发布时间 : 星期四 文章基于MATLAB的数字频带通信系统的仿真 - 图文更新完毕开始阅读
北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）
广义的角度看，广播、电视、雷达、导航、遥测等也可以列入通信的范畴。
从表面上来看，通信就是将信息从发送端发送出去，从接收端获取信息。但是，在通信模型构造上还是非常复杂的，图3-1是一个简单的通信系统模型。
图3-1中，信源(信息源，也称发送端)的作用是把待传输的消息转换成原始信号，如电话系统中电话可看成是信源。信源输出的信号成为基带信号。所谓基带信号是指没有经过调制(进行频谱搬移和变换)的原始电信号，其特点是信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号，相应的，信源也分为数字信源和模拟信源。发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的原始电信号(基带信号)变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式；对传输数字信号来说，发送设备又常常包含信源编码和信道编码等。
信道是指信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。
在接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进行解调、翻译、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始信号来。
信宿(也称受信者或收终端)是将复原的原始电信号转换成相应的消息，如电话机将对方传来的电信号还原成了声音。
在理论上，如何建立通信系统，通信系统有哪些分类，下面将简要介绍通信系统的相关知识点。
图3-1给出的是通信系统的一般模型，下面将简介数字基带通信系统和数字频带通信系统。
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4.数字信号的基带传输
4.1数字基带传输系统
在数字通信系统中，信源是信息的来源，但信源输出的是消息(或符号)，以消息(或符号)的形式来表达所要传送的信息，一般，信源输出消息由传感器转换为电信号。信源编码则是对信源输出消息转换成的电信号用尽量低速率的二进制数字信号来表示，即对有剩余的消息进行少剩余的有效编码，又称信源编码器输出的二进制数字序列为信息序列。此信息序列经过信道差错控制编码器在二进制信息序列中引入剩余度，以提高信息传输的可靠性，然后将信道差错控制编码器输出的二进制序列再通过数字调制器，将二进制序列映射为相应的信号波形在通信信道中传输，而通信信道则是物理媒介，将信号波形从发端传到收端，在收端进行反变换，从而将信息从信源送到信宿。
信源 信源编码器 信道差错控制编码器 数字调制器 信道 信宿 信源译码器 信道译码器 数字解调器 图4-1 数字通信系统的组成
数字通信系统的组成框图如图4-1所示。
数字调制器有二进制及M禁止(M>2)之分。二进制数字调制器是将二进制符号“0”映射为信号波形s0?t?，将二进制符号“1”映射为信号波形s1?t?。M进制数字调制器则是将每K个二进制符号映射为M?2k个不同信号波形s1?t?,i?0,1,2,…,M?1。
若此数字调制器是将数字序列映射为适合于基带信道传输的相应的脉冲波形，则称此数字调制器为数字脉冲调制器，也成此数字脉冲调制为基带调制。数字脉冲调制输出信号波形的功率谱是低通型的，所占频带是从直流或低频开始，其带宽是有限的。称功率谱密度为低通型的数字信号为数字基带信号。
若通信信道的传递函数是低通型的，则称此信道为基带信道，又称基带信道为低通信道，如同轴电缆和双绞线有线信道均属基带信道。基带信道适合于传送脉冲波形。
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将数字基带信号通过基带信道传输，则称此传输系统称为数字基带传输通信系统，如图4-2所示：
图4-2 数字基带传输系统模型
图4-2中基带信号形成器包括编码器、加密器、以及波形变换等，接收滤波器亦可能包括译码器、解码器等。
在实际数字通信系统中，数字基带传输在应用上虽不如频带传输那么广泛，但仍有相当多的应用范围。此外，重要的是数字基带传输的基本理论不仅适用于基带传输，而且还适用于频带传输，因此所有窄的带通信号、线性带通系统及线性带通系统对带通信号的响应均可用其等效低通信号、等效低通系统及等效低通系统对等效低通信号的响应来表示，因而频带传输系统可通过它的等效低通(或等效基带)传输系统的理论分析及计算机仿真来研究它的性能，因而掌握数字基带传输的基本理论十分重要，它在数字通信系统中具有普遍意义。
4.2加性高斯白噪声AWGN
加性高斯白噪声AWGN(Additive White Gaussian Noise) 是最基本的噪声与干扰模型。
加性噪声：叠加在信号上的一种噪声，通常记为n(t)，而且无论有无信号，噪声n(t)都是始终存在的。因此通常称它为加性噪声或者加性干扰。
白噪声：噪声的功率谱密度在所有的频率上均为一常数，则称这样的噪声为白噪声。如果白噪声取值的概率分布服从高斯分布，则称这样的噪声为高斯白噪声。
AWGN，在通信上指的是一种通道模型，此通道模型唯一的信号减损是来自于宽带的线性加成或是稳定谱密度（以每赫兹瓦特的带宽表示）与高斯分布振幅的白噪声。
4.3升余弦滚降系统
一类常用的无码间干扰基带传输系统为升余弦滚降系统，即：
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??Ts???TF(f)??s?2??0??0?f?????Ts?1?a????1?cosf???????a2Ts????????1?a2Ts1?a1?a 式(4-1)
?f?2Ts2Tsf?1?a2Ts称a为滚降因子，取值为0?a?1。
在a?0时，滤波器的带宽W为1/(2Ts)，称为奈奎斯特带宽；a?0.5时，滤波器的截止频率W为1?a/2Ts?0.75Rs；a?1时，滤波器的截止频率W为
1?1/2Ts?Rs。
升余弦滤波器的冲击响应表示式为：
??t???at?sin??cos??Ts?Ts? 式(4-2) ??x(t)??2?t2t1?4a2TsTs设x?0??1是标称值。
对于a?0，x?t??sinc(t/Ts)，它允许的无码间干扰传输的最大符号速率
Rs?1/Ts?2W，其频带利用率为Rs/W?2Baud/Hz。
对于a?1，允许的无码间干扰传输的最大符号速率Rs?1/Ts?W，其频带利用率为Rs/W?1Baud/Hz。
利用MATLAB画出a?0,0.5,1的升余弦滚降频谱，并画出其各自对应的时域波形。如：
图4-3 升余弦滚降频谱及升余弦滚降波形
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