胡嘉培 文海龍 楊睿杰 顧佐林

摘 要：本次課程設(shè)計(jì)主要研究了數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸?shù)幕靖拍罴皵?shù)字信號(hào)基帶傳輸?shù)膫鬏斶^(guò)程和如何用MATLAB軟件仿真編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶信號(hào)的眼圖實(shí)驗(yàn)。主要需要掌握無(wú)碼間干擾傳輸?shù)幕緱l件和原理，掌握基帶升余弦滾降系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法;通過(guò)觀察眼圖來(lái)分析碼間干擾對(duì)系統(tǒng)性能的影響，并觀察在輸入相同碼率的NRZ基帶信號(hào)下，不同濾波器帶寬對(duì)輸出信號(hào)碼間干擾大小的影響程度。

關(guān)鍵詞：數(shù)字基帶信號(hào)，眼圖實(shí)驗(yàn)，MATLAB

1前言（緒論）

在數(shù)字通信系統(tǒng)中，未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)所占據(jù)的頻譜是從零頻或很低頻率開(kāi)始，稱為數(shù)字基帶信號(hào)。數(shù)字基帶信號(hào)是數(shù)字信息的電波形表示，它可以用不同的電平或脈沖來(lái)表示相應(yīng)的消息代碼。在實(shí)際系統(tǒng)中，完全消除碼間串?dāng)_是十分困難的，而碼間串?dāng)_對(duì)誤碼率的影響目前尚無(wú)法找到數(shù)學(xué)上便于處理的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，還不能進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。為了衡量基帶傳輸系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，在實(shí)驗(yàn)室中，通常用示波器觀察接收信號(hào)波形的方法來(lái)分析碼間串?dāng)_和噪聲對(duì)系統(tǒng)性能的影響，這就是眼圖分析法。眼圖是一系列數(shù)字信號(hào)在示波器上累積而顯示的圖形，它包含了豐富的信息，從眼圖上可以觀察出碼間串?dāng)_和噪聲的影響，體現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)整體的特征，從而估計(jì)系統(tǒng)優(yōu)劣程度，因而眼圖分析是高速互連系統(tǒng)信號(hào)完整性分析的核心。另外也可以用此圖形對(duì)接收濾波器的特性加以調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_，改善系統(tǒng)的傳輸性能。其實(shí)，基帶信號(hào)的眼圖形成原因是因?yàn)槭静ㄆ鞯臒晒怙@示屏光跡在信號(hào)消失后需要—段時(shí)間才能消失，因此顯示在示波器上的是若干段的數(shù)字基帶波形的疊加，呈現(xiàn)出眼圖的形狀。

本次課程設(shè)計(jì)運(yùn)用的仿真軟件是MALTAB軟件，我們通過(guò)查閱資料，來(lái)對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)的眼圖實(shí)驗(yàn)的各個(gè)運(yùn)作流程進(jìn)行了解學(xué)習(xí)，在分析汽車(chē)數(shù)字基帶信號(hào)的眼圖原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)MATLAB仿真來(lái)進(jìn)行仿真。

2基帶傳輸特性

模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)信源編碼得到的信號(hào)為數(shù)字基帶信號(hào)，將這種信號(hào)經(jīng)過(guò)碼型變換，不經(jīng)過(guò)調(diào)制，直接送到信道傳輸，稱為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。基帶系統(tǒng)的分析模型如圖1所示，要獲得良好的基帶傳輸系統(tǒng)，就應(yīng)該抑制碼間干擾。

由于理想的低通濾波器不容易實(shí)現(xiàn)，而且時(shí)域波形的拖尾衰減太慢，因此在得不到嚴(yán)格定時(shí)時(shí)，碼間干擾就可能較大。在一般情況下，只要滿足：

基帶信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間干擾傳輸。這種濾波器克服了拖尾太慢的問(wèn)題。

從實(shí)際的濾波器的實(shí)現(xiàn)來(lái)考慮，采用具有升余弦頻譜特性時(shí)是適宜的，所對(duì)應(yīng)的其沖激響應(yīng)為：

此時(shí)頻帶利用率降為，這同樣是在抽樣值無(wú)失真條件下，所能達(dá)到的最高頻率利用率。換言之，若輸入碼元速率，則該基帶傳輸系統(tǒng)輸出碼元會(huì)產(chǎn)生碼間干擾。

3眼圖

眼圖能直觀地表明碼間串?dāng)_和噪聲的影響，能評(píng)價(jià)一個(gè)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，因此可以把眼圖理想化為一個(gè)模型。

該圖表示的意義如下：

（1）最佳抽樣時(shí)刻應(yīng)在“眼睛”張開(kāi)最大的時(shí)刻。

（2）對(duì)定時(shí)誤差的靈敏度可由眼圖斜邊的斜率決定。斜率越大，對(duì)定時(shí)誤差就越靈敏。

（3）在抽樣時(shí)刻上，眼圖上下兩分支陰影區(qū)的垂直高度，表示最大信號(hào)畸變。

（4）眼圖中央的橫軸位置應(yīng)對(duì)應(yīng)判決門(mén)限電平。

（5）在抽樣時(shí)刻上，上下兩分支離門(mén)限最近的一根線跡至門(mén)限的距離表示各相應(yīng)電平的噪聲容限，噪聲瞬時(shí)值超過(guò)它就可能發(fā)生錯(cuò)誤判決。

（6）對(duì)于利用信號(hào)過(guò)零點(diǎn)取平均來(lái)得到定時(shí)信息的接收系統(tǒng)，眼圖傾斜分支與橫軸相交的區(qū)域的大小，表示零點(diǎn)位置的變動(dòng)范圍，這個(gè)變動(dòng)范圍的大小對(duì)提取定時(shí)信息有重要的影響。

4仿真程序框架設(shè)計(jì)

此次仿真采用NRZ（雙極性不歸零碼），因?yàn)镹RZ從統(tǒng)計(jì)平均的角度看“1”和“0”等概率時(shí)無(wú)直流分量，且接收端判決門(mén)限設(shè)在零電平，與接受信號(hào)電平波動(dòng)無(wú)關(guān)，容易設(shè)置并且穩(wěn)定，因此抗噪聲能力強(qiáng)，在傳輸中信號(hào)傳輸帶寬較窄。

結(jié)束語(yǔ)：

此次數(shù)字基帶信號(hào)的眼圖實(shí)驗(yàn)采用升余弦滾降系統(tǒng)，升余弦滾降波形尾巴衰減快，由定時(shí)便宜造成的碼間串?dāng)_小，錯(cuò)誤判決的可能性越小。數(shù)字基帶信號(hào)采用雙極性不歸零碼，此信號(hào)抗噪聲能力強(qiáng)，在傳輸中信號(hào)傳輸帶寬較窄。通過(guò)觀察眼圖來(lái)分析碼間干擾對(duì)系統(tǒng)性能的影響，滾降系數(shù)越大線跡越細(xì)，眼睛越清晰。信噪比越大、滾降系數(shù)越大、定時(shí)越精確，誤碼率越小、眼圖越清晰。并且這次實(shí)驗(yàn)幫助我們熟悉了matlab語(yǔ)言的編碼。唯一不足的是，我自我感覺(jué)對(duì)仿真程序設(shè)計(jì)的代碼理解的并不是很透徹，只是參考了書(shū)上的仿真結(jié)果，希望自己能夠加深對(duì)代碼的理解。

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