数字基带传输系统仿真平台

资 源 简 介

该项目是一个全面模拟数字信号在基带信道中传输全过程的专业数学仿真模型，旨在通过算法实现对信号编码、成形、传输及解调的参数化分析。系统首先生成随机的二进制原始序列，并支持单极性不归零、双极性不归零、单极性归零及双极性归零等多种基带线路编码方式的灵活转换。核心功能模块集成了升余弦成形滤波器，用于解决受限信道下的成形滤波问题，用户可以动态调整滚降系数来观察和研究对带宽利用率以及码间串扰的影响。 在信号传输阶段，系统构建了可调参数的加性高斯白噪声信道，模拟真实的电磁环境。接收端包含了匹配滤波器、自动抽样判决器以及

详 情 说 明

数字基带传输系统MATLAB仿真平台说明文档

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的数字信号基带传输全过程仿真模型。它通过严谨的数学算法，模拟了从原始二进制数据生成到最终接收端性能分析的完整通信链路。该平台旨在为通信工程相关领域的研究者和学生提供一个参数化、可视化、闭环式的算法验证环境，重点展示脉冲成形、信道噪声抑制以及ISI（码间串扰）控制等核心技术。

功能特性

1. 多方案线路编码：支持单极性不归零（Unipolar NRZ）、双极性不归零（Bipolar NRZ）、单极性归零（Unipolar RZ）和双极性归零（Bipolar RZ）四种典型基带编码方式。
2. 脉冲成形与匹配滤波：算法实现了根升余弦（Root Raised Cosine）滤波器的设计，用于满足奈奎斯特第一准则，能动态调整滚降系数（Alpha）优化系统带宽与抗串扰性能。
3. 可调信道模拟：集成了加性高斯白噪声（AWGN）信道模型，支持在不同信噪比（SNR）条件下评估系统稳健性。
4. 全维度可视化：

* 时域波形：对比展示原始编码信号与成形后的连续波形。 * 功率谱密度（PSD）：通过周期图法分析信号产生的频率占用情况。 * 眼图分析：在采样判决前端生成眼图，直观反映码间串扰和噪声的影响。 * 误码率性能：自动生成仿真误码率与理论值的对比曲线。

使用方法

1. 启动MATLAB软件，进入仿真平台的工作目录。
2. 在主程序中根据需求调优系统参数：

* 修改符号数量、采样频率或符号速率。 * 通过调整 code_type 变量（1-4）选择不同的基带线路码。 * 设置 alpha 参数（0~1）以测试不同的升余弦带限效果。 * 定义 SNR_dB 的覆盖范围。

1. 直接运行仿真脚本。
2. 观察弹出的波形分析窗口、眼图窗口及误码率曲线图。

系统要求

• MATLAB R2016b 或更高版本。
• Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱，涉及周期图及窗函数计算）。

系统逻辑实现说明

仿真流程严格遵循数字通信理论，主要逻辑环节如下：

1. 参数初始化：定义符号速率与采样率的比例关系（SPS），并初始化信噪比扫描范围。
2. 序列生成与映射：利用随机算法生成二进制序列。根据选定的 code_type，将位流转换为对应的波形模式。对于归零码（RZ），系统通过占空比控制，仅在符号周期的前50%维持电平。
3. 发射机成形滤波：系统首先将二进制数据映射为冲激序列（Impulse Train），然后使用手动设计的根升余弦滤波器系数进行卷积运算。通过对卷积结果进行群延迟补偿，确保输出信号在时域上与原始码流对齐。
4. 信道传输：计算信号的平均功率，并根据预设的信噪比叠加高斯白噪声。
5. 接收机处理：

* 匹配接收：利用与发射端对称的根升余弦滤波器进行匹配滤波，最大限度提高采样点处的信号噪声比。 * 同步采样：在补偿后的最佳抽样瞬时（每隔SPS个采样点）进行抽样。 * 判决还原：双极性信号以0为判决门限，单极性信号以0.5为门限。

1. 统计分析：调用误码统计函数计算每一级信噪比下的误码数量，并利用互补误差函数 erfc 计算理论极限，最终实现数据可视化。

关键函数与算法细节分析

• 根升余弦滤波器设计算法：算法中内置了自定义的数学模型，精准实现了根升余弦公式。通过对 $t=0$ 以及 $t=1/(4beta)$ 等奇点位置进行特殊逻辑处理，避免了分母为零导致的数值错误。最后对滤波器系数进行能量归一化处理。
• AWGN信道实现：算法基于信噪比定义，首先测算待传输信号的实际功率，根据 $SNR_{dB}$ 换算出噪声功率，随后生成符合该功率等级的正态分布随机噪声，实现了比标准函数更底层的信道模拟逻辑。
• 眼图生成机制：通过截取匹配滤波后信号的一系列 2 倍符号周期的片段，将其叠加在同一坐标系内。通过对绘图线条设置 30% 的透明度（Alpha 通道），清晰地展现了信号在判决点处的张开程度及收敛轨迹。
• 性能评估逻辑：根据通信原理，程序针对单极性和双极性两种制式分别采用了不同的理论误码率估算公式。单极性系统在计算中考虑了 1/2 的能量损耗，从而使得理论曲线能准确反映仿真环境下的性能基准。