基于MATLAB的数字基带通信系统仿真
本论文主要研究了数字信号的基带传输的基本概念及数字信号基带传输的传输过程和如何用MATLAB软件仿真设计数字基带传输系统。本文首先介绍了MATLAB仿真软件。然后介绍了本课题的理论依据，包括数字通信，数字基带传输系统的组成及数字基带信号的传输过程。接着介绍了数字基带传输系统的特性包括数字PAM信号功率普密度及常用线路码型，并通过比较最终选择双极性不归零码。之后介绍了数字基带信号的最佳接收的条件以及如何通过示波器观察基带信号的波形。最后按照仿真过程基本步骤用MATLAB的仿真工具实现了数字基带传输系统的仿真过程，对系统进行了分析。
数字基带传输系统在实际数字通信系统中的应用虽然没有频带传输应用广泛，但仍有相当多的应用范围。而且最为重要的是数字基带传输系统的基本理论不仅适用于数字基带传输系统，而且还适用于频带传输，因为所有窄的带通信号、线性带通系统及等效低通系统都对等效低通信号的响应均可用其等效低通信号、等效低通系统及等效低通系统对等效低通信号的响应来表示，因而频带传输系统可通过它的等效低通（或等效基带）传输系统的理论分析及计算机仿真来研究它的性能，因而掌握数字基带传输的基本理论十分重要，它在数字通信系统中具有普遍意义。
3.2数字基带传输系统
3.2.1 基带传输系统简介
如果数字调制器的载波是周期性的脉冲，用数字序列去调制脉冲载波的某参数，则可将数字序列转换成为相应的信号波形，这就被称为数字脉冲调制器。而数字脉冲调制器输出信号波形的功率谱密度是低通型的，所占频带是从直流或低频开始的，其带宽是有限的。那么就称此数字信号为数字基带信号。若通信信道的传递函数是低通型的，则称此信道为基带信道，又称基带信道为低通信道，如同轴电缆和双绞线有线信道均属基带信道。数字基带信号通过基带信道进行传输，则称此传输系统为数字基带传输系统。
3.2.2 基带传输系统结构图
基带传输系统主要由信道信号形成器、信道、接收滤波器和抽样判决器组成。为了保证系统可靠有序地工作，还应有同步系统。
信道信号形成器：把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。
信道：允许基带信号通过的媒质。信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。在通信系统的分析中，常常把噪声n（t）等效，集中在信道中引入。
接收滤波器：滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。
抽样判决器：在传输特性不理想及噪声背景下，在规定的时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。而用来抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中提取，位定时的准确与否将直接影响判决效果。
3.2.3 基带传输过程
终端设备编码器所产生的脉冲序列将作为为基带传输系统的输入信号，为了使这种脉冲序列能在信道中进行传输，一般要通过码型变换器将二进制脉冲序列变为双极性码（AMI码或HDB3码），有时为了使信号在基带传输系统内的码间干扰降到最低，还要进行波形变换。由于信道特性不理想或者噪声的干扰，会使经过信道的信号受到干扰而变形。在接收端为了减小噪声的影响，首先会把通过信道的信号引入接收滤波器，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。
4.1数字PAM信号
由于脉冲幅度调制的频带利用率高，所以数字PAM信号特别适用于在限带基带信道中的传输。
数字PAM信号是以脉冲载波的幅度携带数字信息。
产生M进制PAM（MPAM）信号原理图如图所示。
图4-1产生MPAM信号的原理框图
MPAM信号的一般表示式可写为 式（4-1）
其中g(t)是该数字信号的波形信号， 取值与第n时刻的数字符号取值一一映射。M进制符号相对应M个可能的离散幅度值。
调制：按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波的某些参数的过程。
调制信号：模拟调制—调制信号的取值是连续数字调制—调制信号的取值是离散的。
载波：正弦信号最为载波。
用脉冲串或一组数字信号做为载波脉冲载波的三个参数：幅度、位置、宽度。
4.2数字PAM信号功率谱密度
数字基带信号（以下简称为基带信号）的类型有很多，常见的有矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。最常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲容易于形成和变换。
图4-2矩形脉冲图
4.2.1单极性不归零码（NRZ）
图4-3单极性不归零码信号波形图
特点：极性单一，有直流分量，脉冲之间无间隔。另外位同步信息包含在电平的转换之中，当出现连0序列时没有位同步信息。
单极性不归零码的功率谱密度
图4-4单极性不归零码的单边功率谱密度
4.2.2 双极性不归零码
图4-5双极性不归零码信号波形图
特点：无直流分量。这样，恢复信号的判决电平为0，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力强。故双极性波形有利于在信道中传输。
双极性不归零码的功率谱
图4-6双极性不归零码的单边功率谱密度
4.2.3 单极性归零码（RZ）
图4-7单极性归零码信号波形
特点：可以直接提取定时信息，是其他波形提取位定时信号时需要采用的一种过度波形。
单极性归零码的功率谱
图4-8单极性归零码的单边功率谱密度图
4.2.4双极性归零码
图4-9双极性归零码的信号波形图
特点：除了具有双极性不归零波形的特点外，还有利于同步脉冲的提取。
双极性归零码的功率谱密度
图4-10双极性归零码的单边功率谱密度图
4.2.5差分码（相对码）
图4-11差分编码
特点：利用差分码的相邻码元之间的信号波形变换与否来分别表示绝对码“1”和“0”。
图4-12相对码信号波形
差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码的，因此称它为相对码波形。而相应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码波形。用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响，特别是在相位调制系统中用于解决载波相位模糊的问题。
差分码的功率谱
图4-13相对码单边功率谱密度
信道的传输特性和传输过程中噪声的存在是在数字通信系统中影响通信性能的两个主要因素。在噪声干扰中有效的检测出信号能在一定程度上使系统性能达到最佳并达到最好的传输状态。所谓最佳是在某种标准下系统性能达到最佳，最佳接收是个相对的概念，在某种准则下的最佳系统，在另外一种准则下就不一定是最佳的。在某些特定条件下，几种最佳准则也可能是等价的。
在数字通信中，最长采用的是输出信噪比最大准则和差错概率最小准则。
由数字信号的判决原理我们知道，滤波器输出信号波形和发送信号波形之间的相似程度，滤波器输出信号波形的失真程度都与抽样判决器输出数据的正确与否无关。抽样判决器输出数据正确与否，取决于抽样时刻信号的瞬时功率与噪声平均功率之比，即信噪比。信噪比越大，错误判决的概率就越小；信噪比越小，错误判决概率就越大。为了使错误判决概率尽可能小，就要选择滤波器传输特性使输出信噪比达到最大值时，该滤波器就称为输出信噪比最大的最佳线性滤波器—匹配滤波器。