实验数字基带传输系统仿真研究.doc

试验三 数字基带传输系统仿真研究
一、 试验目
1.观察数字基带传输系统中各模块信号波形, 深入了解奈奎斯特第一定理;
2.观察发送端和接收端眼图, 了解眼图在数字基带传输系统中作用;
二、 试验原理
（一）、 数字基带传输系统模型
前面我们介绍数字基带信号常见码型形状常常画成矩形, 而矩形脉冲频谱在整个频域是无穷延伸。因为实际信道频带是有限而且有噪声, 用矩形脉冲作传输码型会使接收到信号波形发生畸变, 所以这一节我们寻求能使差错率最小传输系统传输特征。
如图1所表示一个经典数字基带信号传输系统模型。
图1 数字基带信号传输系统模型图
图1中, 基带码型编码电路输出是携带着基带传输经典码型信息脉冲或窄脉冲序列, 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, 同时将转换为适合信道传输基带波形; 信道能够是电缆等狭义信道也能够是带调制器广义信道, 信道中窄带高斯噪声会给传输波形造成畸变; 接收滤波器作用是滤除混在接收信号中带外噪声和由信道引入噪声, 对失真波形进行尽可能赔偿（均衡）; 抽样判决器是一个识别电路, 它把接收滤波器输出信号波形放大、 限幅、 整形后再加以识别, 深入提升信噪比; 码型译码将抽样判决器送出信号还原成原始信码。
（二）、 基带传输中码间串扰
数字通信关键质量指标是传输速率和误码率, 二者之间亲密相关、 相互影响。当信道一定时, 传输速率越高, 误码率越大。假如传输速率一定, 那么误码率就成为数字信号传输中最关键性能指标。从数字基带信号传输物理过程看, 误码是由接收机抽样判决器错误判决所致, 而造成误判关键原因是码间串扰和信道噪声。
码间串扰定义: 因为系统传输特征不良或加性噪声影响, 使信号波形发生畸变, 造成收端判决上困难, 所以造成误码, 这种现象称为码间串扰。
发生码间串扰时, 脉冲会被展宽, 甚至重迭（串扰）到邻近时隙中去成为干扰。
假如传输一组码元是1110、 采取双极性码、 经发送滤波器后变为升余弦波形所表示。经过信道后产生码间串扰, 前3个“1”码拖尾相继侵入到第4个“0”码时隙中, 如图2所表示。

图2 码间串扰示意图

（三）、 无码间串扰基带传输特征
一个好基带传输系统, 应该在传输有用信号同时能尽可能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所表示。

图3 基带传输系统简化图
图中, 为发送滤波器、 信道、 接收滤波器之总和, 是整个系统基带传输特征。
假如无码间串扰, 系统冲激响应满足:

即抽样时刻（点）除目前码元有抽样值之外, 其它各抽样点上取值均应为0。
依据频谱分析, 能够写出

满足此式)就是能实现无码间串扰基带传输函数。
最简单无码间串扰基带传输函数是理想低通滤波器传输特征

式中为常数代表带内衰减。波形如图4所表示。

图4 理想低通滤波器传输特征
1、 奈奎斯特(Nyquist)定理（奈奎斯特第一准则）
当基带传输系统含有理想低通滤波器特征时, 以截至频率两倍速率传输数字信号, 使其能消除码间串扰。
2、 理想低通滤波器基带传输特征参量
（1）奈奎斯特带宽
（2）奈奎斯特速率
（3）奈奎斯特间隔
（4）无码间串扰理想低通系统频带利用率
3．理想低通滤波器缺点
（1）工程不易实现, 滤波器截至特征不会做得狠陡。
（2）接收时对判定要求很严。
（3）冲激响应衰减慢, 拖尾长。
（四）、 滚降低通滤波器
1．滚降低通滤波器特征
比如图5(a), 这是一个含有升余弦滚降特征传输函数低通滤波器,

从图形上看是3个相邻段H(ω-2π/Ts)、 H(ω)、 H(ω+2π/Ts)分别被移到(-π/Ts, π/Ts)区间（即把图c、 d移至图b中）迭加, 得到Heq(ω)为一矩形如图e所表示, 此低通滤波器带宽

当传输速率（）时, 此基带传输系统能够实现无码间串扰。
图 5 升余弦滚降系统时域响应图
在实际中传输网络不可能是理想低通, 通常采取满足几对称条件滚降低通滤波器来等效理想低通。对应波形如图所表示。

图6 升余弦滚降滤波器
2．滚降因子α
α为带宽扩展量与奈奎斯特带宽Wc之比。

α特征: 越大抽样函数拖尾振荡起伏越小、 衰减越快。与理想低通相比, 它付出代价是带宽增加了一倍。此时系统最高传码率即使没变, 但频带宽度已被扩展, α在0—1之间改变。
可见, 图示含有升余弦滚降传输特征滤波器满足奈氏第一准则, 其带宽

传输速率 （）
频带利用率
比理想低通滤波器频带利用率低了一倍。
三、 试验内容
1、 编程实现数字基带传输系统, 经过调整升余弦滚降系数来观察系统中各个部分信号波形。
2、 观察发送端和接收端眼图, 并进行比较。
四、 试验小结
1、 分析无码间串扰条件条件。
2、 分析眼图在数字基带传输系统中作用。