線路傳輸碼的性能分析畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 （）該條件稱為奈奎斯特第一準則。它提供了一種檢驗一個給定的傳輸系統特性H(w) 是否產生碼間串擾的方法。基帶系統的總特性凡是能滿足此條件的，均能消除碼間串擾。奈奎斯特第一準則的物理意義是：將H(w)在w軸上以 為間隔切開，然后分段沿w軸平移到 區(qū)間內，將它們進行疊加，其結果應當為一常數（不必一定是 ）。這一過程可以歸述為：一個實際的H(w)特性若能等效成一個理想低通濾波器，就可以實現無碼間串擾。 無碼間串擾的條件的傳輸特性的設計（1） 理想低通特性滿足奈奎斯特第一準則的H(w)有很多種，其中一種極限情況，就是H(w)為理想低通型，即 （） 沖激響應為（） 可以看出，h(t)在 時有周期性零點，當[1]發(fā)送序列的時間間隔為 時，正好利用了這些零點，只要接收端在 時間點上抽樣，就能實現無碼間串擾。還可以看出，對于帶寬為 的理想低通傳輸特性，若輸入數據以 波特的速率進行傳輸，則在抽樣時刻上不存在碼間串擾，此理想低通傳輸特性的帶寬稱為奈奎斯特帶寬。若高于 波特的碼元速率傳送時，將存在碼間干擾。此時，基帶系統所能提供的最高頻帶利用率為 （）這是無碼間串擾條件下，基帶系統所能達到的極限情況。該系統無碼間串擾的最高傳輸速率（ 波特 ）稱為奈奎斯特速率。雖然理想的低通傳輸特性達到了基帶系統的極限傳輸速率和極限頻帶利用率，但這種特性在物理上無法實現。即使可以獲得相當逼近理想的特性，把它的沖激響應h(t) 作為傳輸波形仍然是不合適的。因為理想特性的沖激響應波形h(t) 的衰減振蕩幅度較大，定時稍有偏差，就會有嚴重的碼間串擾。所以理想低通傳輸特性的研究只具有理論指導意義。（2） 余弦滾降特性實際當中，不可能有絕對理想的基帶傳輸系統，這樣一來，不得不降低頻帶利用率，采用H(w)在滾降段中心頻率處呈奇對稱稱為“滾降”特性的低通濾波器作為傳輸網絡，[1]。常用的滾降特性是余弦滾降特性，只要滾降低通的幅頻特性以點C（fc,1/2）呈奇對稱，就必然滿足奈奎斯特第一準則，從而滿足無碼間串擾的條件。 余弦滾降特性圖顯然[1]，滾降系數越大，h(t)的拖尾衰減越快，對位定時要求越低，但是會使頻帶利用率降低。因此余弦滾降系統的最高頻帶利用率為 （） 基帶傳輸系統的抗噪聲性能 二進制雙極性基帶系統對于二進制雙極性信號，設信源發(fā)送“1”碼概率為p(1)，發(fā)送“0”碼的概率為 p(0)， 若 ，則有 ，這時二進制雙極性基帶系統的總誤碼率為 （）可見，在發(fā)送概率相等，且在最佳門限電平下，雙極性基帶系統的總誤碼率僅依賴于信號峰值A和噪聲均方根植 的比值，而與采用什么樣的信號形式無關（這里的信號形式必須是能消除碼間干擾的）。且比值 越大， 就越小。 二進制單極性基帶系統對于單極性信號，當 時，則有 這時，單極性基帶系統的總誤碼率為 （） 比較雙極性基帶系統的誤碼率和單極性基帶系統的誤碼率，當比值 一定時，雙極性基帶系統的誤碼率比單極性的低，抗噪聲性能好。另外，在等概率的情況下，雙極性的最佳判決門限電平為0，與信號幅度無關，所以不隨著信道的特性改變而改變，能保持最佳狀態(tài)。單極性信號的最佳判決門限為 ，易隨著信道的特性改變而改變，導致誤碼率增大[7]。因而實際中，雙極性基帶系統比單極性基帶系統應用更廣泛。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(fā)生畸變。解決方案：①在接收端進行抽樣判決模塊；②匹配濾波，使得系統輸出信噪比最大。 眼圖眼圖是利用實驗手段方便地估計和改善（通過調整）系統性能時在示波器上觀察到的一種圖形。在傳輸二進制信號波形時，示波器顯示的圖形像人的眼睛，故名“眼圖”。實際的基帶傳輸系統難免會因濾波器的設計誤差和信道特性變化產生碼間串擾，導致系統性能下降，這些因素造成的誤碼率不易計算，眼圖可以定性反映碼間串擾的大小和噪聲的大小，是評估系統性能的簡便方法。眼圖[1]的“眼睛”張開越大，并且眼圖越端正清晰，表示碼間串擾越小；反之，表示碼間串擾越大。當存在噪聲時，眼圖的線跡變成比較模糊的帶狀的線，噪聲越大，線條越粗，越模糊，“眼睛”張開的越小。注意，從圖形上不能觀察到隨機噪聲的全部形態(tài)，只能大致估計噪聲的強弱。眼圖還可以指示接收濾波器的調整，從而減少碼間串擾，改善系統性能。同時，還可以獲得很多與傳輸系統性能有關的信息。（1）在眼圖當中眼睛張開的最大處應該是最佳抽樣時刻。（2）定時誤差的靈敏度，由眼圖斜邊的斜率決定。斜率越大，表示系統對定時誤差越敏感。（3）在抽樣時刻，眼圖上下兩個分支的垂直高度，表示了最大信號受到外界噪聲干擾的畸大小。（4）眼圖中間水平位置表示的是判決門限電平。（5）在抽樣時刻，最佳判決門限至判決門限電平的距離表示相應電平的噪聲容限，噪聲瞬時值超過它就可能發(fā)生錯誤判決。（6）對于信號過零點取平均來得到定時信息的接收系統，眼圖傾斜分支與橫軸相交的區(qū)域大小，表示零點位置的變動范圍，這個變動范圍的大小對提取定時信息有很大影響[1]1]。 眼圖模型3系統的仿真與分析 雙極性基帶信號與單極性信號相比，有許多優(yōu)點，比如定時信息豐富，抗干擾能力強，并且雙極性波形中，“0”和“1”等概出現時，無直流分量，適合在信道中傳輸，因此本次畢業(yè)設計選用了三種雙極性信號作為信源進行仿真。 雙相碼的系統模型設計雙相碼在理想環(huán)境下的系統模型由信源模塊、信道傳輸模塊、抽樣判決模塊和解碼模塊等組成。 （1）信源模塊：雙相碼基帶信源模塊由“Bernoulli Binary Generator”、“Pulse Generator”、“Unipolar to Bipolar Converter”、“Constant”、“Add”、“Product”等組成。（2）傳輸模塊：為了減小碼間干擾和噪聲干擾，雙相碼傳輸模塊由內插函數“Upsample”、平方根升余弦發(fā)送濾波模塊“Raised Cosine Transmit Filter”、平方根升余弦接收濾波模塊“Raised Cosine Receive Filter”、“Sum”等組成。（3）抽樣判決和解碼模塊：利用“PulseGeneratorl、ProductRelayTriggered Subsystem、Downsample”構成抽樣判決電路，并通過“PulseGeneratorConstant、AddProduct2”模塊對接收到的曼徹斯特碼進行解碼。（4）在含有噪聲的環(huán)境下，依次分別將“Gaussian Noise Generator”(高斯噪聲)、“Rayleigh Noise Generator”(瑞利噪聲)、“Rician Noise Generator”(萊斯噪聲)三種噪聲接入傳輸模塊的“Sum”模塊。 雙相碼基帶傳輸系統設計總圖 雙相碼系統參數設置理想環(huán)境下參數設置（1）信源模塊參數設置：“Bernoulli Binary Generator”模塊里“sample time”設置為“1/1000”，“Probability of a zero”設置為“”，其他均為默認值。“Unipolar to Bipolar Converter”模塊里“Mary number”設置為“2”，其他均為默認值。“Pulse Generator”模塊里“Amplitude”設置為“2”，“Period (number of samples)”設置為“2”，“Pulse width (number of samples)”設置為“1”，“Phase delay”設置為“0” ，其他均為默認值。“Bernoulli Binary Generator”生成單極性不歸零二進制碼，經過 “Unipolar to Bipolar Converter”后變成雙極性碼，這為第一路信號。“Pulse Generator”產生了 “2，0，2，0...”的碼序列，與常數1碼相加后生成“1，1，1，1...”雙極性碼。兩路信號通過相乘器“Product”，生成雙相碼。（2）傳輸模塊參數設置：“DiscreteFilter”根升余弦傳輸濾波器模塊里的“Numerator”設置為“rcosine(2000,10000,39。fir/sqrt39。,10)”，“Sample time”設為“1/10000”，其他為默認值。“Upsample”模塊里“Upsample factor”設為“10”，其他為默認值。DiscreteFilter根升余弦接收濾波器與傳輸濾波器匹配，故其參數設置模塊相同。（3）抽樣判決及解碼模塊參數設置：“Pulse Generatorl”模塊里“Amplitude”設為“1”，“Period”設為“10”，“Pulsewidth”設為“1”，“Sample time”設為“1/10000”，其他為默認值。雙極性信號的判決門限一般都設置為0，則“Relay2”判決模塊里“Switchonpoint”和“Switch offpoint”都設為“0”，“Outputwhenon”設為“1”，“Outputwhenoff”設為“1”，當采樣點的幅值大于0則判為1，小于0則判為1，其他為默認值。“Downsample”模塊里“Downsamplefactor”設為“10”，其他為默認值。曼徹斯特碼解碼模塊與編碼模塊設置相同。兩路雙極性信號成為乘法器Product的輸入，相乘后的結果是：第1路不歸零碼的（+11）碼與第2路(+11)碼相乘得到+1碼，第1路（1+1）碼與第2路(+11)碼相乘得到1碼，這就對曼徹斯特碼進行了解碼。噪聲環(huán)境下參數設置 “Gaussian Noise Generator”(高斯噪聲)：“Variance”，“Initial seed”設置為41，“Sample time”設置為1/1000，要對比三種噪聲對系統性能的影響，則“Rayleigh Noise Generator”(瑞利噪聲)和“Rician Noise Generator”(萊斯噪聲)的參數設置與高斯噪聲相同。 雙相碼系統的仿真結果及分析雙相碼系統在高斯噪聲下輸出波形和收發(fā)端的頻譜圖。（a）雙相碼系統在高斯噪聲下的波形圖 （b）發(fā)送端的頻譜 （c）接收端的頻譜 系統在高斯噪聲下輸出波形和收發(fā)端的頻譜圖雙相碼系統在瑞利噪聲下輸出波形和收發(fā)端的頻