数字基带传输系统的仿真实现Word文档格式.doc

1、数字信号的传输方式按其在传输中对应的信号的不同可分为数字基带传输系统和数字频带传输系统。不使用调制和解调而直接传输数字基带信号的系统称为数字基带传输系统。虽然在实际使用的数字通信系统中基带传输不如频带传输那样广泛，但是，对于基带传输系统的研究仍然是十分有意义的。1） 在频带传输制式里同样存在基带传输的问题（如码间干扰等），因为信道的含义是相对的，若把调制解调器包括在信道中（如广义信道），则频带传输就变成了基带传输。可以说基带传输是频带传输的基础。2） 随着数字通信技术的发展，基带传输这种方式也有迅速发展的趋势。目前,它不仅用于低速数据传输,而且还用于高速数据传输。3）理论上也可以证明，任何一个

2、采用线性调制的频带传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统所替代。对数字基带传输系统的仿真而言。仿真工具是MATLAB中的simulink模块对其仿真。特点是将数值分析、矩阵计算、图形、图像处理和仿真等诸多强大功能集成在一个极易使用的交互式环境中伪科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多学科提供了一种高效率的华仿真工具。运用MATLAB中的simulink可以对数字基带传输系统进行较为全面地研究。 目 录一、数字基带传输系统的简介11.1 概述11.2 数字基带系统的简介11.2.1 数字基带信号的基本要求11.2.2 常用的基带传输信号21.2.3 数字基带传输系统4二、 基带传输

3、系统的特性62.1 基带传输的基本方案和原理62.1.1 基带传输的基本方案62.1.2 基带传输的基本原理6三、基带传输系统的设计及仿真93.1 基带传输系统的设计93.1.1 信源的设计93.1.2 基带传输系统的总体设计113.2 基带传输系统的仿真12参考文献14总结15第1章 数字基带传输系统的简介1.1 概述在数字传输系统中其传输的对象通常是二进制数字信号,它可能是来自计算机、电传打字机或其它数字设备的各种数字脉冲,也可能是来自数字电话终端的脉冲编码调制（PCM）信号。这些二进制数字信号的频带范围通常从直流和低频开始直到某一频率,我们称这种信号为数字基带信号。在某些有线信道中特别是

4、在传输距离不太远的情况下,数字基带信号可以不经过调制和解调过程在信道中直接传送,这种不使用调制和解调设备而直接传输基带信号的通信系统,我们称它为基带传输系统。而在另外一些信道,特别是无线信道和光信道中,数字基带信号则必须经过调制过程,将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输,相应地在接收端必须经过解调过程才能恢复数字基带信号。我们把这种包括了调制和解调过程的传输系统称为数字载波传输系统。数字基带传输系统的模型主要包括码型变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器、均衡器和取样判决器等部分。1.2 数字基带系统的简介1.2.1 数字基带信号的基本要求不同形式的数字基带信号（又称为码型），具有不同的频谱结

5、构。为适应信道的传输特性及接收端再生、恢复数字基带信号的需要，必须合理地设计数字基带信号，即选择合适的信号码型。适合于在有线信道中传输的数字基带信号形式称为线路传输码型。一般来说选择数字基带信号码型时，应遵循以下基本原则。（1） 数字基带信号应不含有直流分量，且低频及高频分量也应尽量的少。在基带传输系统中往往存在着隔直电容及耦合变压器，不利于直流及低频分量的传输。此外，高频分量的衰减随传输距离的增加会快速地增大；另一方面，过多的高频分量还会引起话路之间的串扰，因此希望数字基带信号中的高频分量也要尽量的少。 （2） 数字基带信号中应含有足够大的定时信息分量。基带传输系统在接收端进行取样、判决、再

6、生原始数字基带信号时，必须有取样定时脉冲。一般来说这种定时脉冲信号是从数字基带信号中直接提取的。这就要求数字基带信号中含有经过简单处理后含有定时脉冲信号的线谱分量，以便同步电路提取。（3） 基带传输的信号码型应对任何信源具有透明性，即与信源的统计特性无关。这一点也是为了便于定时信息的提取而提出的。信源的编码序列中，有时候会出现长时间连“0”的情况，这使接收端在较长的时间段内无信号，因而同步提取电路无法工作。为避免出现这种现象，基带传输码型必须保证在任何情况下都能使序列中“1”和“0”出现的概率基本相同，且不出现长连“1”或“0”的情况。当然，这要通过码型变换过程来实现。码型变换实际上是把数字信

7、息用电脉冲信号重新表示的过程。此外，选择的基带传输信号码型还应有利于提高系统的传输效率，具有较强的抗噪声和码间串扰的能力及自检能力。实际系统中常常根据通信距离和传输方式等不同的要求，选择合适的基带码型。1.2.2 常用的基带传输信号 为满足基带传输系统的特性要求，必须选择合适的传输码型。基带传输系统中常用的线路传输型码主要有：传号交替反转码-AMI码、三阶高密度双极性码- HDB3码、分相码-Manchester码、传号反转码-CMI码以及4B3T 码等。（1） 传号交替反转码-AMI码 AMI Alternate Mark Inversion码又称为平衡对称码。这种码的编码规则是把码元序列中

8、的“1”码变为极性交替变化的传输码1、-1、1、-1、，而码元序列中的“0”码保持不变。 例如码元序列为10011010111100，AMI码为1 00-110-101-11-100，由AMI码的编码规则可以看出由于1和-1各占一半，因此，这种码中无直流分量，且其低频和高频分量也较少，信号的能量主要集中在2Tf处，其中Tf 为码元速率。此外，AMI码编码过程中，将一个二进制符号变成了一个三进制符号，即这种码脉冲有三种电平，因此我们把这种码称为伪三电平码，也称为1B/1T码型。AMI码除了上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点。但是AMI码有一个重要的缺陷，就是当码元序列中出现长

9、连“0”时，会造成提取定时信号的困难，因而实际系统中常采用AMI 码的改进型 HDB3码。（2） 三阶高密度双极性码- HDB3码 HDB3（High Density Bipolar 3）是三阶高密度双极性码，它是为了克服传输波形中出现长连“0”码情况而设计的AMI码的改进型。HDB3码的编码规则是1把码元序列进行AMI编码，然后去检查AMI码中连0的个数，如果没有四个以上（包括四个）连0串时，则这时的AMI码就是HDB3码;如果出现四个以上连0串时则将每4个连0小段的第4个0变成与其前一个非0码1或-1相同的码。显然,这个码破坏了“极性交替反转”的规则,因而称其为破坏码,用符号V 表示。为了

10、使附加V 码后的序列中仍不含直流分量,必须保证相邻的V 码极性交替,当相邻的V 码之间有奇数个非0码时,是能得到保证的,但当相邻的V 码之间有偶数个非0码时,则得不到保证。这时再将该连0小段中的第1个0变成B或-B,B的极性与其前一个非0码相反,并让后面的非零码从V 码后开始再极性交替变化。例如： 码元序列为 1 0000 1 0 1 0000 1 0000 1 1 AMI码为 1 0000 -1 0 1 0000 1 0000 11 HDB3码为 1 000V -1 0 1 -B00-V 1 000V -1 1虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从编码过程中可以看出，每一个V

11、码总是与其前一个非0码，包括B码在内，因此从收到的码序列中可以很容易地找到破坏点V码。于是可断定V码及其前3个码都为0码再将所有的-1变为1后，便可恢复原始信息代码。HDB3码的特点是明显的，它既保留AMI码无直流分量，便于直接传输的优点，又克服了长连0串，连0的个数最多3个的出现。HDB3 码的频谱中既消除了直流和甚低频分量同，又消除了方波中的高频分量，非常适合基带传输系统的特性要求。因此，HDB3码是目前实际系统中应用最广泛的码型。虽然HDB3码比AMI 码的性能更好，但它仍属于1B/1T 码型。（3） 传号反转码-CMI CMI码称为传号反转码。在CMI码中“1”码传号交替地用正、负电平

12、脉冲来表示，而“0”码则用固定相位的一个周期方波表示，CMI 码和曼彻斯特码相似，不含有直流分量，且易于提取同步信号。CMI 码的另一个特点是具有一定的误码检测能力。这是因为，CMI码中的“1”码相当于用交替的“00”和“11”两位码组表示，而“0”码则固定地用“01” 码组表示。正常情况下，序列中不会出现“10”码组，且“00”和“11”码组连续出现的情况也不会发生，这种相关性可以用来检测因干扰而产生的部分错码。根据原CCITT 的建议，CMI码可用作脉冲编码调制四次群的接口码型以及速率低于8448 kb /s的光纤数字传输系统中的线路传输码型。此外，CMI码和曼彻斯特码一样都是将一位二进制

13、码用一组两位二进制码表示。因此称其为1B2B 码。（4） 4B/3T码4B/3T 码是1B/1T码的改进型，它把4个二进制码元变换为3个三进制码元。显然，在相同信息速率的条件下，4B/3T 码的码元传输速率要比1B/1T 码的低，因而提高了系统的传输效率。4B/3T 码的变换过程中需要同步信号，变换电路比较复杂，故一般较少采用。（5） 曼彻斯特-Manchester码 曼彻斯特码又称数字双相码或分相码，曼彻斯特码用一个周期的方波来代表码元“1”，而用它的反相波形来代表码元“0”。这种码在每个码元的中心部位都发生电平跳变，因此有利于定时同步信号的提取，而且定时分量的大小不受信源统计特性的影响。曼

14、彻斯特码中，由于正负脉冲各占一半，因此无直流分量，但这种码占用的频带增加了一倍。曼彻斯特码适合在较短距离的同轴电缆信道上传输。在本通信系统综合训练中就采用曼彻斯特码作为传输信号。1.2.3 数字基带传输系统基带传输包含着数字通信技术的许多问题，频带传输是基带信号调制后再传输的，因此频带传输也存在基带问题。基带传输的许多问题，频带传输同样须考虑。如果把调制与解调过程看作是广义信道的一部分，则任何数字传输系统均可等效为基带传输系统。理论上还可证明，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统来代替。数字基带系统的基本结构如图1.1所示：图 1.1 数字基带系统的基本结构（1） 信道信号形成器：信道信号形成器的作用就是把原始基带信号