实验五 数字基带传输系统仿真实验
一、 实验目的
1、加深对数字基带信号传输的无失真条件的了解。 2、熟悉奈奎斯特第一准则的验证方法
3、掌握眼图的仿真方法并了解其在数字基带传输系统中的作用。 二、 实验内容
1. 验证奈奎斯特第一准则。 2. 观察眼图。 三、 基本原理
传输数字基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性，当基带脉冲信号通过系统时，系统的滤波作用使脉冲拖宽，在时域上，它们重叠到附近的时隙中去。接收端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，若重叠到临近时隙内的信号太强，就可能发生错误判决，从而产生码间串扰。
奈奎斯特第一准则给出了消除这种码间干扰的方法，并指出了信道带宽与码速率的基本关系，即
Rb?1?2fN?2BNTb
其中Rb为传码率，单位为B/s（波特/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。
假定有一数字基带信号，其码速率为100b/s，则按照奈奎斯特第一准则，为保证数字基带信号的无失真传输，传输信道的带宽必须要在50Hz以上。同理，如果数字基带信号的码速率高于100b/s，则在50Hz的带宽下不能保证信号的无失真传输。 四、 实验步骤
第一部分：验证奈奎斯特第一准则
1、设定系统的仿真时间参数：采样频率设定为1000Hz，采样点位512个 2、放置信号源：码速率为100b/s的伪随机信号
3、放置用于整型的升余弦滚降低通滤波器，其截止频率设定为50Hz，在60Hz处有-60dB的衰落，相当于一个带宽为50Hz的信道
4、为了模拟传输的噪声，将低通滤波器的输出叠加上一个高斯噪声，设定其标准差为0.1。 5、接收端由一个低通FIR滤波器、一个抽样器、一个保持器和一个缓冲器组成，分别完成信号的滤波，抽样，判决以及整型输出。其中抽样器的抽样频率与数据信号的数据率一致，设为100Hz。为了比较发送端和接收端的波形，在发送端的接收器前和升余弦滚降滤波器后各加入了一个延迟图符。最终的仿真系统如下图所示：
1、关闭噪声信号，运行仿真，将输入信号波形与输出信号波形进行叠加，观察仿真结果。 2、开启噪声信号，比较输入信号与输出信号的波形 3、改变噪声幅度，观察输出信号的变化。
4、将伪随机信号的码速率修改为110b/s，运行仿真，再次观察输入输出信号波形的差别。
第二部分：眼图的观测
通常眼图可以用如图3.1所示的图形来描述，由此图可以看出：（1）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”目艮”张开最大的时刻。（2）眼图斜边的斜率，表示系统对定时抖动（或误差)的灵敏度，斜边越陡，系统对定时抖动越敏感。（3）眼图左(右）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。（4）在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。（5）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。（6）横轴对应判决门限电平。
图3.1 眼图
为了研究因噪声和信道带宽引起的信号失真与眼图的关系，我们可以用如图3.2所示的
SystemView仿真电路来观察，图中，信号源（图符0）采用幅度为1 V、 速率为100b / s的伪随机序列，信道用一个50Hz的低通滤波器（图符5）来模拟， 并在信道中加入了噪声（图符3），设定信噪比(SNR)为10dB，在接收器图符前加入了一个抽样器图符，用来调整输出采样率，以配合System View接收计算器 的时间切片绘图功能来观察眼图。时间切片绘图功能可以把接收计算器在多个时间段内记录到的数据重叠起来显示，时间段的起始位置和长度都可由计算器来设置。为了满足时间切片周期和码元同步，并且能完整地观察到一个眼图的要求，一般将时间切片的长度设置为当前采样率下采样周期的两倍时长，例如，采样频率为100 Hz,采样周期为10ms，则时间切片应设为20 ms。时间切片长度的设置如图3.3所示，在接收计算器
窗口下选菜单中的“ Style ”项，再输入 “Time Slice”的参数，按“OK”按钮后确定退出，即可看到生成的眼图，如图3.4和3.5所示。改变噪声幅度，重新运行系统，可观察到眼图的“眼”张开的幅度变小，同样，改变信道的带宽，也可观察到眼图的变化。
图3.2 用于眼图观测的基带传输系统仿真电路
图3.3 时间片的长度设置
图3.4 信道无噪声时观测到的眼图
图3.5 信道信噪比10dB时观测到的眼图
五、实验结果
1. 画出仿真过程中的相关波形；
2. 分析码速与码间串扰间的关系，根据仿真中观测到的眼图描述各仿真参数对眼图的影响。
(完整版)通信原理实验指导书SystemView
