详解MATLAB simulink通信系统建模与仿真 第六章ppt

第六章数字基带传输第六章数字基带传输6.1概述6.2二进制基带信号传输6.3基带PAM信号传输6.4带限信道的信号传输在利用对称电缆构成的近程数据通信系统广泛采用了这种传输方式；数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题，也就是说，基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题；任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基带传输系统来研究。为什么要研究数字基带传输系统？什么是数字基带信号？（1）基带信号：消息代码的电波形。（2）数字：具有有限个电平状态。来源：消息数字基带信号数字终端对比：数字频带信号数字调制数字基带信号举例：ASK/FSK/PSK信号PCM、ΔM信号特点：信号含丰富的低频分量，甚至直流分量。二、什么是数字基带传输系统？（1）含义：不使用调制解调器而直接传输数字基带信号的通信系统。如利用电传机在市内进行电报通信、利用中继方式长距离传输PCM信号等。（2）数字基带传输系统的基本结构（模型）：图4-4数字基带传输系统原理框图二进制符号码型变换器发送滤波器信道接受滤波器抽样判决同步提取电路定时脉冲输出cp)(ty()stna()TGf()RGf()Cf'natn（3）各部分功能：•码型变换器--把原始基带信号变换成适合于信道传输的各种码型，达到与信道匹配的目的；•发送滤波器--码型变换器输出的各种码型是以矩形为基础的，发送滤波器的作用就是把它变换为比较平滑的波形，如升余弦波形等，这样利于压缩频带、便于传输；•信道--它是允许基带信号通过的媒质，通常不满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。一般认为噪声为AWGN；•接收滤波器--滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决；•抽样判决器--传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。100110(a){dk}d(t)gT(t)y(t)cpyk(t)(b)(g)(f)(c)(e)图4-10基带传输系统各点波形100010{dk'}(h)yr(t)(d)100110(a){dk}d(t)gT(t)y(t)cpyk(t)(b)(g)(f)(c)(e)图4-10基带传输系统各点波形100010{dk'}(h)yr(t)(d)图6-7基带传输系统各关键点波形发送滤波器信道接收滤波器抽样判决输入{dk}噪声n(t)脉冲形成器同步提取电路码元再生输出{dk'}d(t)gT(t)cp定时脉冲y(t)yr(t)6.2二进制基带信号传输6.2.1二进制基带信号的最佳接收信号相关器或匹配滤波器6.2.1二进制基带信号的最佳接收6.2.1二进制基带信号的最佳接收6.2.2正交信号在AWGN信道下的传输性能bbbbTtTTttsTtts2/,12/0,1)(0,1)(10考虑s0(t)和s1(t)是正交信号时，得判决器将比较r0和r1，当r0r1时，传输的是0。当r0r1时传输的是1。6.2.2正交信号在AWGN信道下的传输性能6.2.2正交信号在AWGN信道下的传输性能例6.1仿真二进制正交信号通过AWGN信道后的误比特率性能。发送信号为每个信号周期取样10次，接收端采用相关器，画出误比特率随Eb/N0的变化情况，Eb/N0的范围是0~12dB，并与理论值比较。bbbbTtTTttsTtts2/,12/0,1)(0,1)(10clearallnsamp=10;%每个脉冲信号的抽样点数s0=ones(1,nsamp);%基带脉冲信号s1=[ones(1,nsamp/2)-ones(1,nsamp/2)];nsymbol=100000;%每种信噪比下的发送符号数EbN0=0:12;%信噪比，E/N0msg=randint(1,nsymbol);%消息数据s00=zeros(nsymbol,1);s11=zeros(nsymbol,1);indx=find(msg==0);%比特0在发送消息中的位置s00(indx)=1;s00=s00*s0;%比特0影射为发送波形s0indx1=find(msg==1);%比特1在发送消息中的位置s11(indx1)=1;s11=s11*s1;%比特1映射为发送波形s1s=s00+s11;%总的发送波形s=s.';%数据转置，方便接收端处理forindx=1:length(EbN0)decmsg=zeros(1,nsymbol);r=awgn(s,EbN0(indx)-7);%通过AWGN信道r00=s0*r;%与s0相关r11=s1*r;%与s1相关indx1=find(r11=r00);decmsg(indx1)=1;%判决[err,ber(indx)]=biterr(msg,decmsg);endsemilogy(EbN0,ber,'-ko',EbN0,qfunc(sqrt(10.^(EbN0/10))));title('二进制正交信号在AWGN信道下的误比特率性能')xlabel('Eb/N0');ylabel('误比特率Pe')legend('仿真结果','理论结果')02468101210-510-410-310-210-1100二进制正交信号在AWGN信道下的误比特率性能Eb/N0误比特率Pe仿真结果理论结果例6.2用检测器的输入作为考察对象，重新仿真例6.1.例6.2用检测器的输入作为考察对象，重新仿真例6.1.clearallnsymbol=100000;%发送符号数EbN0=0:12;%信噪比msg=randint(1,nsymbol);%消息数据E=1;r0=zeros(1,nsymbol);r1=zeros(1,nsymbol);indx=find(msg==0);r0(indx)=E;indx1=find(msg==1);r1(indx1)=E;forindx=1:length(EbN0)dec=zeros(1,length(msg));snr=10.^(EbN0(indx)/10);sigma=1/(2*snr);%噪声方差r00=r0+sqrt(sigma)*randn(1,length(msg));%相关器的输出r11=r1+sqrt(sigma)*randn(1,length(msg));indx1=find(r11=r00);%判决dec(indx1)=1;[err,ber(indx)]=biterr(msg,dec);endsemilogy(EbN0,ber,'ko',EbN0,qfunc(sqrt(10.^(EbN0/10))));title('二进制正交信号在AWGN信道下的误比特率性能')xlabel('Eb/N0');ylabel('误比特率Pe')legend('仿真结果','理论结果')02468101210-510-410-310-210-1100二进制正交信号在AWGN信道下的误比特率性能Eb/N0误比特率Pe仿真结果理论结果例6.3用Simulink重新仿真例6.16.2.3双极性信号在AWGN信道下的传输性能当发送的是s0(t)时，相关器的输出r=Eb+n，当发送的是s1(t)时，相关器的输出r=-Eb+n，最佳判决器与阈值0相比较，若r0,则判决s0(t)被发送，若r0，则判决s1(t)被发送。例6.4仿真双极性信号通过AWGN信道后的误比特率性能。发送信号s0(t)与例6.1相同，每个信号周期取样10次，接收端采用相关器，画出误比特率随Eb/N0的变化情况，Eb/N0的范围是0~10dB，并与理论值和正交信号误比特率理论值进行比较。024681010-610-510-410-310-210-1100双极性信号在AWGN信道下的误比特率性能Eb/N0误比特率Pe双极性信号仿真结果正交信号理论误比特率双极性信号误理论误比特率例6.5用Simulink重新仿真例6.4024681010-610-510-410-310-210-1100双极性信号在AWGN信道下的误比特率性能Eb/N0误比特率Pe双极性信号仿真结果正交信号理论误比特率双极性信号误理论误比特率6.2.4单极性信号在AWGN信道下的传输性能若信息比特为0，则不传送任何信号；若信息比特是1，则发送信号波形s(t)。因此接收到的信号波形可以表示为若rEb/2,则判决比特1被发送，若rEb/2，则判决比特0被发送。1)()(0),()(，发送比特发送比特tntstntr例6.6仿真单极性信号通过AWGN信道后的误比特率性能。发送比特为1时，发送信号s0(t)与例6.1相同，每个信号周期取样10次，接收端采用相关器，画出误比特率随Eb/N0的变化情况，Eb/N0=0~10dB，并与理论值和正交信号以及双极性信号误比特率理论值进行比较。024681010-610-510-410-310-210-1100单极性信号在AWGN信道下的误比特率性能Eb/N0误比特率Pe单极性信号仿真结果单极性信号理论误比特率正交信号理论误比特率双极性信号理论误比特率6.3基带PAM信号传输1.基带4-PAM的信号波形一组信号波波形形式为：其中，信号幅度取4种可能称这组信号波形为脉冲幅度调制（PAM）信号3,2,1,0,0),()(mTttgAtSmmTtTtg0,/1)(ddddAm3,,,3按Gray编码规则将信息比特对映射为4种波形信号：)(10),(11),(01),(003210tstststsPAM信号通过加性高斯白噪声信道（AWGN），叠加n(t)（功率谱密度为），接收端信号为接收后，判断发送的信号是哪种，最佳接收机设计是符号差错概率最小。biTtitntstr0,3,2,1,0),()()((W/Hz)20N)(tr2.基带4-PAM信号在AWGN信道下的最佳接收实现方式：相关器/匹配滤波器、幅度检测器实现过程：相关器将接收信号与信号脉冲信号做互相关，将输出信号采样，检测器根据输出与4种可能传输电平进行比较，选择欧氏距离上最接近的幅度电平。)(tr)(tgr3.传输性能例6.7仿真4-PAM信号通过AWGN信道后的误比特率性能。比特映射采用Gray编码，接收端采用相关器，画出误比特率和误符号率随Es/N0的范围是0~15dB，并与理论值进行比较。05101510-510-410-310-210-11004-PAM信号在AWGN信道下的性能Es/N0误比特率和误符号率误比特率误符号率理论误符号率例6.8用simulink重新仿真例6.7谢谢