基于simulink的基帶傳輸碼的設(shè)計(jì)與仿真【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　基于Simulink的基帶傳輸碼的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)

2、 通信工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要<

3、/b></p><p>　　數(shù)字通信系統(tǒng)主要的兩種通信模式：數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)，數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)。數(shù)字基帶信號(hào)是數(shù)字信息的電脈沖表示，通常把數(shù)字信息的電脈沖的表示形式稱(chēng)為碼型。不同形式的碼型信號(hào)具有不同的頻譜結(jié)構(gòu)，合理地設(shè)計(jì)選擇數(shù)字基帶信號(hào)碼型，使數(shù)字信息變換為適合于給定信道傳輸特性的頻譜結(jié)構(gòu)，便于數(shù)字信號(hào)在信道內(nèi)傳輸。</p><p>　　Simulink是Matlab中的一

4、種可視化仿真工具， 是一種基于Matlab的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。模塊是創(chuàng)建Simulink模型的基本單元，通過(guò)適當(dāng)?shù)哪K操作及信號(hào)線操作就能完成系統(tǒng)模型的創(chuàng)建。為了達(dá)到理想的仿真效果，在建模后仿真前必須對(duì)各個(gè)仿真參數(shù)進(jìn)行配置。</p><p>　　研究應(yīng)用Matlab/Simulink對(duì)常用數(shù)字基帶傳輸碼

5、型進(jìn)行建模和仿真，即在常用傳輸碼型的編碼規(guī)則和仿真波形以及頻譜特性分析的基礎(chǔ)上，提出改善基帶傳輸碼性能的方法及措施。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字基帶傳輸；基帶信號(hào)碼型；Simulink；建模仿真；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Digital base-band signal is digita

6、l 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 desi

7、gn choices, make MaXing digital baseband signal digital information transformation for suitable for a given channel transmission characteristic frequency spectrum structure, facilitate digital signal in the channel in tr

8、ansmission. </p><p>　　Simulink is one of the Matlab simulation tools, is a visual design based on the MATLAB environment, is to realize the block diagram of dynamic system modeling, simulation and analysis o

9、f 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

10、appropriate module operation and signal line operation can fulfill the system model to create. </p><p>　　Matlab/Simulink application to commonly used digital frequency-hand mode MaXing is modeled and simulat

11、ed 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.&

12、lt;/p><p>　　KeyWords:DigitalFrequency-handmode;BasebandsignalMaXing;Simulink;Modeling Simulation;目 錄</p><p><b>　　1　引言1</b></p><p>　　1.1 課題研究背景及意義1</p><p>　　

13、1.2 論文的主要內(nèi)容安排2</p><p>　　2 數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸3</p><p>　　2.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)3</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)數(shù)字基帶信號(hào)的要求4</p><p><b>　　2.3常用碼型5</b></p><p>　　3 Matlab/Simulink

14、簡(jiǎn)介10</p><p>　　3.1 Simulink概述10</p><p>　　3.2 Simulink在通信系統(tǒng)中的仿真10</p><p>　　4 常用基帶傳輸碼的建模與仿真12</p><p>　　4.1 差分碼的建模與仿真12</p><p>　　4.2雙相碼的建模與仿真15</p&

15、gt;<p>　　4.3 密勒碼的建模與仿真19</p><p>　　4.4 常用碼型對(duì)比及新碼型的設(shè)計(jì)22</p><p><b>　　5 結(jié)語(yǔ)26</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p>

16、<p><b>　　1　引言</b></p><p>　　1.1 課題研究背景及意義</p><p>　　20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了數(shù)字傳輸技術(shù)，它采用了數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息，從此通信進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代。目前，通信網(wǎng)已基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，在我國(guó)公眾通信網(wǎng)中傳輸?shù)男盘?hào)主要是數(shù)字信號(hào)。數(shù)字通信系統(tǒng)主要的兩種通信模式：數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)，數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)[1]。<

17、;/p><p>　　實(shí)際中，基帶傳輸不如頻帶傳輸應(yīng)用廣泛，但對(duì)基帶傳輸?shù)难芯咳杂蟹浅Ｖ匾囊饬x。這是因?yàn)椋旱谝?，?shù)字基帶系統(tǒng)的許多問(wèn)題也是頻帶傳輸系統(tǒng)必須考慮的問(wèn)題；第二,隨著數(shù)字通信系統(tǒng)的發(fā)展，基帶傳輸這種方式也有迅速發(fā)展的趨勢(shì)，她不僅用于低速數(shù)據(jù)傳輸，而且還用于高速數(shù)據(jù)傳輸；第三，在理論上，任何一個(gè)線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)，總是可以有一個(gè)等效的基帶載波調(diào)制系統(tǒng)所代替。因此，很有必要對(duì)基帶傳輸系統(tǒng)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的分析。

18、</p><p>　　目前，數(shù)字通信在衛(wèi)星通信、光纖通信、移動(dòng)通信等方面發(fā)展很快。由于基帶傳輸系統(tǒng)在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中有不可替代的作用，其應(yīng)用范圍也隨著技術(shù)的發(fā)展?jié)B入網(wǎng)絡(luò)通信、衛(wèi)星通信、手機(jī)通信、數(shù)字電視、數(shù)字電話(huà)等生活、科技的各方面，日益成為數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。工業(yè)電視采用的基帶傳輸方式，它是工業(yè)用的一種視頻監(jiān)控系統(tǒng)，已在寶鋼分公司廣泛應(yīng)用?；鶐盘?hào)也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中占主導(dǎo)地位的信號(hào)類(lèi)型，特別是距離不太遠(yuǎn)的

19、情況，因?yàn)樵诮嚯x范圍內(nèi)，基帶信號(hào)的功率衰減不大，從而信道容量不會(huì)發(fā)生變化，而且基帶相對(duì)于頻帶較為簡(jiǎn)單，費(fèi)用也低，同時(shí)仍能保持高速率，因此比頻帶應(yīng)用廣泛很多。而在無(wú)線信道和光纖及一些寬帶有線信道中，必須把數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制在載波上，才能在信道中傳輸，我們把這種傳輸成為數(shù)字信號(hào)的載波傳輸。事實(shí)上，即使在載波傳輸中也有基帶傳輸信號(hào)。雖然就潛在能力而言，頻帶比基帶傳輸?shù)目於腋采w較長(zhǎng)的距離，但頻帶需要在每個(gè)連接末端接入一個(gè)調(diào)制解調(diào)器，這就提高了

20、設(shè)備接入局域網(wǎng)的費(fèi)用。所以說(shuō)，基帶傳輸是廣泛使用的技術(shù)基礎(chǔ)，也在廣泛的運(yùn)用于數(shù)字傳輸通信系統(tǒng)中[2]。</p><p>　　1.2 論文的主要內(nèi)容安排</p><p>　　論文主要分五個(gè)部分：第一部分是引言，說(shuō)明該課題的研究背景和意義，并概括文章的主要內(nèi)容；第二部分詳細(xì)介紹了數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，包括傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、基帶傳輸信號(hào)碼型得基本要求、常用傳輸碼型等，第三部分介紹了Simulin

21、k與其在通信系統(tǒng)中的仿真；第四部分則是論文的核心主體部分，運(yùn)用Simulink這一仿真工具分別對(duì)差分碼、雙相碼、密勒碼等常用基帶傳輸碼進(jìn)行建模與仿真，根據(jù)基帶傳輸信號(hào)碼型設(shè)計(jì)原則建立框圖模型，運(yùn)行后給出仿真結(jié)果以及詳細(xì)的參數(shù)說(shuō)明，然后分析提出改善基帶傳輸碼性能的方法及措施；第五部分為結(jié)束語(yǔ)，總結(jié)全文。</p><p>　　2 數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸</p><p>　　準(zhǔn)確地傳輸數(shù)字信息是數(shù)字

22、通信中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，它的傳輸對(duì)象通常是二進(jìn)制數(shù)字信息。它可能是來(lái)自計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)或其他數(shù)字設(shè)備的各種數(shù)字代碼，也可能來(lái)自數(shù)字電話(huà)終端的脈沖編碼信號(hào)。這種脈沖信號(hào)被成為數(shù)字基帶信號(hào)，這是因?yàn)樗鼈兯紦?jù)的頻帶通常從直流和低頻開(kāi)始[3]。</p><p>　　數(shù)字基帶信號(hào)不經(jīng)過(guò)載波調(diào)制而直接傳輸，稱(chēng)為基帶傳輸。數(shù)字基帶波形被脈沖變換器變換成適應(yīng)信道傳輸?shù)拇a型后送入信道。在基帶傳輸中，數(shù)字基帶信號(hào)本身是

23、否攜帶有位同步信息，將很大程度上影響數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的性能。</p><p>　　2.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)</p><p>　　基帶傳輸包含著數(shù)字通信技術(shù)的許多問(wèn)題，頻帶傳輸是基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后再傳輸?shù)?，因此頻帶傳輸也存在基帶問(wèn)題?；鶐鬏?shù)脑S多問(wèn)題，頻帶傳輸同樣須考慮。如果把調(diào)制與解調(diào)過(guò)程看做是廣義信道的一部分，則任何數(shù)字傳輸系統(tǒng)均可等效為基帶傳輸系統(tǒng)[4]。理論上還可以證明，任何一個(gè)采用

24、線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)，總是可以由一個(gè)等效的基帶傳輸系統(tǒng)來(lái)代替的。</p><p>　　數(shù)字基帶系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。</p><p>　　圖2-1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)</p><p>　　信道信號(hào)形成器：基帶傳輸系統(tǒng)的輸入是由終端設(shè)備或編碼器產(chǎn)生的脈沖序列，它不一定適合直接在信道中傳輸。信道信號(hào)形成器的作用就是把原始基帶信號(hào)變換成適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)，這種

25、變換主要是通過(guò)碼型變換和波形變換來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其目的是與信道匹配，便于傳輸，減小碼間串?dāng)_，利于同步提取以及抽樣判決。</p><p>　　信道：允許基帶信號(hào)通過(guò)的煤質(zhì)。信道的傳輸特性通常不滿(mǎn)足無(wú)失真的傳輸條件，恒參信道（如明線、同軸電纜、對(duì)稱(chēng)電纜、光纖通道、無(wú)線電視距中繼、衛(wèi)星中繼信道）對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懼饕蔷€性畸變；隨參信道（如短波電離層反射、對(duì)流層散射信道等）對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懼饕蓄l率彌散現(xiàn)象（多徑傳播）、頻率的

26、選擇性衰落、信道的線性噪聲和加性噪聲的影響。在通信系統(tǒng)的分析中，常常把噪聲n（t）等效，集中在信道中引入。</p><p>　　接收濾波器：主要作用是濾除帶外噪聲，對(duì)信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。</p><p>　　抽樣判決器：它是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，由定位脈沖控制的特殊點(diǎn)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)。</p><

27、p>　　自同步法的同步提取電路：包括非線性變換處理電路和窄帶濾波器或鎖相環(huán)。非線性變換處理電路的作用是使接收信號(hào)或解調(diào)后的數(shù)字基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)非線性變換處理后含有位同步分量或位同步信息。窄帶濾波器或鎖相環(huán)的作用是濾除噪聲和其他頻譜分量，提取純凈的位同步信號(hào)。</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)數(shù)字基帶信號(hào)的要求</p><p>　　數(shù)字基帶信號(hào)是數(shù)字信息的電脈沖表示，通常把數(shù)字信息的電脈沖

28、的表示形式稱(chēng)為碼型。不同形式的碼型信號(hào)具有不同的頻譜結(jié)構(gòu)，合理地設(shè)計(jì)選擇數(shù)字基帶信號(hào)碼型，使數(shù)字信息變換為適合于給定信道傳輸特性的頻譜結(jié)構(gòu)，便于數(shù)字信號(hào)在信道內(nèi)傳輸。適于在有線信道中傳輸?shù)幕鶐盘?hào)碼型又稱(chēng)為線路傳輸碼型。</p><p>　　為適應(yīng)信道的傳輸特性及接收端再生恢復(fù)數(shù)字信號(hào)的需要，基帶傳輸信號(hào)碼型設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下一些原則[5]：</p><p>　　(1) 對(duì)于頻帶低端受限的信道

29、傳輸，線路碼型中不含有直流分量和較少的低頻分量。</p><p>　　(2) 便于從相應(yīng)的基帶信號(hào)中提取比特同步信息。</p><p>　　(3)盡量減小碼型頻譜中的高頻分量，因?yàn)樵趯?duì)稱(chēng)電纜中同時(shí)有多個(gè)數(shù)字信道工作，因此高頻成分越大，電磁耦合越緊，相互干擾越嚴(yán)重。</p><p>　　(4) 所選碼型應(yīng)具有糾錯(cuò)、檢錯(cuò)能力。</p><p>　

30、　(5) 碼型變換設(shè)備要簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　2.3常用碼型</b></p><p>　　數(shù)字基帶的傳輸碼型很多，并不是所有的碼型都能滿(mǎn)足上述要求，往往是根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇[6]。下面介紹幾種常用的碼型。</p><p><b>　　2.3.1 二元碼</b></p><p&g

31、t;　　最簡(jiǎn)單的二元碼中常用的波形是矩形波。它有兩個(gè)電平值，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制碼“0”和“1”。常用的二元碼</p><p>　　1 單極性不歸零碼(NRZ)</p><p>　　這是一種最簡(jiǎn)單的基帶數(shù)字信號(hào)波形。用正電平和零電平分別代表“1”碼和“0”碼，在整個(gè)碼元期間電平保持不變，如圖2-1所示。由于它含有直流分量，而一般有線信道低頻傳輸特性比較差，零頻附近的分量不易傳送，不能提取同步信息

32、。</p><p>　　圖2-1 單極性不歸零碼</p><p>　　2 雙極性不歸零碼(BNRZ)</p><p>　　用正、負(fù)兩個(gè)電平分別表示“1”碼和“0”碼，如圖2-2所示。與單極性不歸零碼相同的是，整個(gè)碼元期間電平保持不變，因而在這種碼型中不存在零電平。從信號(hào)的一般統(tǒng)計(jì)特性來(lái)看，由于“1”和“0”碼出現(xiàn)的概率相等，所以波形無(wú)直流分量，可以在有線和電纜無(wú)接

33、地的信道中遠(yuǎn)距離傳輸。這種碼型抗干擾性能好，應(yīng)用比較廣泛。缺點(diǎn)是不能直接從中提取同步信號(hào)。</p><p>　　圖2-2 雙極性不歸零碼</p><p>　　3 單極性歸零碼(RZ)</p><p>　　用脈沖寬度τ小于碼元寬度T的高電平表示“1”，用零電平表示“0”。每個(gè)脈沖總要在小于碼元周期時(shí)間內(nèi)回到零電平，如圖2-3所示。此碼的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)出現(xiàn)長(zhǎng)連串“1”時(shí)，歸

34、零碼仍有明顯的碼元間隔，有利于提取同步信息。</p><p>　　圖2-3 單極性歸零碼</p><p><b>　　4 差分碼</b></p><p>　　差分碼又稱(chēng)相對(duì)碼。差分碼不是用脈沖的絕對(duì)電平來(lái)表示“1”碼和“0”碼，而是利用相鄰前后碼元電平的相對(duì)變化來(lái)傳送信息。對(duì)于“1”差分碼，其相鄰碼元電平極性改變表示“1”，不變表示“0”；對(duì)

35、于“0”差分碼，其相鄰碼元電平極性改變?yōu)椤?”碼，不變?yōu)椤?”碼，如圖2-4所示。這種碼的主要優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)傳輸系統(tǒng)中某些環(huán)節(jié)引起基帶信號(hào)反相時(shí)，也不會(huì)影響接收的結(jié)果，它多用于數(shù)字相位調(diào)制。</p><p><b>　　圖2-4 差分碼</b></p><p><b>　　5 雙相碼</b></p><p>　　雙相碼又稱(chēng)分

36、相碼或曼徹斯特碼。此碼型的特點(diǎn)是每個(gè)碼元用兩個(gè)連續(xù)極性相反的脈沖來(lái)表示。如“1”碼用正、負(fù)脈沖表示；“0”碼用負(fù)、正脈沖表示，如圖2-5所示。由于雙相碼在每個(gè)碼元的中間都有電平的跳變，所以容易提取碼元同步信息，而且不受信源統(tǒng)計(jì)特性的影響。雙相碼適用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備在短距離上的傳輸。在“以太”本地?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)中采用這種碼型作為線路傳輸碼型。</p><p><b>　　圖2-5 雙相碼</b><

37、;/p><p>　　6 密勒碼(Miller)</p><p>　　密勒碼又稱(chēng)延遲調(diào)制碼，它是數(shù)字雙相碼的一種變形。在密勒碼中，“1”碼時(shí)，在每個(gè)碼元周期中點(diǎn)處出現(xiàn)跳變，而對(duì)于“0”則有兩種情況：當(dāng)出現(xiàn)單個(gè)“0”時(shí)，在碼元周期內(nèi)不出現(xiàn)跳變；但若遇到連“0”時(shí)，則在前一個(gè)“0”結(jié)束，后一個(gè)“0”開(kāi)始時(shí)出現(xiàn)電平跳變，由上述編碼規(guī)則可知，當(dāng)兩個(gè)“1”之間有一個(gè)“0”時(shí)，則在第一個(gè)“1”的碼元周期中點(diǎn)

38、與第二個(gè)“1”的碼元周期中點(diǎn)之間無(wú)電平跳變，此時(shí)密勒碼中出現(xiàn)最大寬度，即兩個(gè)碼元周期，如圖2-6所示。</p><p><b>　　圖2-6 密勒碼</b></p><p>　　密勒碼實(shí)際是數(shù)字雙相碼經(jīng)過(guò)一級(jí)觸發(fā)后得到的波形，因此，它是雙相碼的“0”差分形式。它可以克服雙相碼中存在的信源相位不確定的問(wèn)題。此外，該碼中直流分量很少，頻帶窄。利用密勒碼的脈沖最大寬度為兩

39、個(gè)碼元，最小寬度為一個(gè)碼元的特點(diǎn)，可以檢測(cè)傳輸?shù)恼`碼或線路的故障。這種碼最初被用于氣象、衛(wèi)星及磁帶記錄，現(xiàn)已開(kāi)始用于低速的基帶數(shù)傳機(jī)。</p><p><b>　　2.3.2 三元碼</b></p><p>　　三元碼是指利用信號(hào)幅度的三種取值+0、0、-1來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)“1”和“0”。三元碼并不是將二進(jìn)制數(shù)變?yōu)槿M(jìn)制數(shù)，而是用三元碼取代二進(jìn)制數(shù)[7]。三元碼種類(lèi)很多

40、，下面介紹比較常見(jiàn)的兩種。</p><p>　　1 傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼(AMI)</p><p>　　在AMI碼中，二進(jìn)制信息中“0”碼仍為零電平；而“1”碼用極性交替的正、負(fù)電平表示。這種基帶信號(hào)無(wú)直流成分，低頻成分也很小。為了便于提取同步，在AMI碼中的正、負(fù)電平可采用半占空的脈沖，即“+1”和“-1”的歸零碼。然而，AMI碼的一個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn)是出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”串時(shí)會(huì)使定時(shí)信號(hào)提取困難。<

41、/p><p>　　2 三階高密度雙極性碼(HDB3)</p><p>　　HDB3碼是AMI碼的改進(jìn)型，它可消除AMI碼中長(zhǎng)連“0”碼所造成的同步提取困難的缺點(diǎn)。</p><p>　　HDB3碼的編碼是建立在AMI碼基礎(chǔ)上的，其編碼規(guī)則為：</p><p>　　(1) 在二進(jìn)制信息代碼中，當(dāng)連“0”碼小于4個(gè)時(shí)，HDB3碼編碼規(guī)則</p&g

42、t;<p><b>　　AMI碼。</b></p><p>　　(2) 當(dāng)碼序列中出現(xiàn)4個(gè)連“0”，或超過(guò)4個(gè)連“0”時(shí)，把連“0”段按4個(gè)連“0”分組，既“0000”為一組。編碼時(shí)將每組第4個(gè)“0”碼變?yōu)椤?”碼，用V脈沖表示，V脈沖的極性與前相鄰的“1”碼的極性相同。由于V脈沖破壞了AMI碼極性交替功率，故稱(chēng)V脈沖為破壞脈沖(符號(hào))。而原來(lái)的二進(jìn)制碼元序列中所有的“1”碼稱(chēng)

43、為信碼，用符號(hào)B表示。</p><p>　　(3) 為了使編碼序列中不含有直流分量，需使B碼和V碼各自都應(yīng)始終保持極性交替。當(dāng)相鄰兩個(gè)V碼之間有奇數(shù)個(gè)“1”碼時(shí)，能保證B碼和V碼各自極性交替。當(dāng)相鄰兩個(gè)V碼之間有偶數(shù)個(gè)“1”時(shí)，不能保證V碼極性交替，此時(shí)需將后一組4個(gè)連“0”的第一個(gè)“0”碼變?yōu)椤?”碼，用B’表示，稱(chēng)其為補(bǔ)碼。B’的符號(hào)與前相鄰“1”相反，而其后面的V碼與B’符號(hào)相同，這樣就可以保證B碼和V碼的

44、極性各自交替。</p><p>　　在接收端譯碼時(shí)，由兩個(gè)相鄰?fù)瑯O性碼找出V碼，即同極性碼中的后面的那個(gè)碼就是V碼，由V碼向前數(shù)第三個(gè)碼如果不是零，就是補(bǔ)碼B’。把V碼和B’碼去掉，剩下的就全是信碼。再把其全波整流后即可變?yōu)閱螛O性碼。</p><p>　　HDB3碼無(wú)直流分量，低頻分量也很少，頻帶比較窄，即使有長(zhǎng)連“0”碼也能提取同步信號(hào)。但編、譯碼電路比較復(fù)雜，HDB3碼是目前應(yīng)用最多的

45、碼型之一。 </p><p>　　3 Matlab/Simulink簡(jiǎn)介</p><p>　　3.1 Simulink概述</p><p>　　Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。

46、Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶(hù)接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶(hù)可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果[8]。</p><p>　　3.2 Simulink在通信系統(tǒng)中的仿

47、真</p><p>　　創(chuàng)建系統(tǒng)模型是用Simulink進(jìn)行通信系統(tǒng)仿真的第一個(gè)環(huán)節(jié)，它是進(jìn)行系統(tǒng)仿真的前提。模塊是創(chuàng)建Simulink模型的基本單元，通過(guò)適當(dāng)?shù)哪K操作及信號(hào)線操作就能完成系統(tǒng)模型的創(chuàng)建。為了達(dá)到理想的仿真效果，在建模后仿真前必須對(duì)各個(gè)仿真參數(shù)進(jìn)行配置。</p><p><b>　　建模步驟如下：</b></p><p>&l

48、t;b>　　1、建立模型窗口</b></p><p>　　在Simulink窗口的File菜單中，選擇New命令，這樣就建立了一個(gè)模型窗口。</p><p><b>　　2、向窗口拷貝模塊</b></p><p>　　把鼠標(biāo)移到所要拷貝的模塊上面，一直按下鼠標(biāo)，鼠標(biāo)形狀發(fā)生改變后進(jìn)行拖動(dòng)，當(dāng)鼠標(biāo)指針移到自己的模型窗口時(shí)松開(kāi)即可

49、。</p><p>　　3、模塊輸入端口數(shù)目的調(diào)整</p><p>　　通過(guò)打開(kāi)Mux模塊的對(duì)話(huà)框修改端口數(shù)目，用鼠標(biāo)雙擊Mux模塊打開(kāi)，Simulink就顯示Mux塊的對(duì)話(huà)框，改變其中的參數(shù)number of input，然后用鼠標(biāo)單擊ok按鈕就可以了。</p><p>　　4、模塊之間的連接線</p><p>　　5、模塊對(duì)應(yīng)參數(shù)的改變&

50、lt;/p><p>　　6、模型保存與結(jié)束運(yùn)行</p><p>　　構(gòu)建好一個(gè)系統(tǒng)的模型后，在運(yùn)行仿真前，必須對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行配置。仿真參數(shù)的設(shè)置包括：仿真過(guò)程中的仿真算法，仿真的起始時(shí)刻，誤差容限及錯(cuò)誤處理方式等的設(shè)置，還可以定義仿真結(jié)果的輸出和存儲(chǔ)方式。</p><p>　　首先打開(kāi)模型，然后再模型窗口的菜單中選擇Simulation Configuration Pa

51、rameters，就會(huì)彈出仿真參數(shù)設(shè)置的對(duì)話(huà)框。</p><p>　　仿真參數(shù)設(shè)置共有5個(gè)主要部分：Solve，Data Import/Export，Optimization，Diagnostics，Real—Time Workshop。具體說(shuō)明省略。</p><p>　　設(shè)置好仿真參數(shù)后，就可以啟動(dòng)仿真了。啟動(dòng)仿真的方法有兩種，一種是在模型窗口以菜單方式直接啟動(dòng)仿真，一種是在MATLAB

52、命令窗口采用命令行方式啟動(dòng)仿真[9]。</p><p><b>　　仿真步驟如下：</b></p><p>　　1、選擇菜單Simulink|Start。</p><p>　　2、單擊工具欄上的運(yùn)行圖標(biāo)。</p><p>　　3、在命令窗口輸入調(diào)用函數(shù)sim（‘model’）進(jìn)行仿真。</p><p&

53、gt;　　仿真的最終目的是要通過(guò)模型得到某種計(jì)算結(jié)果，故仿真結(jié)果的分析是系統(tǒng)仿真的重要環(huán)節(jié)。仿真結(jié)果的輸出顯示，可以使用示波器等基本的輸出模塊完成。</p><p>　　4 常用基帶傳輸碼的建模與仿真</p><p>　　4.1 差分碼的建模與仿真</p><p>　　(1) 差分碼的建模</p><p>　　信源模塊產(chǎn)生NRZ碼作為輸入信號(hào)

54、，經(jīng)過(guò)“1”差分碼編碼與解碼，最終輸出為“1”差分碼，框圖模型如下圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 “1”差分碼框圖模型</p><p>　　信源模塊產(chǎn)生NRZ碼作為輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)“0”差分碼編碼與解碼，最終輸出為“0”差分碼，框圖模型如下圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 “0”差分碼框圖模型</p><p>　　

55、(2) 具體參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖4-3 Bernoulli Binary Generator模塊的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　碼元傳輸速率R =1/TS=1B,這里對(duì)應(yīng)的參數(shù)TS即Sample time設(shè)置為1，如上圖4-3所示。</p><p>　　圖4-4 Unit Delay模塊的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　單位延遲

56、器的初始值設(shè)置為0，如上圖4-4所示。 </p><p>　　(3) 差分碼的仿真波形圖</p><p>　　圖4-5 “1”差分碼的仿真波形圖</p><p>　　由上圖4-5所示波形可見(jiàn)，當(dāng)輸入波形NRZ為“1”碼時(shí)，輸出波形“1”差分碼相鄰碼元電平極性改變；當(dāng)輸入波形NRZ為“0”碼時(shí)，輸出波形“1”差分碼相鄰碼元電平極性不變，即“1”變“0”不變。經(jīng)過(guò)解

57、碼后波形跟輸入波形NRZ一致。</p><p>　　建模仿真結(jié)果與理論結(jié)果相一致，達(dá)到了預(yù)期要求。若上圖4-4中，單位延遲器的初始值設(shè)置為1，則輸出相位反相[10]。</p><p>　　圖4-6 “0”差分碼的仿真波形圖</p><p>　　由上圖4-6所示波形可見(jiàn)，當(dāng)輸入波形NRZ為“1”碼時(shí)，輸出波形“0”差分碼相鄰碼元電平極性不變；當(dāng)輸入波形NRZ為“0”

58、碼時(shí)，輸出波形“0”差分碼相鄰碼元電平極性改變，即“0”變“1”不變。經(jīng)過(guò)解碼后波形跟輸入波形NRZ一致。</p><p>　　建模仿真結(jié)果與理論結(jié)果相一致，達(dá)到了預(yù)期要求。</p><p>　　4.2雙相碼的建模與仿真</p><p>　　(1) 雙相碼的建模</p><p>　　信源模塊產(chǎn)生NRZ碼作為輸入信號(hào)，和Pulse Genera

59、tor模塊通過(guò)一個(gè)乘法器相乘，最終輸出雙相碼，框圖模型如下圖4-7所示。</p><p>　　圖4-7 雙相碼的框圖模型</p><p>　　(2) 具體參數(shù)說(shuō)明</p><p>　　Bernoulli Binary Generator模塊的參數(shù)設(shè)置與圖4-3相同。.</p><p>　　圖4-8 Relay 模塊參數(shù)設(shè)置</p&g

60、t;<p>　　上圖4-8相當(dāng)于規(guī)定了判決器電平為0.5，當(dāng)輸入電平大于0.5時(shí)，輸出為1，當(dāng)輸入電平小于0.5時(shí)，輸出則為-1，實(shí)現(xiàn)由單極性向雙極性轉(zhuǎn)換的功能。</p><p>　　圖4-9 Zero-Order Hold模塊的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　抽樣間隔TS 為0.1。</p><p>　　圖4-10 Pulse Generator模

61、塊參數(shù)設(shè)置</p><p>　　抽樣間隔為T(mén)S 為0.1，脈沖波形的周期為0.1*10＝1，其值與碼元寬度一致，則設(shè)置如上圖4-10所示，在雙相碼輪換時(shí)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)碼元入，二個(gè)碼元出的基本特性。</p><p>　　下圖4-11中，為了看到頻譜對(duì)稱(chēng)的效果，頻率軸設(shè)置為[-FS/2...FS/2]，F(xiàn)S與Zero-Order Hold模塊的TS 互為倒數(shù)的關(guān)系。由上圖4-9中TS所設(shè)置的值可得

62、出頻率軸的具體數(shù)值。</p><p>　　圖4-11 Spectrum Scope 模塊參數(shù)設(shè)置</p><p>　　(3) 雙相碼的仿真波形圖</p><p>　　圖4-12 雙相碼的仿真波形圖</p><p>　　由圖4-12所示波形可見(jiàn)，此碼型的特點(diǎn)是每個(gè)碼元用兩個(gè)連續(xù)極性相反的脈沖來(lái)表示，在每個(gè)碼元的中間都有電平的跳變，當(dāng)輸入波形

63、NRZ為“0”碼時(shí)，輸出波形BPH為“01”碼；當(dāng)輸入波形NRZ為“1”碼時(shí)，輸出波形BPH為“10”碼。</p><p>　　建模仿真結(jié)果與理論結(jié)果相一致，達(dá)到了預(yù)期要求。</p><p>　　(4) 雙相碼的功率頻譜仿真結(jié)果</p><p>　　圖4-13 雙相碼的功率頻譜仿真結(jié)果</p><p>　　已知雙相碼碼元速率=1B，并由圖4

64、-13功率譜圖仿真結(jié)果圖所示，零點(diǎn)帶寬=2HZ，則頻帶利用率=0.5B/HZ，且不含直流分量。</p><p>　　4.3 密勒碼的建模與仿真</p><p>　　(1) 密勒碼的建模</p><p>　　密勒碼是數(shù)字雙相碼經(jīng)過(guò)一級(jí)觸發(fā)后得到的，框圖模型如下圖4-14所示。</p><p>　　圖4-14 密勒碼的框圖模型</p>

65、<p>　　(2) 具體參數(shù)設(shè)置</p><p>　　Bernoulli Binary Generator模塊的參數(shù)設(shè)置與圖4-3相同。</p><p>　　Relay模塊的參數(shù)設(shè)置與圖4-8相同。</p><p>　　Zero-Order Hold 模塊的參數(shù)設(shè)置與圖4-9相同。</p><p>　　Pulse Generat

66、or 模塊的參數(shù)設(shè)置與圖4-10相同。</p><p>　　Spectrum Scope 模塊的參數(shù)設(shè)置與圖4-11相同。</p><p><b>　　故此處省略。</b></p><p>　　(3) 密勒碼的仿真波形圖</p><p>　　由下圖4-15所示波形可見(jiàn)，當(dāng)輸入波形NRZ為“1”碼時(shí)，輸出波形密勒碼在每個(gè)碼

67、元周期中點(diǎn)處進(jìn)行跳變；當(dāng)輸入波形NRZ為單個(gè)“0”碼時(shí)，輸出波形密勒碼在碼元周期內(nèi)不出現(xiàn)跳變；當(dāng)輸入波形NRZ為連“0”碼時(shí)，輸出波形密勒碼在前一個(gè)“0”結(jié)束后一個(gè)“0”開(kāi)始時(shí)出現(xiàn)電平跳變。從圖中還可以看到，當(dāng)輸入波形NRZ在兩個(gè)“1”之間有一個(gè)“0”時(shí)，輸出波形密勒碼在第一個(gè)“1”的碼元周期中點(diǎn)與第二個(gè)“1”的碼元周期中點(diǎn)之間無(wú)電平跳變。</p><p>　　建模仿真結(jié)果與理論結(jié)果相一致，達(dá)到了預(yù)期要求。<

68、;/p><p>　　圖4-15 密勒碼的仿真波形圖</p><p>　　(4) 密勒碼的功率頻譜仿真結(jié)果</p><p>　　圖4-16 密勒碼的功率頻譜仿真結(jié)果</p><p>　　密勒碼的功率頻譜仿真結(jié)果如上圖4-16所示，由圖看出該碼直流分量少，頻帶窄。</p><p>　　4.4 常用碼型對(duì)比及新碼型的設(shè)計(jì)&l

69、t;/p><p>　　(1) 常用碼型對(duì)比</p><p>　　通過(guò)對(duì)差分碼、雙相碼、密勒碼這三個(gè)常用基帶傳輸碼的建模仿真后，我們可以綜合分析比較一下這幾種碼型的傳輸特性。</p><p>　　差分碼不是用脈沖的絕對(duì)電平來(lái)表示“1”碼和“0”碼，而是利用相鄰前后碼元電平的相對(duì)變化來(lái)傳遞信息。這種碼的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)傳輸系統(tǒng)中某些環(huán)節(jié)引起基帶信號(hào)反相時(shí)，也不會(huì)影響接收的結(jié)果。但

70、是它信號(hào)中不出現(xiàn)電平跳變，因而無(wú)法提取定時(shí)信息。</p><p>　　雙相碼在每個(gè)碼元間隔的中心都存在電平跳變，因而頻譜中存在很強(qiáng)的定時(shí)分量。此外，由于方波周期內(nèi)正、負(fù)電平各占一半，因而不存在直流分量。顯然，上述優(yōu)點(diǎn)是用頻帶加倍來(lái)?yè)Q取的。</p><p>　　密勒碼是數(shù)字雙相碼經(jīng)過(guò)一級(jí)觸發(fā)后的一種變形，是雙相碼的“0”差分形式。它可以克服雙相碼中存在的信源相位不確定問(wèn)題。此外，該碼中直流分

71、量較少，頻帶窄[11]。</p><p>　　(2) 新碼型的設(shè)計(jì)與建模</p><p>　　任何一種碼型都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，那么能不能設(shè)計(jì)一種新的碼型可以結(jié)合兩種碼型的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行傳輸呢？上面提到差分碼是用相鄰前后碼元電平的相對(duì)變化來(lái)傳遞信息的，但是它信號(hào)中不出現(xiàn)電平跳變，無(wú)法提取定時(shí)信息，而雙相碼在每個(gè)碼元間隔的中心都存在電平跳變。這時(shí)我們就設(shè)想得到一種新的傳輸碼型—差分雙相碼，它既具有差分

72、碼用相鄰前后碼元電平的相對(duì)變化來(lái)傳遞信息這一優(yōu)點(diǎn)，又利用雙相碼在每個(gè)碼元間隔的中心都存在電平跳變這一特點(diǎn)彌補(bǔ)了差分碼無(wú)法提取定時(shí)信息的缺陷。</p><p>　　差分雙相碼的編碼規(guī)則為：有跳變則表示二進(jìn)制代碼“1”，無(wú)跳變則表示二進(jìn)制代碼“0”。根據(jù)編碼規(guī)則，得出理論波形如下圖4-16所示。</p><p>　　圖4-16 差分雙相碼理論波形圖</p><p>　

73、　差分雙相碼的建模工作比較簡(jiǎn)單，只需把前面已經(jīng)建好的差分碼模型與雙相碼模型組合起來(lái)，使差分碼成為雙相碼的信源部分，然后在兩者之間加一個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換功能的模塊即可。具體建模如下圖4-17所示。</p><p>　　圖4-17 差分雙相碼的框圖模型</p><p>　　圖4-18 Data Type Conversion模塊的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)

74、換模塊Data Type Conversion的參數(shù)設(shè)置如上圖4-18所示，數(shù)據(jù)類(lèi)型設(shè)置為auto，輸入輸出的數(shù)據(jù)類(lèi)型自動(dòng)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　其余模塊的參數(shù)設(shè)置均參照差分碼以及雙相碼的建模與仿真。</p><p><b>　　(3) 仿真</b></p><p>　　圖4-19 差分雙相碼的仿真波形圖</p><p

75、>　　差分雙相碼的仿真波形圖如上圖4-19所示，由波形可見(jiàn)，當(dāng)輸入波形NRZ為“1”碼時(shí)，輸出波形差分雙相碼改變電平跳變方向，如原來(lái)是“+1-1”跳變的，遇到“1”碼則變?yōu)椤?1+1” 跳變方向；當(dāng)輸入波形NRZ為“0”碼時(shí)，輸出波形差分雙相碼維持原電平跳變方向，如原來(lái)是“+1-1”跳變的，遇到“0”碼依然維持 “+1-1” 跳變方向。</p><p>　　建模仿真結(jié)果與理論結(jié)果相一致，達(dá)到了預(yù)期要求。&l

76、t;/p><p>　　圖4-20 差分雙相碼的功率頻譜仿真結(jié)果</p><p>　　差分雙相碼的功率頻譜仿真結(jié)果如上圖4-20所示，已知差分雙相碼碼元速率=1B，由圖可以看出，零點(diǎn)帶寬=2HZ，則頻帶利用率=0.5B/HZ，且不含直流分量。</p><p><b>　　5 結(jié)語(yǔ)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)按照任務(wù)

77、書(shū)的要求，首先了解了Simulink的應(yīng)用背景并熟悉掌握其建模和仿真的方法。在此基礎(chǔ)上用Simulink實(shí)現(xiàn)了對(duì)差分碼、雙相碼、密勒碼等常用基帶傳輸碼的建模與仿真，通過(guò)嚴(yán)格按照基帶傳輸信號(hào)碼型設(shè)計(jì)原則以及準(zhǔn)確設(shè)置各模塊的參數(shù)等得出仿真結(jié)果以及分析說(shuō)明，最終提出改善基帶傳輸碼性能的方法及措施。</p><p>　　通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我對(duì)Simulink這一仿真工具有了進(jìn)一步的了解，對(duì)基帶傳輸碼的設(shè)計(jì)原則也有了比較具體

78、的認(rèn)識(shí)。最后對(duì)仿真結(jié)果的綜合分析和提出改善方法鍛煉了我整體思考的能力以及創(chuàng)新的思想。</p><p>　　至此，基于Simulink的基帶傳輸碼設(shè)計(jì)與仿真順利完成。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陶亞雄.數(shù)字通信原理與技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006，07. </p><

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