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1、基于SystemView的数字信号基带传输系统基于SystemView的数字信号基带传输系统 一：SystemView软件的介绍 SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块(Token)去描述程序，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。 利用System View，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计时，只需从System View配置的图标库中调出有关图标并进行
2、参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。 SystemView的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库及专业库(Optional Library)，基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数运算器等；专业库有通讯、逻辑、数字信号处理、射频/模拟等；它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路进行理论分析和失真分析。 System View能自动执行系统连接检查，给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标
3、。 System View的另一重要特点是它可以从各种不同角度、以不同方式，按要求设计多种滤波器，并可自动完成滤波器各指标之间的转换。 在系统设计和仿真分析方面，System View还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。在窗口内，可以通过鼠标方便地控制内部数据的图形放大、缩小、滚动等。另外，分析窗中还带有一个功能强大的“接收计算器”，可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。 二：数字信号基带传输原理 通信的根本任务是远距离传递信息，因而如何准确地传输数字信息是数字通信的一个重要组成部分。在数字传输系统中，其传输对象通常是二进制数字信息，它可能来自计算机、网络或其它数字设
4、备的各种数字代码。也可能来自数字电话终端的脉冲编码信号，设计数字传输系统的基本考虑是选择一组有限的离散的波形来表示数字信息。这些离散波形可以是未经调制的不同电平信号，也可以是调制后的信号形式。由于未经调制的脉冲电信号所占据的频带通常从直流和低频开始。因而称为数字基带信号。 在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传送，我们称之为数字信号的基带传输。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，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。我们把这种传输称为数字信号的调制传输。如果把调制与解调过程看作是广义信道的一部分，则任何数传输系统均可等效为基
5、带传输系统。通过 SystemView 提供的仿真环境对数字基带传输中的某些问题加以仿真、分析，能帮助我们进一步加深对这些抽象概念的理解，并加深感性认识。 二进制数字基带波形都是矩形波，在画频谱时通常只画出了其中能量最集中的频率范围，但这些基带信号在频域内实际上是无穷延伸的。如果直接采用矩形脉冲的基带信号作为传输码型，由于实际信道的频带都是有限的，则传输系统接收端所得的信号频谱必定与发送端不同，这就会使接收端数字基带信号的波形失真。大多数有线传输情况下，信号频带不是陡然截止的，而且基带频谱也是逐渐衰减的，采用一些相对来说比较简单的补偿措施可以将失真控制在比较小的范围内。较小的波形失真对于二进制
6、基带信号影响不大，只是使其抗噪声性能稍有下降，但对于多元信号，则可能造成严重的传输错误。当信道频带严格受限时，波形失真问题就变得比较严重，尤其在传输多元信号时更为突出。 基带信号传输系统的典型模型，如图所示。 在发送端，数字基带信号X(t)经发送滤波器输入到信道，发送滤波器的作用是限制发送频带，阻止不必要的频率成分干扰相邻信道。传输信道在这里是广义的，它可以是传输介质，也可以是带调制解调器的调制信道。基带信号在信道中传输时常混入噪声n(t)，同时由于信道一般不满足不失真传输条件，因此要引起传输波形的失真。 所以在接收端输入的波形与原始的基带信号X(t)差别较大，若直接进行抽样判决可能产生较大的
7、误判。因此在抽样判决之前先经过一个接收滤波器，它一方面滤除带外噪声，另一方面对失真波形进行均衡。抽样和判决电路使数字信号得到再生，并改善输出信号的质量。 根据频谱分析的基本原理，任何信号的频域受限和时域受限不可能同时成立。因此基带信号要满足在频域上的无失真传输，信号其波形在时域上必定是无限延伸的，这就带来了各码元间相互串扰问题。造成判决错误的主要原因是噪声和由于传输特性不良引起的码间串扰。基带脉冲序列通过系统时，系统的滤波作用使脉冲拖宽，在时间上，它们重叠到邻近时隙中去。接收端在按约定的时隙对各点进行抽样，并以抽样时刻测定的信号幅度为依据进行判决，来导出原脉冲的消息。若重叠到邻接时隙内的信号太
8、强，就可能发生错误判决。若相邻脉冲的拖尾相加超过判决门限，则会使发送的“0”判为“1”。实际中可能出现好几个邻近脉冲的拖尾叠加，这种脉冲重叠，并在接收端造成判决困难的现象叫做码间串扰。 因此可以看出，传输基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性。当然可以有意地加宽传输频带使这种干扰减小到任意程度。然而这会导致不必要地浪费带宽。如果展宽得太多还会将过大的噪声引入系统。因此应该探索另外的代替途径，即通过设计信号波形，或采用合适的传输滤波器，以便在最小传输带宽的条件下大大减小或消除这种干扰。 奈奎斯特第一准则解决了消除这种码间干扰的问题，并指出信道带宽与码速率的基本关系。即： Rb=1=2fN=2
9、BN Tb式中Rb为传码率，单位为比特/每秒。fN和BN分别为理想信道的低通截止频率和奈奎斯特带宽。 上式说明了理想信道的频带利用率为 Rb/BN=2 实际上，具有理想低通特性的信道是难以实现的，而实际应用的是具有滚降特性的信道。其带宽较奈奎斯特带宽增加的程度滚降系数可以表示为 B-fNa=,(0a1) fN其中B表示滚降信道的带宽。由于升余弦滚降滤波特性可使传输信号具有较大的功率，且收敛快而减小码间干扰，故已得到了广泛的应用。 眼图原理： 眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。显然， 最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。 眼图斜边的斜率，表示系统对定时抖动的灵敏
10、度，斜边越陡，系统对定时抖动越敏感。 眼图左角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围，称为零点失真量，在许多接收设备中，定时信息是由信号零点位置来提取的，对于这种设备零点失真量很重要。 在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。 在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决； 横轴对应判决门限电平。 系统框图： 参数设置： Token0：SourceNoise/PNPn Seg Token3：在专业库中选择CommProcessorsP shape Token2：SourceNoise/PNGauss Noise Token14：Operato
11、rFilters/systemsLiner Sys Filters Token6：OperatorSample/HoldSample Token7：OperatorSample/HoldHold Token8：OperatorLogicCompare Token9：产生正弦信号，作为比较器的另一个比较输入 眼图参数设置：Sink Calculatorstyleslicestart0，Length0.25 系统定时设置：Start Time：0 ，Stop Time：0.5， Sample Rate：10000Hz 三：实验结果记录 1、原始基带信号 2、加入噪声后的基带信号 3、经过根升余弦滤
12、波器后的输出波形 4、经过抽样判决后的输出波形 5、经过根升余弦滤波器后输出波形的眼图 四、实验结果分析 信道中加入的噪声干扰越大，眼图越不清晰，越杂乱。当信道中噪声方差为0.5时，根升余弦滤波器输出信号波形的眼图如图所示： 与之前噪声方差为0.1的眼图比较，可以看出，噪声越大，线条越粗，越模糊，“眼睛”小。 抽样判决后的输出码元波形与原始基带信号相比，有0.01秒的延时。原因：由抽样判决器延时所引起的。当抽样速率越大时，误差越小。当噪声增大时，会引起误码。 例如：当噪声方差0.1V时，输入基带信号为 输出信号波形为： 两者之间无误码出现。 当噪声方差0.5V时，输入基带信号为 输出信号为： 两者之间有误码出现，误码出现的原因是信道中加入的噪声大，对臭氧判决造成了干扰。
