数字信号的基带传输

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1、实验五数字信号的基带传输、眼图、奈奎斯特准则一、实验目的1.熟悉使用simulink模块库,了解各功能模块的操作和使用方法。2.通过实验进一步掌握、了解数字基带传输系统的构成及其工作原理。3.观察数字基带传输系统接收端的眼图,掌握眼图的主要性能指标。二、实验内容用simulink建立一个数字基带传输系统仿真系统,信道中加入高斯白噪声(均值为0,均方差可调),分析理解系统各个模块的功能,并通过观察眼图,判断系统信道中的噪声情况。三、实验原理(一)数字信号基带传输系统原理基带信号传输系统的典型模型,如图所示。 在

2、发送端,数字基带信号X(t)经发送滤波器输入到信道,发送滤波器的作用是限制发送频带,阻止不必要的频率成分干扰相邻信道。传输信道在这里是广义的,它可以是传输介质(电缆、双绞线等等),也可以是带调制解调器的调制信道。基带信号在信道中传输时常混入噪声n(t),同时由于信道一般不满足不失真传输条件,因此要引起传输波形的失真。所以在接收端输入的波形与原始的基带信号X(t)差别较大,若直接进行抽样判决可能产生较大的误判。因此在抽样判决之前先经过一个接收滤波器,它一方面滤除带外噪声,另一方面对失真波形进行均衡。抽样和判决电

3、路使数字信号得到再生,并改善输出信号的质量。根据频谱分析的基本原理,任何信号的频域受限和时域受限不可能同时成立。因此基带信号要满足在频域上的无失真传输,信号其波形在时域上必定是无限延伸的,这就带来了各码元间相互串扰问题。造成判决错误的主要原因是噪声和由于传输特性(包括发、收滤波器和信道特性)不良引起的码间串扰。基带脉冲序列通过系统时,系统的滤波作用使脉冲拖宽,在时间上,它们重叠到邻近时隙中去。接收端在按约定的时隙对各点进行抽样,并以抽样时刻测定的信号幅度为依据进行判决,来导出原脉冲的消息。若重叠到邻接时隙内的

4、信号太强,就可能发生错误判决。若相邻脉冲的拖尾相加超过判决门限,则会使发送的“0”判为“1”。实际中可能出现好几个邻近脉冲的拖尾叠加,这种脉冲重叠,并在接收端造成判决困难的现象叫做码间串扰。因此可以看出,传输基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性。当然可以有意地加宽传输频带使这种干扰减小到任意程度。然而这会导致不必要地浪费带宽。如果展宽得太多还会将过大的噪声引入系统。因此应该探索另外的代替途径,即通过设计信号波形,或采用合适的传输滤波器,以便在最小传输带宽的条件下大大减小或消除这种干扰。奈奎斯特第一准则解

5、决了消除这种码间干扰的问题,并指出信道带宽与码速率的基本关系。即式中Rb为传码率,单位为比特/每秒(bps)。fN和BN分别为理想信道的低通截止频率和奈奎斯特带宽。上式说明了理想信道的频带利用率为实际上,具有理想低通特性的信道是难以实现的,而实际应用的是具有滚降特性的信道。其带宽较奈奎斯特带宽增加的程度——滚降系数α可以表示为其中B表示滚降信道的带宽。由于升余弦滚降滤波特性可使传输信号具有较大的功率,且收敛快而减小码间干扰,故已得到了广泛的应用。(一)眼图原理1.眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而

6、抽样再生的时间间隔。显然,最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。2.眼图斜边的斜率,表示系统对定时抖动(或误差)的灵敏度,斜边越陡,系统对定时抖动越敏感。3.眼图左(右)角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围,称为零点失真量,在许多接收设备中,定时信息是由信号零点位置来提取的,对于这种设备零点失真量很重要。4.在抽样时刻,阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。5.在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限,噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决;6.横轴对应判决门限电平。四、实验步骤1、设计一个滚升余弦

7、滤波器,滚降系数为0.75。输入为4元双极性数字序列,符号速率为1000波特,设滤波器采样率为10000次/秒,即在一个符号间隔中有10个采样点。试建立仿真模型观察滚升余弦滤波器的输出波形、眼图以及功率谱。2、试建立一个基带传输模型,发送数据为二进制双极性不归零码,发送滤波器为平方根升余弦滤波器,滚降系数为0.5,信道为加性高斯信道,接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为1000bps,要求观察接收信号眼图,并设计接收机采样判决部分,对比发送数据与恢复数据波形,并统计误码率。假设接收定时恢复是理想的。

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