通信系统引论结课论文

概述

随着现代科技的迅速发展，电子科技越来越被人们所需要。而作为电子科技的重要传输通道—数字信号的传输的发展也很迅速。因此信号成为科技发展的前提也是科技发展的动力。现代通信的发展趋势为数字化，随着现代通信技术的不断开发，数字调制技术已日趋成熟，在各个领域都得到了广泛的应用和认同。现代社会发展要求通信系统功能越来越强，性能越来越高，构成越来越复杂；这就要借助于功能强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。

信号的频率有高有低，就像声音有高有低一样，低频到高频的范围叫频带，不同的信号有不同的频带。在数据通信中，由计算机或终端等数字设备直接发出的二进制数字信号形式称为方波，即“1”或“0”，分别用高(或低)电平或低(或高)电平表示，人们把方波固有的频带称为基带(由消息直接转换成的未经调制变换的信号所占的频带，理论上基带信号的频谱是从0到无穷大)，方波电信号称为基带信号。

数字数据具有很宽的频谱，其中的低频分量十分重要。因此，数字数据的基带传输需要其带宽足以容纳数据流基本频率分量的低通信道。但由于信道频率响应往往是偏离理想低通滤波器频率响应的，所以信道通常是弥散的。这样就会产生一种称为码间干扰的常见干扰波形。要纠正这个干扰就要对整个系统进行控制。

一：基带脉冲传输的发展

数字通信基带传输过程不需要调制，但需要对基带信号进行码型变换和波形形成。不同的码型具有不同的频域特性，经发送滤波器变换成适合信道传输的波形，接收滤波器主要用于滤除带外噪声并对已接收的波形均衡，以便通过抽样判决器正确判断。再生判决器用来对判决器的输出信号进行再生，以获得与输入码型相应的原脉冲序列。目前，基带传输主要应用于计算机局域网、电话线、石油测井的井下仪到地面设备的电缆传输线等。

在远距离的情况下，特别是在无线或光纤信道上传输时，因为信道都是带限信道或带通信道，含有丰富低频成分的数字基带信号无法直接传输，必须经过调制器进行调制，使其成为数字频带(载波)信号后再进行传输，在接收端通过相应

解调器进行解调，将其还原成数字基带信号，数字调制与解调的过程统称为数字调制，此传输系统则为数字信号频带传输系统(或数字信号载波传输系统)。从实际的应用上来看，频带传输技术比基带传输技术要更加广泛。但是，基带传输也是一种重要的传输方式，对其研究仍然十分重要，它与频带传输之间有着紧密的联系。甚至从广义上的角度来看，如果把调制和调解过程看做广义信道～部分的话，频带传输也可以归于基带传输系统。

目前，数字通信技术主要应用在移动通信、卫星通信、光纤通信、微电子技术和微波中继通信等领域。

二：基带传输的介绍

基带传输系统的组成框图如图所示。它主要由码波形变换器、发送滤波器、 基带传输波形

信道、接收滤波器和取样判决器等5个功能电路组成。

基带传输系统的输入信号是由终端设备编码器产生的脉冲序列，为了使这种脉冲序列适合于信道的传输，一般要经过码型变换器，码型变换器把二进制脉冲序列变为双极性码（AMI码或HDB3码），有时还要进行波形变换，使信号在基带传输系统内减小码间干扰。当信号经过信道时，由于信道特性不理想及噪声的干扰，使信号受到干扰而变形。在接收端为了减小噪声的影响，首先使信号进入接收滤波器，然后再经过均衡器，校正由于信道特性（包括接收滤波器在内）不理想而产生的波形失真或码间串扰。最后在取样定时脉冲到来时，进行判决以恢复基带数字码脉冲。

基带数字传输的重要指标是频带利用率η=Rb/B。式中Rb是每秒传输的二元码数,其单位为比特/秒(bit/s)；B是传输所需频带。用二电平码传输时，η的理论最大值为2比特/(秒·赫)。要达到这一理论值，需要使用幅-频特性曲线陡峭的理想低通滤波器。在实用中,，α 为滚降系数，代表系统幅－频特性曲线的缓慢变化程度,0<α<1。若用M电平传输，η是二电平的log2M倍。基带数字传输的另一重要指标是误码率Pe。在实际测量中，Pe为误码数除以总码数。 研究新的接收方法(如抗噪声、均衡、回波抑制等)、新的传输码型和实用化等，是提高基带传输技术的重要课题。

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三：基带传输原理

3.1 基本原理

数字基带传输系统的基本组成框图如图所示，它通常由脉冲形成器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器与码元再生器组成。系统工作过程及各部分作用如下。

基带传输系统的信道通常采用电缆、架空明线等。信道既传送信号，同时又因存在噪声 形

和频率特性不理想而对数字信号造成损害，使得接收端得到的波

的具有较大差异。

与发送波形

接收滤波器是收端为了减小信道特性不理想和噪声对信号传输的影响而设置的。其主要作用是滤除带外噪声并对已接收的波形均衡，以便抽样判决器正确判决。

抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号在规定的时刻（由定时脉冲 控制）进行抽样，获得抽样信号，然后对抽样值进行判决，以确定各码元 是 “1”码还是“0” 码。码元再生电路的作用是对判决器的 输出 “0”、“1”进行 原始码元再生，以获得与输入波形相应的脉冲序列。

3.2码间干扰

当在传输过程中某个码元发生了误码时，从上述基带系统的工作过程不难知道，产生该误码的原因就是信道加性噪声和频率特性不理想引起的波形畸变。因信道频率特性不理想引起波形畸变，从而导致实际抽样判决值是本码元脉冲波形的值与其它所有脉冲波形拖尾的叠加，并在接收端造成判决困难的现象叫码间串扰（或码间干扰）。由于是随机的，所以码间串扰值一般是一个随机变量。

3.3匹配滤波器

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模拟信号经过信源编码得到的信号为数字基带信号，将这种信号经过码型变换，不经过调制，直接送到信道传输，称为数字信号的基带传输。

在通信系统研究中经常出现的一个问题就是检测一个通过信道传输并受到信道噪声干扰的脉冲信号。因此需要设计一个接收信号的滤波器

码型--数字信号的电脉冲结构称为码型，数字信息的电脉冲表示过程称为码型，编码或码型变换由码型还原为数字信息的过程称为码型译码。

码型的选择--码型的选择：与传输信道相匹配、信号的抗噪声能力强、便于从信号中提取位定时信息、尽量减少基带信号频谱中的高频分量、编译码设备应尽量简单。

3.4基本准则

如何才能保证信号在传输时不出现或少出现码间干扰，这是关系到信号可靠传输的一个关键问题。奈奎斯特对此进行了研究，提出了不出现码间干扰的条件：当码元间隔T的数字信号在某一理想低通信道中传输时，若信号的传输速率位Rb=2fc（fc为理想低通截止频率），各码元的间隔T=1/2fc，则此时在码元响应的最大值处将不产生码间干扰，且信道的频带利用率达到极限，为2(b/s)·Hz。上述条件是传输数字信号的一个重要准则，通常称为奈奎斯特第一准则。即传输数字信号所要求的信道带宽应是该信号传输速率的一半BW=fc=Rb/2=1/2T，当满足这一条件时，其它码元的拖尾振幅在对应于某一码元响应的最大值处刚好为零。

3.5滚降低通幅频特性

实际传输中，不可能有绝对理想的基带传输系统，这样一来，不得不降低频带利用率，采用具有奇对称滚降特性的低通滤波器作为传输网络。

根据推导得出结论：只要滚降低通的幅频特性以点C(fc,1/2)呈奇对称滚降，则可满足无码间干扰的条件（此时仍需满足传输速率=2fc）。

滚降系数： a=[(fc+fa)-fc]/fc

用滚降低通作为传输网络时，实际占用的频带展宽了，则传输效率有所下降，当a=100%时，传输效率即频带利用率只有1(b/s)·Hz，比理想低通小了一半。

3.6眼图

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眼图能直观地表明数字信号传输系统出现码间干扰和噪声的影响，能评价一个基带系统的性能优劣。眼图的迹线与接收的基带脉冲序列的波形失真程度成正比。失真越厉害，眼图的迹线就越模糊。而眼睛张开大小反映了码间干扰的强弱。为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。

四：学习感想

通过对本课程的学习以及对相关资料的查阅，是我对电子工程以及电子通讯有了很多的认识，也让我对离散和连续额随机变量有一个直观的了解。电子工程的发展前景非常乐观，而对这门课程的学习将给我以后的发展很大的帮助。

在完成课程论文的过程中，我也对第四章的章节内容做了进一步的认识，首先对基带脉冲的原理有进一步的认识。基带脉冲就是用基带形式的脉冲幅度调制信号来进行传输。而在应用中需要处理信道噪声和有限的信道带宽对数字通信系统的影响。通过查阅资料也同时对基带脉冲传输的发展有进一步的了解。同时也提高我对课程整体理解以及系统总结的能力，查阅资料收集材料的能力以及文章撰写整体把握的能力。

其次，对于这门课程，虽然学习不够精细，但是大致内容都已理解，再加上老师上课时的详细讲述，对这门课程的理解不是问题。

在此，感谢老师这整个学期的悉心教导，祝老师有个欢乐愉快的新年！！

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