沈阳工程学院毕业论文 第1章 绪论
系统仿真技术的研究力度也在不断加大，发展速度不断加快，应用领域不断扩大。
Matlab是当今最优秀的科技应用软件之一，它以强大的科学计算与可视化功能、简单易用、开放式可扩展环境，特别是所附带的30多种面向不同领域的工具箱支持，使得它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。
Matlab具有其他高级语言难以比拟的一些优点，如编写简单、编程效率高、易学易懂等，因此Matlab语言也被通俗地称为演算纸式科学算法语言。在控制、通信、信号处理及科学计算等领域中，Matlab都被广泛地应用，已经被认可为能够有效提高工作效率、改善设计手段的工具软件，掌握了Matlab就好比掌握了开启这些专业领域大门的钥匙。
Matlab是从事众多工业、科研领域的必备工具。无论是在校学生，还是已经参加工作的工程技术人员和科研人员，都非常渴望快速学习Matlab并熟练运用它来解决各种科学问题、工程问题。
1.3 本文研究的主要内容
首先根据论文设计的具体要求，通过高级通信系统建模与仿真的实际操作，采用系统级方法，完成用Matlab建立通信系统模型；然后，对系统中各个实体进行实际程序编写，实现通信系统。
其次，注重分析系统的设计变化影响，如无码间干扰数字基带传输特性等的具体功能实现仿真。包括信号生成、编码器、误码率的分析、眼图的分析、无码间干扰基带系统的抗噪性能、多径传播与信道均衡主要对通信性能分析比较。设置观察窗口，分析数据和波形。
最后，对通信系统中的各个部分进行详细的分析，并在Matlab中实现具体的数字通信系统的仿真功能。
-2-
沈阳工程学院毕业论文 第2章 基带传输系统
第2章 基带传输系统
2.2 数字基带信号传输码型
1. 数字基带信号传输码型的要求 (1) 有利于提高系统的频带利用率。 (2) 基带信号应不含直流分量，同时低频分量要尽量少，因为由于变压器的接入，使信道具有低频截止特性。
(3) 考虑到码型频谱中高频分量的影响。电缆中线对间由于电磁辐射而引起的串话随频率升高而加剧，会限制信号的传输距离或传输容量。
(4) 基带信号应具有足够大的定时信号供提取。 (5) 基带信号的传输码型应具有误码检测能力。 (6) 码型变换设备简单，容易实现。 2. 常用的基带传输码型
常见的传输码型有传号交替反转码--I码、三阶高密度双极性码—HDB3码、分相码——Manchester码、传号反转码——CMI码以及4B3T码等。另外，AMI码也是CCITT建议采用的基带传输码型，但其缺点是当长连\过多时对定时信号提取不利。CMI码一般作为四次群的接口码型。
(1) 传号交替反转码——AMI码 AMI(Alternate Mark Inversion)码又称为平衡对称码。这种码的编码规则是：把码元序列中的“1”码变为极性交替变化的传输码+1、-1、+1、-1、…，面码元序列中的“0”码保持不变。
例如：
码元序列： 1 00 1 10 10 1 1 1 100 AMI 码： +1 00 -1 +10 -10 +1 -1 +1 -100 对应的波形如图2.2所示。
图2.2 AMI码波形
由AMI码的编码规则可以看出，由于+1和-1各占一半，因此，这种码中无直流分量，且其低频和高频分量也较少，信号的能量主要集中在fT/2处，其中fT为码元速率。AMI 码的功率谱如图2.3，为便于比较，图中还画出了NRZ及HDB3码的功率谱。此外，AMI码编码过程中，将一个二进制符号变成了一个三进制符号，即这种码脉冲有三种电平，因此这种码称为伪三电平码，也称为1B1T码型。
AMI码除了上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点。但是AMI
3
沈阳工程学院毕业论文 第2章 基带传输系统
码有一个重要的缺陷，就是当码元序列中出现长连“0”时，会造成提取定时信号的困难，因而实际系统中常采用AMI码的改进型——HDB3码。
图2.3 NRZ、AMI码及HDB3码功率谱 (2) HDB3码
HDB3 (High Density Bipo1ar 3)是三阶高密度双极性码，它是为了克服传输波形中出现长连“0”码的情况而设计的AMI码的改进型。
HDB3码的编码规则是：
把码元序列进行AMI编码，然后去检查AMI码中连0的个数，如果没有四个以上(包括四个)连0串时，则这时的AMI码就是HDB3码。
如果出现四个以上连0串时，则将每4个连0小段的第4个0变成与其前一个非0码(+1或-1)相同的码。显然，这个码破坏了“极性交替反转”的规则，因而称其为破坏码，用符号V表示(即+1记为+V，-1记为-V)。
为了使附加V码后的序列中仍不含直流分量，必须保证相邻的V码极性交替。这一点，当相邻的V码之间有奇数个非0码时，是能得到保证的；但当相邻的V码之间有偶数个非0码时，则得不到保证。这时再将该连0小段中的第1个0变+B或-B，B的极性与其前一个非0码相反，并让后面的非零码从V码后开始再极性交替变化。
例如：
码元序列： 1 0000 101 0000 1 000 0 11 AMI 码： +1 0000 -10+1 0000 -1 000 0 +1-1 HDB3码： +1 000+V -10+1 -B00-V +1 000+V -1+1 上例中，第1个V码和第2个V码之间，有2个非0码(偶数)，故将第2个4连0小段中的第1个0变成-B；第2个V码和第3个V码之间,有1个非0码(奇数)，不需变化。最后可看出，HDB3码中，V码与其前一个非0码(+1或-1)极性相同，起破坏作用；相邻的V码极性交替；除V码外，包括B码在内的所有非0码极性交替。HDB3码的波形如图2.4所示。
4
沈阳工程学院毕业论文 第2章 基带传输系统
图2.4 HDB3码波形
虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从编码过程中可以看出，每一个V码总是与其前一个非0码(包括B码在内)同极性，因此从收到的码序列中可以很容易地找到破坏点V码，于是可断定V码及其前3个码都为0码。再将所有的-1变为+1后，便可恢复原始信息代码。
HDB3码的特点是明显的，它既保留AMI码无直流分量，便于直接传输的优点，又克服了长连0串(连0的个数最多3个)的出现，其功率诸如图2.4所示。由图可见，HDB3码的频谱中既消除了直流和甚低频分量，又消除了方被中的高频分量，非常适合基带传输系统的特性要求。因此，HDB3码是目前实际系统中应用最广泛的码型。
虽然HDB3码比AMI码的性能更好，但它仍属于1B/1T码型。 (3) 曼彻斯特（Manchester）码 曼彻斯特码又称数字双相码或分相码。波形如图2.5(b)所示，图2.5(a)为对应的NRZ码波形。曼彻斯特码用一个周期的方波来代表码元“1”，而用它的反相波形来代表码元“0”。
图2.5 曼彻斯特码和CMI码波形
这种码在每个码元的中心部位都发生电平跳变，因此有利于定时同步信号的提取，而且定时分量的大小不受信源统计特性的影响。曼彻斯特码中，由于正负脉冲各占一半，因此无直流分量，但这种码占用的频带增加了一倍。曼彻斯特码适合在较短距离的同轴电缆信道上传输。
(4) CMI码
CMI码称为传号反转码。在CMI码中，“1”码(传号)交替地用正、负电平脉冲来表示，而“0”码则用固定相位的一个周期方波表示，如图2.5(c)所示。CMI码和曼彻斯特码相似，
5
沈阳工程学院毕业论文 第2章 基带传输系统
不含有直流分量，且易于提取同步信号。CMI码的另一个特点是具有一定的误码检测能力。这是因为，CMI码中的“l”码相当于用交替的“?”和“11”两值码组表示，而“0”码则固定地用“01”码组表示。正常情况下，序列中不会出现“10”码组，且“?”和“11”码组连续出现的情况也不会发生，这种相关性可以用来检测因干扰而产生的部分错码。
根据原CCITT的建议，CMI码可用作脉冲编码调制四次全群的接口码以及速率低于8448kb/s的光纤数字传输系统中的线路传输码型。
此外，CMI码和曼彻斯持码一样都是将一位二进制码用一组两位二进制码表示，因此称其为1B2B码。
(5) 4B3T码
4B3T码是1B/1T码的改进型，它把4个二进制码元变换为3个三进制码元。显然，在相同信息速率的条件下，4B3T码的码元传输速率要比1B/1T码的低，因而提高了系统的传输效率。
4B3T码的变换过程中需要同步信号，变换电路比较复杂，故一般较少采用。
2.3 无码间串扰传输系统及奈奎斯特(Nyquist)准则
2.3.1 基带系统传输特性及码间串扰
在基带传输系统中，由于系统(主要是信道)特性不理想，接收端收到的数字基带信号波形会发生畸变，使码元之间互相产生干扰。此外，信号在传输过程中受信道加性噪声的影响，还会使接收波形叠加上随机干扰，造成接收端判决时发生误码。为了消除或减小这些干扰，必须合理地设计基带传输系统，为此先对系统特性和信号波形进行讨论。
基带传输系统总的传输特性H???可写为
H????G?G?G??? (2.1) T??C??R
式中，GT???——为发送滤波器；
GC???——为物理传输信道； GR???——为接收滤波器。
相应地，基带传输系统的冲激响应为
h?t??
分析可见，为了获得足够小误码率，必须最大限度地减小码间串扰及随机噪声的影响，这需要合理地设计基带信号和基带传输系统。从理论上说，只要合理地设计系统的传输特性，码间串扰是可以消除的；但对随机噪声来说，只能尽量减小其影响，不能完全消除。
2.3.2 数字信号传输的基本标准
1. 奈奎斯特第一准则
6
12????H???ed??j?t12????GT???GC???GR???ej?td? (2.2)