数字基带传输系统
第六章数字基带传输系统
本章教学基本要求：
掌握：1. 几种常用传输码型的编码方案
2. 无码间干扰时域、频域条件
3. 会判断、会画基带信号波形图
理解：数字基带信号频谱特性
了解：眼图与时域均衡
本章核心内容：
一、数字基带传输系统基本结构
二、数字基带信号及其频谱特性
三、基带传输的常用码型
四、基带脉冲传输与无码间干扰条件
五、无码间干扰基带系统性能分析指标及眼图
重点：常用三元码及编码规则；奈奎斯特第一准则第一类部分响应系统；二元码的误比特率；眼图各部分的含义及理解；均衡的基本原理及分类
难点：HDB3的编码规则；无码间干扰的传输条件；部分响应系统的预编码；二元码的误比特率的求解；
学时安排：6学时
引言：一个数字通信系统的模型可由图6-1-1表示。
6-1-1 数字通信系统模型
从消息传输角度看，该系统包括了两个重要的变换:
1 消息与数字基带信号之间的变换；
2 数字基带信号与信道信号之间的变换。
通常，前一个变换由发收终端设备来完成，它把无论是离散的还是连续的消息转换成数字的基带信号；而后一变换则由调制和解调器完成。然而，在数字通信中并非所有通信系统都要经过以上两个变换过程，在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，可以不经过调制和解调过程而让数字基带信号直接进行传输，我们称之为数字信号的基带传输。与此相应，另外一些信道，比如在无线信道和光信道中，数字基带信号则必须经过调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输，我们把这种传输称为数字信号的频带传输。
§6.1 数字基带信号的码型
一、数字基带信号
消息代码的电波形
二、数字基带信号码型设计原则
传输码型的选择，主要考虑以下几点：
(1) 码型中低频、高频分量尽量少；
(2) 码型中应包含定时信息，以便定时提取；
(3) 码型变换设备要简单可靠；
(4) 码型具有一定检错能力，若传输码型有一定的规律性，则就可根据这一规律性来检测传输质量，以便做到自动监测
(5) 编码方案对发送消息类型不应有任何限制，适合于所有的二进制信号。这种与信源的统计特性无
关的特性称为对信源具有透明性；
(6) 低误码增殖； (7) 高的编码效率。
三、常用二元码型
(1) 单极性二进制：不归零（NRZ ）；归零（RZ ）
(2) 双极性二进制：不归零；归零
(3) 差分波形：电位改变“1”，不变“0”
(4) 多值波形
四、三元码
（一）、AMI 码 ：码即传号交替反转码。
1、编码规则:
消息代码中的0 传输码中的0
消息代码中的1 传输码中的+1、-1交替
例如:
消息代码:1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1
AMI 码: +1 0 -1 0 +1 0 0 0 -1 0 +1 -1 +1
2、AMI 码的特点:
(1) 由AMI 码确定的基带信号中正负脉冲交替，而0电位保持不变;所以由AMI 码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量;
(2) 不易提取定时信号，由于它可能出现长的连0串。
3、解码规则
从收到的符号序列中将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。
（二） HDB 3码
HDB 3码即三阶高密度双极性码。
1、编码规则:
(1) 先将消息代码变换成AMI 码，若AMI 码中连0的个数小于4,此时的AMI 码就是HDB 3码;
(2 )若AMI 码中连0的个数大于4,则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一个非0符号(+1或-1)同极性的符号,用V 表示(+1+V,-1-V);
(3 )为了不破坏极性交替反转，当相邻V 符号之间有偶数个非0符号时，再将该小段的第1个0变换成＋B 或-B,B 符号的极性与前一非符号的相反，并让后面的非零符号从V 符号开始再交替变化。 例如:
消息代码:1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1
AMI 码: +1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 +1 -1 0 0 0 0 +1 -1
HDB 3码：+1 0 0 0 +V -1 0 0 0 -V +1 -1 +V 0 0 +V -1 +1
2、HDB 3码的特点:
(1) 由HDB 3码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量;
(2) HDB 3中连0串的数目至多为3个，易于提取定时信号。
(3) 编码规则复杂，但译码较简单。
3、解码规则
(1)从收到的符号序列中找到破坏极性交替的点V ，可以断定V 符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连码;
(2)再将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。
§6.2 数字基带信号的功率谱
设一个二进制的随机脉冲序列如图6-2-1所示。我们用g1(t)表示二进制符号1,g0(t)表示二进制符号0, 码元宽度为Ts 。 需要注意的是，图6-2-1中虽然把g1(t)、g0(t)都画成了高度不同的三角形脉冲，但实际上g1(t)和g0(t)可以是任意的脉冲。
图6-2-1 任意随机脉冲序列示意波形
基带二进制信号g(t)的一般表达式为
{出现
，以概率）出现，以概率（p nT t g p nT t g s s t g )(1)(12)(---=
下面我们来求基带信号g(t)的功率谱密度p(f)
因为基带信号g(t)为功率信号，其能量为无穷，所以不存在傅氏变换，我们根据功率谱密度的定义来求基带信号g(t)的功率谱密度p(f)。
截取g(t)的一段g T (t)，设截短时间为T=(2N+1)Ts ，则有
?
??=≤2)(0)(T t t g T t g ，，其他 则, ∑-=--+-=
N N n s s T nT t g p nT t pg t g )]()1()([)(21
令)()(w G t g T T ?,，则根据功率谱密度的定义，基带信号g(t)的功率谱密度P(f)为
T G E f P T T ]
)([lim )(2ω∞→=
我们把g T (t)看成是由一个由稳态分量和一个交变分量组成的，我们称a(t)为其稳态分量，称u(t)为随机过程的交变分量。
一、周期信号a(t)的功率谱P a (f)
，此为离散谱。
∑?∑∞-∞=--=∞-∞=-=
-+=--+-=
n s n a s s s nt f j T T s s s n n t jnw n nf f a f P nf G p nf pG f dt e nT t g p nT t pg T a e a t a s s s s )()()]()1()([)()1()]([1)(22122/2
/21δπ 二、交变分量u(t)的功率谱P u (f) s T T T T T u T f G f G p p T U U E T U E f P 1)()()1()]()([lim ]
)([lim )(221*
2--===∞→∞→ωωω,此为连续谱。 三、基带信号g(t)的功率谱P(f)
)()()(f P f P f P u a +=
四、结论
1、g1(t)和g2(t)不能完全相同，故连续谱P u (f)总是存在的。
2、对于单极性不归零码：有直流成分；无离散谱，即无定时信息；B=f s ；
3、单极性归零码：有直流成分；有离散谱，有定时信息；B=2f s ；
4、双级性码：等概出现时无离散谱，也就是说这种码没有直流分量和定时分量；经全波整流后可变换成单极性码。
§6.3 无码间串扰的传输波形
一、基带信号的典型模型
∑∞
-∞=-n s n nT t a )(δ T(w) C(w) R(w) s(t) 二、基带信号的传输过程
将发送滤波器、信道以及接收滤波器结合在一起看成基带形成滤波器，则起传输函数为： ?∞
∞-==：
则滤波器的输出波形为,)(21
)(),()()()(ωωπωd e S t h w R w C w T w S t j ∑∞-∞=+-=
n C s T n t n nT t h a t s )()()(，
对s(t)进行抽样就可以确定a k 的值，再生判决电路的抽样时刻一般是在0t kT s +，则在该时刻的值为： )
(])[()()()()(00000t kT n t T n k ah t h a t kT n nT t kT h a t kT s s C k
n s T n n o s C s s T n s +++-+=++-+=+∑∑≠ 上式右边第二项是接收信号中除地k 个以外所有基本波形在此时刻上的总和，该值称为码间干扰。
判决规则，假定判决门限为V
则，”；则判为“”；
则判为“0,)(1,)(00V t kT s V t kT s s s <+≥+
三、无码间串扰的传输特性
)()0()(s C n s kT n h a kT s +=
也就意味着，{0
1,0)(==t t h ，其他
?∞
∞-==,)(21
)(),()()()(ωωπωd e S t h w R w C w T w S t j
若把积分区间分成若干小段，每段的长度为2П/T ，则有
ωπωπωωπωππππωd e T
n S d e S kT h kT j T n T n n T T kT j n ?∑?∑+-∞-∞=-∞-∞=+==/)12(/)12(//)2(21)(21)( 一准则。该条件即为奈奎斯特第,,)2(∑∞-∞=≤≤-=+n T
T T T n w S πωππ
物理意义：基带系统的传输特性沿
轴平移再相加起来，在区间叠加的结果为一条水平直线，即为一固定数值。
四、无码间串扰的传输波形
（一） 理想低通信号
)()(T t
Sa t h π=
若发送码元间隔为T ，则接受端在
t=nT 时抽样就能达到无码间干扰。
频带利用率
Hz B B
R s s /2,高频带利用率为故该理想低通系统的最传输带宽码元传输速率==η 其中，系统的频率宽度1/2T 称为奈奎斯特带宽，T 为奈奎斯特间隔。
（二） 升余弦滚降信号
理想低通传输特性是我们所追求的网络特性，它不
仅消除码间干扰，而且能够达到性能极限，然而它是
非物理可实现的。由网络理论可知，若对理想低通的
锐截止特性进行适当?quot;圆滑"(通常称为滚降)，即
把锐截止变成缓慢截止，这样的滤波器就是物理可实
现的。
滚降系数定义：
此时H （f ）的带宽为 B= fH + fr 。 α的数值大小，
表示滤波器截止特性的"圆滑"程度,即过渡带的大小,
如图5.5-4所示。
问题：这样的滤波特性是否仍然具有无码间干扰的输
出响应？
结论：可以证明，滚降特性可以看成是理想低通和另
一具有传递函数为Y(f)的网络所合成，如图5.5-4所
示。只要Y(f)有对 fH 呈奇对称振幅特性则由Y(f)和
理想低通合成的H(f)就一定具有无码间干扰的输出响
应，其条件仍是以1/2 fH 秒的间隔输入激励脉冲。
此时的频带利用率为
αη+=12
我们也可以发现：当Y(f)关于fH 奇对称时,则H(f)叠加后为非理想低通传输特性。我们将这种特性称为等效理想低通特性。
目前常用的滚降特性有两种：
(1) 直线滚降和余弦(正弦)滚降。[Y(f)为直线特性或余弦特性];(2) 余弦（或正弦）滚降。
例题：余弦滚降(即升余弦特性
)
求：（1） H(ω)是否符合滚降条件？（2） H(ω)的滚降系数；（3） 无码间干扰传输时，码元最高传输速度。
解：
（1） H(ω)的波形如图5.5-5所示。满足等
效低通特性，所以符合滚降条件。
（2）
根据奈奎斯特第一准则，
讨论：在时域，
余弦滚降时的冲激响应经整理，
图5.5-5 H(ω)的波形
显然，余弦滚降的时域信号不仅满足无码间干扰的条件，而且“拖尾”衰减要快于理想低通的，但是其频带利用率低于理想低通。
本节主要围绕码间干扰进行了讨论,要求掌握:
(1)码间干扰的产生机理(基带传输特性不理想);
(2)如何消除码间干扰;
将基带系统设计成理想低通或等效理想低通的形式,且码元速率为带宽或等效带宽的二倍。
(3)给出基带传输特性,判断是否存在码间干扰。
§6.4 部分响应基带传输系统
一、问题的提出
总结：根据前面的讨论已知,为了消除码间干扰，?必须将基带系统的总传输特性H(ω)设计成理想低通特性或者等效理想低通的形式。
(1)理想低通，冲激响应为sinx/x 形状。?优点:能达到理论上的极限传输速率２波特/赫。缺点:它是非物理可实现的。
为了克服这个缺点，于是又提出了等效理想低通。
(2)等效理想低通特性
优点:物理可实现。 缺点:传输效率低,不能达到极限频率传输速率。
问题：能否找到一种频带利用率既高，又物理可实现的传输函数呢？
答案：部分响应系统！部分响应系统的出发点与前面的考虑完全相反，它不是千方百计地消除码间干扰，而是有意识的利用码间干扰，使传输速率达到极限。
奈奎斯特第二准则：有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间干扰，而在其余码元的抽样时刻无码间干扰，那么就能使频带利用率提高到理论上的最大值，同时可以降低对定时精度的要求。通常把这种波形称为部分响应波形。
利用部分响应波形进行信息传送的基带传输系统称为部分响应系统。
二、第一类部分响应
让两个时间间隔为T 的sinx/x 波形相加,?如图所示,?相加后的波形为
p(t)
其中 Sa(x)=sinx/x 。该波形即为第一类部分响应的波形。
若式中fH 为奈奎斯特频带，码元间隔为T ，则合成波形为： )2()2(sin )2()2(sin
)(T t T T t T T t T T t T t p --+++=ππππ
频域波形如上图所示。显然由于P （ω）不满足等效低通的条件，所以存在码间干扰。
g(t)波形的有以下特点：
若取样点选在被形成波形的顶部(峰值点),将出现码间干扰,(?前后码元在本码元的峰值点不为０)；但是，如果抽样判决时刻并不选在最大值点处，而是选在符号的过渡点上如t=0,?那么除了前一相邻码元对判决有影响外,?其它码元在此都没有影响。?这时,发送码元的间隔仍为T 。T ＝1/2fH,即信号仍以奈氏速率进行传输(仍能达到极限传输速率)。
对于码元a0，取样时刻定在0，那么判决值实际上是前一码元与本码元的和，即
当an 为二进制码元时，状态为0和1，此时ck 的输出有三种状态0，1和2。
显然，在判决时，若已知ak-1,从ck 中减去ak-1，即得ak 。
出现的问题：错误传播。虽然这种判决方法在理论上是可行的,?但只要中途的一个码元发生错误,错误将会传播,相继影响以后的码元。这在应用中受到了限制。
克服方法：预编码。如果对输入传输系统的原始信息进行预编码，然后再把编码后的码元经过该系统传输，不但可以避免错误传播，还能使接收系统比较简单。
三、解决过渡点判决的问题 ── 预编码
仍以二进制传输系统为例说明预编码的规则。设：输入二进制码元序列为{ak},
1、 预编码规则
1-⊕=k k k b a b
这种编码方式称为差分编码,即将绝对码变为相对码。
bk 经过第一类部分响应系统传输后，再判决；
1-+=k k k b b c ，称此为相关编码。
2、 译码
从接收端接收判决到的ck 中如何恢复ak?
根据第一类部分响应特性，有判决方法：
注意：原始信号ak 为二进制信号，仅有两个状态0，1；
经过预编码之后bk 仍为二进制信号，仅有两个状态0，1；
但是经过系统传输、判决后ck 却有3个状态0，1，2。
采用预编码不但可以消除差错传播，还可以使接收端比较简单，现以一个二进崐制传输系统为例来说明。 例{an) ＝ 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 …
{bn} ＝ 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 …
{cn} ＝ 1 1 0 0 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 …
{an} ＝ 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 …
3、预编码的优点
（1）避免了差错传播
（2）具有一定的检错能力。
原因：{ck}有一定的规律性：
（1） 当ak 相邻的两个0之间1的个数为奇数时，ck 一定取不同的电平；
（2） 当ak 相邻的两个0之间1的个数为偶数时，ck 一定取相同的电平；
四、部分响应系统的推广
现在我们把上述例子推广到一般的部分响应系统中去。第一类部分响应系统是将两个时间间隔为Ts 的 Sa(x)相加；推广到N 个时间间隔为T 的 Sa(x)相加；有
)])1(([)]2([)]([)()(321T N t T
Sa R T t T Sa R T t T Sa R t T Sa R t g N --++-+-+=π
πππ 其中R1、R2,…,RN 为n 个冲激响应波形的加权系数，其取值可为正、负整数（包括取０值）。 可得p(t)的频谱函数G(ω)为
P(ω)在频域(-π/Ts ，π/Ts)内才有非零值。
根据加权系数Rm(m=1,2,…,N)的取值不同，将会有不同的相关编码形式。若社输入序列为bk,则
显然，ck的电平值的数量依赖于bk的进制数L和Rm(m=1,2,…,N)的取值，一般情况下，ck的电平数量将超过bk的进制数。
为了能够从ck中得到消息信号ak，在系统的发送端要进行预编码过程，
根据公式（5.6-14）,完成对信息码ak进行预编码的过程。
在接收端，对判决输出的ck进行模L处理，即可得到消息信号ak。
此时不存在错误传播问题,而且接收端的译码也十分简单。
§6.5 无码间干扰基带传输系统的抗噪性能
前一节中讨论了无噪声影响时能够消除码间干扰的基带传输特性。本节中，我们讨论无码间干扰的基带传输系统叠加噪声后的抗噪声性能。
基带传输系统在无码间干扰又无噪声的情况下，通过抽样判决电路就能够没有差错地恢复出原始的基带信号。但是当存在加性噪声时，即使无码间干扰，判决电路也不能够保证无差错地恢复出原始的基带信号。图6-5-1分别给出了无噪声及有噪声时判决电路的输入波形。
图6-5-1 无噪声时判决电路的输入波形
此时的判决门限为0电平，抽样判决规则为：抽样值大于0电平时，判为"1";
抽样值小于0电平时，判为"0"。
从图中可以看出，无噪声时能够恢复出原发送的基带信号，有噪声时就可能出现判决错误。
一、二元码无码间干扰的传输过程
基带脉冲{an}经成形网络后的接收波形r(t)=s(t)+n(t)；再生判决器将r(t)进行抽样判决：
若，发送的为单极性不归零码，且用其幅度0、A分别表示信码0、1。则抽样值
r(kT)=A+n(kT) 或r(kT)= n(kT)
当判决门限为d时，则有：r(kT)≥d时判为“1”，反之则判为“0”。
最佳判决门限电平：总误码率最小的判决门限电平。
二、二元码的误比特率
噪声n(t)的幅度概率密度函数为：
2
)
2
/(0
,
2
1
)
(2
2σσ
π
σ，均方值为
其中均值为
n
e
n
p-
=
对于单极性信号，在一个码元时间内，抽样判决器输入端的波形：
{”码
发“”码，发“1),(0)()(t n A t n t r +=
因此当发送幅度为A 时，混合波形的幅度赶率密度函数为：)2/(12221)(σσ
π）（A r e r p --=
当发送幅度为0时，混合波形的幅度赶率密度函数为：
)2/(02221)(σσπr e r p -=
其概率密度函数如图：判决门限为d 。
设0码误判为1码的概率为Pb0,1码误判为0码的概率为Pb1;则：
dr e p r d b )2/(02221σσπ-∞?
= dr e p A r d
b )2/(12
221
σσπ）（--∞-?= 因此总的误比特率为：1100b b b P P P P P += 判决门限的确定：0=dd dP b ，且认为1、0等概，因此d=A/2.故dr e p r d b )2/(2221σσπ-∞?=
)2()(σ
σA Q d Q P b == 三、单极性NRZ 码
信号功率S=A 2/2；噪声功率N=2σ；信噪比22
2σA N S =，故误比特率）（N
S Q A Q P b 2)2(==σ 四、双极性NRZ 码
）（N
S Q A Q P b ==)2(σ §6.6 眼图
在实际信道中，传输特性总是偏离理想情况。特别是信道特性不完全确定时，得不到定量分析方法。 在实际工作中，常用示波器来观察接收信号波形以判决系统的传输质量，其方法是把示波器的扫描周期调整到码元间隔T 的整数倍。在这种情况下，示波器荧光屏上就能显示出一种由多个随机码元波形所共同形成的稳定图形，类似于人眼，因此称为眼图。
图6-6-1所示即为二电平数据信号的眼图。图中示波器的扫描周期调整到4T ，因此显示图象似睁开的四只眼。当示波器的扫描频率与信号速率同步，又不存在码间干扰和噪声时，利用示波器的余辉作用，每
次重叠上去的迹线和原来的完全重合，示波器上的迹线很细，很清晰。对于多电平信号，其眼图将是若干排平行的眼孔。
当传输存在码间干扰和噪声时，每次迹线将不能完全重合，因而在示波器上的迹线将加宽，从而使眼孔变小，说明传输质量下降。
图6-6-1 眼图示意
为了分析符号间干扰和噪声对传输质量的影响，将眼图模型化，并指出它与系统性能的关系，如图6-6-2所示：
图6-6-2 眼图模型
从图中得到以下的分析：
1.对接收波形的最佳取样时刻应出现在眼的最张开处；
2.眼孔随取样时刻变化而改变其闭合的程度，表示系统对定时误差的灵敏度，也就是眼图上边（或下
边）的两条人字形斜线收得越拢，灵敏度越高，对系统的影响越大；
3.噪声边际或噪声容限是由取样时刻（不一定是最佳时刻）距离判决门限最近的迹线到判决门限的距
离所决定；
4.有些接收机的定时标准是从通过判决门限点的平均位置决定的，这时过判决门限点的失真越大，对
定时标准的提取越不利；
5.眼图上、下横区中较高的高度代表最佳取样时刻的信号失真。
通过上述五个方面，可以掌握传输的基本质量。
§6.7 均衡
一、均衡的基本概念及分类
在基带传输中，除了噪声，符号间干扰是影响传输质量的主要因素。尽管在设计系统形成滤波器时是按照奈氏第一准则的要求，但是，在实际通信时，总的传输特性将会偏离理想特性，这就会引起符号间干扰，要克服这种偏离采用均衡。
均衡器又分为频域均衡器和时域均衡器。
1、均衡概念：对系统中的线性失真进行校正的过程称为均衡。
2、线性失真:包括以下两个方面：
（1）、振幅频率失真(衰减失真)（2）、相位失真(群迟延失真)
这些失真的主要危害是引起波形的畸变从而产生码间干扰。
频域均衡的思路：是利用幅度均衡器和相位均衡器来补偿传输系统的幅频和相频特性的不理想性，以达到所要求的理想形成波形，从而消除符号间干扰，是以保持形成波形的不失真为出发点的；
时域均衡的思路：是根据大多数高、中速数据传输设备的判决可靠性，都是建立在消除取样点的符号间干扰的基础上，并不要求传输波形的所有细节都与奈氏准则所要求的理想波形一致，利用接收波形本身来进行补偿，消除取样点的符号间干扰，提高判决的可靠性。消除判决时刻的码间干扰。
时域均衡是对信号在时域上进行处理，较之频域均衡更为直接和直观。本节主要讨论时域均衡的基本原理。
二、时域均衡的基本原理
目前时域均衡的常用方法是在基带信号接收滤波器R(w)之后插入一个横向滤波器，它由一条带抽头的延时线构成。抽头间隔等于码元周期，每个抽头的延时信号经加权后送入一个相加电路后输出。如图6-7-1所示。每个抽头的加权系数是可调的。
图6-7-1 横向滤波器
图中：Ts 表示一个满足无畸变条件的迟延线，且等于码元间隔,即在整个频率轴上的传递函数为一常数。○ 表示一个增益或衰减元件，从C-N 到CN 有(2N+1)个，每个这样的元件就叫做一个抽头，每个抽头的增益或衰减可以根据需要进行调节。
来自2N+1个抽头的信号相加之后输出为y(t)。
插入横向滤波器前的基带系统如图所示，假设其总的传输特性S(w)不满足奈奎斯特第一准则，即存在一定的码间干扰。如果在接收滤波器R(w)之后插入一个横向滤波器，其冲激响应为
式中，取决于，则理论上可以消除码间干扰。(证明)
图6-7-2 基带系统模型
是经过发、收最佳滤波和信道的形成波形。由于信道特性的不理想，使得不再是理想的形成波形，它在各奈氏取样的取值不再是零。
如果以表示的取样值，那么表示本符号（码元）的样值，表示的取样
值。而（式中的“＇”号表示不包含这一项）就表示码间干扰。
现分析横截滤波器的输出。根据线性系统的原理，很容易得出它的输出为：
对于时的取样值可简写成
时域均衡的目标：调整各增益加权系数使得除外在奈氏各取样点上的值均为零，即
，这就消除了码间干扰。
通信原理实验--数字基带传输仿真实验
数字基带传输实验 实验报告
一、实验目的 1、提高独立学习的能力； 2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力； 3、学习Matlab 的使用； 4、掌握基带数字传输系统的仿真方法； 5、熟悉基带传输系统的基本结构； 6、掌握带限信道的仿真以及性能分析； 7、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、系统框图及编程原理 1.带限信道的基带系统模型（连续域分析） ?输入符号序列―― ?发送信号―― ――比特周期，二进制码元周期 ?发送滤波器―― 或或 ?发送滤波器输出――
?信道输出信号或接收滤波器输入信号 （信道特性为1） ?接收滤波器―― 或或 ?接收滤波器的输出信号 其中 （画出眼图） ?如果位同步理想，则抽样时刻为 ?抽样点数值为（画出星座图） ?判决为 2.升余弦滚降滤波器 式中称为滚降系数，取值为, 是常数。时，带宽为Hz；时，带宽为Hz。此频率特性在内可以叠加成一条直线，故系统无码间干扰传输的最小符号间隔为s，或无码间干扰传输的最大符号速率为Baud。
相应的时域波形为 此信号满足 在理想信道中，，上述信号波形在抽样时刻上无码间干扰。 如果传输码元速率满足，则通过此基带系统后无码间干扰。 3.最佳基带系统 将发送滤波器和接收滤波器联合设计为无码间干扰的基带系统，而且具有最佳的抗加性高斯白噪声的性能。 要求接收滤波器的频率特性与发送信号频谱共轭匹配。由于最佳基带系统的总特性是确定的，故最佳基带系统的设计归结为发送滤波器和接收滤波器特性的选择。 设信道特性理想，则有
（延时为0） 有 可选择滤波器长度使其具有线性相位。 如果基带系统为升余弦特性，则发送和接收滤波器为平方根升余弦特性。 由模拟滤波器设计数字滤波器的时域冲激响应 升余弦滤波器（或平方根升余弦滤波器）的带宽为，故其时域抽样速率至少为，取，其中为时域抽样间隔，归一化为1。 抽样后，系统的频率特性是以为周期的，折叠频率为。故在一个周期内 以间隔抽样，N为抽样个数。频率抽样为，。 相应的离散系统的冲激响应为 将上述信号移位，可得因果系统的冲激响应。 5．基带传输系统（离散域分析） ?输入符号序列―― ?发送信号―― ――比特周期，二进制码元周期 ?发送滤波器――
数字基带传输系统仿真实验
数字基带传输系统仿真实验 一、系统框图 一个数字通信系统的模型可由下图表示: 信源信道数字信源编码器调制器编码器 数字信源噪声信道 信道数字信源信宿译码器解调器译码器 数字信宿编码信道 数字通信系统模型 从消息传输角度看，该系统包括两个重要的变换，即消息与数字基带信号之间的变换;数字基带信号与信道传输信号之间的变换。 在数字通信中，有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。称为基带传输系统。与之对应，把包括了载波调制和解调过程的传输系统称为频带传输系统。无论是基带传输还是频带传输，基带信号处理是必须的组成部分。因此掌握数字基带传输的基本理论十分重要，它在数字通信系统中具有普遍意义。 二、编程原理 1. 带限信道的基带系统模型(连续域分析) X(t) y(t) {}a, 输入符号序列―― l L,1
dtatlT()(),,,T, 发送信号―― ――比特周期，二进制,lbbl,0 码元周期 ,jft2,, 发送滤波器―― G(),或Gf()或gtGfedf()(), TT,TT,, , 发送滤波器输出―― L,1 xtdtgtatlTgt()()*()()*(),,,,,TlbTl,0 L,1 =()agtlT,,lTsl,0 , 信道输出信号或接收滤波器输入信号 (信道特性为1) ytxtnt()()(),， ,jft2,G(),Gf()gtGfedf()(),, 接收滤波器―― 或或 RR,RR,, , 接收滤波器的输出信号 rtytgtdtgtgtntgt()()*()()*()*()()*(),,，RTRR ,1L ()(),,，agtlTnt,lbR,0l ,jft2,gtGfCfGfedf()()()(), 其中 ,TR,, (画出眼图) lTlL,,, 01, 如果位同步理想，则抽样时刻为 b rlTlL() 01,,,, 抽样点数值为 (画出星座图) b ,{}a, 判决为 l 2. 升余弦滚降滤波器 (1),,,Tf,||,s,T2s, ,TT1(1)(1),,，，，,,,,ss Hfff()1cos(||),||,，,,,,,,TTT2222，，,ss,
通信原理 数字基带传输实验报告
基带传输系统实验报告 一、 实验目的 1、 提高独立学习的能力； 2、 培养发现问题、解决问题和分析问题的能力； 3、 学习matlab 的使用； 4、 掌握基带数字传输系统的仿真方法； 5、 熟悉基带传输系统的基本结构； 6、 掌握带限信道的仿真以及性能分析； 7、 通过观察眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、 实验原理 在数字通信中，有些场合可以不经载波调制和解调过程而直接传输基带信号，这种直接传输基带信号的系统称为基带传输系统。 基带传输系统方框图如下： 基带脉冲输入 噪声 基带传输系统模型如下： 信道信号 形成器 信道 接收 滤波器 抽样 判决器 同步 提取 基带脉冲
各方框的功能如下： （1）信道信号形成器（发送滤波器）：产生适合于信道传输的基带信号波形。因为其输入一般是经过码型编码器产生的传输码，相应的基本波形通常是矩形脉 冲，其频谱很宽，不利于传输。发送滤波器用于压缩输入信号频带，把传输 码变换成适宜于信道传输的基带信号波形。 （2）信道：是基带信号传输的媒介，通常为有限信道，如双绞线、同轴电缆等。信道的传输特性一般不满足无失真传输条件，因此会引起传输波形的失真。另 外信道还会引入噪声n（t），一般认为它是均值为零的高斯白噪声。 （3）接收滤波器：接受信号，尽可能滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。 （4）抽样判决器：在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。 （5）定时脉冲和同步提取：用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接收信号中提取。 三、实验内容 1采用窗函数法和频率抽样法设计线性相位的升余弦滚讲的基带系统(不调用滤波器设计函数,自己编写程序) 设滤波器长度为N=31，时域抽样频率错误!未找到引用源。o为4 /Ts，滚降系数分别取为0.1、0.5、1， （1）如果采用非匹配滤波器形式设计升余弦滚降的基带系统，计算并画出此发送滤波器的时域波形和频率特性，计算第一零点带宽和第一旁瓣衰减。 （2）如果采用匹配滤波器形式设计升余弦滚降的基带系统，计算并画出此发送滤波器的时域波形和频率特性，计算第一零点带宽和第一旁瓣衰减。 （1）非匹配滤波器 窗函数法： 子函数程序： function[Hf,hn,Hw,w]=umfw(N,Ts,a)
通信原理第四章(数字基带传输系统)习题及其答案
第四章（数字基带传输系统）习题及其答案 【题4－1】设二进制符号序列为110010001110，试以矩形脉冲为例，分别画出相应的单极性码型，双极性码波形，单极性归零码波形，双极性归零码波形，二进制差分码波形。 【答案4－1】 【题4－2】设随机二机制序列中的0和1分别由()g t 和()g t -组成，其出现概率分别为p 和(1)p -： 1）求其功率谱密度及功率； 2）若()g t 为图（a ）所示的波形，s T 为码元宽度，问该序列存在离散分量 1 s f T =否？ 3）若()g t 改为图（b ）所示的波形，问该序列存在离散分量 1 s f T =否？
【答案4－2】 1）随机二进制序列的双边功率谱密度为 2 2 1212()(1)()()[()(1)()]() s s s s s s m P f P P G f G f f PG mf P G mf f mf ωδ∞ -∞=--++--∑ 由于 12()()()g t g t g t =-= 可得： 2 2 22 ()4(1)()(12) ()() s s s s s m P f P P G f f P G mf f mf ωδ∞ =-∞ =-+--∑ 式中：()G f 是()g t 的频谱函数。在功率谱密度()s P ω中，第一部分是其连续谱成分，第二部分是其离散谱成分。 随机二进制序列的功率为 2 2 2 2 2 2 22 1()2 [4(1)()(12)()()] 4(1)()(12)() () 4(1)()(12)() s s s s s m s s s s m s s s m S P d f P P G f f P G mf f mf df f P P G f df f P G mf f mf df f P P G f df f P G mf ωω π δδ∞ ∞ ∞ ∞∞ =-∞ ∞ ∞ ∞ ∞∞ =-∞∞ ∞ ∞ =-∞ = =-+ --=-+ --=-+-? ∑ ?∑ ?? ∑ ?－－－－－ 2）当基带脉冲波形()g t 为 1 (){2 0 else s T t g t t ≤= ()g t 的付式变换()G f 为
实验九 数字基带通信系统实验
姓名：班级学号：47 实验九数字基带通信系统实验 一、实验目的 1.掌握时分复用数字基带通信系统的基本原理及数字信号传输过程 2.掌握位同步信号抖动、帧同步信号错位对数字信号传输的影响 3.掌握位同步信号、帧同步信号在数字分接中的作用 二、实验内容 1.用数字信源、数字终端、位同步及帧同步连成一个理想信道时分复用数字基带通 信系统，使系统正常工作。 2.观察位同步信号抖动对数字信号传输的影响。 3.观察帧同步信号错位对数字信号传输的影响。 4.用示波器观察分接后的数据信号、用于数据分接的帧同步信号、位同步信号。 三、基本原理 本实验使用数字信源模块(EL-TS-M6)和数字终端、位同步及帧同步模块(EL-TS-M7)。 1. 数字终端模块工作原理： 原理框图如图7-1所示。它输入单极性非归零信号、位同步信号和帧同步信号，把两路数据信号从时分复用信号中分离出来，输出两路串行数据信号和两个8位的并行数据信号。两个并行信号驱动16个发光二极管，左边8个发光二极管显示第一路数据，右边8个发光二极管显示第二路数据，二极管亮状态表示“1”，熄灭状态表示“0”。两个串行数据信号码速率为数字源输出信号码速率的1/3。 在数字终端模块中，有以下测试点及输入输出点： ? FS-IN 帧同步信号输入点 ? S-IN 时分复用基带信号输入点 ? BS-IN 位同步信号输入点 ? SD 抽样判决后的时分复用信号测试点 ? BD 延迟后的位同步信号测试点 ? FD 整形后的帧同步信号测试点 ? D1 分接后的第一路数字信号测试点 ? B1 第一路位同步信号测试点 ? F1 第一路帧同步信号测试点
通信原理------数字基带传输实验报告
基带传输系统实验报告 一、实验目的 1、提高独立学习的能力； 2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力； 3、学习matlab的使用； 4、掌握基带数字传输系统的仿真方法； 5、熟悉基带传输系统的基本结构； 6、掌握带限信道的仿真以及性能分析； 7、通过观察眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、实验原理 在数字通信中，有些场合可以不经载波调制和解调过程而直接传输基带信号，这种直接传输基带信号的系统称为基带传输系统。 基带传输系统方框图如下： 基带传输系统模型如下：
各方框的功能如下： （1）信道信号形成器（发送滤波器）：产生适合于信道传输的基带信号波形。因为其输入一般是经过码型编码器产生的传输码，相应的基本波形通常是矩形脉 冲，其频谱很宽，不利于传输。发送滤波器用于压缩输入信号频带，把传输 码变换成适宜于信道传输的基带信号波形。 （2）信道：是基带信号传输的媒介，通常为有限信道，如双绞线、同轴电缆等。信道的传输特性一般不满足无失真传输条件，因此会引起传输波形的失真。另 外信道还会引入噪声n（t），一般认为它是均值为零的高斯白噪声。 （3）接收滤波器：接受信号，尽可能滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。 （4）抽样判决器：在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。 （5）定时脉冲和同步提取：用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接收信号中提取。 三、实验内容 1采用窗函数法和频率抽样法设计线性相位的升余弦滚讲的基带系统(不调用滤波器设计函数,自己编写程序) 设滤波器长度为N=31，时域抽样频率Fo为 4 /Ts，滚降系数分别取为、、1，
通信原理课程设计 基于MATLAB的数字基带传输系统的研究和分析讲解
塔里木大学信息工程学院通信原理课程设计 2016届课程设计 《基于MATLAB的数字基带传输系统的研究与分 析》 课程设计说明书 学生姓名 学号 所属学院信息工程学院 专业通信工程 班级通信16-1 指导教师蒋霎
塔里木大学教务处制 摘要 本论文主要研究了数字信号的基带传输的基本概念及数字信号基带传输的传输过程和如何用MATLAB软件仿真设计数字基带传输系统。本文首先介绍了本课题的理论依据，包括数字通信，数字基带传输系统的组成及数字基带信号的传输过程。接着介绍了数字基带传输系统的特性包括数字PAM信号功率普密度及常用线路码型，并通过比较最终选择双极性不归零码。然后介绍了MATLAB仿真软件。之后介绍了数字基带信号的最佳接收的条件以及如何通过示波器观察基带信号的波形。最后按照仿真过程基本步骤用MATLAB的仿真工具实现了数字基带传输系统的仿真过程，对系统进行了分析。 关键字：数字基带传输系统MATLAB 计算机仿真；
目录 1.前言 0 2.正文 0 2.1数字基带传输系统 0 2.2 数字基带信号 (1) 2.2.1基本的基带信号波形 (1) 2.2.2基带传输的常用码型 (2) 2.3实验原理 (5) 2.3.1数字通信系统模型 (5) 2.3.2数字基带传输系统模型 (5) 3.1MATLAB软件简介 (6) 3.1．1软件介绍 (6) 3.1.2 Matlab语言的特点 (7) 4.1实验内容 (7) 4.1.1理想低通特性 (8) 4.1.2余弦滚降特性 (8) 4.1.3 Matlab设计流程图 (9) 4.1.4余弦滚降系基于matlab的程序及仿真结果 (9) 致谢 (12) 参考文献 (13) 附录 (14)
基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真-课程设计报告书
通信工程专业《通信仿真综合实践》研究报告 基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真设计 学生：*** 学生学号：20***** 指导教师：** 所在学院：信息技术学院 专业班级：通信工程 中国 2016 年 5月
信息技术学院 课程设计任务书 信息技术院通信工程专业 20** 级，学号 201***** **** 一、课程设计课题： 基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真设计 二、课程设计工作日自 2016 年 5 月 12 日至 2016 年 5 月 24 日 三、课程设计进行地点：图书馆 四、程设计任务要求： 1.课题来源: 指导教师指定题目 2.目的意义:. 1）综合应用《掌握和精通MATLAB》、《通信原理》等多门课程知识，使学生建立通信系统的整体概念 2）培养学生系统设计与系统开发的思想 3）培养学生独立动手完成课程设计项目的能力 3.基本要求: 1) 数字基带信号直接送往信道： 2）传输信道中的噪声可以看作加性高斯白噪声 3）可用滤波法提取定是信号 4）对传输系统要有清楚的理论分析 5）把整个系统中的各个子系统自行构造，并对其性能进行测试 6）最终给出信号的仿真结果（信号输出图形） 课程设计评审表
基于MATLAB 的数字基带传输系统的仿真 概述 ：本课程设计主要研究了数字信号的基带传输的基本概念及数字信号基带传输的传输过程和如何用MATLAB 软件仿真设计数字基带传输系统。首先介绍了本课题的理论依据及相关的基础知识，包括数字基带信号的概念，数字基带传输系统的组成及各子系统的作用，及数字基带信号的传输过程。最后按照仿真过程基本步骤用MATLAB 的仿真工具实现了数字基带传输系统的仿真过程，对系统进行了分析。 第一部分 原理介绍 一、数字基带传输系统 1）数字基带传输系统的介绍 未经调制的数字信号所占的频谱是从零频或很低频率开始,称为数字基带信号。在某些具有低通特性的有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下,基带信号可以不经载波调制而直接传输。这种不经载波调制直接传输数字基带信号的系统，称为数字基带传输系统。 数字基带系统的基本结构可以由图1 的模型表示.其中包括发送滤波器、传输信道、接收滤波器、抽样判决等效为传输函数为H (w) 基带形成网络,对于无码间干扰的基带传输系统来说, H (w) 应满足奈奎斯特第一准则, 在实验中一般取H (w) 为升余弦滚降特性.在最佳系统下, 取C(w) = 1,GT (w) 和GR(w) 均为升余弦平方根特性.传输信道中的噪声可看作加性高斯白噪声, 用产生高斯随机信号的噪声源表示. 位定时提取电路,在定时精度要求不高的场合, 可以用滤波法提取定时信号,滤波法提取位定时的原理可用图2表示。 图1 基带传输系统模型 设发送滤波器的传输特性 , 则 ω ωπ d e H t g jwt R ? ∞ ∞ -= )(21 )()(ωT G
数字基带系统实验一总结报告
实验一基带传输系统实验 目录： 一、实验目的 (2) 二、实验原理 (2) 三、实验内容 (3) （一）因果数字升余弦滚降滤波器设计 (3) 1) 窗函数法设计非匹配形式的基带系统的发送滤波器 (3) 2) 频率抽样法设计匹配形式的基带系统的发送滤波器 (5) 3) 非匹配形式下窗函数设计法和匹配模式下频率抽样法设计的滤波器第一零点带 宽和第一旁瓣衰减 (7) （二）根据离散域基带系统模型，设计无码间干扰的二进制数字基带传输系统 (7) （三）非匹配模式和匹配模式的无码间干扰的数字基带传输系统测试 (10) 1) 非匹配滤波器无加性噪声系统 (10) 2) 非匹配滤波器和匹配滤波器加加性噪声系统 (12) 四、实验心得 (15) 指导老师：马丕明 班级：通信一班 姓名：石恬静201100120172 蒋金201100120222
一、实验目的 1、 提高独立学习的能力； 2、 培养发现问题、解决问题和分析问题的能力； 3、 学习matlab 的使用； 4、 掌握基带数字传输系统的仿真方法； 5、 熟悉基带传输系统的基本结构； 6、 掌握带限信道的仿真以及性能分析； 7、 通过观察眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、实验原理 数字通信系统的模型如下图所示： 在数字通信中，有些场合可以不经载波调制和解调过程而直接传输基带信号，这种直接传输基带信号的系统称为基带传输系统。 带限信道的数字基带传输系统的传输模型为： 发送滤波器 传输信道 接收滤波器 输入符号序列 {a }l ，其取值为1或-1；每隔一个比特周期Tb 发送一个脉冲信号得到 发送信号()d t ；在匹配形式下，发送滤器和接收滤波器都是平方根升余弦滚降滤波器，在
通信原理实验一 数字基带传输
通信原理实验一 数字基带传输 一、实验目的 1、提高独立学习的能力； 2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力； 3、学习Matlab 的使用； 4、掌握基带数字传输系统的仿真方法； 5、熟悉基带传输系统的基本结构； 6、掌握带限信道的仿真以及性能分析； 7、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、实验原理 1.匹配滤波器和非匹配滤波器： 升余弦滚降滤波器频域特性：
将频域转化为时域 2. 最佳基带系统 将发送滤波器和接收滤波器联合设计为无码间干扰的基带系统，而且具有最佳的抗加性高斯白噪声的性能。 要求接收滤波器的频率特性与发送信号频谱共轭匹配。由于最佳基带系统的总特性是确定的，故最佳基带系统的设计归结为发送滤波器和接收滤波器特性的选择。 设信道特性理想，则有 （延时为0） 有 可选择滤波器长度使其具有线性相位。 如果基带系统为升余弦特性，则发送和接收滤波器为平方根升余弦特性。 3.基带传输系统（离散域分析） ?输入符号序列―― ?发送信号―― ――比特周期，二进制码元周期 ?发送滤波器―― 或 ?发送滤波器输出――
?信道输出信号或接收滤波器输入信号 （信道特性为1） ?接收滤波器―― 或 ?接收滤波器的输出信号 （画出眼图） ?如果位同步理想，则抽样时刻为 ?抽样点数值为（画出星座图） ?判决为 其中若为最佳基带传输系统，则发送滤波器和接收滤波器都为根升余弦滤波器，当采用非匹配滤波器时，发送滤波器由升余弦滤波器基带特性实现，接收滤波器为直通。 三、实验内容 1.通过匹配滤波和非匹配滤波方式，得到不同的滚降系数下发送滤波器的时域波形和频率特性。 实验程序： （1）非匹配情况下： 升余弦滚降滤波器的模块函数（频域到时域的转换） function [Hf,ht]=f_unmatch(alpha,Ts,N,F0) k=[-(N-1)/2:(N-1)/2]; f=F0/N*k; for i=1:N; if (abs(f(i))<=(1-alpha)/(2*Ts)) Hf(i)=Ts; elseif(abs(f(i))<=(1+alpha)/(2*Ts)) Hf(i)=Ts/2*(1+cos(pi*Ts/alpha*(abs(f(i))-(1-alpha)/(2*Ts)))); else Hf(i)=0; end; end; 主函数 alpha=input('alpha=');%输入不同的滚降系数值 N=31;%序列长度 Ts=4; F0=1;%抽样频率
实验二(数字基带传输技术仿真实验)
实验二数字基带传输技术仿真实验 实验要求： 1、学生按照实验指导报告独立完成相关实验的内容； 2、上机实验后撰写实验报告，记录下自己的实验过程，记录实验心得。 3、以电子形式在规定日期提交实验报告。 实验指导 1、单极性不归零码 单极性不归零码是一种最简单最常用的基带信号形式。这种信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码0和1，即，在一个码元时间内用脉冲的有或者无来对应表示0或者1码。其特点是极性简单，有直流分量，脉冲之间无间隔。 生成单极性不归零码的MATLAB实现程序如下： function y=snrz(x) %本函数实现将输入的一段二进制代码编为相应的单极性不归零码输出 %输入x为二进制码，输出y为编号的码 t0=200; t=0:1/t0:length(x); %给出相应的时间序列 for i=1:length(x) %计算码元的值 if x(i)==1 %如果输入信息为1 for j=1:t0 %该码元对应的点值取1 y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 %如果输入信息为0，码元对应的点值取0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; plot(t,y);
%采用title 命令来实现标记出各码元对应的二元信息 title('1 0 1 1 0 0 1 0'); grid on; axis([0,i,-0.1,1.1]); 在命令窗口中输入x的二进制代码和函数名，就可以得到所对应的单极性不归零码输出，如输入以下指令，将出现图1所示结果。 x=[1 0 1 1 0 0 1 0]; snrz(x) 图1 单极性不归零码 2、双极性不归零码 在双极性不归零码中，脉冲的正负对应着二进制代码的1和0，由于它是幅度相等极性相反的双极性波形，故当0、1符号等可能出现时无直流分量。这样，恢复信号的判决电平为0，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力较强，故双极性码较单极性码更有利于在信道中传输。 双极性不归零码的MATLAB实现程序如下： function y=dnrz(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if x(i)==1
实验七：时分复用数字基带通信系统
实验七：时分复用数字基带通信系统 一、实验目的 1.掌握时分复用数字基带通信系统的基本原理及数字信号传输过程。 2.掌握位同步信号抖动、帧同步信号错位对数字信号传输的影响。 3.掌握位同步信号、帧同步信号在数字分接中的作用。 二、实验内容 1.用数字信源模块、数字终端模块、位同步模块及帧同步模块连成一个理想信道时分复用数字基带通信系统，使系统正常工作。 2.观察位同步信号抖动对数字信号传输的影响。 3.观察帧同步信号错位对数字信号传输的影响。 4.用示波器观察分接后的数据信号、用于数据分接的帧同步信号、位同步信号。 三、基本原理 本实验要使用数字终端模块。 1. 数字终端模块工作原理： 原理框图如图7-1所示，电原理图如图7-2所示(见附录)。它输入单极性非归零信号、位同步信号和帧同步信号，把两路数据信号从时分复用信号中分离出来，输出两路串行数据信号和两个8位的并行数据信号。两个并行信号驱动16个发光二极管，左边8个发光二极管显示第一路数据，右边8个发光二极管显示第二路数据，二极管亮状态表示“1”，熄灭状态表示“0”。两个串行数据信号码速率为数字源输出信号码速率的1/3。 在数字终端模块中，有以下测试点及输入输出点： ? S-IN 时分复用基带信号输入点 ? SD 抽样判后的时分复用信号测试点 ? BD 延迟后的位同步信号测试点 ? FD 整形后的帧同步信号测试点 ? D1 分接后的第一路数字信号测试点 ? B1 第一路位同步信号测试点
? F1 第一路帧同步信号测试点 ? D2 分接后的第二路数字信号测试点 ? B2 第二路位同步信号测试点 ? F2 第二路帧同步信号测试点 延迟1延迟2 整形延迟3FS-IN BS-IN S-IN FD FD -7 FD -15 FD -8 FD -16 BD 显示 串/并变换 串/并变换 F2÷3 并/串变换并/串变换 D 2 B1 F1 D 1 SD-D BD 显示 B2 图7-1 数字终端原理方框图 图7-1中各单元与电路板上元器件对的应关系如下： ? 延迟1 U63：单稳态多谐振荡器4528 ? 延迟2 U62:A ：D 触发器4013 ? 整形 U64:A ：单稳态多谐振荡器4528；U62:B ：D 触发器4013 ? 延迟3 U67、U68、U69：移位寄存器40174 ? ÷3 U72：内藏译码器的二进制寄存器4017 ? 串/并变换 U65、U70：八级移位寄存器4094 ? 并/串变换 U66、U71：八级移位寄存器4014(或4021) ? 显示 三极管9013；发光二极管 延迟1、延迟2、延迟3、整形及÷3等5个单元可使串/并变换器和并/串变换器的输入信号SD 、位同步信号及帧同步信号满足正确的相位关系，如图7-3所示。 移位寄存器40174把FD 延迟7、8、15、16个码元周期，得到FD-7、FD-15、FD-8（即F1）和FD-16（即F2）等4个帧同步信号。在FD-7及B D 的作用下，
数字基带传输实验预习报告
数字基带传输实验预习报告 一、实验目的： 1、提高独立学习的能力； 2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力； 3、学习Matlab 的使用； 4、掌握基带数字传输系统的仿真方法； 5、熟悉基带传输系统的基本结构； 6、掌握带限信道的仿真以及性能分析； 7、通过观测眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、实验原理： 1、带限信道的基带传输系统： 发送滤波器 传输信道 接受滤波器 {a n } x(t) y(t) r(t) {a n } 定时信号 2、升余弦滚降滤波器 其频率响应为： () T G ω () C ω 噪声源 R G ω（） 抽样判决 位定时提 取
C T ， 1|f|2c T α -≤ ()d H f = 1-[1cos (||)]22c T T f T παα+-，c 11||22c f T T αα -+≤ 0， 1+|f| 2C T α 在实验中，时间抽样间隔和抽样频率都归一化为1，得到升余弦滤波器的频率响应常数c T =4。 无码间干扰传输的最小符号间隔为c T 秒，或无码间干扰传输的最大符号速率为1/c T 。相应 的时域单位冲激响应信号h ()d t ，满足()d c h nT = 1，n=0 。在理想信道中， 0,n ≠0 h ()d t 信号波形在抽样时刻上无码间干扰。 3、最佳基带传输系统： 将发送滤波器和接收滤波器联合设计为无码间干扰的基带系统，而且具有最佳的抗加性高斯白噪声的性能，并且，接收滤波器的频率特性与发送信号频谱共轭匹配。 实验时，具体采用两种方式，一是采用匹配滤波器，发送滤波器和接受滤波器对称的系统，发送滤波器和接受滤波器都是升余弦平方根特性；二是不采用匹配滤波器方式，升余弦滚降基带特性完全由发送滤波器实现，接受滤波器为直通。 4、用模拟升余弦滚降滤波器设计数字升余弦滚降滤波器 这种方式主要采用窗函数法和频率抽样法。 (1)窗函数法是从模拟升余弦滚降滤波器的单位冲激响应h ()d t ，先进行时间抽样，然后进行截短、加窗，最后向右移位，得到实际的因果的数字升余弦滚降滤波器的单位冲击响应。 (2)频率抽样法是从模拟升余弦滚降滤波器的频率响应 d () H f ，频率抽样后，进行离散时间 傅里叶反变换后，最后向右移位，得到实际的因果的数字升余弦滚降滤波器的单位冲激响应。
通信原理实验报告-数字信号的基带传输
通信原理实验报告 实验名称：数字信号的基带传输 班级：08211317 学号：08211660 姓名：张媛（27）
一．实验目的 （1）理解无码间干扰数字基带信号的传输； （2）掌握升余弦滚降滤波器的特性； （3）通过时域、频域波形分析系统性能。 二、仿真环境 SystemView 仿真软件 三、实验原理 （1 ）数字基带传输系统的基本结构 它主要由信道信号形成器、信道、接收滤滤器和抽样判决器组成。为了保证系统可靠有序地工作，还应有同步系统。 1.信道信号形成器 把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的。 2.信道 是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。 3.接收滤波器 滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。 4.抽样判决器 在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。而用来抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中提取。 (2) 奈奎斯特第一准则 奈奎斯特准则提出：只要信号经过整形后能够在抽样点保持不变， 即使其波形已经发生了变化，也能够在抽样判决后恢复原始的信号， 因为信息完全恢复携带在抽样点幅度上。 奈奎斯特准则要求在波形成形输入到接收端的滤波器输出的整个 传送过程传递函数满足： 令k′=j -k ， 并考虑到k′也为整数，可用k 表示： ???=+-0)(1])[(0或其它常数t T k j h b k j k j ≠=?? ?=+0 1)(0t kT h b 00≠=k k
数字基带传输系统仿真与设计方案
一、课程题目 数字基带传输系统：欲传送的01比特流+码型变换（HDB3码）+基带成型网络（采用升余弦滚降系统）+信道+码型反变换+01比特流。 二、设计要求 1.完成一个题目。 2.对通信系统有整体的较深入的理解。 3.提出仿真方案。 4.完成仿真软件的编制。 5.仿真软件的演示。 6.提交详细的设计报告。 三、设计目的 1.综合应用《Matlab编程与系统仿真》、《信号与系统》、《现代通信原理》等多门课程知识，使学生建立通信系统的整体概念。 2.培养学生系统设计与系统开发的思想。 3.培养学生利用软件进行通信仿真的能力。 4.培养学生独立动手完成课题设计项目的能力。 5.培养学生查找相关资料的能力。 四、实验条件 计算机、Matlab软件、相关资料。 五﹑系统设计方案 数字基带传输系统： （1）概念：未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或者很低频率开始，称为数字基带信号,不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，称为数字基带传输系统。 （2）数字基带传输的研究的意义： 第一：在利用对称电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用这种传输方式。 第二：数字基带传输方式迅速发展，用于低速或高速数据传输。 第三：基带传输系统的许多问题也是带通传输系统必须考虑的问题。 第四：任一个线性调制的带通传输系统，可以等效为一个基带传输系统。 （3）对传输码型的要求： ①不含直流分量且低频分量尽量少。 ②应含有丰富的定时信息，以便于从接受码流中提取定时信号。 ③功率谱的主瓣宽度窄，以节省传输频带。 ④不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化。 ⑤具有内在的检错能力，即码型应具有一定的规律性，以便宏观监测。 ⑥编译码简单，已降低通信延时和成本。 （4）基带传输常用码型： AMI码（传号交替反转码）、HDB3码（三阶高密度双极性码）、双相码、差分双相码、密勒码、CMI码（传号反转码）、块编码等。 （5）其中本次设计采用的HDB3码。 a.HDB3码编码规则： ①1——交替变换为+1，-1
实验6.数字基带信号的眼图实验
实验六 数字基带信号的眼图实验 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理，掌握基带升余弦滚降系统的实现方法； 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响，并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下，不同滤波器带宽对输出信间干扰大小的影响程度； 3、熟悉MATLAB 语言编程。 二、实验原理和电路说明 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图3-1所示，要获得良好的基带传输系统，就应该 图3-1 基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为()n s n a t nT δ-∑，s T 为基带信号的码元周期，则经过 基带传输系统后的输出码元为 ()n s n a h t nT -∑。其中 1()()2j t h t H e d ωωωπ +∞ -∞ = ? （3-1） 理论上要达到无码间干扰，依照奈奎斯特第一准则，基带传输系统在时域应满足： 10()0,s k h kT k =?=? ? ， 为其他整数 (3-2) 频域应满足： ()0,s s T T H πωωω?≤?=? ?? ，其他 (3-3)
图3-2 理想基带传输特性 此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下，所能达到的最高频率利用率。 由于理想的低通滤波器不容易实现，而且时域波形的拖尾衰减太慢，因此在得不到严格 定时时，码间干扰就可能较大。在一般情况下，只要满足： 222(),s i s s s s i H H H H T T T T T ππ π π ωωωωω?????? +=-+++=≤ ? ? ??????? ∑ (3-4) 基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。 从实际的滤波器的实现来考虑，采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜的。 (1)(1) 1sin (),2(1)()1,0(1) 0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω???-+--≤≤?? ???? ?-? =≤≤???+>? ?? (3-5) 这里α称为滚降系数，01α≤≤。 所对应的其冲激响应为： ()222sin cos()()14s s s s t T t T h t t t T T παππα= - (3-6) 此时频带利用率降为2/(1)Baud/Hz α+，这同样是在抽样值无失真条件下，所能达到的最
数字基带传输技术实验报告
实验报告 课程名称通信原理 实验名称实验一：数字基带传输技术 班级 学号 姓名 指导教师 实验完成时间： 2014年 10 月 28 日
一、熟悉实验平台
二、数字基带传输系统实验 1. 实验目的 1.了解几种常用的数字基带信号。 2.掌握常用的数字基带出书码型的编码规则。 3.掌握CPLD实现码型变换的方法。 2.实验内容 1.观察NRZ码,RZ码，AMI码，HDB3码，CMI码，BPH码的波形。 2.观察全0码或全1码时各码型的波形。 3.观察HDB3，AMI码的正负极性波形。 4.观察AMI码，HDB3码，CMI码，BPH码经过码型反变换后的输出波形。 5.自行设计码型变换电路，下载并观察波形。 3.实验仪器 各功能模块（实验箱） 20M双踪示波器一台 频率计（可选）一台 连接线若干 2.实验原理 二进制码元的数字基带传输系统
参考使用模块：信号源模块、码型变换模块、信道模拟模块、终端模块。 该通信系统的框图如图1所示。 图1 二进制码元的数字基带传输系统 该结构由信道信号形成器、信道、接收滤波器以及抽样判决器组成。这里信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号，信道可以是允许基带信号通过的媒质（例如能够通过从直流至高频的有线线路等）；接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰；抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。 基带信号是代码的一种电表示形式。在实际的基带传输系统中，并不是所有的基带电波形都能在信道中传输。例如，含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。单极性基带波形就是一个典型例子。再例如，一般基带传输系统都从接收到的基带信号流中提取定时信号，而收定时信号又依赖于代码的码型，如果代码出现长时间的连“0”符号，则基带信号可能会长时间出现0电位，而使收定时恢复系统难以保证收定时信号的准确性。归纳起来，对传输用的基带信号的主要要求有两点：（ 1）对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；（2）对所选码型的电波形要求，期望电波形适宜于在信道中传输。 （二）编码规则 1、NRZ 码 NRZ 码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电 平（这里为零电平）分别表示二进制信息“1”和“0”，在整个码元 期间电平保持不变。例如：
实验三 数字基带传输系统
实验三数字基带传输系统 一、设计目的 1．利用MATLAB画出数字基带信号的波形图。 2．利用MATLAB画眼图。 3．利用MATLAB分析无码间干扰基带系统的抗噪性能。 4．掌握无码间干扰系统的频谱特性。 二、设计原理 1．数字基带信号 数字基带信号就是消息代码的电波形，它是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。数字基带信号的波形和码型很多，最常用的由矩形脉冲组成的基带信号有：单极性归零及不归零波形，双极性归零及不归零波形，差分波形和多电平波形等。 2．无码间干扰系统 满足无码间干扰时、频域条件的基带系统有3类，分别是理想LPF系统、滚降系统和部分响应系统。前两个系统的理论基础是奈奎斯特第一准则，第三个系统的理论基础是奈奎斯特第二准则。理想LPF系统可达到理论最大频带利用率，但是难以实现，且对位定时精度要求高。滚降系统可实现，且对位定时精度要求降低，但频带利用率降低。部分响应系统兼具了前两个系统的优点，即频带利用率高和低位定时精度，但其可靠性降低。 3．基带信号的眼图 眼图是指利用实验的方法估计和改善基带系统性能时，在示波器上所观察到的像人的眼睛一样的图形。 ①MATLAB函数 在MATLAB中，eyediagram函数用来绘制眼图，其调用格式如下： eyediagram(x,n,period,offset,plotstring) 其中x是信号；n是每个轨迹包括的采样点数；period是指水平轴的坐标范围，即[-period/2,period/2]；offset是偏置因子，信号的第（offset+1）个采样点之后每n个值为一周期，且该周期为period的整数倍，offset必须是非负整数，其范围是[0,n-1]；plotstring 是绘制眼图时采用的符号、线形和颜色，其格式与plot函数相同，如不设置，采用系统缺省值。 ②Simulink模块 在Simulink模块库中，显示眼图的模块为“Discrete-Time Eye Diagram Scope”，图形及参数设置界面如图3.3所示。
数字基带通信系统
内蒙古工业大学信息工程学院 实 验 报 告 课程名称： 通信原理 实验名称： 数字基带通信系统 实验类型：验证性□ 综合性□ 设计性□ 实验室名称： 格物楼B 座通信实验室102 班级：电子09-1班 学号： 姓名： 组别： 同组人： 成绩： 实验日期： 2012/6/11
预习报告 一、实验目的 1. 了解完整的数字基带通信系统的组成及各部分功能。 2. 掌握汉明码的编码规则，了解信道编码在通信系统中的作用。 1.掌握高斯白噪声、带限信道的概念，加深对信道模型的理解。 2.掌握同步信号在数字通信系统中的作用。 3.掌握眼图波形与信号传输畸变的关系。 二、实验器材 1. 信号源模块 2．信道模拟模块 3. 终端模块 4.同步信号提取模块 5. 20MHz双踪示波器一台 4.误码率测试仪（可选）一台 5.频率计（选用）一台 6.连接线若干 三、预习要求 1.复习信道模拟、差错控制编码、位同步提取等数字基带系统原理。 2.写出实验方案和步骤，完成“实验内容及步骤”之中的第一项内容。 3.完成预习报告，应包括实验名称、目的、方案、步骤和记录表格等。
实验报告 一、实验目的 1. 了解完整的数字基带通信系统的组成及各部分功能。 2. 掌握汉明码的编码规则，了解信道编码在通信系统中的作用。 7.掌握高斯白噪声、带限信道的概念，加深对信道模型的理解。 8.掌握同步信号在数字通信系统中的作用。 9.掌握眼图波形与信号传输畸变的关系。 二、实验器材 1. 信号源模块 2．信道模拟模块 3. 终端模块 5.同步信号提取模块 5. 20MHz双踪示波器一台 10.误码率测试仪（可选）一台 11.频率计（选用）一台 12.连接线若干 三、预习要求 1.复习信道模拟、差错控制编码、位同步提取等数字基带系统原理。 2.写出实验方案和步骤，完成“实验内容及步骤”之中的第一项内容。 3.完成预习报告，应包括实验名称、目的、方案、步骤和记录表格等。 四、实验原理 图4-1 数字基带通信系统实验框图 1.信道 在数字通信系统中，如果我们仅着眼于讨论编码和译码，采用编码信道的概念是十分有益的。所谓编码信道是指编码器输出端到译码器输入端的部分。这样定义是因为从编译码的角度看来，编码器的输出是某一数字序列，而译码器的输入同样也是某一数字序列，他们可能是不同的数字序列。因此，从编码器输出端到译码器输入端，可以用一个对数字序列进行变换的方框来加以概括。 本实验中可选用无限带宽信道和带限（8K）信道。测量眼图来观察出码间干扰和噪声的影响时应选用带限（8K）信道，从而估计出系统性能的优劣程度。
(完整word版)数字基带传输系统实验
实验三数字基带传输系统实验 一.实验目的： 1?了解数字基带传输系统的组成和实时工作过程； 2.加深理解时域均衡系统的工作原理，基本特点及均衡器的主要作用； 3.学会按给定的均衡准则调整，观测均衡器的方法。 二.实验内容： 1.在数字基带信号为单脉冲波形一“测试信号”时，按“迫零调整准则”，手动调 整均衡器的各抽头系数，获得最佳均衡效果； 2.在数字基带信号为伪随机序列一“信码”时，按“眼图最大准则”，手动调整均衡 器的各抽头系数，获得最佳均衡效果； 3.改变信道特性后，重复1，2两内容。 三.实验仪器： 1.COS5020型双踪示波器一台； 2.双路稳压电源一部； 3.数字基带传输实验系统一套。 四.实验组成框图和电路原理图： 图1 数字基带传输系统的组成框图 数字基带传输系统的组成框图如图1所示，它是一个较完整的数字基带传输系 统。信号源产生19.2 KHz的基带信号时钟，经过乘4之后，提供均衡器所需的两个互补驱动时钟76.8 KHz。显然本实验系统的基带速率为19.2 Kbit/s。测试信号和信码发生器按19.2KHZ的时钟节拍，分别产生测试单脉冲波形及63位M序列，两种码分别作为均衡
的对象，通过开关K予以选择。可变信道滤波器是在实验室条件下用来模拟传输信道特性的，改变电位器即可改变滤波器的传输函数特性，进而模拟信道特性的变化。 均衡器是借助横向滤波器实现时域均衡的，它由延迟单元，可变系数电路和相加器三部分组成，如图2所示。 图2横向滤波器 图2中，横向排列的延迟单元是由电荷转移器件完成的。本实验所采用的是国产斗链器件BBD ( Bucret Brrgades Device)，它有32个延迟抽头输出端，因 为我们抽样频率为76.8KHZ是基带信号19.2 Kbit/s的4倍，故取6，10，14, 18, 22，26, 30等七个抽头输出端。理论上讲，抽头数目越多就越能消除码间串扰的影响，但势必会增加调整的难度。且若变系数电路的准确度得不到保证，增加抽头数所获得的效益也不会显示出来。 实现Ci调整的电路，称为变系数电路。它是由运放TL064所组成的放大器, 改变其反馈电阻，即可使其增益变化，为随时修改系统的时间响应提供了条件。这里七级变系数电路的形式和参数完全相同。 实现加权系数相加的电路，称为相加器，它也是用TL064进行有源相加的。具体实现时，把七级变系数电路的输出分两段相加，然后再将两段的结果相加在一 起。 相加器输出端所接的接收滤波器，目的是让19.2 Kbit/s的数字基带信号通过并加以放大，同时滤除了76.8KHZ的驱动时钟频率分量。 取样判决器将接收滤波器的输出经抽样判决，恢复出数字基带信号，便于同学们把输入信码和再生输出信码进行比较，确定误码情况。