SIMULINK下基帶傳輸系統的設計

基帶系統是不經(jīng)過(guò)調制解調的系統，理想的基帶系統是不存在碼間干擾的，從理論上講應當是滿(mǎn)足奈奎斯特準則的系統，在實(shí)際中可以利用眼圖的觀(guān)測來(lái)判斷基帶系統的抗碼間干擾能力，本文在SIMULINK下對基帶系統進(jìn)行設計仿真，利用眼圖分析了噪聲對系統性能的影響。

1 基帶系統的理論分析
1．1 基帶系統傳輸模型及工作原理
基帶系統傳輸模型如圖1所示。

1)系統總的傳輸特性為H(ω)=GT(ω)C(ω)GR(ω)，n(t)是信道中的噪聲。
2)基帶系統的工作原理：信源是不經(jīng)過(guò)調制解調的數字基帶信號，信源在發(fā)送端經(jīng)過(guò)發(fā)送濾波器形成適合信道傳輸的碼型，經(jīng)過(guò)含有加性噪聲的有線(xiàn)信道后，在接收端通過(guò)接收濾波器的濾波去噪，由抽樣判決器進(jìn)一步去噪恢復基帶信號，從而完成基帶信號的傳輸。
1．2 基帶系統設計中的碼間干擾及噪聲干擾
碼間干擾及噪聲干擾將造成基帶系統傳輸誤碼率的提升，影響基帶系統工作性能。
1)碼間干擾及解決方案
碼間干擾：由于基帶信號受信道傳輸時(shí)延的影響，信號波形將被延遲從而擴展到下一碼元，形成碼間干擾，造成系統誤碼。
解決方案：
①要求基帶系統的傳輸函數H(ω)滿(mǎn)足奈奎斯特第一準則：

若不能滿(mǎn)足奈奎斯特第一準則，在接收端加入時(shí)域均衡，減小碼間干擾。②基帶系統的系統函數H(ω)應具有升余弦滾降特性。如圖2所示。這樣對應的h(t)拖尾收斂速度快，能夠減小抽樣時(shí)刻對其他信號的影響即減小碼間干擾。

2)噪聲干擾及解決方案
噪聲干擾：基帶信號沒(méi)有經(jīng)過(guò)調制就直接在含有加性噪聲的信道中傳輸，加性噪聲會(huì )疊加在信號上導致信號波形發(fā)生畸變。
解決方案：
①在接收端進(jìn)行抽樣判決；②匹配濾波，使得系統輸出性噪比最大。

2 基帶系統設計方案
2．1 信源
1)常見(jiàn)的基帶信號波形有：?jiǎn)螛O性波形、雙極性波形、單極性歸零波形和雙極性歸零波形。雙極性波形可用正負電平的脈沖分別表示二進(jìn)制碼“1”和“0”，故當“1”和“O”等概率出現時(shí)無(wú)直流分量，有利于在信道中傳輸，且在接收端恢復信號的判決電平為零，抗干擾能力較強。而單極性波形的極性單一，雖然易于用TTL，CMOS電路產(chǎn)生，但直流分量大，要求傳輸線(xiàn)路具有直流傳輸能力，不利于信道傳輸。
2)歸零信號的占空比小于1，即：電脈沖寬度小于碼元寬度，每個(gè)有電脈沖在小于碼元長(cháng)度內總要回到零電平，這樣的波形有利于同步脈沖的提取。
3)基于以上考慮采用雙極性歸零碼——曼徹斯特碼作為基帶信號。
2．2 發(fā)送濾波器和接收濾波器
基帶系統設計的核心問(wèn)題是濾波器的選取，根據1．2的分析，為了使系統沖激響應h(t)拖尾收斂速度加快，減小抽樣時(shí)刻偏差造成的碼間干擾問(wèn)題，要求發(fā)送濾波器應具有升余弦滾降特性；要得到最大輸出信噪比，就要使接收濾波器特性與其輸入信號的頻譜共扼匹配同時(shí)系統函數滿(mǎn)足：H(ω)=GT(ω)GR(ω)考慮在t0時(shí)刻取樣，上述方程改寫(xiě)為 H(ω)=GT(ω)，GR(ω)，于是求解出，因此，在構造最佳基帶傳輸系統時(shí)要使用平方根升余弦濾波器作為發(fā)送端和接收端的濾波器。
2．3 信道
信道是允許基帶信號通過(guò)的媒質(zhì)，通常為有線(xiàn)信道，如市話(huà)電纜、架空明線(xiàn)等。信道的傳輸特性通常不滿(mǎn)足無(wú)失真傳輸條件，且含有加性噪聲。因此本次系統仿真采用高斯白噪聲信道。
2．4 抽樣判決器
抽樣判決器是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規定時(shí)刻(由位定時(shí)脈沖控制)對接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復或再生基帶信號。抽樣判決關(guān)鍵在于判決門(mén)限的確定，由于本次設計采用雙極性碼，故判決門(mén)限為0。

3 SINULINK下基帶系統的設計
SIMULINK是MATLAB提供的用于對動(dòng)態(tài)系統進(jìn)行建模，仿真和分析的工具包，它提供了專(zhuān)門(mén)用于顯示輸出信號的模塊，可以在仿真過(guò)程中隨時(shí)觀(guān)察仿真結果。同時(shí)，通過(guò)存儲模塊仿真數據可以方便地以各種形式存儲到工作區和文件中，供用戶(hù)對數據分析和處理，另外，IMULINK把具有特定功能的代碼組織成模塊的方式，這些模塊可以組織成具有等級的子系統，本次設計正利用SIMULINK所具有的模塊組織能力來(lái)構建基帶系統，來(lái)實(shí)現對系統工作過(guò)程的仿真。