1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于 Simulink 的基带传输码的设计与仿真 所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 2 - 摘 要 数字通信系统主要的两种通信模式：数字频带传输通信系统，数字基带传输通信系统。 数字基带信 号是数字信息的电脉冲表示，通常把数字信息的电脉冲的表示形式称为码型。不同形式的码型信号具有不同的频谱结构，合理地设计选择数字基带信号码型，使数字信息变换为适合于给定信道传输特性的频谱结构，便于数字信号在信道内传输。 Simulink 是 Matlab 中的一种可视化仿真工具， 是一种基于 Matlab 的框图设计环境， 是实现
2、动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。 模块是创建 Simulink 模型的基本单元，通过适当的模块操作及信号线操作就能完成系统模 型的创建。为了达到理想的仿真效果，在建模后仿真前必须对各个仿真参数进行配置。 研究 应用 Matlab/Simulink 对 常用 数字基带传输码型进行建模和仿真， 即 在常用 传输码型 的编码规则 和 仿真波形以及 频谱特性分析的基础上， 提出改善基带传输码性能的方法及措施 。 关键词： 数字基带传输；基带信号码型； Simulink； 建模仿真 ； - 2 - Abstract Digit
3、al base-band signal is digital information, said the impulses of digital information usually take the representation of a MaXing electrical pulses called. Different forms of MaXing signal has a different frequency spectrum, reasonable structure design choices, make MaXing digital baseband signal dig
4、ital information transformation for suitable for a given channel transmission characteristic frequency spectrum structure, facilitate digital signal in the channel in transmission. Simulink is one of the Matlab simulation tools, is a visual design based on the MATLAB environment, is to realize the b
5、lock diagram of dynamic system modeling, simulation and analysis of a software package that is widely used in linear system, nonlinear systems, digital control and digital signal processing in the modeling and simulation. Module is to create the basic unit, simulink.this model through appropriate mo
6、dule operation and signal line operation can fulfill the system model to create. In order to achieve the ideal simulation result in modeling, simulation of must have before each simulation parameters for configuration. Matlab/Simulink application to commonly used digital frequency-hand mode MaXing i
7、s modeled and simulated MaXing, be in namely common transmission of coding rules and simulation waveform and spectrum characteristics on the basis of analysis, puts forward the improved frequency-hand mode yards performance way and methods. KeyWords:DigitalFrequency-handmode;BasebandsignalMaXing;Sim
8、ulink;Modeling Simulation;目 录 1 引言 . 1 1.1 课题研究背景及意义 . 1 1.2 论文的主要内容安排 . 2 2 数字信号的基带传输 . 3 2.1 数字基带传输系统 . 3 2.2 设计 数字基带信号的要求 . 4 2.3 常用码型 . 5 3 Matlab/Simulink 简介 . 10 3.1 Simulink 概述 . 10 3.2 Simulink 在通信系统中的仿真 . 10 4 常用基带传输码的建模与仿真 . 12 4.1 差分码的建模与仿真 . 12 4.2 双相码的建模与仿真 . 15 4.3 密勒码的建模与仿真 . 19 4.4 常
9、用码型对比及新码型的设计 . 22 5 结语 . 26 致谢 .错误 !未定义书签。 参考文献 . 27 - 1 - 1 引言 1.1 课题研究背景及意义 20 世纪 60 年代出现了数字传输技术，它采用了数字信号来传递信息，从此通信进入了数字化时代。目前，通信网已基本实现数字化，在我国公众通信网中传输的信号主要是数字信号。数字通信系统主要的两种通信模式：数字频带传输通信系统，数字基带传输通信系统 1。 实际中，基带传输不如频带传输应用广泛，但对基带传输的研究仍有非常重要的意义。这是因为：第一，数 字基带系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题；第二 ,随着数字通信系统的发展，基带传输这种
10、方式也有迅速发展的趋势，她不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输；第三，在理论上，任何一个线性调制的频带传输系统，总是可以有一个等效的基带载波调制系统所代替。因此，很有必要对基带传输系统进行整个系统的分析。 目前，数字通信在卫星通信、光纤通信、移动通信等方面发展很快。由于基带传输系统在数字传输系统中有不可替代的作用，其应用范围也随着技术的发展渗入网络通信、卫星通信、手机通信、数字电视、数字电话等生活、科技的各 方面，日益成为数字通信传输系统中的关键技术。工业电视采用的基带传输方式，它是工业用的一种视频监控系统，已在宝钢分公司广泛应用。 基带信号也是计算机网络中占主导地位的信号类型，特别是
11、距离不太远的情况，因为在近距离范围内，基带信号的功率衰减不大，从而信道容量不会发生变化，而且基带相对于频带较为简单，费用也低，同时仍能保持高速率，因此比频带应用广泛很多。而在无线信道和光纤及一些宽带有线信道中，必须把数字基带信号调制在载波上，才能在信道中传输，我们把这种传输成为数字信号的载波传输。事实上，即使在载波传输中也有基带传输 信号。虽然就潜在能力而言，频带比基带传输的快而且覆盖较长的距离，但频带需要在每个连接末端接入一个调制解调器，这就提高了设备接入局域网的费用。所以说，基带传输是广泛使用的技术基础，也在广泛的运用于数字传输通信系统中 2。 - 2 - 1.2 论文的主要内容安排 论文
12、主要分五个部分：第一部分是引言，说明该课题的研究背景和意义，并概括文章的主要内容；第二部分详细介绍了数字信号的基带传输，包括传输系统的基本结构、 基带传输信号码型得 基本要求、常用传输码型等，第三部分介绍了Simulink 与其在通信系统中的仿真；第四部分则是论文 的核心主体部分，运用Simulink 这一仿真工具分别对差分码、双相码、密勒码等常用基带传输码进行建模与仿真，根据 基带传输信号码型设计原则 建立框图模型， 运行后 给出仿真结果以及 详细的参数说明 ， 然后分析 提出改善基带传输码性能的方法及措施 ；第五部分为结束语，总结全文。 - 3 - 2 数字信号的基带传输 准确地传输数字信
13、息是数字通信中的一个重要环节。在数字传输系统中，它的传输对象通常是二进制数字信息。它可能是来自计算机、网络或其他数字设备的各种数字代码，也可能来自数字电话终端的脉冲编码信号。 这种脉冲信 号被成为数字基带信号，这是因为它们所占据的频带通常从直流和低频开始 3。 数字基带信号不经过载波调制而直接传输，称为基带传输。数字基带波形被脉冲变换器变换成适应信道传输的码型后送入信道。在基带传输中，数字基带信号本身是否携带有位同步信息，将很大程度上影响数字基带传输系统的性能。 2.1 数字基带传输系统 基带传输包含着数字通信技术的许多问题，频带传输是基带信号经过调制后再传输的，因此频带传输也存在基带问题。基
14、带传输的许多问题，频带传输同样须考虑。如果把调制与解调过程看做是广义信道的一部分，则任何数字传 输系统均可等效为基带传输系统 4。理论上还可以证明，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统来代替的。 数字基带系统的基本结构如下图所示。 图 2-1 数字基带传输系统 信道信号形成器：基带传输系统的输入是由终端设备或编码器产生的脉冲序列，它不一定适合直接在信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原始基带信- 4 - 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。其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取以及抽样判决。 信道：
15、允许基 带信号通过的煤质。信道的传输特性通常不满足无失真的传输条件，恒参信道 （ 如明线、同轴电缆、对称电缆、光纤通道、无线电视距中继、卫星中继信道 ） 对信号传输的影响主要是线性畸变；随参信道 （ 如短波电离层反射、对流层散射信道等 ） 对信号传输的影响主要有频率弥散现象（多径传播）、频率的选择性衰落、信道的线性噪声和加性噪声的影响。在通信系统的分析中，常常把噪声 n（ t） 等效，集中在信道中引入。 接收滤波器：主要作用是滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。 抽样判决器：它是在传输特性不理想及噪声背景下，由 定位脉冲控制的特殊点对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，
16、以恢复或再生基带信号。 自同步法的同步提取电路：包括非线性变换处理电路和窄带滤波器或锁相环。非线性变换处理电路的作用是使接收信号或解调后的数字基带信号经过非线性变换处理后含有位同步分量或位同步信息。窄带滤波器或锁相环的作用是滤除噪声和其他频谱分量，提取纯净的位同步信号。 2.2 设计 数字基带 信号 的要求 数字基带信号是数字信息的电脉冲表示，通常把数字信息的电脉冲的表示形式称为码型。不同形式的码型信号具有不同的频谱结构，合理地设计选择数字基带信号码型，使数 字信息变换为适合于给定信道传输特性的频谱结构，便于数字信号在信道内传输。适于在有线信道中传输的基带信号码型又称为线路传输码型。 为适应信
17、道的传输特性及接收端再生恢复数字信号的需要，基带传输信号码型设计应考虑如下一些原则 5： (1) 对于频带低端受限的信道传输，线路码型中不含有直流分量和较少的低频分量。 (2) 便于从相应的基带信号中提取比特同步信息。 - 5 - (3)尽量减小码型频谱中的高频分量，因为在对称电缆中同时有多个数字信道工作，因此高频成分越大，电磁耦合越紧，相互干扰越严重。 (4) 所选码型应具有纠错、 检错能力。 (5) 码型变换设备要简单，易于实现。 2.3 常用码型 数字基带的传输码型很多，并不是所有的码型都能满足上述要求，往往是根据实际需要进行选择 6。下面介绍几种常用的码型。 2.3.1 二元码 最简单
18、的二元码中常用的波形是矩形波。它有两个电平值，分别对应二进制码 “ 0” 和 “ 1”。常用的二元码 1 单极性不归零码 (NRZ) 这是一种最简单的基带数字信号波形。用正电平和零电平分别代表“ 1”码和“ 0”码，在整个码元期间电平保持不变，如图 2-1 所示。由于它含有直流分量，而一般有线信道低频传输特性比较差，零 频附近的分量不易传送，不能提取同步信息。 图 2-1 单极性不归零码 2 双极性不归零码 (BNRZ) 用正、负两个电平分别表示“ 1”码和“ 0”码，如图 2-2 所示。与单极性不归零码相同的是，整个码元期间电平保持不变，因而在这种码型中不存在零电平。从信号的一般统计特性来看
19、，由于“ 1”和“ 0”码出现的概率相等，所以波形无直流分量，可以在有线和电缆无接地的信道中远距离传输。这种码型抗干扰性能好，应用比较广泛。缺点是不能直接从中提取同步信号。 - 6 - 图 2-2 双极性不归零码 3 单极性归零码 (RZ) 用脉冲宽度小于码元宽度 T 的高电平表示“ 1”，用零电平表示“ 0”。每个脉冲总要在 小于码元周期时间内回到零电平，如图 2-3 所示。此码的优点是当出现长连串“ 1”时，归零码仍有明显的码元间隔，有利于提取同步信息。 图 2-3 单极性归零码 4 差分码 差分码又称相对码。差分码不是用脉冲的绝对电平来表示“ 1”码和“ 0”码，而是利用相邻前后码元电平的相对变化来传送信息。对于“ 1” 差分码，其相邻码元电平极性改变表示“ 1”，不变表示“ 0”；对于“ 0”差分码，其相邻码元电平极性改变为“ 0”码，不变为“ 1”码，如图 2-4 所示。这种码的主要优点是：当传输系统中某些环节引起基带信号反相时，也不会影响接收的结果，它多用于数字相位调制。 图 2-4 差分码 5 双相码 双相码又称分相码或曼彻斯特码。此码型的特点是每个码元用两个连续极性相反的脉冲来表示。如“ 1”码用正、负脉冲表示；“ 0”码用负、正脉冲表示，
