié)）等子模型庫，而且每個子模型庫中又包含相應(yīng)功能的更小子模型，我們也可以定制、創(chuàng)建屬于自己的模塊。然后點仿真鍵進行仿真 [10]。 Simulink 是 MATLAB 的重要組成部分，是集仿真和分析于一體的軟件包，不僅適用于支持連續(xù)和離散系統(tǒng)，而且適用于連續(xù)與離散混合的線性及非線性的系統(tǒng)，同時還適用于多采樣頻率的系統(tǒng)，當(dāng)然，系統(tǒng)也可以是多進程的。確切的說， Simulink 是用來對動態(tài)系統(tǒng)進行模型搭建，且應(yīng)用最廣泛的軟件包之一。 軟件介紹 三大 數(shù)學(xué) 軟件分別是 Mathematica、 Maple 和 MATLAB，近幾年 ， 工程計算、控制設(shè)計、 信號處理 與通訊、 圖像處理 、 信號檢測 、 金融建模 設(shè)計與分析等 領(lǐng)域 都有這些軟件的應(yīng)用。 適合在理想環(huán)境下采用，而現(xiàn)實中噪聲及一些干擾是無法避免的，再者，本次設(shè)計要求里特別指出要在三種噪聲環(huán)境下設(shè)計，任務(wù)量大， MATLAB 能在很短時間內(nèi)完成。 MCU ATmega169 傳輸碼 濾 波 電 路 增 益 補 償 天線 RF 接收芯片 LCD 顯示屏 MCU ATmega 48V RF 發(fā)射芯片 輸入 編碼 驅(qū)動電路 電纜 輸出 解碼器 信號處理電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁，共 36 頁 圖 MATLAB 設(shè)計方案 方案分析與選擇 三種方案最終都可以分析出傳輸碼的特性，其中， 單片機設(shè)計方案成本低，編程簡單，靈活性強，但處理速度較慢； FPGA 是一種硬件完成算法，能夠 用 VHDL 或 verilog HDL 來編程，也可以進行編程、除錯、再編程和反復(fù)執(zhí)行，靈 活度高， 所以 FPGA 的處理速度比單片機更高。 圖 FPGA 設(shè)計方案 第二種 設(shè)計方案框圖， 首 先 MCU 對 采集到的 數(shù)據(jù)進行各 種 類 型 碼的編碼，然后把 編碼后 數(shù)據(jù)送到射頻發(fā)射芯片 進行 發(fā)射，接收芯片 對接收到的 射頻信號 進行 解調(diào)， 解調(diào)后 的碼數(shù)據(jù)經(jīng)過 芯片的引腳 又 輸入到 MCU， LCD 顯示 屏上最終顯示的被 MCU 進行解碼后 的 數(shù)據(jù) ， 如圖 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁，共 36 頁 1 課題研究思路 研究目標(biāo) 運用仿真軟件搭建采用三種不同的線路傳輸碼 ( 雙相碼，密勒碼， AMI 碼 ,CMI 碼 ,HDB3 碼等碼型中任選三種 ) 進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字基帶通信系統(tǒng)； 結(jié)合三種不同信道環(huán)境 （也就是分別加三種不同的噪聲，如高斯噪聲，萊斯噪聲，瑞利噪聲等 ）比較三種不同的線路傳輸碼進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字基帶通信系統(tǒng)的頻譜特點與誤碼率情況，并分析仿真結(jié)果，得出結(jié)論。 第三章 基于第三章的數(shù)字基帶傳輸碼型，從中選擇三種熟悉的碼型進行基帶傳輸系統(tǒng)模型的搭建、仿真，并分析誤碼率、頻譜等性能。 第二章 主要介紹課題的工作原理。論文內(nèi)容安排如下： 第一章 著重介紹畢設(shè)的研究思路。在傳輸過程當(dāng)中碼型變換時，容易造成碼元錯誤，導(dǎo)致信號輸出發(fā)生錯誤，因此對碼型的研究顯得更加尤為重要。所以MATLAB 對于通信系統(tǒng)的研究起到了至關(guān)重要的影響。合理的設(shè)計基帶傳輸碼型對輸出信號的功率譜適應(yīng)基帶信道頻率響應(yīng)極具好處，具有錯誤檢測的功能，從而在對信號在接收端的時鐘恢復(fù)大大有益?，F(xiàn)在，基帶傳輸除了用于低速率數(shù)據(jù)傳輸之外，甚至還用于高速率數(shù)據(jù)傳輸；另外，基帶傳輸中涉及到帶通傳輸?shù)暮芏嗷締栴}，即就是，基帶傳輸系統(tǒng)要考慮的很多問題也是帶通傳輸系統(tǒng)務(wù)必思考的問題；最后，理論上也能夠證實，選用任何一個線性調(diào)制的帶通傳輸系統(tǒng)，都能夠被等效為一個基帶傳輸系統(tǒng) 來分析研究。 雖然數(shù)字基帶傳輸使用范圍不如帶通傳輸使用范圍廣，但是對基帶傳輸系統(tǒng)的探究還是頗具有意義的。 現(xiàn)在， 數(shù)字通信不僅被使用于在移動通信方面，而且被廣泛使用于衛(wèi)星通信和光纖通信方面。傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)不能滿足通信系統(tǒng)規(guī)模和復(fù)雜度的不斷加大，我們可以在很短的時間內(nèi)建立整個通信系統(tǒng)模型通過借助這些功能強大的仿真軟件 ，并進行精準(zhǔn)的模擬仿真。 附錄 B ...................................