SIMULINK下基帶傳輸系統的設計

基帶系統是不經過調制解調的系統，理想的基帶系統是不存在碼間干擾的，從理論上講應當是滿足奈奎斯特準則的系統，在實際中可以利用眼圖的觀測來判斷基帶系統的抗碼間干擾能力，本文在SIMULINK下對基帶系統進行設計仿真，利用眼圖分析了噪聲對系統性能的影響。

1 基帶系統的理論分析
1．1 基帶系統傳輸模型及工作原理
基帶系統傳輸模型如圖1所示。

1)系統總的傳輸特性為H(ω)=GT(ω)C(ω)GR(ω)，n(t)是信道中的噪聲。
2)基帶系統的工作原理：信源是不經過調制解調的數字基帶信號，信源在發送端經過發送濾波器形成適合信道傳輸的碼型，經過含有加性噪聲的有線信道后，在接收端通過接收濾波器的濾波去噪，由抽樣判決器進一步去噪恢復基帶信號，從而完成基帶信號的傳輸。
1．2 基帶系統設計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傳輸誤碼率的提升，影響基帶系統工作性能。
1)碼間干擾及解決方案
碼間干擾：由于基帶信號受信道傳輸時延的影響，信號波形將被延遲從而擴展到下一碼元，形成碼間干擾，造成系統誤碼。
解決方案：
①要求基帶系統的傳輸函數H(ω)滿足奈奎斯特第一準則：

若不能滿足奈奎斯特第一準則，在接收端加入時域均衡，減小碼間干擾。②基帶系統的系統函數H(ω)應具有升余弦滾降特性。如圖2所示。這樣對應的h(t)拖尾收斂速度快，能夠減小抽樣時刻對其他信號的影響即減小碼間干擾。

2)噪聲干擾及解決方案
噪聲干擾：基帶信號沒有經過調制就直接在含有加性噪聲的信道中傳輸，加性噪聲會疊加在信號上導致信號波形發生畸變。
解決方案：
①在接收端進行抽樣判決；②匹配濾波，使得系統輸出性噪比最大。

2 基帶系統設計方案
2．1 信源
1)常見的基帶信號波形有：單極性波形、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電平的脈沖分別表示二進制碼“1”和“0”，故當“1”和“O”等概率出現時無直流分量，有利于在信道中傳輸，且在接收端恢復信號的判決電平為零，抗干擾能力較強。而單極性波形的極性單一，雖然易于用TTL，CMOS電路產生，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)歸零信號的占空比小于1，即：電脈沖寬度小于碼元寬度，每個有電脈沖在小于碼元長度內總要回到零電平，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。
2．2 發送濾波器和接收濾波器
基帶系統設計的核心問題是濾波器的選取，根據1．2的分析，為了使系統沖激響應h(t)拖尾收斂速度加快，減小抽樣時刻偏差造成的碼間干擾問題，要求發送濾波器應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的頻譜共扼匹配同時系統函數滿足：H(ω)=GT(ω)GR(ω)考慮在t0時刻取樣，上述方程改寫為 H(ω)=GT(ω)，GR(ω)，于是求解出，因此，在構造最佳基帶傳輸系統時要使用平方根升余弦濾波器作為發送端和接收端的濾波器。
2．3 信道
信道是允許基帶信號通過的媒質，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失真傳輸條件，且含有加性噪聲。因此本次系統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，在規定時刻(由位定時脈沖控制)對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復或再生基帶信號。抽樣判決關鍵在于判決門限的確定，由于本次設計采用雙極性碼，故判決門限為0。

3 SINULINK下基帶系統的設計
SIMULINK是MATLAB提供的用于對動態系統進行建模，仿真和分析的工具包，它提供了專門用于顯示輸出信號的模塊，可以在仿真過程中隨時觀察仿真結果。同時，通過存儲模塊仿真數據可以方便地以各種形式存儲到工作區和文件中，供用戶對數據分析和處理，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的子系統，本次設計正利用SIMULINK所具有的模塊組織能力來構建基帶系統，來實現對系統工作過程的仿真。