基带传输系统的设计

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基带系统是不经过调制解调的系统,理想的基带系统是不存在码间干扰的,从理论上讲应当是满足奈奎斯特准则的系统,在实际中可以利用眼图的观测来判断基带系统的抗码间干扰能力,本文在SIMULINK下对基带系统进行设计仿真,利用眼图分析了噪声对系统性能的影响。

1 基带系统的理论分析
1.1 基带系统传输模型及工作原理

    基带系统传输模型如图1所示。


    1)系统总的传输特性为H(ω)=GT(ω)C(ω)GR(ω),n(t)是信道中的噪声。
    2)基带系统的工作原理:信源是不经过调制解调的数字基带信号,信源在发送端经过发送滤波器形成适合信道传输的码型,经过含有加性噪声的有线信道后,在接收端通过接收滤波器的滤波去噪,由抽样判决器进一步去噪恢复基带信号,从而完成基带信号的传输。
1.2 基带系统设计中的码间干扰及噪声干扰
   
码间干扰及噪声干扰将造成基带系统传输误码率的提升,影响基带系统工作性能。
    1)码间干扰及解决方案
    码间干扰:由于基带信号受信道传输时延的影响,信号波形将被延迟从而扩展到下一码元,形成码间干扰,造成系统误码。
    解决方案:
    ①要求基带系统的传输函数H(ω)满足奈奎斯特第一准则:
   
    若不能满足奈奎斯特第一准则,在接收端加入时域均衡,减小码间干扰。②基带系统的系统函数H(ω)应具有升余弦滚降特性。如图2所示。这样对应的h(t)拖尾收敛速度快,能够减小抽样时刻对其他信号的影响即减小码间干扰。


    2)噪声干扰及解决方案
    噪声干扰:基带信号没有经过调制就直接在含有加性噪声的信道中传输,加性噪声会叠加在信号上导致信号波形发生畸变。
    解决方案:
    ①在接收端进行抽样判决;②匹配滤波,使得系统输出性噪比最大。

2 基带系统设计方案
2.1 信源

    1)常见的基带信号波形有:单极性波形、双极性波形、单极性归零波形和双极性归零波形。双极性波形可用正负电平的脉冲分别表示二进制码“1”和“0”,故当“1”和“O”等概率出现时无直流分量,有利于在信道中传输,且在接收端恢复信号的判决电平为零,抗干扰能力较强。而单极性波形的极性单一,虽然易于用TTL,CMOS电路产生,但直流分量大,要求传输线路具有直流传输能力,不利于信道传输。
    2)归零信号的占空比小于1,即:电脉冲宽度小于码元宽度,每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平,这样的波形有利于同步脉冲的提取。
    3)基于以上考虑采用双极性归零码——曼彻斯特码作为基带信号。
2.2 发送滤波器和接收滤波器
   
基带系统设计的核心问题是滤波器的选取,根据1.2的分析,为了使系统冲激响应h(t)拖尾收敛速度加快,减小抽样时刻偏差造成的码间干扰问题,要求发送滤波器应具有升余弦滚降特性;要得到最大输出信噪比,就要使接收滤波器特性与其输入信号的频谱共扼匹配同时系统函数满足:H(ω)=GT(ω)GR(ω)考虑在t0时刻取样,上述方程改写为  H(ω)=GT(ω),GR(ω),于是求解出,因此,在构造最佳基带传输系统时要使用平方根升余弦滤波器作为发送端和接收端的滤波器。
2.3 信道
   
信道是允许基带信号通过的媒质,通常为有线信道,如市话电缆、架空明线等。信道的传输特性通常不满足无失真传输条件,且含有加性噪声。因此本次系统仿真采用高斯白噪声信道。
2.4 抽样判决器
   
抽样判决器是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。抽样判决关键在于判决门限的确定,由于本次设计采用双极性码,故判决门限为0。

3 SINULINK下基带系统的设计
    SIMULINK是MATLAB提供的用于对动态系统进行建模,仿真和分析的工具包,它提供了专门用于显示输出信号的模块,可以在仿真过程中随时观察仿真结果。同时,通过存储模块仿真数据可以方便地以各种形式存储到工作区和文件中,供用户对数据分析和处理,另外,IMULINK把具有特定功能的代码组织成模块的方式,这些模块可以组织成具有等级的子系统,本次设计正利用SIMULINK所具有的模块组织能力来构建基带系统,来实现对系统工作过程的仿真。