中北大学课程设计任务书2011/2012 学年第 二 学期学 院 ： 信息与通信工程学院 专 业 ：学 生 姓 名 ： 学 号：课 程 设 计 题 目 ： 无失真数字基带信号传输起 迄 日 期 : 2012 年 6 月 4 日 2012 年 6 月 22 日课 程 设 计 地 点 :指 导 教 师 :系 主 任 ： 下达任务书日期: 2012 年 6 月 4 日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：1、通过本课程设计的学习，学生将复习所学的专业知识，使课堂学习的理论知识应用于实践，通过本课程设计的实践使学生具有一定的实践操作能力；2、掌握 Matlab 或 SystemView 的使用方法，能熟练运用该软件设计并仿真通信系统；3、熟悉用数字基带信号传输的原理与方法；4、通过仿真观察输入输出信号的波形及其特征；5、通过信息处理实践的课程设计，掌握设计信息处理系统的思维方法。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1、系统采样频率为学号（两位尾号）KHz，信号源幅度 5V，码速率 100bps 的伪随机信号，2、抽头个数为 259 的 FIR 低通滤波器，滤波器的截止频率为 100Hz，在 120Hz 处有-60dB 的衰落。3、分析衰减系数；3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文) 、图纸、实物样品等：第一部分：1根据设计题目要求的指标，通过查阅有关资料分析其工作原理，确定设计框图；2画出设计内容工作方框图，完成信号输出各部分的指标分配，计算各单元信号输出的参数和确定各单元的参数值，叙述主要功能部件及他们之间的控制关系和数据传输。3. 用 Matlab 软件绘制仿真波形图；第二部分：1、在完成第一部分的基础上；2. 利用 SystemView 或 Matlab 中 Simulink 仿真软件对电路图进行仿真。 1课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1. 樊昌信等.通信原理（第三版）.北京：国防工业出版社.20042. 郑君里等.信号与系统（第二版）.北京：高等教育出版社.20003. 苏金明等.MATLAB7.0 实用指南（上下册）.北京：电子工业出版社.2004.5设计成果形式及要求：1、设计的程序模块；2、编写课程设计报告。6工作计划及进度：第一部分：2012 年 6 月 4 日 6 月 6 日 设计程序流程框图；6 月 7 日 6 月 9 日 设计程序模块；6 月 10 日 6 月 13 日 仿真信号输入、输出图形；6 月 14 日 6 月 15 日 编写课程设计报告，答辩或成绩考核；第二部分：2012 年 8 月 20 日 8 月 21 日 设计程序模块；8 月 22 日 8 月 23 日 仿真信号输入、输出图形；8 月 24 日 编写课程设计报告，答辩或成绩考核。系主任审查意见：签字： 年 月 日目 录一、 设计目的 1二、 设计任务与要求及软件介绍 1三、 设计步骤 41、实验预习 42、设计方案 93、实验结果及结果分析 10四、 设计总结 13五、 实验心得 14六、 参考文献 14一实验目的1、通过本课程设计的学习，学生将复习所学的专业知识，使课堂学习的理论知识应用于实践，通过本课程设计的实践使学生具有一定的实践操作能力；2、掌握 Matlab 或 SystemView 的使用方法，能熟练运用该软件设计并仿真通信系统；3、熟悉用数字基带信号传输的原理与方法；4、通过仿真观察输入输出信号的波形及其特征；5、通过信息处理实践的课程设计，掌握设计信息处理系统的思维方法。二设计任务与要求及软件介绍1)设计任务及要求：1、系统采样频率为学号（两位尾号）KHz，信号源幅度 5V，码速率 100bps 的伪随机信号，2、抽头个数为 259 的 FIR 低通滤波器，滤波器的截止频率为100Hz，在 120Hz 处有-60dB 的衰落。3、分析衰减系数；2）软件介绍：MATLAB 是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，和Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 两大部分。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB 的最突出的特点就是简洁。MATLAB 用更直观的、符合人们思维习惯的代码，代替了 C 和 FORTRAN 语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观、最简洁的程序开发环境。MATLAB 的特点：语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。MATLAB 程序书写形式自由，利用其丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。运算符丰富。由于 MATLAB 是用 C 语言编写的，MATLAB 提供了和 C 语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB 的运算符将使程序变得极为简短。MATLAB 既具有结构化的控制语句（如 for 循环、while 循环、break 语句和 if 语句），又有面向对象编程的特性。语法限制不严格，程序设计自由度大。 程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。MATLAB 的图形功能强大。在 FORTRAN 和 C语言里，绘图都很不容易，但在 MATLAB 里，数据的可视化非常简单。MATLAB 还具有较强的编辑图形界面的能力。MATLAB 的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于 MATLAB 的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。功能强劲的工具箱是 MATLAB 的另一重大特色。MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又可分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、图示建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱能用于多种学科。源程序的开放性。开放性也许是 MATLAB 最受人们欢迎的特点。除内部函数以外，所有 MATLAB 的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。Matlab 是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。由于它使用简单，扩充方便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充 matlab 的功能，使其成为了巨大的知识宝库。可以毫不夸张的说，哪怕是你知真正理解了一个工具箱，那么就是理解了一门非常重要的科学知识。科研工作者通常可以通过 matlab 来学习某个领域的科学知识，这就是 matlab 真正在全世界推广开来的原因。目前的 matlab 版本已经可以方便的设计漂亮的界面，它可以象 vb 等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰富的函数库（工具箱）所以计算的功能实现也很简单，进一步受到了科研工作者的欢迎。另外，,matlab 和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了 matlab 的应用潜力。可以说，matlab 已经也很有必要成为大学生的必修课之一，掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。 matlab 还有非常完善的使用手册，不仅包括使用方法，还有涉及的科学知识，非常简单易读。三设计步骤3.1 实验预习通信的根本任务是远距离的传递信息，准确地传输数字信息是数字通信的一个重要环节。在数字传输系统中，其传输对象通常是二进制的数字信息。设计数字传输系统的基本考虑的是选择一组有限的离散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是从直流和低频开始。因而称为数字基带信号。在某些有线信道中，特别是传输距离不远的情况下数字基带信号可以直接传输，我们称之为数字信号的基带传输。数字基带信号传输的无失真条件：原始二进制数字基带信号波形多数都是矩形波，在画频谱时通常只画出其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（如简单的频域或时域均衡）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（如数字基带信号经调制通过频分多路通信信道传输） ，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。为了研究波形传输的失真问题，我们首先来看一下基带信号传输系统的典型模型，如图 1 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（电缆、双绞线等等） ，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，其信号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（包括发、收滤波器和信道特性）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。若重叠到邻近时隙内的信号太强，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“ O ”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。奈奎斯特第一准则给我们指明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。即式 为传码率，单位为波特每秒。 和 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