实验4数字基带传输系统仿真研究

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1、实验三数字基带传输系统仿真研究一、实验目的1•观察数字基带传输系统中的各模块的信号波形，深入理解奈奎斯特第一定理;2.观察发送端和接收端的眼图，理解眼图在数字基带传输系统屮的作用；二、实验原理（一）、数字基带传输系统模型前而我们介绍的数字基带信号的常用码型的形状常常闹成矩形，而矩形脉冲的频谱在整个频域是无穷延伸的。由于实际信道的频带是有限的而且有噪芦,用矩形脉冲作传输码型会使接收到的信号波形发生畸变，所以这一节我们寻找能使差错率最小的传输系统的传输特性。如图1所示一个典型的数字基带信号传输系统模

2、型。定时v图1数字基带信号传输系统模型图图1中，基带码型编码屯路的输出是携带着基带传输的典型码型信息的/脉冲或窄脉冲序列⑺”｝,我们仅仅关注取值：0、1或±1；发送滤波器又叫信道信号形成网络，它限制发送信号频带，同时将｛心｝转换为适合信道传输的基带波形;信道可以是电缆等狭义信道也可以是带调制器的广义信道，信道中的窄带高斯噪声会给传输波形造成随机畸变；接收滤波器的作用是滤除混在接收信号屮的带外噪声和由信道引入的噪声，对失真波形进行尽可能的补偿（均衡）；抽样判决器是一个识别电路，它把接收滤波器输出的

3、信号波形M）放大、限幅、整形后再加以识别，进一步提高信噪比；码型译码将抽样判决器送出的信号还原成原始信码。（二）、基带传输中的码间串扰数字通信的主要质量指标是传输速率和误码率，二者之间密切相关、互相影响。当信道一定时，传输速率越高，误码率越大。如果传输速率一定，那么误码率就成为数字信号传输中最主要的性能指标。从数字基带信号传输的物理过程看，误码是由接收机抽样判决器错误判决所致，而造成误判的主要原因是码间串扰和信道噪声。码间串扰的定义：出于系统传输特性不良或加性噪声的影响，使信号波形发生畸变，造成

4、收端判决上的怵I难，因而造成误码，这利现象称为码间串扰。发主码间串扰时，脉冲会被展宽，甚至重迭（串扰）到邻近时隙中去成为干扰。假如传输的一组码元是1110、采用双极性码、经发送滤波器后变为升余弦波形所示。经过信道后产生码间串扰，前3个“1”码的拖尾相继侵入到第4个“0”码的吋隙中,如图2所示。（三）、无码间串扰的基带传输特性一个好的基带传输系统，应该在传输有用信号的同吋能尽量抑制码间串扰和噪声。为便于讨论，先忽略信道噪声，同时把基带传输系统模型作一简化，如图3所不。图3基带传输系统的简化图图中H

5、@）=Gt（q）C@）Gr（劲,为发送滤波器、信道、接收滤波器之总和，是整个系统的基带传输特性。如果无码间串扰，系统的冲激响应满足:1,k=00,k为其它整数h(kTJ=〈即抽样时刻(R=0点)除当前码元有抽样值之外，其它各抽样点上的取值均应为Oo根据频谱分析，可以写出/?("$)=2農H3"皿dco满足此式的H(s)就是能实现无码间串扰的基带传输函数。Ke~j^,HS刃zkd>也0,最简单的无码间串扰的基带传输函数是理想低通滤波器的传输特性图4理想低通滤波器的传输特性1、奈奎斯特(Nyquis

6、t)定理(奈奎斯特第一准则)当基带传输系统具有理想低通滤波器特性时，以截至频率两倍的速率传输数字信号，使其能消除码间串扰。Rb=2fc=丄TsN2、理想低通滤波器基带传输的特征参量(1)奈奎斯特带宽jtTBn=W/2tt=1711「27/(2)奈奎斯特速率Rb一2BN——fTs71(3)奈奎斯特间隔Ts=丄=丄(4)无码间串扰的理想低通系统的频带利用率〃=心/乐=2(Bd/Hz)2.理想低通滤波器的缺点（1）工程不易实现，滤波器截至特性不会做得狠陡。（2）接收吋对判断要求很严。（3）冲激响应衰减

7、慢，拖尾氏。（四）、滚降低通滤波器1.滚降低通滤波器特性例如图5（a）,这是一个具有升余弦滚降特性传递函数的低通滤波器,2龙7?Tji从图形上看是3个相邻段H（3・2〃久）、H（g）、H（q+2乃久）分别被移到（・“久,〃/久）区间（即把图c、d移至图b中）迭加，得到的HcqO）为一矩形如图e所示,此低通滤波器的带宽B=W/2tt=1/7；(Hz)当传输速率心(h)(c)32L2ttit(d)（£）ItTT图5升余弦滚降系统的时域响应图在实际中传输网络不可能是理想低通，通常采用满足几对称条件的滚

8、降低通图6升余弦滚降滤波器1.滚降因子a。为带宽的扩展量与奈奎斯特带宽WcZ比。a=—-。的特性：&越大抽样函数的拖尾振荡起伏越小、衰减越快。与理想低通相比，它付出的代价是带宽增加了一倍。此时系统的最高传码率虽然没变，但频带宽度己被扩展B=(1,Q在0—1之I可变化。可见，图示具有升余弦滚降传输特性的滤波器满足奈氏第一准则，其带宽B=(1+a)Bn=2B科=i/Ts(Hz.)传输速率Rr=i/r,(Bd)频带利用率〃=2=iBdIHz,1+a比理想低通滤波器的频带利用率低了一倍。三、实验内容1、