基于Matlab的数字基带通信系统仿真与性能分析

摘要：本研究了数字基带通信系统的设计与仿真，利用 MATLAB 构建了一个基于不同基带码型的通信仿真平台。仿真系统实现了四种常用基带编码方式的信号处理与性能分析，包括单极性不归零码（Unipolar NRZ）、双极性不归零码（Bipolar NRZ）、单极性归零码（Unipolar RZ）和双极性归零码（Bipolar RZ）。系统通过图形化用户界面（GUI）实现了码型选择、仿真设置与结果展示，能够直观地模拟不同信号在 AWGN 信道中的传输过程。

作者：Bob(自研改进)

环境配置

开发工具：Matlab R2020b
操作系统：Windows 11

硬件配置

表1 惠普(HP)暗影精灵10台式整机配置

该系统硬件配置如上，如果您的电脑配置低于下述规格，运行速度可能会与本系统的存在差异，请注意。

项目概述

本研究以数字基带通信系统为研究对象，基于 MATLAB 搭建了一个可视化的基带传输仿真平台，实现了多种基带码型在噪声信道中的传输特性分析。系统通过 GUI 图形界面集成单极性不归零码、单极性归零码、双极性不归零码及双极性归零码四种典型编码方式，并能够对不同码型的时域波形、功率谱密度、眼图结构及误码率进行综合分析。仿真过程中采用升余弦成形滤波器作为发射端和接收端的脉冲整形方法，并引入加性高斯白噪声（AWGN）信道，对基带信号在实际传输环境中的变化进行了模拟。

仿真结果表明，不同基带码型在频谱利用率、抗噪声性能和码间串扰抑制方面存在显著差异。单极性码具有结构简单的优点，但直流成分较强；双极性码无直流分量，抗干扰性能更优；归零类码型具有更明显的定时特征，但带宽占用较大。同时，升余弦滤波器能够有效减小码间串扰，使接收端信号具有良好的眼图开口，从而提高判决准确性。本研究所构建的仿真平台结构清晰、可操作性强，为数字通信系统的相关教学与实验提供了直观有效的辅助工具。

系统设计

本系统基于数字基带通信模型，采用模块化设计，涵盖信源编码、脉冲成形、信道传输、接收滤波和判决恢复等完整流程。通过 MATLAB GUI 集成四种常见基带码型（单极性不归零码、单极性归零码、双极性不归零码、双极性归零码），用户可灵活选择并配置参数。发送端利用升余弦滤波器进行带限处理，抑制码间串扰；信道部分通过 AWGN 模型模拟噪声；接收端则采用匹配滤波、抽样和阈值判决恢复比特信息。系统提供信号波形、功率谱密度、眼图和误码率等分析，帮助用户评估不同码型的通信性能，结构清晰、功能完备，为教学与实验研究提供了直观的仿真平台。

图1 系统整体流程图

运行展示

图2 信源信号波形与功率谱密度分析（单极性不归零码）

图3 信道前后信号波形与功率谱密度分析（单极性不归零码）

图4 信道前后信号波形与功率谱密度分析（单极性不归零码）

图5 信源信号波形与功率谱密度分析（单极性归零码）

图6 信道前后信号波形与功率谱密度分析（单极性归零码）

图7 信道前后信号波形与功率谱密度分析（单极性归零码）

图8 信源信号波形与功率谱密度分析（双极性不归零码）

图9 信道前后信号波形与功率谱密度分析（双极性不归零码）

图10 信道前后信号波形与功率谱密度分析（双极性不归零码）

图11 信源信号波形与功率谱密度分析（双极性归零码）

图12 信道前后信号波形与功率谱密度分析（双极性归零码）

图13 信道前后信号波形与功率谱密度分析（双极性归零码）