數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)用來(lái)傳輸未經(jīng)載波調(diào)制的基帶信號(hào)，在某些具有低通特性的有線(xiàn)信道中，特別是在傳輸距離不太遠(yuǎn)的情形下應(yīng)用較為廣泛。是一種不搬移基帶信號(hào)頻譜的傳輸方式。

選用基帶傳輸或通帶傳輸，與信道的適用頻帶有關(guān)。未對(duì)載波調(diào)制的待傳信號(hào)稱(chēng)為基帶信號(hào),它所占的頻帶稱(chēng)為基帶,基帶的高限頻率與低限頻率之比通常遠(yuǎn)大于1。

基帶傳輸中的碼型變換裝置把來(lái)自信源的數(shù)碼變換為適合于信道傳輸?shù)拇a波形。常用的傳輸碼波形有歸零碼、不歸零碼、傳號(hào)差分碼、雙相碼、交替?zhèn)魈?hào)反轉(zhuǎn)碼（AMI碼）等。

基帶傳輸廣泛用于音頻電纜和同軸電纜等傳送數(shù)字電話(huà)信號(hào),同時(shí),在數(shù)據(jù)傳輸方面的應(yīng)用也日益擴(kuò)大。通帶傳輸系統(tǒng)中調(diào)制前和調(diào)制后對(duì)基帶信號(hào)處理仍須利用基帶傳輸原理，采用線(xiàn)性調(diào)制的通帶傳輸系統(tǒng)可以變換為等效基帶傳輸來(lái)分析。

課程設(shè)計(jì)目的

本課程是為通信工程專(zhuān)業(yè)本科生開(kāi)設(shè)的必修課，結(jié)合學(xué)生的專(zhuān)業(yè)方向的理論課程，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，使學(xué)生掌握應(yīng)用MATLAB或者SYSTEMVIEW等仿真軟件建立通信系統(tǒng)，鞏固理論課程內(nèi)容，規(guī)范文檔的建立，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，并能夠運(yùn)用其所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合的設(shè)計(jì)。

通信系統(tǒng)原理的課程設(shè)計(jì)是對(duì)通信系統(tǒng)仿真軟件、課程學(xué)習(xí)的綜合檢驗(yàn)，配合理論課的教學(xué)，讓學(xué)生親自參加設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證通信系統(tǒng)的一般原理、調(diào)制解調(diào)原理、信號(hào)傳輸及受噪聲影響等方面的知識(shí)點(diǎn)。

目錄

一、設(shè)計(jì)題目

二、主要內(nèi)容

三、具體要求

四、進(jìn)度安排

五、成績(jī)?cè)u(píng)定

六、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)基本原理

6.1數(shù)字基帶系統(tǒng)模型

6.2數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)原理

七、數(shù)字基帶系統(tǒng)波形及碼型

7.1 四種常見(jiàn)波形的原理

7.1.1單極性歸零波形

7.1.2單極性非歸零波形

7.1.3雙極性歸零波形

7.1.4 雙極性非歸零波形

7.2基帶信號(hào)的常用碼型

7.2.1 AMI碼（傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼）

7.2.2 HDB3碼(三階高密度雙極性碼)

7.2.3曼徹斯特碼（雙相碼）

7.2.4密勒碼(Miller碼)

7.3升余弦滾降濾波器

7.4 眼圖

八、MATLAB 仿真及程序調(diào)制

8.1單極性歸零波形

8.2單極性非歸零波形

8.3雙極性歸零波形

8.4雙極性非歸零波形

8.5AMI碼

8.6HDB3碼

8.7曼徹斯特碼

8.8Miller

九、心得體會(huì)

十、參考文獻(xiàn)

數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)（常見(jiàn)的波形與碼型設(shè)計(jì)）

（1）數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，理想信道和非理想信道的系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

（2）設(shè)計(jì)基帶信號(hào)的常見(jiàn)波形；

（3）設(shè)計(jì)基帶信號(hào)的常用碼型；

（4）眼圖。

（1）熟悉基帶傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)�？衫�用matlab和simulink對(duì)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（2）設(shè)計(jì)基帶信號(hào)的常見(jiàn)波形。給出基帶信號(hào)的常見(jiàn)波形（單極性歸零碼、不歸零碼，雙極性歸零碼、不歸零碼） 等。

（3）設(shè)計(jì)基帶信號(hào)的常用碼型；設(shè)計(jì)出碼型（AMI、HDB3碼、雙相碼、密勒碼等）設(shè)計(jì)。（注：碼型設(shè)計(jì)不少于四種）

（4）眼圖。盡可能給出性能評(píng)價(jià)：通過(guò)觀測(cè)眼圖，定性判斷數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的性能(加分項(xiàng))。

星期二  選題、查閱資料、熟悉軟件的編程環(huán)境MATLAB/SIMULINK并結(jié)合推薦的參考書(shū)，熟悉對(duì)應(yīng)的模塊。

星期三  數(shù)字基帶信號(hào)常見(jiàn)的波形。

星期四  數(shù)字基帶信號(hào)常見(jiàn)的碼型設(shè)計(jì)（AMI碼、HDB3碼）。

星期五  數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)（今日應(yīng)該做到：數(shù)字基帶信號(hào)常見(jiàn)的碼型設(shè)計(jì)（雙相碼、密勒碼））；程序調(diào)試并程序注釋。

總成績(jī)由平時(shí)成績(jī)（考勤與課堂表現(xiàn)）、程序設(shè)計(jì)成績(jī)和報(bào)告成績(jī)?nèi)�部分組成，各部分比例為30%,50%,20%.

（1）平時(shí)成績(jī)：無(wú)故曠課一次，平時(shí)成績(jī)減半；無(wú)故曠課兩次平時(shí)成績(jī)?yōu)?分，無(wú)故曠課三次總成績(jī)?yōu)?分。遲到15分鐘按曠課處理

（2）設(shè)計(jì)成績(jī)：按照實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程及最終的實(shí)現(xiàn)結(jié)果給出相應(yīng)的成績(jī)。

（3）設(shè)計(jì)報(bào)告成績(jī)：按照提交報(bào)告的質(zhì)量給出相應(yīng)的成績(jī)。

圖6.1基帶傳輸系統(tǒng)模型

（1）信道信號(hào)形成器（發(fā)送濾波器）。它的功能是產(chǎn)生適合于信道傳輸?shù)幕鶐�信�?hào)波形。因?yàn)槠漭斎胍话闶墙?jīng)過(guò)碼型編碼產(chǎn)生的傳輸碼，相應(yīng)的基本波形通常是矩形脈沖，其頻譜很寬，不利于傳輸。發(fā)送濾波器用于壓縮輸入信號(hào)頻帶，把傳輸碼變成適宜于信道傳輸?shù)幕鶐�信�?hào)波形。

（2）信道。是允許基帶信號(hào)通過(guò)的媒質(zhì)，通常為有線(xiàn)信道，如雙絞線(xiàn)、同軸電纜等。信道的傳輸特性一般不滿(mǎn)足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，因此也會(huì)引起傳輸波形的失真。另外信道還會(huì)引入噪聲n(t)，并假設(shè)它是均值為零的高斯白噪聲。

（3）接收濾波器。它用來(lái)接收信號(hào)，盡可能濾除信道噪聲和其他干擾，對(duì)信道特性進(jìn)行均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。

（4）抽樣判決器。則是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時(shí)刻（由定位時(shí)脈沖控制）對(duì)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(hào)。

（5）定時(shí)脈沖和同步提取。用來(lái)抽樣的位定時(shí)脈沖依靠同步提取電路從接收信號(hào)中提取，位定時(shí)的準(zhǔn)確與否將直接影響判決效果。

假設(shè)輸入符號(hào)序列為，在二進(jìn)制的情況下，符號(hào)的取值為0,1或-1，+1。為方便分析，我們把這個(gè)序列對(duì)應(yīng)的基帶信號(hào)表示成

這個(gè)信號(hào)是由時(shí)間間隔為T(mén)b的單位沖激響應(yīng)構(gòu)成的序列，其每一個(gè)強(qiáng)度則由決定。

離散域發(fā)送信號(hào)——A，比特周期，二進(jìn)制碼元周期

設(shè)發(fā)送濾波器的傳輸特性 或 則

當(dāng)激勵(lì)發(fā)送濾波器時(shí)，發(fā)送濾波器產(chǎn)生的輸出信號(hào)為

==

離散域發(fā)送濾波器輸出：

==

信道輸出信號(hào)  （信道特性為1）

離散域信道輸出信號(hào)或接收濾波器輸入信號(hào)——

或 或

則接收濾波器的輸出信號(hào)

=

=其中

離散域接收濾波器的輸出信號(hào)

=

=

其中g(shù)()=

如果位同步理想，則抽樣時(shí)刻為  

抽樣點(diǎn)數(shù)值為  

判決為   比較即可得到誤碼率，分析傳輸質(zhì)量。

單極性歸零碼(RZ)即是以高電平和零電平分別表示二進(jìn)制碼1 和0，而且在發(fā)送碼1 時(shí)高電平在整個(gè)碼元期間T 只持續(xù)一段時(shí)間τ，其余時(shí)間返回零電平.在單極性歸零碼中，τ/T 稱(chēng)為占空比.單極性歸零碼的主要優(yōu)點(diǎn)是可以直接提取同步信號(hào)，因此單極性歸零碼常常用作其他碼型提取同步信號(hào)時(shí)的過(guò)渡碼型.也就是說(shuō)其他適合信道傳輸?shù)�不能直接提取同步信�?hào)的碼型，可先變換為單極性歸零碼，然后再提取同步信號(hào).

當(dāng)發(fā)“1”碼時(shí)，發(fā)出正電流，但持續(xù)時(shí)間短于一個(gè)碼元的時(shí)間寬度，即發(fā)出一個(gè)窄脈沖；當(dāng)發(fā)出“0”碼時(shí)，仍然不發(fā)送電流。

單極性非歸零碼（NRZ）是一種與單極性歸零碼相似的二元碼，但碼脈沖之間無(wú)間隔，這是一種最常見(jiàn)的碼型。單極性非歸零碼的特點(diǎn)是：有直流成分，因此很難在低頻傳輸特性比較差的有限信道進(jìn)行傳輸，并且接收單極性非歸零碼的判決電平一般取為1碼電平的一半，因此在信道特性發(fā)生變化時(shí)，容易導(dǎo)致接收波形的振幅和寬度變化，使得判決電平不能穩(wěn)定在最佳電平，從而引起噪聲，此外，單極性不歸路碼還不能直接提取同步信號(hào)，并且傳輸時(shí)必須將信道一端接地，從而對(duì)傳輸線(xiàn)路有一定要求，一般由終端送來(lái)的單極性非歸零碼要通過(guò)碼型變換變成適合信道傳輸?shù)拇a型。

無(wú)電壓表示“0”時(shí)，恒定正電壓表示“1”，每個(gè)碼元時(shí)間的中間點(diǎn)是采樣時(shí)間，判決門(mén)限為半幅電平。

雙極性歸零碼是二進(jìn)制碼0 和1 分別對(duì)應(yīng)于正和負(fù)電平的波形的編碼，在每個(gè)碼之間都有間隙產(chǎn)生.這種碼既具有雙極性特性，又具有歸零的特性.雙極性歸零碼的特點(diǎn)是:接收端根據(jù)接收波形歸于零電平就可以判決1 比特的信息已接收完畢，然后準(zhǔn)備下一比特信息的接收，因此發(fā)送端不必按一定的周期發(fā)送信息.可以認(rèn)為正負(fù)脈沖的前沿起了起動(dòng)信號(hào)的作用，后沿起了終止信號(hào)的作用.因此可以經(jīng)常保持正確的比特同步.即收發(fā)之間無(wú)需特別的定時(shí)，且各符號(hào)獨(dú)立地構(gòu)成起止方式，此方式也叫做自同步方式.由于這一特性，雙極性歸零碼的應(yīng)用十分廣泛。

其中“1”碼發(fā)生正的窄脈沖，“0”碼發(fā)出負(fù)的窄脈沖，兩個(gè)碼元的時(shí)間間隔可以大于每一個(gè)窄脈沖的寬度，取樣時(shí)間是對(duì)準(zhǔn)脈沖的中心。

雙極性非歸零碼是用正電平和負(fù)電平分別表示二進(jìn)制1和0的碼型，它與雙極性歸零碼類(lèi)似，但雙極性非歸零碼的波形在整個(gè)碼元持續(xù)期間電平保持不變，雙極性非歸零碼的特點(diǎn)是：從統(tǒng)計(jì)平均來(lái)看，該碼型信號(hào)在1和0的數(shù)目各占一半時(shí)無(wú)直流分量，并且接收時(shí)判決電平為0，容易設(shè)置并且穩(wěn)定，因此抗干擾能力強(qiáng)。此外，可以在電纜等無(wú)接地的傳輸線(xiàn)上傳輸，因此雙極性非歸零碼應(yīng)用極廣。雙極性非歸零碼中提取同步信號(hào)，并且1碼和0碼不等概時(shí)，仍有直流成分。

“1”碼和“0”碼都有電流，“1”為正電流，“0”為負(fù)電流，正和負(fù)的幅度相等，判決門(mén)限為零電平。

編碼規(guī)則：“0”碼不變，“1”碼則交替地轉(zhuǎn)換為+1和-1。當(dāng)碼序列是1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1時(shí)，AMI碼就變?yōu)椋?1 0 0 -1 0 0 0 +1 -1 +1 0 -1。這種碼型交替出現(xiàn)正、負(fù)極脈沖，所以沒(méi)直流分量，低頻分量也很少。這種碼的反變換也很容易，在再生信碼時(shí)，只要將信號(hào)整流，即可將“-1”翻轉(zhuǎn)為“+1”，恢復(fù)成單極性碼。這種碼未能解決信碼中經(jīng)常出現(xiàn)的長(zhǎng)連“0”的。

a、編碼規(guī)則： ①1——交替變換為+1，-1。

②0——連0小于等于3,則用0電平表示，連0大于3,則用特定碼組替換B 0 0 V或 0 0 0 V。

③任意兩個(gè)V之間B的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。

b、特點(diǎn)：①有檢錯(cuò)能力

         ②解決了連“0”時(shí)位定時(shí)信息提取困難

         ③無(wú)直流分量

         ④B碼和V碼各自保持極性交替變化，以確保無(wú)直流分量

         ⑤可能存在誤碼擴(kuò)散的問(wèn)題

c、解碼規(guī)則：尋找兩個(gè)相鄰的同極性碼，后者即為“V”碼；把“V”碼連同其前3位碼均改為“0”， 所有的“±1”均改為“1”，即恢復(fù)信號(hào)。

編碼規(guī)則：在信號(hào)位中電平從高到低跳變表示1；在信號(hào)位中電平從低到高跳變表示0；差分曼徹斯特編碼的編碼規(guī)則是:在信號(hào)位開(kāi)始時(shí)不改變信號(hào)極性，表示輯"1"，在信號(hào)位開(kāi)始時(shí)改變信號(hào)極性，表示邏輯"0"，不論碼元是1或者0，在每個(gè)碼元正中間的時(shí)刻，一定有一次電平轉(zhuǎn)換。

密勒碼也稱(chēng)延遲調(diào)制碼，是一種變形雙向碼。其編碼規(guī)則:對(duì)原始符號(hào)"1"碼元起始不躍變，中心點(diǎn)出現(xiàn)躍變來(lái)表示，即用10或01表示。對(duì)原始符號(hào)"0"則分成單個(gè)"0"還是連續(xù)"0"予以不同處理;單個(gè)"0"時(shí)，保持0前的電平不變，即在碼元邊界處電平不躍變，在碼元中間點(diǎn)電平也不躍變;對(duì)于連續(xù)"0"，則使連續(xù)兩個(gè)"0"的邊界處發(fā)生電平躍變。

密勒碼可由雙相碼的下降沿去觸發(fā)雙穩(wěn)電路產(chǎn)生。密勒碼最初用于氣象衛(wèi)星和磁記錄，現(xiàn)在也用于低速基帶數(shù)傳機(jī)。

①理想低通特性

H(t)=Sa[π/Ts]←→H(W)=TsRet(W/WS)

Sa(πt/T)

信號(hào)帶寬最小的波形

圖7.3.1濾波器的波形及頻域特性

理想低通信號(hào)的主要缺點(diǎn)

a.工程上難以實(shí)現(xiàn)；

b.尾部衰減慢（沖激響應(yīng)h(t)波形收斂速度較慢，拖尾以1/t速率衰減，當(dāng)存在定時(shí)誤差時(shí)會(huì)帶來(lái)比較大的干擾）

②升余弦滾降特性:H(t)=Sa(πt/Ts)cos(aπt/Ts)/[(1-4aatt)/Ts]

H(w)=Ts  ;∣w∣< π/Ts(1-a)

H(w)=0   ;∣w∣> π/Ts(1-a)

升余弦滾降信號(hào)的波形與頻譜：

圖7.3.2 升余弦滾降信號(hào)的波形及頻譜

傳輸寬帶:B=(1+a)/2rs

頻帶利用率：g=rs/B=2/(1+a)

全升余弦系統(tǒng)：a=1

眼圖是指利用實(shí)驗(yàn)的方法估計(jì)和改善（通過(guò)調(diào)整）傳輸系統(tǒng)性能時(shí)在示波器上觀察到的一種圖形。觀察眼圖的方法是：用一個(gè)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期同步，這時(shí)示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛，故稱(chēng) 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(jì)系統(tǒng)優(yōu)劣程度。另外也可以用此圖形對(duì)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(kāi)的大小反映著碼間串?dāng)_的強(qiáng)弱。 “眼睛”張的 越大，且眼圖越端正，表示碼間串?dāng)_越�。环粗�表示碼間串?dāng)_越大。當(dāng)存在噪聲時(shí)，噪聲將疊加在信號(hào)上，觀察到的眼圖的線(xiàn)跡會(huì)變得模糊不清。若同時(shí)存在碼間串?dāng)_ ，“眼睛”將 張開(kāi)得更小。與無(wú)碼間串?dāng)_時(shí)的眼圖相比，原來(lái)清晰端正的細(xì)線(xiàn)跡，變成了比較模糊的帶狀線(xiàn)，而且不很端正。噪聲越大，線(xiàn)跡越寬，越模糊；碼間串?dāng)_越大，眼圖越不端正。眼圖對(duì)于展示數(shù)字信號(hào)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(qiáng)弱，有助于直觀地了解碼間串?dāng)_和噪聲的影響，評(píng)價(jià)一個(gè)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(shí)刻應(yīng)在“眼睛” 張開(kāi)最大的時(shí)刻。

（2）對(duì)定時(shí)誤差的靈敏度可由眼圖斜邊的斜率決定。斜率越大，對(duì)定時(shí)誤差就越靈敏。

（3）在抽樣時(shí)刻上，眼圖上下兩分支陰影區(qū)的垂直高度，表示最大信號(hào)畸變。

（4）眼圖中央的橫軸位置應(yīng)對(duì)應(yīng)判決門(mén)限電平。

（5）在抽樣時(shí)刻上，上下兩分支離門(mén)限最近的一根線(xiàn)跡至門(mén)限的距離表示各相應(yīng)電平的噪聲容限，噪聲瞬時(shí)值超過(guò)它就可能發(fā)生錯(cuò)誤判決。

（6）對(duì)于利用信號(hào)過(guò)零點(diǎn)取平均來(lái)得到定時(shí)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(diǎn)位置的變動(dòng)范圍，這個(gè)變動(dòng)范圍的大小對(duì)提取定時(shí)信息有重要的影響。

眼圖

圖7.4眼圖

圖8.1單極性歸零波形

圖8.2單極性非歸零波形

圖8.3雙極性歸零波形

圖8.4雙極性非歸零波形

圖8.5AMI碼

圖8.6HDB3碼

圖8.7曼徹斯特碼

圖8.8Miller

經(jīng)過(guò)課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考的能力，增強(qiáng)了對(duì)通信原理這門(mén)課程的興趣。

我們?cè)谡n堂上掌握的僅僅是專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，但是通過(guò)課程設(shè)計(jì)，我們就可以把所學(xué)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)用到實(shí)踐中。雖然在剛開(kāi)始編程序感覺(jué)無(wú)處下手，但隨著對(duì)matlab的逐漸了解，發(fā)現(xiàn)matlab其實(shí)并沒(méi)有想象中的那么難。而且通過(guò)用matlab仿真基帶傳輸系統(tǒng)，對(duì)數(shù)字通信、數(shù)字信號(hào)處理都有更深刻的理解。

實(shí)踐出真知。這次課程設(shè)計(jì)，提高了獨(dú)立思考的能力，培養(yǎng)了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。不僅如此，我還認(rèn)知到學(xué)習(xí)是一環(huán)扣一環(huán)的，之前的matlab的學(xué)習(xí)課程在這門(mén)課中也占了很重要的地位。在編寫(xiě)代碼的時(shí)候，不能急于剛開(kāi)始就對(duì)著電腦編寫(xiě)程序，一定要理解和整理出來(lái)你所想要做什么。通過(guò)畫(huà)流程圖，可以發(fā)現(xiàn)在代碼編寫(xiě)的過(guò)程中不僅效率高，而且成功率也高。并且在程序中過(guò)多的嵌套for循環(huán)語(yǔ)句和if選擇語(yǔ)句，很容易不小心就會(huì)導(dǎo)致代碼錯(cuò)誤，所以程序中應(yīng)盡量避免。

課程實(shí)際讓我發(fā)覺(jué)平時(shí)所學(xué)的知識(shí)有了實(shí)用的價(jià)值，達(dá)到了理論與實(shí)際相結(jié)合的目的，鍛煉了自己的能力，思路即出路，當(dāng)遇見(jiàn)不懂不會(huì)的問(wèn)題時(shí)，即使請(qǐng)教。只要認(rèn)真鉆研，動(dòng)腦思考，敢于實(shí)踐，堅(jiān)持不懈，最終會(huì)取得不小的進(jìn)步。

完整的Word格式文檔51黑下載地址：

數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng).doc (786 KB, 下載次數(shù): 35)