通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師： 工作單位：題目：通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)初始條件：MATLAB軟件，電腦，通信原理知識(shí)要求完成的主要任務(wù)：1、利用仿真軟件（如Matlab或SystemView）,或硬件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)上設(shè)計(jì)完成一個(gè)典型的通信系統(tǒng)2、學(xué)生要完成整個(gè)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)以及整個(gè)系統(tǒng)的仿真，最終在接收端或者精確或者近似地再現(xiàn)輸入（信源），計(jì)算失真度，并且分析原因。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 3Abstract 3\o"CurrentDocument".引言 1\o"CurrentDocument"通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1\o"CurrentDocument"Matlab簡(jiǎn)介 1\o"CurrentDocument".系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2\o"CurrentDocument".1通信系統(tǒng)原理 2\o"CurrentDocument".2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument".子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4\o"CurrentDocument"1脈沖編碼調(diào)制(PCM) 4\o"CurrentDocument"1.1抽樣(Samping) 4\o"CurrentDocument"1.2量化(Quantizing) 5\o"CurrentDocument"1.3編碼(Coding) 6\o"CurrentDocument"3.2Manchester碼編解碼 6\o"CurrentDocument"3.2.1曼切斯特編碼原理 7\o"CurrentDocument"3.2.2曼切斯特解碼原理 7\o"CurrentDocument"3.3循環(huán)碼編解碼 8\o"CurrentDocument"3.3.1循環(huán)碼編碼原理 9\o"CurrentDocument"3.3.2循環(huán)碼解碼原理 9\o"CurrentDocument"3.3糾錯(cuò)能力 10\o"CurrentDocument"ASK調(diào)制與解調(diào) 11\o"CurrentDocument"衰落信道 12\o"CurrentDocument"4軟件設(shè)計(jì)及結(jié)果分析 12\o"CurrentDocument"編程工具的選擇 12\o"CurrentDocument"軟件設(shè)計(jì)方案 13\o"CurrentDocument"編碼與調(diào)試 13\o"CurrentDocument"運(yùn)行結(jié)果及分析 14\o"CurrentDocument"5心得體會(huì) 19\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 19\o"CurrentDocument"附錄 20精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案摘要在數(shù)字通信系統(tǒng)中，需要將輸入的數(shù)字序列映射為信號(hào)波形在信道中傳輸，此時(shí)信源輸出數(shù)字序列，經(jīng)過(guò)信號(hào)映射后成為適于信道傳輸?shù)臄?shù)字調(diào)制信號(hào)，并在接收端對(duì)應(yīng)進(jìn)行解調(diào)恢復(fù)出原始信號(hào)。本論文主要研究了數(shù)字信號(hào)的傳輸?shù)幕靖拍罴皵?shù)字信號(hào)傳輸?shù)膫鬏斶^(guò)程和如何用MATLAB軟件仿真設(shè)計(jì)數(shù)字傳輸系統(tǒng)。首先介紹了本課題的理論依據(jù)，包括數(shù)字通信，數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的組成及數(shù)字信號(hào)的傳輸過(guò)程。然后按照仿真過(guò)程基本步驟用MATLAB的仿真工具實(shí)現(xiàn)了數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真過(guò)程，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：PCM調(diào)制、曼徹斯特碼、循環(huán)碼、ASK、衰落信道AbstractIndigitalcommunicationsystem,needtoinputdigitalsequenceismappedtothesignaIinthechanneItransmission,thesequenceofdigitalsignaIsourceoutput,aftermappingtobesuitableforthetransmissionofdigitalmoduIationsignaI,andthereceivingendcorrespondingtoresumetheoriginalsignaIdemoduIation.SothispapermainlystudiesthedigitalsignaItransmissionandthebasicconceptofdigitalsignaltransmissionprocessandhowtouseMATLABsoftwaresimulationdesignofdigitaltransmissionsystem.FirstintroducedthesubjectofthetheoreticaIbasisrincludingdigitalcommunication,digitalbasebandtransmissionsystemanddigitalsignaItransmissionprocess.ThenaccordingtothesimulationprocessbasicstepsofusingMATLABsimulationtooItoachievethedigitalbasebandtransmissionsystemsimulationprocess,hascarriedonthesystemanalysis.Keywords:PCMmodulation,Manchestercodes,eyeIiccodes,ASK,fadingchanne精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案.引言通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介通信就是信息傳輸或消息傳輸，是從一地向另一地傳遞和交換信息。實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱(chēng)為通信系統(tǒng)。通常，通信系統(tǒng)中傳輸?shù)南⒖梢苑譃閮深?lèi)：一類(lèi)稱(chēng)作連續(xù)消息（模擬消息），另一類(lèi)稱(chēng)作離散消息（數(shù)字消息）。連續(xù)消息是指消息狀態(tài)是連續(xù)的，如連續(xù)變化的語(yǔ)音、圖像等。而離散消息的狀態(tài)是離散取值的，如文字、符號(hào)、數(shù)據(jù)等。與此對(duì)應(yīng)，通信系統(tǒng)也分為兩類(lèi)：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)的基本特征是：它傳送的信號(hào)是“離散”的或數(shù)字的。與模擬通信系統(tǒng)相比數(shù)字通信的主要特點(diǎn)是：（1）抗干擾能力強(qiáng)。（2）差錯(cuò)可控。（3）易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、加工、變換、存儲(chǔ)，從而形成智能網(wǎng)。因?yàn)樽匀唤绲脑S多信息都是模擬信號(hào)，例如話(huà)音、圖像等，為了能用數(shù)字通信系統(tǒng)來(lái)傳送模擬信號(hào)，必須對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，即模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換。所謂模數(shù)轉(zhuǎn)換就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其核心包括：（1）對(duì)模擬信號(hào)在時(shí)域上進(jìn)行抽樣操作，完成時(shí)間上的離散化；（2）對(duì)模擬信號(hào)的抽樣值進(jìn)行量化，完成幅度上的離散化，使幅度變成有限鐘取值。數(shù)模轉(zhuǎn)換是模數(shù)轉(zhuǎn)換的逆過(guò)程，它對(duì)接受到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行譯碼和低通濾波等處理，恢復(fù)原模擬信號(hào)。模擬信號(hào)數(shù)字化中最常用的方法就是脈沖編碼調(diào)制（PCM）oMatlab簡(jiǎn)介MATLAB的名稱(chēng)源自MatrixLaboratory,它的首創(chuàng)者是在數(shù)值線(xiàn)性代數(shù)領(lǐng)域頗有影響的CleveMoler博士，他也是生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)MATLAB產(chǎn)品的美國(guó)Mathworks公司的創(chuàng)始人之一。MATLAB是一種科學(xué)計(jì)算軟件，專(zhuān)門(mén)以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而使其被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作中。MATLAB與其它計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言如C,C++等相比，MATLAB語(yǔ)言編程要簡(jiǎn)潔得多，編精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案程語(yǔ)句更加接近數(shù)學(xué)描述，可讀性好，其強(qiáng)大的圖形功能和可視化數(shù)據(jù)處理能力也是其它高級(jí)語(yǔ)言望塵莫及的。對(duì)于具有任何一門(mén)高級(jí)語(yǔ)言基礎(chǔ)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)MATLAB十分容易。當(dāng)在實(shí)際電子通信系統(tǒng)中進(jìn)行試驗(yàn)研究比較困難或者根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，仿真技術(shù)就成為必然的選擇。.系統(tǒng)設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)原理通信的目的是傳遞消息，通信系統(tǒng)是一個(gè)以傳遞消息為目地的系統(tǒng)，通信系統(tǒng)的一般模型如下：圖1通信系統(tǒng)一般模型圖中，信源的作用是把待傳輸?shù)南⑥D(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，如電話(huà)系統(tǒng)中電話(huà)機(jī)可看成是信源。信源輸出的信號(hào)稱(chēng)為基帶信號(hào)。所謂基帶信號(hào)是指沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制（進(jìn)行頻譜搬移和變換）的原始電信號(hào)，其特點(diǎn)是信號(hào)頻譜從零頻附近開(kāi)始，具有低通形式,。根據(jù)原始電信號(hào)的特征，基帶信號(hào)可分為數(shù)字基帶信號(hào)和模擬基帶信號(hào)，相應(yīng)地，信源也分為數(shù)字信源和模擬信源。發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的原始電信號(hào)（基帶信號(hào)）變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，調(diào)制是最常見(jiàn)的變換方式；對(duì)傳輸數(shù)字信號(hào)來(lái)說(shuō)，發(fā)送設(shè)備又常常包含信源編碼和信道編碼等。信道是指信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，可以是有線(xiàn)的，也可以是無(wú)線(xiàn)的，甚至還可以包含某些設(shè)備。圖中的噪聲源，是信道中的所有噪聲以及分散在通信系統(tǒng)中其它各處噪聲的集合。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案在接收端，接收設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備相反，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號(hào)來(lái)。信宿是將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。.2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)此次課程設(shè)計(jì)是通信系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)：數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真。其基本框圖如圖2所示：圖2通信系統(tǒng)基本原理框圖其中：(1)模擬信號(hào)為原始的信原信號(hào)，采取自己構(gòu)造以時(shí)間函數(shù)。(2)抽樣是將上述的時(shí)間和幅值都連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散幅值連續(xù)的信號(hào)。(3)量化是將上述的時(shí)間離散幅值連續(xù)的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散幅值離散的信號(hào)，抽樣量化采用脈沖編碼調(diào)制(PCM)。(4)信源編碼是將上述量化后的值編碼成0、1比特流的形式，并且可以減少冗余，提高效率，基帶碼采用Manchester碼進(jìn)行編碼。(5)信道編碼是為了提高傳輸可靠性，信道碼采用循環(huán)碼進(jìn)行編碼。(6)數(shù)字調(diào)制是將上述0、1比特流轉(zhuǎn)換成適合在通信信道中傳輸?shù)牟ㄐ?，調(diào)制方式為ASK調(diào)制。(7)信道是信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，信?hào)在信道中傳輸時(shí)經(jīng)常會(huì)有噪聲的干擾。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案(8)數(shù)字濾波器是將調(diào)制并加有噪聲的信號(hào)，去除噪聲，并且解調(diào)后形成方波形式的信號(hào)。(9)抽樣判決是將方波形號(hào)轉(zhuǎn)換成0、1比特流。(10)信道譯碼是信道編碼的反過(guò)程，采用循環(huán)碼進(jìn)行譯碼。(11)信源譯碼是信源編碼的反過(guò)程，采用Manchester碼進(jìn)行譯碼。(12)最后還原成模擬信號(hào)。.子系統(tǒng)設(shè)計(jì)1脈沖編碼調(diào)制(PCM)脈沖編碼調(diào)制(PCM)就是把一個(gè)時(shí)間連續(xù)，取值連續(xù)的模擬信號(hào)變換成時(shí)間離散,取值離散的數(shù)字信號(hào)后在信道中傳輸。脈沖編碼調(diào)制就是對(duì)模擬信號(hào)先抽樣，再對(duì)樣值幅度量化，編碼的過(guò)程。1.1抽樣(Samping)抽樣是把模擬信號(hào)以其信號(hào)帶寬2倍以上的頻率提取樣值，變?yōu)樵跁r(shí)間軸上離散的抽樣信號(hào)的過(guò)程。例如，話(huà)音信號(hào)帶寬被限制在0.3?3.4kHz內(nèi)，用8kHz的抽樣頻率(fs),就可獲得能取代原來(lái)連續(xù)話(huà)音信號(hào)的抽樣信號(hào)。對(duì)一個(gè)正弦信號(hào)進(jìn)行抽樣獲得的抽樣信號(hào)是一個(gè)脈沖幅度調(diào)制(PAM)信號(hào)。對(duì)抽樣信號(hào)進(jìn)行檢波和平滑濾波，即可還原出原來(lái)的模擬信號(hào)。抽樣必須遵循奈奎斯特抽樣定理，離散信號(hào)才可以完全代替連續(xù)信號(hào)。低通連續(xù)信號(hào)抽樣定理內(nèi)容：一個(gè)頻帶限制在赫內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)，若以的間隔對(duì)它進(jìn)行等間隔抽樣，則將被所得到的抽樣值完全確定。語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣變成一種脈沖幅度調(diào)制(PAM)信號(hào)。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案1.2量化(Quantizing)把幅度連續(xù)變化的模擬量變成用有限位二進(jìn)制數(shù)字表示的數(shù)字量的過(guò)程稱(chēng)為量化。即：抽樣信號(hào)雖然是時(shí)間軸上離散的信號(hào)，但仍然是模擬信號(hào)，其樣值在一定的取值范圍內(nèi)，可有無(wú)限多個(gè)值。顯然，對(duì)無(wú)限個(gè)樣值一一給出數(shù)字碼組來(lái)對(duì)應(yīng)是不可能的。為了實(shí)現(xiàn)以數(shù)字碼表示樣值，必須采用“四舍五入”的方法把樣值分級(jí)“取整”，使一定取值范圍內(nèi)的樣值由無(wú)限多個(gè)值變?yōu)橛邢迋€(gè)值。量化后的抽樣信號(hào)與量化前的抽樣信號(hào)相比較，當(dāng)然有所失真，且不再是模擬信號(hào)。這種量化失真在接收端還原模擬信號(hào)時(shí)表現(xiàn)為噪聲，并稱(chēng)為量化噪聲。量化噪聲的大小取決于把樣值分級(jí)“取整”的方式，分的級(jí)數(shù)越多，即量化級(jí)差或間隔越小，量化噪聲也越小。?化誤差：量化后的信號(hào)和抽樣信號(hào)的差值。量化誤差在接收端表現(xiàn)為噪聲，稱(chēng)為量化噪聲。量化級(jí)數(shù)越多誤差越小，相應(yīng)的二進(jìn)制碼位數(shù)越多，要求傳輸速率越高，頻帶越寬。為使量化噪聲盡可能小而所需碼位數(shù)又不太多，通常采用非均勻量化的方法進(jìn)行量化。非均勻量化根據(jù)幅度的不同區(qū)間來(lái)確定量化間隔，幅度小的區(qū)間量化間隔取得小,幅度大的區(qū)間量化間隔取得大。非均勻量化的實(shí)現(xiàn)方法有兩種：一種是北美和日本采用的u律壓擴(kuò)，一種是歐洲和我國(guó)采用的A律壓擴(kuò)。在PCM-30/32通信設(shè)備中，采用A律13折線(xiàn)的分段方法，具體是：Y軸均勻分為8段，每段均勻分為16份，每份表示一個(gè)量化級(jí)，則Y軸一共有16X8=128個(gè)量化級(jí)。；X軸采用非均勻劃分來(lái)實(shí)現(xiàn)非均勻量化的目的，劃分規(guī)律是每次按二分之一來(lái)進(jìn)行分段。13折線(xiàn)示意圖如圖3所示：圖313折線(xiàn)示意圖精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案由于分成128個(gè)量化級(jí)，故有7位二進(jìn)制碼（27=128）,又因?yàn)閅軸有正值和負(fù)值之分，需加一位極性碼，故共有8位二進(jìn)制碼。3.1.3編碼（Coding）量化后的抽樣信號(hào)在一定的取值范圍內(nèi)僅有有限個(gè)可取的樣值，且信號(hào)正、負(fù)幅度分布的對(duì)稱(chēng)性使正、負(fù)樣值的個(gè)數(shù)相等，正、負(fù)向的量化級(jí)對(duì)稱(chēng)分布。若將有限個(gè)量化樣值的絕對(duì)值從小到大依次排列，并對(duì)應(yīng)地依次賦予一個(gè)十進(jìn)制數(shù)字代碼（例如，賦予樣值0的十進(jìn)制數(shù)字代碼為0）,在碼前以“+”、“一”號(hào)為前綴，來(lái)區(qū)分樣值的正、負(fù),則量化后的抽樣信號(hào)就轉(zhuǎn)化為按抽樣時(shí)序排列的一串十進(jìn)制數(shù)字碼流，即十進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。簡(jiǎn)單高效的數(shù)據(jù)系統(tǒng)是二進(jìn)制碼系統(tǒng)，因此，應(yīng)將十進(jìn)制數(shù)字代碼變換成二進(jìn)制編碼。根據(jù)十進(jìn)制數(shù)字代碼的總個(gè)數(shù)，可以確定所需二進(jìn)制編碼的位數(shù)，即字長(zhǎng)。這種把量化的抽樣信號(hào)變換成給定字長(zhǎng)的二進(jìn)制碼流的過(guò)程稱(chēng)為編碼。量化噪聲隨量化級(jí)數(shù)的增多和級(jí)差的縮小而減小。量化級(jí)數(shù)增多即樣值個(gè)數(shù)增多，就要求更長(zhǎng)的二進(jìn)制編碼。因此，量化噪聲隨二進(jìn)制編碼的位數(shù)增多而減小，即隨數(shù)字編碼信號(hào)的速率提高而減小。自然界中的聲音非常復(fù)雜，波形極其復(fù)雜，通常我們采用的是脈沖代碼調(diào)制編碼，即PCM編碼。PCM通過(guò)抽樣、量化、編碼三個(gè)步驟將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼。在實(shí)際的PCM設(shè)備中，量化和編碼是一起進(jìn)行的。通信中采用高速編碼方式。3.2Manchester碼編解碼Manchester（曼切斯特碼）又稱(chēng)雙向碼，是一種超越了傳統(tǒng)數(shù)字編碼傳輸極限的編解碼方式。常規(guī)碼型的最大缺點(diǎn)就是沒(méi)有定位時(shí)鐘信息。數(shù)字傳輸過(guò)程中缺少定位時(shí)鐘信息，也就無(wú)法識(shí)別收到數(shù)據(jù)位的開(kāi)始與結(jié)束的寬度等，從而在通信過(guò)程中需要其他方式解決同步問(wèn)題。而曼切斯特碼是一種自動(dòng)同步的編碼方式，即時(shí)鐘同步信號(hào)就隱藏在數(shù)據(jù)波形中，這就有效的降低了通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。曼切斯特碼一般可由NRZ碼與NRZ碼的時(shí)鐘相異或而得到。NRZ碼這種二元碼中低電平與高電平分別與二進(jìn)制符號(hào)“0”與“1”一一對(duì)應(yīng)，在整個(gè)碼元期間內(nèi)電平保持不變。電脈沖之間無(wú)間隔，即脈沖的寬度等于碼元的寬度，極性單一。這種信號(hào)比較適合精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案于數(shù)字電路處理。NRZ數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)史徹斯特碼NRZ數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)史徹斯特碼圖4曼切斯特編碼圖示由圖4可知，曼切斯特碼是將NRZ普通二進(jìn)制數(shù)據(jù)與其位率時(shí)鐘相異或而得，從而解決了傳輸數(shù)據(jù)定時(shí)信號(hào)的同步問(wèn)題。如果傳送數(shù)據(jù)信息為“1”時(shí)，曼切斯特編碼在數(shù)據(jù)位的中心由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑蝗绻麄魉蛿?shù)據(jù)信息為“0”時(shí)，曼切斯特編碼在數(shù)據(jù)位的中心由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑蝗绻麛?shù)據(jù)信息有連續(xù)的“1”或“0”信息出現(xiàn)時(shí)，則曼切斯特編碼數(shù)據(jù)位的中心跳變方向也保持“1”或“0”的跳變，即在編碼后，數(shù)據(jù)信息“0”的跳變波形與時(shí)鐘跳變波形保持一致，數(shù)據(jù)信息“1”的跳變波形則與時(shí)鐘跳變波形相反（即相位相差180。）。曼切斯特碼是一種相位調(diào)制編碼，即可知時(shí)鐘波形的180°相位代表NRZ數(shù)據(jù)信號(hào)的邏輯高電平，而時(shí)鐘波形就代表NRZ數(shù)據(jù)信號(hào)的邏輯低電平。3.2.1曼切斯特編碼原理由上可知，我們可以自行約定從高電平到低電平的跳變表示數(shù)據(jù)“1”（稱(chēng)為“1”跳變）。從低電平到高電平的跳變表示數(shù)據(jù)“0”（稱(chēng)為“0”跳變）.因此發(fā)送時(shí)鐘必須在發(fā)送數(shù)據(jù)位的中間進(jìn)行采樣，即發(fā)送時(shí)鐘的頻率必須為數(shù)據(jù)頻率的兩倍。而實(shí)現(xiàn)曼切斯特軟件編碼比較簡(jiǎn)單，根據(jù)曼切斯特碼和二進(jìn)制數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)子編碼后將占據(jù)兩位空間。3.2.2曼切斯特解碼原理曼切斯特解碼是曼切斯特編碼的逆運(yùn)算過(guò)程，也就是必須從曼切斯特碼數(shù)據(jù)流中提取出時(shí)鐘信息，并利用這個(gè)時(shí)鐘去還原得到原二進(jìn)制數(shù)據(jù)的過(guò)程。根據(jù)曼切斯特碼解碼過(guò)程各階段所完成的任務(wù)的不同，可以將曼切斯特碼的解碼過(guò)程分為：起始符的識(shí)別以精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案及獲取同步時(shí)鐘信息、識(shí)別同步數(shù)據(jù)頭、提取數(shù)據(jù)信息等3個(gè)階段。3循環(huán)碼編解碼設(shè)C使某8k)線(xiàn)性分組碼的碼字集合，如果對(duì)任C=(%,c“_2,…,c0)eC,它的循環(huán)移位C⑴=0-2，禺_3,???%￡_])也屬于g則稱(chēng)該‘n，k)碼為循環(huán)碼。循環(huán)碼特點(diǎn)有：1)循環(huán)碼是線(xiàn)性分組碼的一種，所以它具有線(xiàn)性分組的碼的一般特性，且具有循環(huán)性，糾錯(cuò)能力強(qiáng)。2)循環(huán)碼是一種無(wú)權(quán)碼，循環(huán)碼編排的特點(diǎn)為相鄰的兩個(gè)數(shù)碼之間符合卡諾中的鄰接條件，即相鄰數(shù)碼間只有一位碼元不同，因此它具有一個(gè)很好的優(yōu)點(diǎn)是它滿(mǎn)足鄰接條件，沒(méi)有瞬時(shí)錯(cuò)誤(在數(shù)碼變換過(guò)程中，在速度上會(huì)有快有慢，中間經(jīng)過(guò)其他一些數(shù)碼形式，即為瞬時(shí)錯(cuò)誤)。3)碼字的循環(huán)特性，循環(huán)碼中任一許用碼經(jīng)過(guò)牡環(huán)移位后，所得到的碼組仍然是許用碼組。對(duì)所有的i=0,1,2,……k-1,用生成多項(xiàng)式g(x)除有：xn-k+i=ai(x)g(x)+b1(x)式中b1(x)是余式，表示為：a(X)=b“_kTXn-kT+-ajX+a。因此，xn-k+i+b(x)是g(x)的倍式，即X-k+l+b4x)是碼多項(xiàng)式，由此得到系統(tǒng)形式的生成矩陣為：1 0 …0bk-l,n-k-l…bk-l,lbk-l,001 0by-k-l…bk-2,lbk-x.oG=??????????????????0000 b（）n_k-i % b00它是一個(gè)kxn階的矩陣。同樣，由GxHi=0可以得到系統(tǒng)形式的一致校驗(yàn)矩陣為:bk-Ln-k-lbk-2,n-k-l…?^O.n-k-11???o一0■?*??????■?*.?*??????■■?H=bk-l.lbk-2,l …b0,l0…10_bk-l.obk-2,0 ???b(),o0???o1精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案3.3.1循環(huán)碼編碼原理有信息碼構(gòu)成信息多項(xiàng)式"改)=叫./1+…+叫，其中最高幕次為k—1；用X。"乘以信息多項(xiàng)式m(x),得到的x"km(x),最高幕次為展1,該過(guò)程相當(dāng)于把信息碼J"-】，m”2,……，嗎，叫)移位到了碼字德前k個(gè)信息位，其后是r個(gè)全為零的監(jiān)督位；用g(x)除xfn(x)得到余式「a),其次數(shù)必小于g(x)的次數(shù)，即小于(n-k),將此r(x)加于信息位后做監(jiān)督位，即將r(x)于x"Tm(x)相加，得到的多項(xiàng)式必為一碼多項(xiàng)式。編碼步驟為：1)有信息碼構(gòu)成信息多項(xiàng)式m(x)=mk-1xk-1+ mO其中高幕次為k-1；2)用xn-k乘上信息多項(xiàng)式m(x),得最高幕次為n-1,做移位；3)用g(x)除xn-km(x)和到余式r(x)。相應(yīng)的編碼過(guò)程流程如圖5所示：3.3.2循環(huán)碼解碼原理循環(huán)碼解碼步驟為：1)有接收到的y(x)計(jì)算伴了隨式s(x)。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案2)根據(jù)伴隨式s(x)找出對(duì)應(yīng)的估值錯(cuò)誤圖樣。3)計(jì)算cXx)=y(x)+eXx),得估計(jì)碼字。若/(x)=c(x),則譯碼正確，否則錯(cuò)誤。由于g(x)的次數(shù)為n-k次，g(x)除E(x)后得余式(即伴隨式)的最高次數(shù)為n-k-1次,故S(x)共有2n-k個(gè)可能的表達(dá)式，每一個(gè)表達(dá)式對(duì)應(yīng)一個(gè)錯(cuò)誤格式。其相應(yīng)的流程圖如圖6所示：初始化圖6循環(huán)碼解碼流程圖3.3.3糾錯(cuò)能力由于循環(huán)碼是一種線(xiàn)性分組碼，所以其糾檢錯(cuò)能力與線(xiàn)性分組碼相當(dāng)。而線(xiàn)性分組碼的最小距離可用來(lái)衡量碼的抗干擾能力，那么一個(gè)碼的最小距離就與它的糾檢錯(cuò)能力有關(guān)。定理：對(duì)于任一個(gè)3上)線(xiàn)性分組碼，若要在碼字內(nèi)1)檢測(cè)e個(gè)錯(cuò)誤，要求碼的最小距離d之0+1；2)糾正t個(gè)錯(cuò)誤，要求碼的最小距離d22t+l；3)糾正t個(gè)錯(cuò)誤同時(shí)檢測(cè)‘(之"個(gè)錯(cuò)誤，則要求dNt+e+1；循環(huán)碼的譯碼分檢錯(cuò)譯碼與糾錯(cuò)譯碼兩類(lèi)。在無(wú)記憶信道上,對(duì)碼字C,差錯(cuò)圖案e精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案和接收向量]的多項(xiàng)式描述為r(x)=c(x)+e(x)定義i(x)的伴隨多項(xiàng)式為s(x)s(x)=r(x)(modg(x))=so+S]X+S2X2+ +S-iX’T由于c(x)=a(x)g(x)=0(modg(x)),所以s(x)=e(x)(modg(x))由此可見(jiàn)，s(x)0°則一定有差錯(cuò)產(chǎn)生，或說(shuō)滿(mǎn)足e(x)(modg(x))w°的差錯(cuò)圖樣e(x)產(chǎn)生，它滿(mǎn)足e(x)(modg(x))二°。循環(huán)碼的檢錯(cuò)譯碼即是計(jì)算s(x)并判斷是否為0。3.4ASK調(diào)制與解調(diào)為了使數(shù)字信號(hào)能夠在信道中傳輸，必須對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。幅移鍵控信號(hào)(即ASK)就是其中的一種。ASK信號(hào)的幅度是隨著調(diào)制信號(hào)而變化的，ASK信號(hào)的載波頻率與外加載波信號(hào)相同。最簡(jiǎn)單的是所謂二進(jìn)制幅移鍵控信號(hào)2ASK,其調(diào)制與解調(diào)原理框圖如圖7所示。調(diào)制器與解調(diào)器是兩個(gè)相反功能的電路單元。調(diào)制信號(hào)是載波在二進(jìn)制基帶信號(hào)1和0控制下產(chǎn)生的通斷信號(hào)a(n),調(diào)制器將基帶信號(hào)a(n)和載波信號(hào)Acos(31)相乘得到調(diào)制信號(hào)，調(diào)制信號(hào)與本地載波信號(hào)相乘實(shí)現(xiàn)解調(diào)，解調(diào)器將調(diào)制信號(hào)恢復(fù)成基帶信號(hào)即解調(diào)后信號(hào)a(n)o■哄帶信號(hào)。(〃)調(diào)制信號(hào)$二/一1 *調(diào)信號(hào)。(〃) ^X)- 政通池波費(fèi)，1 I (I載波JCOSrtJ 載波J fASK信號(hào)調(diào)捌器 倒號(hào)就調(diào)JR圖7ASK調(diào)制與解調(diào)原理框圖精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案5衰落信道在某些有線(xiàn)信道中，特別是在傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，數(shù)字基帶信號(hào)可以不經(jīng)過(guò)調(diào)制和解調(diào)過(guò)程在信道中直接傳送，這種不使用調(diào)制和解調(diào)設(shè)備而直接傳輸基帶信號(hào)的通信系統(tǒng)，我們稱(chēng)它為基帶傳輸系統(tǒng)。而在另外一些遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男诺?，特別是無(wú)線(xiàn)信道和光信道中，由于信道中受到各種噪聲和反射漫反射的影響，使得信號(hào)產(chǎn)生衰落。數(shù)字基帶信號(hào)則必須經(jīng)過(guò)調(diào)制過(guò)程，將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸，相應(yīng)地,在接收端必須經(jīng)過(guò)解調(diào)過(guò)程，才能恢復(fù)數(shù)字基帶信號(hào)。我們把這種包括了調(diào)制和解調(diào)過(guò)程的傳輸系統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)。衰落信道有很多種，為了方便，仿真中采用加性噪聲加入到調(diào)制信號(hào)中以模擬最簡(jiǎn)單的衰落信道。具體仿真步驟是產(chǎn)生兩個(gè)隨機(jī)信號(hào)取絕對(duì)值的平方相加再開(kāi)平方，即得到一個(gè)小的加性噪聲，模擬成一個(gè)衰落信道，再將它與調(diào)制后的信號(hào)相加即可。4軟件設(shè)計(jì)及結(jié)果分析編程工具的選擇這次選用的軟件是MATLAB,因?yàn)檫@款軟件的功能特很強(qiáng)大，學(xué)習(xí)方便，仿真容易實(shí)現(xiàn)。MATLAB具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）功能強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算功能；2）強(qiáng)大的圖形處理能力；3）高級(jí)但簡(jiǎn)單的程序環(huán)境；4）豐富的工具箱。最重要的是MATLAB學(xué)習(xí)起來(lái)方便容易，以前有學(xué)C語(yǔ)言的基礎(chǔ)，MATLAB與C語(yǔ)言有類(lèi)似之處，編程流程大概差不多，但要注意的是MATLAB與C語(yǔ)言在程序代碼上也有細(xì)微的差別，MATLAB是一種解釋性語(yǔ)言，在寫(xiě)程序代碼時(shí)容易方便，但是與C語(yǔ)言相比它的運(yùn)算速度較慢，但功能強(qiáng)大。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案2軟件設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)我的思考，再加上查閱了大量資料后，有了以下編程設(shè)計(jì)思路。圖8系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖在主函數(shù)中，先產(chǎn)生一個(gè)模擬信號(hào)，再經(jīng)過(guò)抽樣后得到抽樣值，將抽樣值通過(guò)13拆線(xiàn)法轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)值，將轉(zhuǎn)換后的值經(jīng)過(guò)量化和編碼后得到0、1比特流，再經(jīng)過(guò)信道譯碼，再經(jīng)過(guò)ASK調(diào)制，再人為加入一些噪聲，再通過(guò)數(shù)字濾波器將噪聲和載波濾掉，取出直流分量，得到方波波形。再經(jīng)過(guò)抽樣判決后得到0、1比特流，再經(jīng)過(guò)線(xiàn)性分組碼譯碼，最后經(jīng)過(guò)信源譯碼，再經(jīng)過(guò)A俾公式反轉(zhuǎn)成原始模擬信號(hào)，畫(huà)出各階段的波形。3編碼與調(diào)試軟件設(shè)計(jì)部分包含1個(gè)主函數(shù)和多個(gè)個(gè)子函數(shù)。D子函數(shù)ykzhexian(x)的功能是將抽樣后得到的值用13拆線(xiàn)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的值；2)子函數(shù)bit二bianma(y4,n)的功能是將抽樣后的值量化后進(jìn)行自然二進(jìn)制編碼；3)子函數(shù)bit2=xunhuan(m)的功能是進(jìn)行信道編碼即：將每四位二進(jìn)制后加三位監(jiān)督位，比特流的總長(zhǎng)度除以四余下的則不進(jìn)行加監(jiān)督位；4)子函數(shù)bit3=xunhuanyima(gg)和bb=ASK(bit)的功能是將信源編碼后的0、1序列再經(jīng)過(guò)信道編碼(7,4)線(xiàn)性分組碼編碼，將信道編碼后的信號(hào)進(jìn)行ASK調(diào)制，由于考慮到在信道中傳輸是會(huì)有噪聲的影響，所以在仿真時(shí)我人為的加入一定的噪聲，在接收端進(jìn)行相干解調(diào)，用一個(gè)與調(diào)制信號(hào)同頻的信號(hào)與接收到的信號(hào)(加入噪聲后的已精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案調(diào)信號(hào))相乘，再用一個(gè)數(shù)字濾波器進(jìn)行濾波，去掉了信號(hào)中的高頻成份和噪聲，取出直流分量，得到方波信號(hào)，對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行抽樣判決將其轉(zhuǎn)換成0、1比特流后，再經(jīng)過(guò)信道譯碼；5)子函數(shù)a3=yima(y,n)的功能是將接收到的0、1比特流分為八位二進(jìn)制一組一組的，再將每八位二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，再到每段中去尋到與發(fā)關(guān)端有相同約定段號(hào)值。即可恢復(fù)原信號(hào)的量化值；6)子函數(shù)y5=Ayi(y,A)的功能是將恢復(fù)的量化值通過(guò)A律反轉(zhuǎn)換公式得到對(duì)應(yīng)的值，是用13拆線(xiàn)轉(zhuǎn)換的反過(guò)程。因?yàn)樵诋?dāng)A=86.5時(shí)，可以用13折線(xiàn)用13條折線(xiàn)近似A律的平滑曲線(xiàn)，在實(shí)際工程中A律的平滑曲線(xiàn)不易實(shí)現(xiàn)，而用13折線(xiàn)法可以降低工程實(shí)現(xiàn)中的難度。主函數(shù)的功能是是產(chǎn)生模擬信號(hào)并且進(jìn)行抽樣得到抽樣值，然后將各個(gè)子函數(shù)銜接到一塊，形成一個(gè)比較完整的通信系統(tǒng)，進(jìn)行仿真畫(huà)出各個(gè)階段重要的圖形，并進(jìn)行觀(guān)察和分析。4運(yùn)行結(jié)果及分析原始模擬信號(hào)如圖9所示：圖9原始模擬信號(hào)將此模擬信號(hào)按每周期取32個(gè)點(diǎn)抽樣，得到以下圖形:精彩文檔

實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖10抽樣信號(hào)將抽樣后的量化值進(jìn)行二進(jìn)制編碼，第八位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)量化值，將得到的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行信道編曲碼，得到如下圖形：圖11信道編碼后的信號(hào)經(jīng)過(guò)ASK調(diào)制后的信號(hào)和在調(diào)制后的信號(hào)中加入噪聲有如下圖形:精彩文檔

實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖12調(diào)制及加噪后的信號(hào)在接收端用一個(gè)與調(diào)制后的波同頻的相干波與接收到的信號(hào)相乘后得到以下圖形:圖13與相干波相乘后的波形經(jīng)過(guò)數(shù)字低通濾波器濾除噪聲和載波后的波形如下圖:精彩文檔

實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖14低通濾波后的波形通過(guò)信道譯碼后的圖形如下：圖15信道解碼后的波形將信道譯碼后的信號(hào)，分為八位二進(jìn)制位一組一組的，再將其恢復(fù)成十進(jìn)制數(shù)，到對(duì)應(yīng)段去找取值，即恢復(fù)原始信號(hào)的量化值，再將其值通過(guò)A律公式反解出原始信號(hào)的抽樣值，畫(huà)出如下圖形：精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100圖16解碼后原始信號(hào)的抽樣值波形將上圖用平滑的曲線(xiàn)邊接起來(lái)，再標(biāo)注上抽樣點(diǎn)則得到如下圖形：10.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1圖17接收端輸出信號(hào)通過(guò)將原始信號(hào)與接收端得到的信號(hào)進(jìn)行比較，可見(jiàn)信號(hào)恢復(fù)情況良好，只是在信號(hào)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后，稍有些延時(shí)。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案5心得體會(huì)通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我收獲不少，對(duì)通信原理更加了解，尤其是對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)更深刻了解了其工作流程。在這次課程設(shè)計(jì)中，一開(kāi)始的預(yù)期工作就是查資料，我通過(guò)查閱課本書(shū)，和在網(wǎng)上查找一些相關(guān)資料后，在頭腦中慢慢程顯出了數(shù)字通信系統(tǒng)的基本構(gòu)架，然后在理清楚了基本框架后，我就開(kāi)始一步步的設(shè)計(jì)子程序，然后編寫(xiě)一些測(cè)試的數(shù)據(jù)看是否可行，按照這樣的進(jìn)程，開(kāi)始編程，錯(cuò)了又改，改了又編，一點(diǎn)點(diǎn)累積起來(lái),最后終于形成了一個(gè)完整的程序。但是在編寫(xiě)了完整的主程序后，要將一個(gè)個(gè)子程序銜接起來(lái)，也出了一點(diǎn)點(diǎn)小差錯(cuò)，比如是數(shù)據(jù)不對(duì)，越過(guò)數(shù)組范圍之類(lèi)的問(wèn)題。在整個(gè)通信系統(tǒng)仿真快要完成時(shí)，我對(duì)整個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)了解得很深刻，那體系結(jié)構(gòu)牢牢記在我大腦里了。最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了完善，在接收端和發(fā)送端規(guī)定好一定的協(xié)議，通過(guò)協(xié)議和接收到的信號(hào)，才能完整的恢復(fù)原始信號(hào)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我也學(xué)到了不少東西，學(xué)習(xí)是無(wú)止盡的，在以后的學(xué)習(xí)中，我會(huì)保持良好的學(xué)習(xí)態(tài)度，繼續(xù)提高我的思考設(shè)計(jì)能力。參考文獻(xiàn)[1]劉泉.通信電子線(xiàn)路.武漢理工出版社.2007年[2]張輝，曹麗.現(xiàn)代通信原理與技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版社.2005[3]王秉鈞，馮玉氓等.通信原理[M].清華大學(xué)出版社2006年11月[4]王福昌.通信原理[M].清華大學(xué)出版社，2006.9[5]孫屹.Matlab通信仿真開(kāi)發(fā)手冊(cè)[M].國(guó)防工業(yè)出版社.2005.1[6]馮育濤.通信系統(tǒng)仿真.國(guó)防工業(yè)出版社.2009[7]達(dá)新宇，孟繁茂，丘M韋.通信原理實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京郵電大學(xué)出版社.2005[8]郭文彬，桑林.通信原理一基于Matlab的計(jì)算機(jī)仿真.北京郵電大學(xué)出版社.2006[9]陳懷琛等.MATLAB及在電子信息課程中的應(yīng)用.電子工業(yè)出版社.2007年精彩文檔

實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案附錄clc;clearall;舟設(shè)定采樣頻率舟設(shè)定步長(zhǎng)與點(diǎn)數(shù)fs=6000;dt=1/fs;N=50;Iong二N：實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案附錄clc;clearall;舟設(shè)定采樣頻率舟設(shè)定步長(zhǎng)與點(diǎn)數(shù)fs=6000;dt=1/fs;N=50;Iong二N：n=0:N-1;t=n*dt;fc=300;y=sin(2*pi*fc*t);figured)；plot(t.y);title，源信號(hào)時(shí)間函數(shù)波形，)%截止時(shí)間舟時(shí)間函數(shù)的頻率舟時(shí)間函數(shù)余弦函數(shù)舟繪制時(shí)間函數(shù)圖象L=length(y);pcmy=pcmcoder(y.L.long);figure(2)stairs(pcmy);titleCPCM編碼')ylim([-0.21.2]);%axis([0300-0.21.2]);舟調(diào)用PCM函數(shù)$繪制PCM編碼后的圖像/*************************對(duì)編碼后的信號(hào)進(jìn)行基帶編碼—曼徹斯特編碼************/mcstz=mcstcoder(pcmy,long);figure(3)stairs(mcstz);titIe(曼徹斯特編碼，)ylim([-0.21.2]);%a