基于Matlab 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的研究?

吳曉云 李 英

（商洛學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院 商洛 726000）

1 引言

數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中基帶信號(hào)在發(fā)送端可以不經(jīng)過(guò)調(diào)制直接進(jìn)行傳輸，比較適合低通特性的有線信道，特別是傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況［1］。隨著通信系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于對(duì)稱電纜構(gòu)成的計(jì)算機(jī)通信等領(lǐng)域，比如辦公自動(dòng)化、軍事、教育信息服務(wù)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域［2］。所以本文在Matlab 中建立了一種二進(jìn)制雙極性數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型，采用滾降升余弦濾波器大大減小碼間干擾和誤碼率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)基帶信號(hào)的傳輸。

2 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的主要由信源、發(fā)送端、信道、接收端、信宿五部分組成［3］，具體框圖如圖1 所示。

圖1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)組成框圖

數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，基帶輸入脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)送濾波器波形變換后進(jìn)入信道，信道中總會(huì)存在各種噪聲和干擾，致使所傳信號(hào)產(chǎn)生失真［4～5］，信道輸出信號(hào)通過(guò)接收濾波器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行抽樣，并將抽樣值與判決門(mén)限比較，若抽樣值小于門(mén)限值，則判為“0”，若抽樣值大于門(mén)限值，則判為“1”，輸出端得到新的基帶信號(hào)。

3 仿真結(jié)果分析

3.1 仿真模型

大量的研究表明有線信道傳輸?shù)臄?shù)字基帶信號(hào)形式為線路傳輸碼型，傳輸信道可產(chǎn)生優(yōu)良的傳輸特性［6］。不同形式的數(shù)字基帶信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)不同，為了適應(yīng)信道的傳輸特性、恢復(fù)數(shù)字基帶信號(hào)就需要選擇適合的碼型。數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)對(duì)直流分量和低頻分量的抑制較強(qiáng)，另外隨著傳輸距離的增大，高頻分量的衰減較大，而且容易引起串?dāng)_。雙極性不歸零碼的0、1 等概率出現(xiàn)時(shí)無(wú)直流分量，接收端抽樣判決器的判決門(mén)限為0，穩(wěn)定不變［7～8］。所以雙極性不歸零碼抗干擾能力較強(qiáng)，不受信道特性變化的影響，適合在信道中進(jìn)行傳輸?；诖吮疚倪x取雙極性不歸零碼作為基帶信號(hào)。另外為了達(dá)到數(shù)字信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)哪康?，在仿真過(guò)程中采用具有升余弦滾降特性的奈奎斯特濾波器和抽樣判決模塊消除傳輸過(guò)程中噪聲的干擾［9］。在Simulink 中設(shè)計(jì)的雙極性基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)仿真模型如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)仿真模型

由Switch 模塊和Constant 模塊將Bernoulli Binary Generator 模塊產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字序列變?yōu)殡p極性不歸零碼作為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的基帶信號(hào)，利用AWGN 模塊模擬實(shí)際基帶傳輸信道的特性。為了加快系統(tǒng)收斂速度，減少碼間串?dāng)_，發(fā)送端和接收端均采用具有升余弦滾降特性的濾波器。

3.2 仿真結(jié)果

圖3 輸入端波形

經(jīng)過(guò)仿真運(yùn)行，利用Scope 觀察輸入端的基帶信號(hào)如圖3所示，輸出信號(hào)如圖4所示，抽樣判決器使輸出波形和接收波形達(dá)到了一致，恢復(fù)了基帶信號(hào)，在仿真過(guò)程中的發(fā)送濾波器和接收濾波器設(shè)置延遲時(shí)間，所以輸入波形與輸出波形存在一定的延時(shí)［10］。圖5和圖6分別為輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的功率譜，兩個(gè)功率譜基本一致，說(shuō)明所設(shè)計(jì)的基帶通信系統(tǒng)具有較好的抗碼間串?dāng)_能力［11］。

圖4 輸出端波形

圖5 輸入信號(hào)功率譜

圖6 接收信號(hào)的功率譜

在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，通常利用眼圖估計(jì)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，眼睛的清晰與張開(kāi)程度代表噪聲和碼間串?dāng)_的嚴(yán)重程度［12］。當(dāng)系統(tǒng)的信道信噪比為30dB時(shí)，系統(tǒng)眼圖如圖7 所示，當(dāng)信噪比為50dB 時(shí)，系統(tǒng)眼圖如圖8 所示。由圖可以看出，基帶信號(hào)傳輸過(guò)程中，信噪比越大，眼圖中的線跡變得越清晰，眼睛的張開(kāi)程度越大，說(shuō)明信號(hào)傳輸越好，系統(tǒng)的仿真結(jié)果與理論相一致［13］。

圖7 信道噪聲比=30dB

圖8 信道噪聲比=50dB

4 結(jié)語(yǔ)

本文在考慮基帶信號(hào)傳輸過(guò)程中可能存在的因素情況下，運(yùn)用Matlab/Simulink軟件建立了一種雙極性數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型，采用滾降升余弦濾波器可以在最小帶寬的條件下大大減小碼間干擾，提高數(shù)字基帶傳輸?shù)男剩瑴p小誤碼率，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸。并且通過(guò)眼圖分析了信道信噪比對(duì)系統(tǒng)性能的影響，結(jié)果表明，信道信噪比越大，信號(hào)傳輸質(zhì)量越好。