《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁(yè) > 模擬設(shè)計(jì) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > SIMULINK下基帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
SIMULINK下基帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
陳 莉
摘要: 為了模擬基帶系統(tǒng)的無(wú)碼間干擾通信,在SIMULINK下設(shè)計(jì)基帶系統(tǒng),詳細(xì)分析了基帶系統(tǒng)的原理及碼間干擾和噪聲干擾問(wèn)題,。使用平方根升余弦濾波器作為收,、發(fā)濾波器,減小碼間干擾,達(dá)到最佳接收,采用抽樣判決電路減小噪聲干擾。示波器及眼圖的觀測(cè)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的基帶系統(tǒng)可以進(jìn)行有效通信,,且具有抗干擾能力。
Abstract:
Key words :

基帶系統(tǒng)是不經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)的系統(tǒng),,理想的基帶系統(tǒng)是不存在碼間干擾的,,從理論上講應(yīng)當(dāng)是滿足奈奎斯特準(zhǔn)則的系統(tǒng),在實(shí)際中可以利用眼圖的觀測(cè)來(lái)判斷基帶系統(tǒng)的抗碼間干擾能力,,本文在SIMULINK下對(duì)基帶系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真,,利用眼圖分析了噪聲對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

1 基帶系統(tǒng)的理論分析
1.1 基帶系統(tǒng)傳輸模型及工作原理

    基帶系統(tǒng)傳輸模型如圖1所示,。


    1)系統(tǒng)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(tǒng)的工作原理:信源是不經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)的數(shù)字基帶信號(hào),,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?shù)拇a型,,經(jīng)過(guò)含有加性噪聲的有線信道后,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(fù)基帶信號(hào),,從而完成基帶信號(hào)的傳輸。
1.2 基帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(tǒng)傳輸誤碼率的提升,,影響基帶系統(tǒng)工作性能,。
    1)碼間干擾及解決方案
    碼間干擾:由于基帶信號(hào)受信道傳輸時(shí)延的影響,信號(hào)波形將被延遲從而擴(kuò)展到下一碼元,,形成碼間干擾,,造成系統(tǒng)誤碼。
    解決方案:
    ①要求基帶系統(tǒng)的傳輸函數(shù)H(ω)滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則:
   
    若不能滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則,,在接收端加入時(shí)域均衡,,減小碼間干擾,。②基帶系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)H(ω)應(yīng)具有升余弦滾降特性。如圖2所示,。這樣對(duì)應(yīng)的h(t)拖尾收斂速度快,,能夠減小抽樣時(shí)刻對(duì)其他信號(hào)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(hào)沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)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(hào)上導(dǎo)致信號(hào)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(tǒng)輸出性噪比最大,。

2 基帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
2.1 信源

    1)常見(jiàn)的基帶信號(hào)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(fù)電平的脈沖分別表示二進(jìn)制碼“1”和“0”,,故當(dāng)“1”和“O”等概率出現(xiàn)時(shí)無(wú)直流分量,,有利于在信道中傳輸,且在接收端恢復(fù)信號(hào)的判決電平為零,,抗干擾能力較強(qiáng),。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,要求傳輸線路具有直流傳輸能力,,不利于信道傳輸,。
    2)歸零信號(hào)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(zhǎng)度內(nèi)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(hào),。
2.2 發(fā)送濾波器和接收濾波器
   
基帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題是濾波器的選取,,根據(jù)1.2的分析,為了使系統(tǒng)沖激響應(yīng)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(yīng)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(hào)的頻譜共扼匹配同時(shí)系統(tǒng)函數(shù)滿足: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(gòu)造最佳基帶傳輸系統(tǒng)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(hào)通過(guò)的媒質(zhì),,通常為有線信道,,如市話電纜、架空明線等,。信道的傳輸特性通常不滿足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件,,且含有加性噪聲。因此本次系統(tǒng)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(guī)定時(shí)刻(由位定時(shí)脈沖控制)對(duì)接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決,以恢復(fù)或再生基帶信號(hào),。抽樣判決關(guān)鍵在于判決門限的確定,,由于本次設(shè)計(jì)采用雙極性碼,故判決門限為0,。

3 SINULINK下基帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    SIMULINK是MATLAB提供的用于對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模,,仿真和分析的工具包,它提供了專門用于顯示輸出信號(hào)的模塊,,可以在仿真過(guò)程中隨時(shí)觀察仿真結(jié)果,。同時(shí),通過(guò)存儲(chǔ)模塊仿真數(shù)據(jù)可以方便地以各種形式存儲(chǔ)到工作區(qū)和文件中,,供用戶對(duì)數(shù)據(jù)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(jí)的子系統(tǒng),,本次設(shè)計(jì)正利用SIMULINK所具有的模塊組織能力來(lái)構(gòu)建基帶系統(tǒng),來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作過(guò)程的仿真,。
3.1 信源的生成——曼徹斯特碼
   
曼徹斯特的編碼規(guī)則是這樣的,,即將二級(jí)制碼“1”編成“10",將“0”碼編成“01”,,在這里由于采用了二進(jìn)制雙極性碼,,則將“1”編成“+1-1”碼,而將“0”碼編成“-1+1”碼,。根據(jù)2.1小節(jié)的理論分析,,采用SIMULINK中的bernoulli binary generator(不歸零二進(jìn)制碼生成器)、pulse generator(脈沖生成器),、constant(常數(shù)源模塊),、switch(開(kāi)關(guān)電路)、scope(示波器)構(gòu)成曼徹斯特碼的生成電路,。模型連接方法如圖3所示,。


    模塊參數(shù)設(shè)置:bernoulli binary generator(不歸零二進(jìn)制碼生成器)的Prpbability of a zero(零碼概率)設(shè)為0.5,,sample time(采樣時(shí)間)設(shè)為0.5,pulse generator(脈沖生成器)的pulse width(%of period)(脈沖寬度)設(shè)為50%,,占空比為1/2,,Attitude(幅度)設(shè)為1,phase delay(相位延遲)設(shè)為0,,表示不經(jīng)過(guò)延遲,,起始時(shí)刻發(fā)10碼,switch(開(kāi)關(guān)電路)的threshold(門限)設(shè)為0.5,。constant(常數(shù)源輸出)設(shè)置為1,,輸出常數(shù)1,設(shè)置為-1,,輸出-1,。
    switch模塊中3個(gè)輸入分別接如圖3所示的3個(gè)信號(hào),當(dāng)輸入的第2個(gè)信號(hào)(二進(jìn)制碼)大于switch的門限值0.5時(shí),,輸出為1,,當(dāng)輸入的第2個(gè)信號(hào)(二進(jìn)制碼)小于switch的門限值0.5時(shí),輸出為0,。此時(shí),單極性不歸零碼經(jīng)過(guò)switch電路后成為雙極性不歸零碼(+1-1+1…),,pulse generator用于產(chǎn)生占空比為1/2的單極性歸零脈沖(10),,經(jīng)過(guò)switch開(kāi)關(guān)電路后成為雙極性歸零脈沖(+1-1),兩路雙極性信號(hào)成為乘法器product的輸入,,相乘后的結(jié)果是:第1路不歸零碼的1碼與第2路(+1-1)碼相乘得到(+1-1),,第1路-1碼與第2路(+1-1)碼相乘得到(-1+1)碼,這就是曼徹斯特碼,。
3.2 傳輸模塊的實(shí)現(xiàn)
   
為了減小碼間干擾,,在最大輸出信噪比時(shí)刻輸出信號(hào),減小噪聲干擾,,傳輸模塊由Square root Raised Cosine Transmit Filter(平方根升余弦傳輸濾波器),、AWGN Channel(高斯信道)、Square root Raised Cosine Receive Filter(平方根升余弦接收濾波器)模塊組成,,其設(shè)計(jì)框圖如圖4所示,。


    模塊參數(shù)設(shè)置:SqIlare root Raised Cosine Filter(平方根升余弦濾波器)的attitude(幅值)設(shè)為1,Period(周期)設(shè)為0.5,,pulse width(脈沖寬度)設(shè)為50%,,Phase delay(相位延遲)設(shè)為0。AWGN Channel(高斯信道)的Initial seed(起始速度)設(shè)為67,,mode(模式)設(shè)為Eb/No(信噪比),,Eb/No設(shè)為100,,Number of bits per symbor(每秒比特?cái)?shù))設(shè)為1,Imput symbolpower(輸入功率)設(shè)為1,,Symbol period(信號(hào)周期)為1,。
    發(fā)送端平方根升余弦傳輸濾波器用于對(duì)輸入信號(hào)濾波成型,高斯信道中含有高斯白噪聲,,滿足基帶系統(tǒng)信道特征,,接收端平方根升余弦接收濾波器用于匹配濾波,得到最大輸出信噪比,。
3.3 抽樣判決
   
利用switch2,、pulse generatorl、productl構(gòu)成抽樣判決電路,,并對(duì)曼徹斯特碼解碼,,其抽樣判決電路及極性轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。


    模塊參數(shù)設(shè)置:switch2的判決門限設(shè)為0,,pulse generatorl的占空比為50%,,相位延遲為0。
    輸入信號(hào)經(jīng)switch2被抽樣判決,,當(dāng)信號(hào)大于0時(shí)輸出為1,,當(dāng)信號(hào)小于0時(shí)輸出為-1,pulse Generatorl(脈沖生成器)的輸出信號(hào)(101010 …)作為第2路信號(hào)與第1路switch2輸出信號(hào)相乘,,結(jié)果是:第1路為(+1-1)時(shí)與第2路(10)相乘得到(+10),,第1路為(-1+1)時(shí)與第2路(10)相乘得到(-10),完成對(duì)曼徹斯特碼的解碼,。
    解碼后的信號(hào)是占空比為50%的雙極性歸零碼,,經(jīng)integer Delay(整數(shù)延遲)將占空比轉(zhuǎn)換為100%,成為歸零碼,,再經(jīng)過(guò)switch3(開(kāi)關(guān)電路)將雙極性碼轉(zhuǎn)換成單極性碼,,得到與信源相同的碼型。
3.4 基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)總圖及各點(diǎn)輸出波形
   
基帶傳輸系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)總圖以及傳輸過(guò)程中的各點(diǎn)波形分別如圖6,、圖7所示,。


    從圖7的波形來(lái)看,傳輸是有效的,。第1行波形是待傳輸?shù)幕鶐盘?hào),,第2行波形是經(jīng)過(guò)曼徹斯特編碼模塊后產(chǎn)生的曼徹斯特碼,第3行波形是經(jīng)過(guò)接受濾波器后的波形,,是一個(gè)連續(xù)信號(hào),,第4行波形是對(duì)第3行波形經(jīng)過(guò)抽樣判決后得到的雙極性的二進(jìn)制碼,第5行波形是經(jīng)極性轉(zhuǎn)換后得到的二進(jìn)制碼,,與第1行的基帶信號(hào)比較,,結(jié)果相同,,只是延遲了2個(gè)碼元,這說(shuō)明所設(shè)計(jì)的基帶系統(tǒng)沒(méi)有產(chǎn)生誤碼,,達(dá)到了抗碼間干擾和抗噪聲干擾的目的,。
3.5 眼圖觀測(cè)結(jié)果
   
圖8為接收濾波器觀察到的眼圖,從圖8可看出,,在信噪比為100 dB下觀察眼圖,,“眼睛”睜開(kāi)的角度很大,且沒(méi)有“雜線”,,說(shuō)明系統(tǒng)在該信噪比下具有很好的抗碼間干擾能力,。



4 結(jié)束語(yǔ)
   
本次設(shè)計(jì)采用平方根升余弦濾波器作為發(fā)送端和接收端濾波器,可以實(shí)現(xiàn)匹配濾波,、減小系統(tǒng)碼間干擾,,采用抽樣判決電路恢復(fù)重建信號(hào),抵抗噪聲干擾,。在SIMULINK下搭建系統(tǒng),,示波器觀測(cè)到的各點(diǎn)波形及眼圖的觀測(cè)的結(jié)果得出:基帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期要求,且具有較好的抗碼間干擾能力,。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),,未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。