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摘要
MATLAB 软件仿真课设对学生理解通信原理的基本概念有很大的帮助,它能将数字信号、高低电平、码型、波形之间的关系联系起来,能配合硬件的实验通过示波器观察到波形图便于理解基本概念;其次在具体编程的过程中,让学生从数学的角度来分析数学公式与波形图之间的关系,将理论和实践联系到一起;再次,它可以从一种波形方式的编码转换到另一种数学编程方式,拓展了知识面,开阔了视野。是希望学生学会用软件仿真的方法来分析通信系统中的问题,对层次较高、接收能力较强的学生起到拓展视野提高钻研能力的作用;另一方面,希望利用已仿真好的软件来验证理论知识。
关键字:数字基带信号;码型;仿真;MATLAB
前言
随着通信系统的规模和复杂度不断增加,传统的设计方法已经不能适应发展的需要,通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视。传统的通信仿真技术主要分为手工分析与电路试验2种,可以得到与真实环境十分接近的结果,但耗时长,方法比较繁杂,而通信系统的计算机模拟仿真技术是介于上述2种方法的一种系统设计方法,它可以让用户在很短的时间内建立整个通信系统模型,并对其进行模拟仿真。通信原理计算机仿真实验,是对数字基带传输系统的仿真。仿真工具是MATLAB程序设计语言。MATLAB是一种先进的高技术程序设计语言,主要用于数值计算及可视化图形处理。特点是将数值分析、矩阵计算、图形、图像处理和仿真等诸多强大功能集成在一个极易使用的交互式环境中,伪科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多学科提供了一种高效率的编程工具。运用MATLAB,可以对数字基带传输系统进行较为全面地研究。为了使本科类学生学好通信课程,我们进行了试点,通过课程设计的方式针对通信原理的很多内容进行了仿真。
第1章数字基带传输系统

在数字传输系统中,其传输的对象通常是二进制数字信号,它可能是来自计算机、电传打字机或其它数字设备的各种数字脉冲,也可能是来自数字电话终端的脉冲编码调制(PCM)信号。这些二进制数字信号的频带范围通常从直流和低频开始,直到某一频率m f ,我们称这种信号为数字基带信号。在某些有线信道中,特别是在传输距离不太远的情况下,数字基带信号可以不经过调制和解调过程在信道中直接传送,这种不使用调制和解调设备而直接传输基带信号的通信系统,我们称它为基带传输系统。而在另外一些信道,特别是无线信道和光信道中,数字基带信号则必须经过调制过程,将信号频谱搬移到高频处才能在信道
中传输,相应地,在接收端必须经过解调过程,才能恢复数字基带信号。我们把这种包括了调制和解调过程的传输系统称为数字载波传输系统。
数字基带传输系统的模型如图 1-1 所示,它主要包括码型变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器、均衡器和取样判决器等部分。
图1-1 数字基带传输系统模型
数字基带传输系统的输入信号是由终端设备或编码设备产生的二进制脉冲序列,通常是单极性的矩形脉冲信号(NRZ 码)。为了使这种信号适合于信道的传输,一般要经过码形变换器,把单极性的二进制脉冲变成双极性脉冲(如AMI 码或3 HDB 码)。发送滤波器对码脉冲进行波形变换,以减小信号在基带传输系统中传输时产生的码间串扰。信号在传输过程中,由于信道特性不理想及加性噪声的影响,会使接收到的信号波形产生失真,为了减小失真对信号的影响,接收信号首先进入接收滤波器滤波,然后再经均衡器对失真信号进行校正,最后由取样判决器恢复数字基带脉冲序列。
目前,虽然在实际使用的数字通信系统中,基带传输方式不如数字载波传输方式那样应用广泛,但由于数字基带传输系统是数字通信系统中最基本的传输方式,而且从理论上来说,任何一种线性载波传输系统都可以等效为基带传输系统,因此理解数字信号的基带传输过程十分重要。
数字基带信号有二元码和三元码,有归零码和非归零码等,有的具有直流分量,在波形上具有不同的特点,他们有不同的特点,有的低频成份多,有的高频成份多,有的具有直流分量,有的占有带宽等,所有这些在波形处理时会对一些学生产生模糊的概念,针对本科类的学生要求,他们如何理解、辨别、掌握这些信号波形的特点,同时可以让学生在仿真过程中对通信原理的各种概念加深理解。另外,此仿真实验只需在计算机的虚拟实验室即可,不受实验场地、环境的限制。
软件的功能主要有:
1)实现各种常用码型的数字基带信号仿真;
2)能产生随机的数字信号序列,具有普遍性;
3)能绘制直观、清晰、准确、可靠的数字基带信号仿真图形;
4)要对相应的码型的特点进行相应的描述。
图1-2 仿真结构图
在通信中,数字基带信号有多种码型表示,它们在传输过程中有随机性,为让这种波形描述具有普遍性,用 m序列伪随机码来作为码型的仿真数字序列。利用MATLAB软件仿真出每一种码型,让