通信系統(tǒng)課群綜合訓練與設計

1、課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 工作單位： 題目：通信系統(tǒng)課群綜合訓練與設計課程設計目的：通過課程設計，使學生加強對電子電路的理解，學會對電路分析計算以及設計。進一步提高分析解決實際問題的能力，通過完成綜合設計型和創(chuàng)新性實驗及訓練，創(chuàng)造一個動腦動手獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析解決電子電路問題的實際本領，實現(xiàn)由課本知識向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；加深對通信原理的理解，提高學生對現(xiàn)代通信系統(tǒng)的全面認識，增強學生的實踐能力。課程設計內(nèi)容和要求要求：掌握以下各種通信技術的基本原理，掌握實驗的設計、電路調(diào)試與測量的方法。培養(yǎng)學生根據(jù)需要選學參考書，查閱手冊，圖表和文獻資料的自學能力，通過獨立

2、思考深入鉆研有關問題，學會自己分析解決問題的方法。設計內(nèi)容：模擬信源(模擬話音)數(shù)字化方式基帶碼信道碼調(diào)制方式信道解調(diào)信道解碼基帶解碼數(shù)模轉(zhuǎn)換自己構造一時間函數(shù)PCMManchester碼漢明碼ASKAWGN與發(fā)送端對應時間安排1根據(jù)設計任務，分析電路原理，確定實驗方案2天2根據(jù)實驗條件進行電路的測試，并對結果進行分析7天3撰寫課程設計報告1天指導教師簽名：年 月 日 系主任（或責任教師）簽名：年 月 日目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc345883940 1 原理分析與方案論證 PAGEREF _Toc345883940 h 1 HYPERLINK l _Toc

3、345883941 1.1 通信系統(tǒng)架構 PAGEREF _Toc345883941 h 1 HYPERLINK l _Toc345883942 1.2 信源碼PCM碼 PAGEREF _Toc345883942 h 2 HYPERLINK l _Toc345883943 1.3 基帶碼Manchester碼 PAGEREF _Toc345883943 h 3 HYPERLINK l _Toc345883944 曼徹斯特碼簡介及其編碼規(guī)則 PAGEREF _Toc345883944 h 3 HYPERLINK l _Toc345883945 1.3.2 曼徹斯特碼原理 PAGEREF _Toc

4、345883945 h 3 HYPERLINK l _Toc345883946 1.4 信道碼漢明碼 PAGEREF _Toc345883946 h 3 HYPERLINK l _Toc345883947 1.5 噪聲信道AWGN PAGEREF _Toc345883947 h 5 HYPERLINK l _Toc345883948 2 各模塊的MATLAB實現(xiàn) PAGEREF _Toc345883948 h 5 HYPERLINK l _Toc345883949 2.1 信號源的實現(xiàn) PAGEREF _Toc345883949 h 5 HYPERLINK l _Toc345883950 2.

5、2 信源編碼PCM編碼 PAGEREF _Toc345883950 h 6 HYPERLINK l _Toc345883951 2.2.1 PCM編碼原理 PAGEREF _Toc345883951 h 6 HYPERLINK l _Toc345883952 2.2.2 PCM編碼的實現(xiàn) PAGEREF _Toc345883952 h 8 HYPERLINK l _Toc345883953 2.3 基帶編碼Manchester編碼 PAGEREF _Toc345883953 h 9 HYPERLINK l _Toc345883954 2.4 信道編碼漢明碼編碼 PAGEREF _Toc3458

6、83954 h 10 HYPERLINK l _Toc345883955 2.4.1 漢明碼編碼分析 PAGEREF _Toc345883955 h 10 HYPERLINK l _Toc345883956 2.4.2 漢明碼的MATLAB實現(xiàn) PAGEREF _Toc345883956 h 11 HYPERLINK l _Toc345883957 2.5 ASK調(diào)制 PAGEREF _Toc345883957 h 12 HYPERLINK l _Toc345883958 2.5.1 ASK調(diào)制原理 PAGEREF _Toc345883958 h 12 HYPERLINK l _Toc3458

7、83959 2.5.2 ASK調(diào)制的MATLAB實現(xiàn) PAGEREF _Toc345883959 h 13 HYPERLINK l _Toc345883960 2.6 信道噪聲AWGN PAGEREF _Toc345883960 h 14 HYPERLINK l _Toc345883961 2.7 ASK解調(diào) PAGEREF _Toc345883961 h 14 HYPERLINK l _Toc345883962 2.8 漢明碼解碼 PAGEREF _Toc345883962 h 15 HYPERLINK l _Toc345883963 2.8.1 漢明碼校驗 PAGEREF _Toc3458

8、83963 h 15 HYPERLINK l _Toc345883964 2.8.2 漢明碼譯碼程序 PAGEREF _Toc345883964 h 16 HYPERLINK l _Toc345883965 2.9 manchester譯碼 PAGEREF _Toc345883965 h 17 HYPERLINK l _Toc345883966 2.10 PCM譯碼 PAGEREF _Toc345883966 h 17 HYPERLINK l _Toc345883967 2.11 誤碼率的計算 PAGEREF _Toc345883967 h 18 HYPERLINK l _Toc3458839

9、68 3 仿真結果分析 PAGEREF _Toc345883968 h 19 HYPERLINK l _Toc345883969 3.1 源信號與接收信號波形對比 PAGEREF _Toc345883969 h 19 HYPERLINK l _Toc345883970 3.2 誤碼率統(tǒng)計 PAGEREF _Toc345883970 h 20 HYPERLINK l _Toc345883971 4 心得體會 PAGEREF _Toc345883971 h 20 HYPERLINK l _Toc345883972 5 參考文獻 PAGEREF _Toc345883972 h 21 HYPERLIN

10、K l _Toc345883973 6 附錄 PAGEREF _Toc345883973 h 22摘要 通信是通過某種媒體進行的信息傳遞，目的是傳輸信息，通信系統(tǒng)是用以完成信息傳輸過程的技術系統(tǒng)的總稱，作用是將信息從信源發(fā)送到一個或多個目的地。調(diào)制與解調(diào)在信息的傳輸過程中占據(jù)著重要的地位，是不可或缺的，因此研究系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)過程就極為重要。MATLAB是集數(shù)值計算、圖形繪制、圖像處理及系統(tǒng)仿真等強大功能于一體的科學計算語言，它強大的矩陣運算和圖形可視化的功能以及豐富的工具箱，為通信系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)過程的分析提供了極大的方便。 調(diào)制在通信系統(tǒng)中有十分重要的作用。通過調(diào)制，不僅可以進行頻譜搬移，

11、把調(diào)制信號的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成適合于傳播的已調(diào)信號，而且它對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂兄艽蟮挠绊?，調(diào)制方式往往決定了一個通信系統(tǒng)的性能。MATLAB軟件廣泛用于數(shù)字信號分析，系統(tǒng)識別，時序分析與建模，神經(jīng)網(wǎng)絡、動態(tài)仿真等方面有著廣泛的應用。本課題利用MATLAB軟件完成模擬信號進行PCM編碼、Manchester編碼、漢明碼、ASK調(diào)制、經(jīng)過AWGN信道，再解調(diào)、譯碼的完整通信系統(tǒng)仿真，并通過統(tǒng)計誤碼率和對比前后波形，對這個通信系統(tǒng)進行評估。關鍵字：MATLAB，編碼，調(diào)制，解調(diào)，譯碼，通信系統(tǒng)Abstract Communication is throug

12、h some of the information transmission media, the purpose is to transmit information, communication system is used to complete the process of information transmission technology system body, the function is the information from the source sent to one or more of the destination. Modulation and demodu

13、lation in information transmission process plays an important role, is indispensable, so the system of modulation and demodulation process is extremely important. MATLAB is set numerical calculation, graphics, image processing and system simulation and powerful function in the integration of scienti

14、fic computing language, its powerful matrix operation and graphics visual function and rich toolbox, as the communication system of the modulation and demodulation process analysis provides a great convenience. Modulation in a communication system has a very important role. Through the modulation, c

15、an not only move the modulation signal spectrum, and the spectrum of the move to want the position, and the modulation signal into suitable for transmission of the modulated signal, and it to the system transmission efficiency and the reliability of the transmission has a great influence on the modu

16、lation method, often determines a communication system performance. MATLAB software is widely used in digital signal analysis, system identification, time series analysis and modeling, neural networks, dynamic simulation for such applications. This topic using MATLAB software simulation signal PCM c

17、oding, Manchester coding, hamming code and ASK modulation, through AWGN channel, and demodulation, decoding the integrity of the communication system simulation, and through the statistical error rate and contrast before and after waveform, the communication system to evaluate.Key words：MATLAB，Codin

18、g, modulation and demodulation, decoding, communication system1 原理分析與方案論證1.1 通信系統(tǒng)架構通信的目的是傳輸信息。通信系統(tǒng)的作用就是將信息從信息源發(fā)送到一個或多個目的地。對于任何一個通信系統(tǒng)，均可視為由發(fā)送端、信道和接收端三大部分組成（如圖1-1所示）。接收設備發(fā)送設備信息源編碼設備信 道信息源噪聲源發(fā)送端接收端信道調(diào)制設備譯碼碼設備解調(diào)設備圖1-1 通信系統(tǒng)一般模型1、信息源:把原始信息變換成原始電信號。2、信源編碼：實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化傳輸即完成A/D變化。提高信號傳輸?shù)挠行?。即在保證一定傳輸質(zhì)量的情況下，用盡可能

19、少的數(shù)字脈沖來表示信源產(chǎn)生的信息。信源編碼也稱作頻帶壓縮編碼或數(shù)據(jù)壓縮編碼。3、信道編碼：信源編碼的目的： 信道編碼主要解決數(shù)字通信的可靠性問題。信道編碼的原理：對傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入一些冗余碼（監(jiān)督碼），形成新的碼字，接收端按照約定好的規(guī)律進行檢錯甚至糾錯。信道編碼又稱為差錯控制編碼、抗干擾編碼、糾錯編碼 。4、數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制技術的概念：把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號。數(shù)字調(diào)制的主要作用：提高信號在信道上傳輸?shù)男?，達到信號遠距離傳輸?shù)哪康?。基本的?shù)字調(diào)制方式：振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、相移鍵控PSK。5、信道：信道是信號傳輸媒介的總稱，傳

20、輸信道的類型有無線信道（如電纜、光纖）和有線信道（如自由空間）兩種。6、噪聲源：通信系統(tǒng)中各種設備以及信道中所固有的，為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。 信源碼PCM碼通常是把從模擬信號抽樣、量化，直到變換成為二進制符號的基本過程，稱為脈沖編碼調(diào)制PCM，簡稱脈碼調(diào)制。在編碼器中由沖激脈沖對模擬信號抽樣，得到在抽樣時刻上的信號抽樣值。這個抽樣值仍是模擬量。在量化之前，通常由保持電路將其作短暫保存，以便電路有時間對其量化。在實際電路中，常把抽樣和保持電路做在一起，稱為抽樣保持電路。圖中的量化器把模擬抽樣信號變成離散的數(shù)字量，然后在編碼器中進行二進制編碼。這樣每個二進制

21、碼組就代表一個量化后的信號抽樣值。圖中的解碼器的原理和編碼過程相反。其中，量化與編碼的組合稱為模/數(shù)變換器（A/D變換器）；解碼與低通濾波的組合稱為數(shù)/模變換器（D/A變換器）。抽樣是對模擬信號進行周期性的掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號。經(jīng)過抽樣的信號應包含原信號的所有信息，即能無失真地恢復出原模擬信號。量化是把經(jīng)抽樣得到的瞬時值進行幅度離散，即指定Q規(guī)定的電平，把抽樣值用最接近的電平表示。 編碼是用二進制碼組表示有固定電平的量化值。實際上量化是在編碼過程中同時完成的。律和A律壓縮特性：律： （式1-1）A律： （式1-2）式中，x為歸一化輸入，y為歸一化輸出，A、為壓縮系數(shù)。

22、數(shù)字壓擴技術：一種通過大量的數(shù)字電路形成若干段折線， 并用這些折線來近似A律或律壓擴特性，從而達到壓擴目的方法。即對數(shù)壓擴特性的折線近似法。我國一般都采用A律。本文設計方案也采用A律-13折線法。1.3 基帶碼Manchester碼數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸碼流中應含有時鐘頻率分量，以便于接收端從碼流中提取同步信息，同步信息保證接收端按正確時序再生原始信息，減小誤碼率。因此信源信號進行信源編碼調(diào)制后還需要進行基帶編碼，使得碼流中“1”和“0”的統(tǒng)計概率應各占1/2。曼徹斯特碼簡介及其編碼規(guī)則 曼徹斯特碼 Manchester code (又稱裂相碼、雙向碼），一種用電平跳變來表示1或0的編碼，其變化規(guī)則

23、很簡單，即每個 HYPERLINK :/baike.baidu /view/601477.htm t _blank 碼元均用兩個不同相位的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1573140.htm t _blank 電平信號表示，也就是一個周期的方波，但0碼和1碼的相位正好相反。二進制碼與曼徹斯特碼波形的對比關系如下。110 001 即把1變換為1/0序列中間下降沿代表1把0變換為0/1序列中間上升沿表示0。優(yōu)點在于其編碼后的時鐘信息都不受信源統(tǒng)計特性影響（連續(xù)0、連續(xù)1 時無法接受定時信號），有很強的定時分量。 1.3.2 曼徹斯特碼原理 用于數(shù)字基帶傳輸?shù)拇a型種類

24、Manchester碼是其中常用的一種。Manchester碼是一種用跳變沿而非電平來表示要傳輸?shù)亩M制信息0或1一般規(guī)定在位元中間用下跳變表示“1”用上跳變表示“0”。曼徹斯特編碼被被認為是一種自定時碼自定時意味著數(shù)據(jù)流的精確同步是可行的。每一個比特都準確的在一預先定義時間時期的時間中被傳送。曼徹斯特編碼提供了一種簡單的方法在長時間段內(nèi)沒有電平跳變的情況下仍然能夠?qū)θ我獾亩M制序列進行編碼并且防止在這種情況下同步時鐘信號的丟失以及防止低通模擬電路中低頻直流飄移所引起的比特錯誤。如果保證傳送的編碼交流信號的直流分量為零并且能夠防止中繼信號的基線漂移那么很容易實現(xiàn)信號的恢復和防止能量的浪費。曼徹

25、斯特碼具有豐富的位定時信息。1.4 信道碼漢明碼漢明碼Hamming code：用于數(shù)據(jù)傳送，能檢測所有一位和雙位差錯并糾正所有一位差錯的二進制代碼。與其他的錯誤校驗碼類似，漢明碼也利用了 HYPERLINK :/baike.baidu /view/492663.htm t _blank 奇偶校驗位的概念，通過在 HYPERLINK :/baike.baidu /view/190231.htm t _blank 數(shù)據(jù)位后面增加一些比特，可以驗證數(shù)據(jù)的有效性。利用一個以上的校驗位，漢明碼不僅可以驗證數(shù)據(jù)是否有效，還能在數(shù)據(jù)出錯的情況下指明錯誤位置。在接受端通過糾錯 HYPERLINK :/bai

26、ke.baidu /view/189742.htm t _blank 譯碼自動糾正傳輸中的差錯來實現(xiàn)碼糾錯功能，稱為 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1439048.htm t _blank 前向糾錯FEC。在iew/1128788.htm t _blank 數(shù)據(jù)鏈路中存在大量噪音時，F(xiàn)EC可以增加數(shù)據(jù) HYPERLINK :/baike.baidu /view/4316.htm t _blank 吞吐量。通過在傳輸碼列中加入 HYPERLINK :/baike.baidu /view/7155908.htm t _blank 冗余位(也稱糾錯位)可以實現(xiàn)43904

27、8.htm t _blank 前向糾錯。但這種方法比簡單重傳協(xié)議的成本要高。漢明碼利用奇偶塊機制降低了 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1439048.htm t _blank 前向糾錯的成本?，F(xiàn)以數(shù)據(jù)碼1101為例講講漢明碼的編碼原理，此時D8=1、D4=1、D2=0、D1=1，在P1編碼時，先將D8、D4、D1的二進制碼相加，結果為奇數(shù)3，漢明碼對奇數(shù)結果編碼為1，偶數(shù)結果為0（奇數(shù)位。若奇數(shù)結果編碼為0.偶數(shù)結果為1，則叫偶數(shù)位），因此P1值為1，D8+D2+D1=2，為偶數(shù)，那么P2值為0，D4+D2+D1=2，為偶數(shù)，P3值為0。這樣，參照上文的位置表，漢

28、明碼處理的結果就是1010101。在這個4位數(shù)據(jù)碼的例子中，我們可以發(fā)現(xiàn)每個漢明碼都是以三個數(shù)據(jù)碼為基準進行編碼的。從編碼形式上，我們可以發(fā)現(xiàn)漢明碼是一個校驗很嚴謹?shù)木幋a方式。在這個例子中，通過對4個 HYPERLINK :/baike.baidu /view/190231.htm t _blank 數(shù)據(jù)位的3個位的3次組合檢測來達到具體碼位的校驗與修正目的（不過只允許一個位出錯，兩個出錯就無法檢查出來了，這從下面的糾錯例子中就能體現(xiàn)出來）。在校驗時則把每個漢明碼與各自對應的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/190231.htm t _blank 數(shù)據(jù)位值相加，如果

29、結果為偶數(shù)（糾錯代碼為0）就是正確，如果為奇數(shù)（糾錯代碼為1）則說明當前漢明碼所對應的三個數(shù)據(jù)位中有錯誤，此時再通過其他兩個漢明碼各自的運算來確定具體是哪個位出了問題。還是剛才的1101的例子，正確的編碼應該是1010101，如果第三個數(shù)據(jù)位在傳輸途中因干擾而變成了1，就成了1010111。檢測時，P1+D8+D4+D1的結果是偶數(shù)4，第一位糾錯代碼為0，正確。P2+D8+D2+D1的結果是奇數(shù)3，第二位糾錯代碼為1，有錯誤。P3+D4+D2+D1的結果是奇數(shù)3，第三位糾錯代碼為1，有錯誤。那么具體是哪個位有錯誤呢？三個糾錯代碼從高到低排列為 HYPERLINK :/baike.baidu /

30、view/802204.htm t _blank 二進制編碼110，換算成十進制就是6，也就是說第6位數(shù)據(jù)錯了，而數(shù)據(jù)第三位在漢明碼編碼后的位置正好是第6位。針對4位數(shù)據(jù)的漢明碼編碼示意圖漢明碼是一個在原有數(shù)據(jù)中插入若干校驗碼來進行錯誤檢查和糾正的編碼技術。以典型的4位數(shù)據(jù)編碼為例，漢明碼將加入3個校驗碼，從而使實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位達到7個（位），它們的位置如果把上圖中的位置橫過來就是：數(shù)據(jù)位1234567代碼P1 P2 D8 P3 D4D2 D1說明第1個漢明碼第2個漢明碼第1個數(shù)據(jù)碼第3個漢明碼第2個數(shù)據(jù)碼第3個數(shù)據(jù)碼第4個數(shù)據(jù)碼1.5 噪聲信道AWGN加性高斯白噪聲AWGN(Additive

31、 White Gaussian Noise) 是最基本的噪聲與干擾模型。加性噪聲：疊加在信號上的一種噪聲，通常記為n(t)，而且無論有無信號，噪聲n(t)都是始終存在的。因此通常稱它為加性噪聲或者加性干擾。白噪聲：噪聲的功率譜密度在所有的頻率上均為一常數(shù)，則稱這樣的噪聲為白噪聲。如果白噪聲取值的概率分布服從 HYPERLINK :/baike.baidu /view/573667.htm t _blank 高斯分布，則稱這樣的噪聲為高斯白噪聲。2 各模塊的MATLAB實現(xiàn)2.1 信號源的實現(xiàn)根據(jù)題目的要求，自己構造一個時間函數(shù)，模擬話音信號，因為話音信號的頻率在300Hz3400Hz之間，取典

32、型值300Hz。構造一個模擬正弦函數(shù)。設定采樣頻率為6000Hz，因而采樣點間步長為1/6000s。程序為：fs=6000; %設定采樣頻率dt=1/fs; %設定步長N=50; long=N; n=0:N-1;t=n*dt; %截止時間 fc=300; %時間函數(shù)頻率 y=sin(2*pi*fc*t); %構造正弦函數(shù)figure(1); plot(t,y); %繪制時間函數(shù)圖象title(源信號時間函數(shù)波形)繪制出構造的信號波形如圖2-1所示： 圖2-1 信號源時間函數(shù)波形2.2 信源編碼PCM編碼2. PCM編碼原理本設計采用A律折線法。實際中A律常用13折線法近似如圖2-2所示： 圖2

33、-2 A律13折線其具體分法如下：先將X軸的區(qū)間0，1一分為二，其中點為1/2,取區(qū)間1/2,1作為第八段;區(qū)間0,1/2再一分為二，其中點為1/4,取區(qū)間1/4,1/2作為第七段;區(qū)間0,1/4再一分為二，其中點為1/8,取區(qū)間1/8,1/4作為第六段;區(qū)間0,1/8一分為二，中點為1/16,取區(qū)間1/16,1/8作為第五段;區(qū)間0,1/16一分為二，中點為1/32,取區(qū)間1/32,1/16作為第四段; 區(qū)間0,1/32一分為二，中點為1/64,取區(qū)間1/64,1/32作為第三段;區(qū)間0,1/64一分為二，中點為1/128,區(qū)間1/128,1/64作為第二段;區(qū)間0,1/128作為第一段。然

34、后將Y軸的0,1區(qū)間均勻地分成八段，從第一段到第八段分別為0,1/8,(1/8,2/8,(2/8,3/8,(3/8,4/8,(4/8,5/8,(5/8,6/8,(6/8,7/8,(7/8,1。分別與X軸對應。碼位的安排:目前國際上普遍采用8位非線性編碼。例如PCM 30/32路終端機中最大輸入信號幅度對應4 096個量化單位(最小的量化間隔稱為一個量化單位)， 在4 096單位的輸入幅度范圍內(nèi)，被分成256個量化級，因此須用8位碼表示每一個量化級。用于13折線A律特性的8位非線性編碼的碼組結構如表2-1所示：表2-1 8位非線性編碼的碼組結構極性碼段落碼段內(nèi)碼M1M2M3M4M5M6M7M8其

35、中，第1位碼M1的數(shù)值“1”或“0”分別代表信號的正、負極性，稱為極性碼。從折疊二進制碼的規(guī)律可知，對于兩個極性不同，但絕對值相同的樣值脈沖，用折疊碼表示時，除極性碼M1不同外，其余幾位碼是完全一樣的。因此在編碼過程中，只要將樣值脈沖的極性判出后，編碼器便是以樣值脈沖的絕對值進行量化和輸出碼組的。這樣只要考慮13折線中對應于正輸入信號的8段折線就行了。這8段折線共包含128個量化級，正好用剩下的7位碼(M2，, M8)就能表示出來。2. PCM編碼的實現(xiàn)設計處理段落碼子程序mdlGetDuanLuoMa，功能是對采樣得到的信號進行比較，確定其PCM編碼對應的段落碼。function duanL

36、uoMa= mdlGetDuanLuoMa( table, Is, i)switch i,case 2,duanLuoMa= ( Is= table( 4, 2) ) ;case 3,duanLuoMa= ( Is=table( 2, 2) ) |( Is= table( 6, 2) ) ;case 4,duanLuoMa= ( Is=table( 2, 2) & Is= table( 3, 2) ) | ( Is table ( 4, 2)& Is=table( 1, 2) | ( Is=table( 4, 2)&Is=table( 5, 2) | ( Is=table ( 4,2) &Is

37、 =table( 6, 2)& Is=table( 7,2);endend設計子程序pcmcoder，計算出相應段落碼區(qū)間里的段內(nèi)號以及極性碼，完成PCM編碼。編碼結果如圖2-3所示： 圖2-3 PCM編碼結果2.3 基帶編碼Manchester編碼編寫實現(xiàn)Manchester編碼子程序，即對PCM編碼后的信號進行處理，遇1則編為10，遇0則編為01即可。function mcst=mcstcoder(y,long)mcst=zeros(1,16*long);for n=1:8*long if(y(n)=1) mcst(2*n-1)=1; mcst(2*n)=0; else if(y(n)=0

38、) mcst(2*n-1)=0; mcst(2*n)=1; end endendendManchester編碼結果如圖2-4所示： 圖2-4 Manchester編碼2.4 信道編碼漢明碼編碼2. 漢明碼編碼分析現(xiàn)在以(7,4)分組碼為例來說明漢明碼的特點。其主要參數(shù)如下：碼長：信息位：校驗位：，且最小距離：其生成矩陣G（前四位為信息位，后三位為冗余位）如下： （式2-1）系統(tǒng)碼可分為消息部分和冗余部分兩部分，根據(jù)生成矩陣，輸出碼字可按下 式計算： （式2-2）所以有信息位冗余位由以上關系可以得到(7,4)漢明碼的全部碼字如表2-2所示。表2-2 (7,4)漢明碼的全部碼字序號信息碼元冗余元序

39、號信息碼元冗余元000000008100011110001011910011002001010110101001030011110111011001401001101211000015010110113110101060110011141110100701110001511111112. 漢明碼的MATLAB實現(xiàn)function h= hanmincoder(s,L)if mod(L,4)=1; L=L+3; s(L)=0;s(L-1)=0;s(L-2)=0;elseif mod(L,4)=2; L=L+2; s(L)=0;s(L-1)=0; elseif mod(L,4)=3; L=L+1;

40、 s(L)=0; endh=zeros(1,L+L/4*3); N=L+L/4*3;j=1;for k=0:L/4-1 i=4*k+1; h(j)=s(i); h(j+1)=s(i+1); h(j+2)=s(i+2); h(j+3)=s(i+3); h(j+4)=xor(xor(s(i),s(i+1),s(i+2); h(j+5)=xor(xor(s(i),s(i+1),s(i+3); h(j+6)=xor(xor(s(i),s(i+2),s(i+3); j=j+7;endend由程序可見，程序先將輸入的信號序列補0至4的倍數(shù)，然后每4個相鄰數(shù)據(jù)作為一組，進行處理，h序列即為編碼后的序列，h（

41、j）、h（j+1）、h（j+2）、h（j+3）為 信息位，h（j+4）、h（j+5）、h（j+6）為冗余位。編碼后的結果如圖2-5所示： 圖2-5 漢明碼編碼2.5 ASK調(diào)制2. ASK調(diào)制原理理論上數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制在本質(zhì)上沒有什么不同，它們都屬于正弦波調(diào)制。但是，數(shù)字調(diào)制是源信號為離散型的正弦波調(diào)制，而模擬調(diào)制則是源信號為連續(xù)型的正弦波調(diào)制，因而，數(shù)字調(diào)制具有由數(shù)字信號帶來的一些特點。這些特點主要包括兩個方面：第一，數(shù)字調(diào)制信號的產(chǎn)生，除把數(shù)字的調(diào)制信號當作模擬信號的特例而直接采用模擬調(diào)制方式產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制信號外，還可以采用鍵控載波的方法。第二，對于數(shù)字調(diào)制信號的解調(diào)，為提高系統(tǒng)的抗噪聲性

42、能，通常采用與模擬調(diào)制系統(tǒng)中不同的解調(diào)方式。振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號而變化的數(shù)字調(diào)制，即源信號為“1”時，發(fā)送載波，源信號為“0”時，發(fā)送0電平。 所以也稱這種調(diào)制為通、斷鍵控（OOK）。當數(shù)字基帶信號為二進制時，也稱為二進制振幅鍵控（2ASK），2ASK信號的調(diào)制方法有模擬幅度調(diào)制方法和鍵控方法兩種。2ASK信號是數(shù)字調(diào)制方式中最早出現(xiàn)的，也是最簡單的，但其抗噪聲性能較差，因此實際應用并不廣泛，但經(jīng)常作為研究其它數(shù)字調(diào)制方式的基礎。 2ASK的時域特征 2ASK信號的時域表示式為： 其中， 為隨機的單極性矩形脈沖序列， 是經(jīng)過基帶成型處理之后的脈沖序列。2ASK信號的時域波形如

43、圖2-6所示： 圖2-6 2ASK時域波形2. ASK調(diào)制的MATLAB實現(xiàn)先將漢明碼序列進行擴展，每個數(shù)據(jù)都重復8次然后重組，與對應的余弦載波進行相乘，得到調(diào)制后的信號。調(diào)制后的部分波形圖如圖2-7所示 圖2-7 ASK調(diào)制信號2.6 信道噪聲AWGNMatlab本身自帶了于某信號中加入高斯白噪聲的函數(shù)：AWGNy = awgn(x,SNR) 在信號x中加入高斯白噪聲。SNR為信噪比，以dB為單位。x的強度假定為0dBW。設定SNR信噪比為13dB。繪制出收到噪聲干擾的傳輸信號波形圖如圖2-8所示： 圖2-8 加入高斯白噪聲的調(diào)制波2.7 ASK解調(diào)本設計采用相干解調(diào)，即采用與載波信號同步的

44、信號與已調(diào)信號相乘，再通過FIR低通濾波器，即可解調(diào)出調(diào)制信號。解調(diào)框圖如圖2-9所示：FIR濾波器乘法器raskz頻率為fc的相干波car 圖2-9 ASK解調(diào)框圖解調(diào)后的波形圖如圖2-10所示： 圖2-10 ASK相干解調(diào)后波形2.8 漢明碼解碼2.8.1 漢明碼校驗 在發(fā)送端信息碼元M利用式（8-16），實現(xiàn)信道編碼，產(chǎn)生線性分組碼A；在傳輸過程中有可能出現(xiàn)誤碼，設接收到的碼組為B。則收發(fā)碼組之差為：（式2-3） 這里，表示i位有錯，表示i位無錯。基于這樣的原則接收端利用接收到的碼組B計算校正子：（式2-4） 因此，校正子僅與E有關，即錯誤圖樣與校正子之間有確定的關系。對于上述（7，4）

45、碼，校正子S與錯誤圖樣的對應關系可由式（2-4）求得，其計算結果見表2-3所示。在接收端的譯碼器中有專門的校正子計算電路，從而實現(xiàn)檢錯和糾錯。 表2-3 （7，4）碼校正子與錯誤圖樣的對應關系序號錯誤碼位ESe6e5e4e3e2e1e0S3S2S101234567/b0b1b2b3b4b5b6000000000000010000010000010000010000010000010000010000000000010101000111011101112.8.2 漢明碼譯碼程序 根據(jù)上節(jié)推算的校驗子S，可以推算出出對應的信息位，并能對發(fā)生一位錯誤的信息進行糾正。將接收到的漢明碼每7個為一組進行解

46、碼，即可得到相應的4位信息，重組后得到整個漢明碼組的譯碼結果。結果圖如圖2-11所示。 圖2-11 漢明碼解碼2.9 manchester譯碼Manchester譯碼即為其編碼的逆過程，將收到的序列每2個分為一組，遇“10”則譯為“1”，遇“01”則譯為“0”。function demcst=mcstdecoder(y,L)demcst=zeros(1,L/2);for n=1:L/2 if(y(2*n-1)=1 & y(2*n)=0 ) demcst(n)=1; else if(y(2*n-1)=0 & y(2*n)=1) demcst(n)=0; end endendend解碼后的結果如圖

47、2-12所示: 圖2-12 manchester解碼2.10 PCM譯碼PCM譯碼對接收到的二進制PCM編碼序列進行分組，每8個數(shù)據(jù)為一組，相應的對應著極性碼、段落碼、段內(nèi)碼。譯碼時，先由極性碼確定信號的符號，再由段落碼確定信號所在碼段，同時由段內(nèi)碼確定段內(nèi)量化單位數(shù)。由段落數(shù)確定段落起點電平和段內(nèi)量化值。最后譯碼得到的信號out= duanstartpoint+ duanneima.*duanneijianju.從而將二進制序列譯碼出對應的模擬信號采樣的值。PCM譯碼后的結果如圖2-13所示： 圖2-13 PCM譯碼后的波形2.11 誤碼率的計算 通過比較PCM編碼后與manchester譯

48、碼后的兩組數(shù)據(jù)，統(tǒng)計出不一致的數(shù)據(jù)的個數(shù)，除以總的PCM編碼個數(shù)，即可得到誤碼率。通過分析誤碼率的大小可以判斷此通信系統(tǒng)的好壞。len=length(demcst);errornum=0;for i=1:len if(demcst(i)=pcmy(i) errornum=errornum+1; endend disp(誤碼率為 );errornum/len3 仿真結果分析 3.1 源信號與接收信號波形對比對比輸入的源信號與經(jīng)過噪聲信道后接收到的信號波形，分別如圖3-1a和圖3-1b所示：圖3-1a 信源信號 圖3-1b 接收信號如圖可見，復原后的信號大致與源信號相同，但還是出現(xiàn)了變形，這是因為

49、ASK調(diào)制方式的抗噪聲性能并不是很好，當高斯白噪聲同時干擾了一組碼中的二個以上的碼元時，便會出現(xiàn)誤碼。 3.2 誤碼率統(tǒng)計 通過誤碼率統(tǒng)計函數(shù)，可以精確的算出每次仿真的誤碼率，仿真的誤碼率結果如圖3-2所示： 圖3-2 誤碼率統(tǒng)計4 心得體會課程設計開始的時候是在準備考研那段期之后，沒仔細認真的看設計課題，當時在做MATLAB綜合設計性實驗的時候比較吃力，覺得使用MATLAB編寫程序好難?？偸且_好多Mfile文件進行編寫函數(shù)，最麻煩的是寫完一個子函數(shù)在單獨對其進行驗證就存在一些函數(shù)輸入的問題。當時間過了2天之后，才拿起設計要求認真看起來，想起老師在課堂上進行MATLAB講解時還是很感興趣的，

50、于是按照老師的要求開始完成本次課程設計。對通信系統(tǒng)的理解：因為之前有過課程設計的經(jīng)驗，于是剛開始的時候沒有急于編寫代碼，而是仔細認真研究書本上的知識，進行消化和理解。定性了分析了整個通信系統(tǒng)；了解了通信系統(tǒng)研究的意義；通信系統(tǒng)課程設計是培養(yǎng)我們綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程，通過課程設計我能夠比較系統(tǒng)的了解理論知識，把理論和實踐相結合，并且用到生活當中。課程設計的收獲：本次課程設計結束了，受益良多。它帶來不僅是知識上的收獲，而且精神上的收獲也是無盡的。本次課程設計是我在大學寥寥可數(shù)的幾次設計性實驗之一，是和同學

51、們一起奮斗的一場經(jīng)歷?？吹酵瑢W們的努力，看到老師的辛勤，自己也都不敢懈怠了。實驗開始的那一刻，告誡自己沒有失敗，老師既然出了設計項目，既然已經(jīng)選擇的這個設計項目，就不許中途退出，這不是游戲，我想那一刻要的是勇氣，是決心吧！實驗成功的那一刻，收獲的是信心，是對自己本學期以來學習通信專業(yè)課的一個肯定，是對以后的學習的一種督促，也是對自己的未來大學校門外的生活的一個鼓勵。還有就是在設計肯定會有不甚理解的地方，這就需要我們自己動手查找資料，增加的不僅是查找的資料上面的知識，更多的搜索的能力。編程體會：在編寫代碼的時候，不急于剛開始就對著電腦編寫程序，一定要理解和整理出來你所想要做什么；從前都沒有畫流程

52、圖的習慣，不過此次試驗之前都有仔細分析，畫流程圖，發(fā)現(xiàn)在代碼編寫的過程中這樣不僅效率高，而且成功率還快；還有就是因為在程序中過多的嵌套過多for循環(huán)語句和if選擇語句，所以很容易不小心就會導致代碼錯誤，所以程序中應盡量避免。還有就是一定要仔細，仔細，再仔細。5 參考文獻1樊昌信，曹麗娜. 通信原理（第六版）M,北京：國防工業(yè)出版社，20092程相君，陳生潭 信號與系統(tǒng) M,西安： 西安電子科技大學出版社,19903曹志剛，錢壓生 現(xiàn)代通信原理M,北京： 清華大學出版社，19924劉敏，魏玲 MATLAB通信仿真與應用M，北京： 國防工業(yè)出版社，20015唐向宏，岳恒立，鄭學峰 MATLAB及在

53、電子信息類課程中的應用M，北京： 電子工業(yè)出版社，2006 6陳杰 MATLAB寶典M，北京： 電子工業(yè)出版社7張德豐 MATLAB/Simulink建模與仿真M，北京 電子工業(yè)出版社6 附錄clc;clear all;fs=6000; %設定采樣頻率 dt=1/fs; %設定步長N=50; %點數(shù)long=N; n=0:N-1;t=n*dt; %截止時間 fc=300; %時間函數(shù)的頻率 y=sin(2*pi*fc*t); %時間函數(shù) 余弦函數(shù) figure(1); plot(t,y); %繪制時間函數(shù)圖象title(源信號時間函數(shù)波形)L=length(y);pcmy=pcmcoder(y

54、,L,long); %調(diào)用PCM函數(shù)figure(2)stairs(pcmy); %繪制PCM編碼后的圖像title(PCM編碼)ylim(-0.2 1.2);%axis(0 300 -0.2 1.2);mcstz=mcstcoder(pcmy,long);figure(3)stairs(mcstz);title(曼徹斯特編碼)ylim(-0.2 1.2);axis(0 100 -0.2 1.2);L=length(mcstz);h=zeros(1,L+L/4*3); %產(chǎn)生編碼序列N=L+L/4*3;h=hanmincoder(mcstz,L); %調(diào)用漢明碼編碼程序figure(4);st

55、airs(h);title(漢明碼編碼)ylim(-0.2 1.2)axis(0 20 -0.2 1.2);q=askcoder(N,h);figure(5);plot(q);title(ASK調(diào)制后的波形)ylim(-2 2)xlim(0 500);r=awgn(q,14); %加入噪聲figure(6);plot(r); title(加入AWGN噪聲后的波形)xlim(0 500);rr=askdecoder(r);figure(7);plot(rr);title(ASK相干解調(diào)后的波形)xlim(0 1000);figure(8)cq=chouqu(rr);stairs(cq);ylim

56、(-0.2 1.2);xlim(0 20)title(抽取濾波后的波形)y=hanmingdecoder(cq,L) ;figure(9);stairs(y);title(漢明碼解碼)ylim(-0.2 1.2)axis(0 100 -0.2 1.2);L=length(y);demcst=mcstdecoder(y,L);figure(10)stairs(demcst);title(曼徹斯特解碼)ylim(-0.2 1.2)%axis(0 200 -0.2 1.2);pcmyout=pcmdecoder(demcst,long);figure(11)plot(pcmyout);title(P

57、CM譯碼后的波形);len=length(demcst);errornum=0;for i=1:len if(demcst(i)=pcmy(i) errornum=errornum+1; endenddisp(誤碼率為 );errornum/lenfunction pcmy= pcmcoder(y,L,long)pcmy=zeros(1,8*long);for n=1:L u=y(n); sys=mdlOutputs(u); pcmy(n-1)*8+1:8*n)=sys;endendfunction sys= mdlOutputs(u)%初始化變量y1= 0;y2= 0;y3= 0;y4= 0

58、;y5= 0;y6= 0;y7= 0;y8= 0;y1= ( u= 0) * 1; %求極性碼uabs=abs( u) ;table= 1, 1/ 128; 2 1/ 64; 3, 1/ 32; 4, 1/ 16; 5, 1/ 8; 6, 1/ 4;7, 1/ 2; 8, 1 ;uabs= uabs.*(uabs= 1).*0.9999;%限幅%求段落碼y2= mdlGetDuanLuoMa( table,uabs,2)* 1;y3= mdlGetDuanLuoMa( table,uabs,3) * 1;y4= mdlGetDuanLuoMa( table, uabs, 4) * 1;Duan

59、Hao= mdlGetDuanHao( y2, y3, y4) ;DuanNeiHao= mdlGetDuanNeiHao(DuanHao, uabs) ;y8= ( floor( DuanNeiHao./2) =DuanNeiHao./2) * 1;DuanNeiHao= floor(DuanNeiHao./ 2) ;y7= ( floor( DuanNeiHao./2)= DuanNeiHao./2) * 1;DuanNeiHao= floor(DuanNeiHao./2) ;y6= ( floor( DuanNeiHao./2)= DuanNeiHao./2) * 1;DuanNeiHa

60、o= floor(DuanNeiHao./2) ;y5= ( floor( DuanNeiHao./2)= DuanNeiHao./2) * 1;sys= y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 ;endfunction duanHao= mdlGetDuanHao( y2, y3, y4)duanHao= y2*4+ y3*2+ y4;endfunction duanLuoMa= mdlGetDuanLuoMa( table, Is, i)switch i,case 2,duanLuoMa= ( Is= table( 4, 2) ) ;case 3,duanLuoMa= ( Is=t