通信系統(tǒng)課程設(shè)計--通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 工作單位： </p><p>　　題目: 通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計

2、</p><p>　　初始條件： MATLAB 軟件，電腦，通信原理知識 </p><p>　　要求完成的主要任務(wù): </p><p>　　1、利用仿真軟件（如Matlab或SystemView），或硬件實驗系統(tǒng)平臺上設(shè)計完成一個典型的通信系統(tǒng)</p><p>　　2、學(xué)生要完成整個系統(tǒng)各環(huán)節(jié)以及整個系統(tǒng)的仿真，最終在接收端或者精確或者近似地

3、再現(xiàn)輸入（信源），計算失真度，并且分析原因。</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　

4、　摘要3</b></p><p>　　Abstract3</p><p><b>　　1.引言1</b></p><p>　　1.1通信系統(tǒng)簡介1</p><p>　　1.2 Matlab簡介1</p><p><b>　　2.系統(tǒng)設(shè)計2</b><

5、;/p><p>　　2.1通信系統(tǒng)原理2</p><p>　　2.2 系統(tǒng)整體設(shè)計3</p><p><b>　　3.子系統(tǒng)設(shè)計4</b></p><p>　　3.1脈沖編碼調(diào)制（PCM）4</p><p>　　3.1.1抽樣（Samping）4</p><p>　　

6、3.1.2量化（Quantizing）5</p><p>　　3.1.3編碼（Coding）6</p><p>　　3.2 Manchester碼編解碼6</p><p>　　3.2.1曼切斯特編碼原理7</p><p>　　3.2.2曼切斯特解碼原理7</p><p>　　3.3循環(huán)碼編解碼8</p

7、><p>　　3.3.1循環(huán)碼編碼原理9</p><p>　　3.3.2循環(huán)碼解碼原理9</p><p>　　3.3.3糾錯能力10</p><p>　　3.4 ASK調(diào)制與解調(diào)11</p><p>　　3.5 衰落信道11</p><p>　　4軟件設(shè)計及結(jié)果分析12</p>

8、;<p>　　4.1 編程工具的選擇12</p><p>　　4.2 軟件設(shè)計方案12</p><p>　　4.3 編碼與調(diào)試13</p><p>　　4.4 運行結(jié)果及分析14</p><p><b>　　5心得體會19</b></p><p><b>　　參考

9、文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　附錄20</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在數(shù)字通信系統(tǒng)中，需要將輸入的數(shù)字序列映射為信號波形在信道中傳輸，此時信源輸出數(shù)字序列，經(jīng)過信號映射后成為適于信道傳輸?shù)臄?shù)字調(diào)制信號，并在接收端對應(yīng)進(jìn)行解調(diào)恢復(fù)出原始信號。本論文主要

10、研究了數(shù)字信號的傳輸?shù)幕靖拍罴皵?shù)字信號傳輸?shù)膫鬏斶^程和如何用MATLAB軟件仿真設(shè)計數(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)字信號的傳輸過程。然后按照仿真過程基本步驟用MATLAB的仿真工具實現(xiàn)了數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真過程，對系統(tǒng)進(jìn)行了分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PCM調(diào)制、曼徹斯特碼、循環(huán)碼、ASK、衰落信道</p><p><b

11、>　　Abstract</b></p><p>　　In digital communication system, need to input digital sequence is mapped to the signal in the channel transmission, the sequence of digital signal source output, after mapp

12、ing to be suitable for the transmission of digital modulation signal, and the receiving end corresponding to resume the original signal demodulation. So this paper mainly studies the digital signal transmission and the b

13、asic concept of digital signal transmission process and how to use MATLAB software simulation design of dig</p><p>　　Key words: PCM modulation, Manchester codes, cyclic codes, ASK, fading channe</p>&

14、lt;p><b>　　1.引言</b></p><p><b>　　1.1通信系統(tǒng)簡介</b></p><p>　　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。實現(xiàn)信息傳遞所需的一切設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱為通信系統(tǒng)。</p><p>　　通常，通信系統(tǒng)中傳輸?shù)南⒖梢苑譃閮深悾阂活惙Q作連續(xù)消息（模擬消

15、息），另一類稱作離散消息（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)變化的語音、圖像等。而離散消息的狀態(tài)是離散取值的，如文字、符號、數(shù)據(jù)等。與此對應(yīng)，通信系統(tǒng)也分為兩類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。</p><p>　　數(shù)字通信系統(tǒng)的基本特征是：它傳送的信號是“離散”的或數(shù)字的。與模擬通信系統(tǒng)相比數(shù)字通信的主要特點是：（1）抗干擾能力強(qiáng)。（2）差錯可控。（3）易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)對信號進(jìn)

16、行處理、加工、變換、存儲，從而形成智能網(wǎng)。因為自然界的許多信息都是模擬信號，例如話音、圖像等，為了能用數(shù)字通信系統(tǒng)來傳送模擬信號，必須對模擬信號進(jìn)行數(shù)字化，即模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換。</p><p>　　所謂模數(shù)轉(zhuǎn)換就是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，其核心包括：（1）對模擬信號在時域上進(jìn)行抽樣操作，完成時間上的離散化；（2）對模擬信號的抽樣值進(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)換的逆過程，

17、它對接受到的數(shù)字信號進(jìn)行譯碼和低通濾波等處理，恢復(fù)原模擬信號。模擬信號數(shù)字化中最常用的方法就是脈沖編碼調(diào)制（PCM）。 </p><p>　　1.2 Matlab簡介</p><p>　　MATLAB的名稱源自Matrix Laboratory，它的首創(chuàng)者是在數(shù)值線性代數(shù)領(lǐng)域頗有影響的Cleve Moler博士，他也是生產(chǎn)經(jīng)營MATLAB產(chǎn)品的美國Mathworks公司的創(chuàng)始人之一。<

18、;/p><p>　　MATLAB是一種科學(xué)計算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計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)計算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計工作中。</p><p>　　MATLAB與其它計算機(jī)高級語言如C，C++等相比，MATLAB語言編程要簡潔得多，編程語句更加接近數(shù)學(xué)描述，可讀性好，其強(qiáng)大的圖形功能和可

19、視化數(shù)據(jù)處理能力也是其它高級語言望塵莫及的。對于具有任何一門高級語言基礎(chǔ)的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)MATLAB十分容易。當(dāng)在實際電子通信系統(tǒng)中進(jìn)行試驗研究比較困難或者根本無法實現(xiàn)時，仿真技術(shù)就成為必然的選擇。</p><p><b>　　2.系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1通信系統(tǒng)原理</b></p><p>　

20、　通信的目的是傳遞消息，通信系統(tǒng)是一個以傳遞消息為目地的系統(tǒng)，通信系統(tǒng)的一般模型如下：</p><p>　　圖1 通信系統(tǒng)一般模型</p><p>　　圖中，信源的作用是把待傳輸?shù)南⑥D(zhuǎn)換成原始電信號，如電話系統(tǒng)中電話機(jī)可看成是信源。信源輸出的信號稱為基帶信號。所謂基帶信號是指沒有經(jīng)過調(diào)制（進(jìn)行頻譜搬移和變換）的原始電信號，其特點是信號頻譜從零頻附近開始，具有低通形式，。根據(jù)原始電信號的特

21、征，基帶信號可分為數(shù)字基帶信號和模擬基帶信號，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，即將信源產(chǎn)生的原始電信號（基帶信號）變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場合，調(diào)制是最常見的變換方式；對傳輸數(shù)字信號來說，發(fā)送設(shè)備又常常包含信源編碼和信道編碼等。 信道是指信號傳輸?shù)耐ǖ?，可以是有線的，也可以是無線的，甚至還可以包含某些設(shè)備。圖中的噪聲源，是信道

22、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。 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中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號來。</p><p>　　信宿是將復(fù)原的原始電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)整體設(shè)計</p><p>　　此次課程設(shè)計是通信系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)：數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真

23、。其基本框圖如圖2所示：</p><p><b>　　抽</b></p><p>　　圖2 通信系統(tǒng)基本原理框圖</p><p>　　其中：(1) 模擬信號為原始的信原信號，采取自己構(gòu)造以時間函數(shù)。</p><p>　　(2) 抽樣是將上述的時間和幅值都連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成時間離散幅值連續(xù)的信號。</p>

24、<p>　　(3) 量化是將上述的時間離散幅值連續(xù)的抽樣信號轉(zhuǎn)換成時間離散幅值離散的信號，抽樣量化采用脈沖編碼調(diào)制（PCM）。</p><p>　　(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。</p><p>　　(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。</p>

25、;<p>　　(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。</p><p>　　(7) 信道是信號傳輸?shù)耐ǖ?，信號在信道中傳輸時經(jīng)常會有噪聲的干擾。</p><p>　　(8) 數(shù)字濾波器是將調(diào)制并加有噪聲的信號，去除噪聲，并且解調(diào)后形成方波形式的信號。</p><p>　　(9) 抽樣判決是將方波形號轉(zhuǎn)

26、換成0、1比特流。</p><p>　　(10) 信道譯碼是信道編碼的反過程，采用循環(huán)碼進(jìn)行譯碼。</p><p>　　(11) 信源譯碼是信源編碼的反過程，采用Manchester碼進(jìn)行譯碼。</p><p>　　(12) 最后還原成模擬信號。</p><p><b>　　3.子系統(tǒng)設(shè)計</b></p>

27、<p>　　3.1脈沖編碼調(diào)制（PCM）</p><p>　　脈沖編碼調(diào)制（PCM）就是把一個時間連續(xù)，取值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散，取值離散的數(shù)字信號后在信道中傳輸。脈沖編碼調(diào)制就是對模擬信號先抽樣，再對樣值幅度量化，編碼的過程。</p><p>　　3.1.1抽樣（Samping）</p><p>　　抽樣是把模擬信號以其信號帶寬2倍以上的頻率提取

28、樣值，變?yōu)樵跁r間軸上離散的抽樣信號的過程。例如，話音信號帶寬被限制在0.3～3.4kHz內(nèi)，用8kHz的抽樣頻率（fs），就可獲得能取代原來連續(xù)話音信號的抽樣信號。對一個正弦信號進(jìn)行抽樣獲得的抽樣信號是一個脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號。對抽樣信號進(jìn)行檢波和平滑濾波，即可還原出原來的模擬信號。 </p><p>　　抽樣必須遵循奈奎斯特抽樣定理，離散信號才可以完全代替連續(xù)信號。低通連續(xù)信號抽樣定理內(nèi)容：一個頻帶

29、限制在 赫內(nèi)的時間連續(xù)信號 ,若以 的間隔對它進(jìn)行等間隔抽樣，則 將被所得到的抽樣值完全確定。語音信號經(jīng)過抽樣變成一種脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號。</p><p>　　3.1.2量化（Quantizing）</p><p>　　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)字量的過程稱為量化。即：抽樣信號雖然是時間軸上離散的信號，但仍然是模擬信號，其樣值在一定的取值范圍內(nèi)，可有無限多

30、個值。顯然，對無限個樣值一一給出數(shù)字碼組來對應(yīng)是不可能的。為了實現(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“取整”，使一定取值范圍內(nèi)的樣值由無限多個值變?yōu)橛邢迋€值。</p><p>　　量化后的抽樣信號與量化前的抽樣信號相比較，當(dāng)然有所失真，且不再是模擬信號。這種量化失真在接收端還原模擬信號時表現(xiàn)為噪聲，并稱為量化噪聲。量化噪聲的大小取決于把樣值分級“取整”的方式，分的級數(shù)越多，即量化級差或間隔越小

31、，量化噪聲也越小。 量化誤差：量化后的信號和抽樣信號的差值。量化誤差在接收端表現(xiàn)為噪聲，稱為量化噪聲。量化級數(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。 </p><p>　　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。 非均勻量化的實現(xiàn)方

32、法有兩種：一種是北美和日本采用的μ律壓擴(kuò)，一種是歐洲和我國采用的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，每份表示一個量化級，則Y軸一共有16×8＝128個量化級。；X軸采用非均勻劃分來實現(xiàn)非均勻量化的目的，劃分規(guī)律是每次按二分之一來進(jìn)行分段。13折線示意圖如圖3所示：</p><p>　　圖3 13折線示意圖<

33、;/p><p>　　由于分成128個量化級，故有7位二進(jìn)制碼（27＝128），又因為Y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。 </p><p>　　3.1.3編碼（Coding）</p><p>　　量化后的抽樣信號在一定的取值范圍內(nèi)僅有有限個可取的樣值，且信號正、負(fù)幅度分布的對稱性使正、負(fù)樣值的個數(shù)相等，正、負(fù)向的量化級對稱分布。若將有限個量化樣值的

34、絕對值從小到大依次排列，并對應(yīng)地依次賦予一個十進(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“＋”、“－”號為前綴，來區(qū)分樣值的正、負(fù)，則量化后的抽樣信號就轉(zhuǎn)化為按抽樣時序排列的一串十進(jìn)制數(shù)字碼流，即十進(jìn)制數(shù)字信號。簡單高效的數(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)字代碼的總個數(shù)，可以確定所需二進(jìn)制編碼的位數(shù)，即字長。這種把量化的抽樣信號變換成給定字長的二進(jìn)制碼流的過程稱為編碼。&l

35、t;/p><p>　　量化噪聲隨量化級數(shù)的增多和級差的縮小而減小。量化級數(shù)增多即樣值個數(shù)增多，就要求更長的二進(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通過抽樣、量化、編碼三個步驟將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼。</p><p>　　在實際的PCM設(shè)備中，

36、量化和編碼是一起進(jìn)行的。通信中采用高速編碼方式。 </p><p>　　3.2 Manchester碼編解碼</p><p>　　Manchester（曼切斯特碼）又稱雙向碼，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)碼型的最大缺點就是沒有定位時鐘信息。數(shù)字傳輸過程中缺少定位時鐘信息，也就無法識別收到數(shù)據(jù)位的開始與結(jié)束的寬度等，從而在通信過程中需要其他方式解決同步問題。而曼切斯特碼

37、是一種自動同步的編碼方式，即時鐘同步信號就隱藏在數(shù)據(jù)波形中，這就有效的降低了通信系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度。</p><p>　　曼切斯特碼一般可由NRZ碼與NRZ碼的時鐘相異或而得到。NRZ碼這種二元碼中低電平與高電平分別與二進(jìn)制符號“0”與“1”一一對應(yīng)，在整個碼元期間內(nèi)電平保持不變。電脈沖之間無間隔，即脈沖的寬度等于碼元的寬度，極性單一。這種信號比較適合于數(shù)字電路處理。</p><p>　　圖

38、4 曼切斯特編碼圖示</p><p>　　由圖4可知，曼切斯特碼是將NRZ普通二進(jìn)制數(shù)據(jù)與其位率時鐘相異或而得，從而解決了傳輸數(shù)據(jù)定時信號的同步問題。如果傳送數(shù)據(jù)信息為“1”時，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?；如果傳送?shù)據(jù)信息為“0”時，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?；如果?shù)據(jù)信息有連續(xù)的“1”或“0”信息出現(xiàn)時，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

39、碼后，數(shù)據(jù)信息“0”的跳變波形與時鐘跳變波形保持一致，數(shù)據(jù)信息“1”的跳變波形則與時鐘跳變波形相反（即相位相差180°）。曼切斯特碼是一種相位調(diào)制編碼，即可知時鐘波形的180°相位代表NRZ數(shù)據(jù)信號的邏輯高電平，而時鐘波形就代表NRZ數(shù)據(jù)信號的邏輯低電平。</p><p>　　3.2.1曼切斯特編碼原理</p><p>　　由上可知，我們可以自行約定從高電平到低電平的跳

40、變表示數(shù)據(jù)“1”（稱為“1”跳變）。從低電平到高電平的跳變表示數(shù)據(jù)“0”（稱為“0”跳變）.因此發(fā)送時鐘必須在發(fā)送數(shù)據(jù)位的中間進(jìn)行采樣，即發(fā)送時鐘的頻率必須為數(shù)據(jù)頻率的兩倍。而實現(xiàn)曼切斯特軟件編碼比較簡單，根據(jù)曼切斯特碼和二進(jìn)制數(shù)據(jù)的對應(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。</p><p>　　3.2.2曼切斯特解碼原理</p><p>　　曼切斯特解碼是曼切斯特編碼的逆運算過程，

41、也就是必須從曼切斯特碼數(shù)據(jù)流中提取出時鐘信息，并利用這個時鐘去還原得到原二進(jìn)制數(shù)據(jù)的過程。根據(jù)曼切斯特碼解碼過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程分為：起始符的識別以及獲取同步時鐘信息、識別同步數(shù)據(jù)頭、提取數(shù)據(jù)信息等3個階段。</p><p><b>　　3.3循環(huán)碼編解碼</b></p><p>　　設(shè)C使某 線性分組碼的碼字集合，如果對任，它的循

42、環(huán)移位也屬于C，則稱該 碼為循環(huán)碼。</p><p><b>　　循環(huán)碼特點有：</b></p><p>　　1）循環(huán)碼是線性分組碼的一種，所以它具有線性分組的碼的一般特性，且具有循環(huán)性，糾錯能力強(qiáng)。</p><p>　　2）循環(huán)碼是一種無權(quán)碼，循環(huán)碼編排的特點為相鄰的兩個數(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

43、個很好的優(yōu)點是它滿足鄰接條件，沒有瞬時錯誤（在數(shù)碼變換過程中，在速度上會有快有慢，中間經(jīng)過其他一些數(shù)碼形式，即為瞬時錯誤）。</p><p>　　3）碼字的循環(huán)特性，循環(huán)碼中任一許用碼經(jīng)過牡環(huán)移位后，所得到的碼組仍然是許用碼組。</p><p>　　對所有的i=0,1,2,……k-1，用生成多項式g(x)除，有：</p><p>　　式中是余式，表示為：</p

44、><p>　　因此，是g(x)的倍式，即是碼多項式，由此得到系統(tǒng)形式的生成矩陣為：</p><p>　　它是一個kn階的矩陣。</p><p>　　同樣，由G=0可以得到系統(tǒng)形式的一致校驗矩陣為：</p><p>　　3.3.1循環(huán)碼編碼原理</p><p>　　有信息碼構(gòu)成信息多項式，其中最高冪次為k-1；用乘以信息多項

45、式m(x)，得到的，最高冪次為n-1，該過程相當(dāng)于把信息碼（，，……，，）移位到了碼字德前k個信息位，其后是r個全為零的監(jiān)督位；</p><p>　　用g(x)除得到余式r(x),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)于相加，得到的多項式必為一碼多項式。</p><p><b>　　編碼步驟為：</b></p

46、><p>　　1）有信息碼構(gòu)成信息多項式m(x)=mk-1xk-1+``````m0</p><p>　　其中高冪次為k-1；</p><p>　　2）用xn-k乘上信息多項式m(x)，得最高冪次為n-1，做移位；</p><p>　　3）用g(x)除xn-km(x)和到余式r(x)。</p><p>　　相應(yīng)的編碼過程流

47、程如圖5所示：</p><p>　　圖5 循環(huán)碼編碼流程圖</p><p>　　3.3.2循環(huán)碼解碼原理</p><p><b>　　循環(huán)碼解碼步驟為：</b></p><p>　　1）有接收到的y(x)計算伴了隨式s(x)。</p><p>　　2）根據(jù)伴隨式s(x)找出對應(yīng)的估值錯誤圖樣。&l

48、t;/p><p>　　3）計算c^(x)=y(x)+e^(x)，得估計碼字。若c^(x)= c(x)，則譯碼正確，否則錯誤。</p><p>　　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 個可能的表達(dá)式，每一個表達(dá)式對應(yīng)一個錯誤格式。其相應(yīng)的流程圖如圖6所示：</p><p>　　

49、圖6 循環(huán)碼解碼流程圖</p><p><b>　　3.3.3糾錯能力</b></p><p>　　由于循環(huán)碼是一種線性分組碼，所以其糾檢錯能力與線性分組碼相當(dāng)。而線性分組碼的最小距離可用來衡量碼的抗干擾能力，那么一個碼的最小距離就與它的糾檢錯能力有關(guān)。</p><p>　　定理： 對于任一個線性分組碼，若要在碼字內(nèi)</p>&l

50、t;p>　　1）檢測 個錯誤，要求碼的最小距離；</p><p>　　2）糾正 個錯誤，要求碼的最小距離；</p><p>　　3）糾正 個錯誤同時檢測 個錯誤，則要求；</p><p>　　循環(huán)碼的譯碼分檢錯譯碼與糾錯譯碼兩類。在無記憶信道上，對碼字c，差錯圖案和接收向量的多項式描述為</p><p><b>　　定義的伴隨

51、多項式為</b></p><p><b>　　由于所以</b></p><p>　　由此可見，則一定有差錯產(chǎn)生，或說滿足的差錯圖樣產(chǎn)生，它滿足。循環(huán)碼的檢錯譯碼即是計算并判斷是否為0。</p><p>　　3.4 ASK調(diào)制與解調(diào)</p><p>　　為了使數(shù)字信號能夠在信道中傳輸，必須對數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制。幅

52、移鍵控信號（即ASK）就是其中的一種。ASK 信號的幅度是隨著調(diào)制信號而變化的，ASK 信號的載波頻率與外加載波信號相同。最簡單的是所謂二進(jìn)制幅移鍵控信號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)器是兩個相反功能的電路單元。調(diào)制信號是載波在二進(jìn)制基帶信號1 和0 控制下產(chǎn)生的通斷信號a(n)，調(diào)制器將基帶信號a(n) 和載波信號Acos(ωt)相乘得到調(diào)制信號，調(diào)制信號與本地載波信號相乘實現(xiàn)解調(diào)，解調(diào)器將調(diào)制信號恢復(fù)成基帶信

53、號即解調(diào)后信號a(n)。</p><p>　　圖7 ASK調(diào)制與解調(diào)原理框圖</p><p><b>　　3.5 衰落信道</b></p><p>　　在某些有線信道中，特別是在傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，數(shù)字基帶信號可以不經(jīng)過調(diào)制和解調(diào)過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的通信系統(tǒng)，我們稱它為基帶傳輸系統(tǒng)。而在另外

54、一些遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男诺溃貏e是無線信道和光信道中，由于信道中受到各種噪聲和反射漫反射的影響，使得信號產(chǎn)生衰落。數(shù)字基帶信號則必須經(jīng)過調(diào)制過程，將信號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)過解調(diào)過程，才能恢復(fù)數(shù)字基帶信號。我們把這種包括了調(diào)制和解調(diào)過程的傳輸系統(tǒng)稱為數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)。</p><p>　　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)制信號中以模擬最簡單的衰落信道。具體仿真步

55、驟是產(chǎn)生兩個隨機(jī)信號取絕對值的平方相加再開平方，即得到一個小的加性噪聲，模擬成一個衰落信道，再將它與調(diào)制后的信號相加即可。</p><p>　　4軟件設(shè)計及結(jié)果分析</p><p>　　4.1 編程工具的選擇</p><p>　　這次選用的軟件是MATLAB，因為這款軟件的功能特很強(qiáng)大，學(xué)習(xí)方便，仿真容易實現(xiàn)。MATLAB具有以下幾個特點： </p>

56、<p>　　1）功能強(qiáng)大的數(shù)值運算功能；</p><p>　　2）強(qiáng)大的圖形處理能力 ；</p><p>　　3）高級但簡單的程序環(huán)境 ；</p><p><b>　　4）豐富的工具箱。</b></p><p>　　最重要的是MATLAB學(xué)習(xí)起來方便容易，以前有學(xué)C語言的基礎(chǔ)，MATLAB與C語言有類似之處，編

57、程流程大概差不多，但要注意的是MATLAB與C語言在程序代碼上也有細(xì)微的差別，MATLAB是一種解釋性語言，在寫程序代碼時容易方便，但是與C語言相比它的運算速度較慢，但功能強(qiáng)大。</p><p>　　4.2 軟件設(shè)計方案</p><p>　　經(jīng)過我的思考，再加上查閱了大量資料后，有了以下編程設(shè)計思路。</p><p>　　圖8 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖</p>

58、<p>　　在主函數(shù)中，先產(chǎn)生一個模擬信號，再經(jīng)過抽樣后得到抽樣值，將抽樣值通過13拆線法轉(zhuǎn)換成對應(yīng)值，將轉(zhuǎn)換后的值經(jīng)過量化和編碼后得到0、1比特流，再經(jīng)過信道譯碼，再經(jīng)過ASK調(diào)制，再人為加入一些噪聲，再通過數(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)過抽樣判決后得到0、1比特流，再經(jīng)過線性分組碼譯碼，最后經(jīng)過信源譯碼，再經(jīng)過A侓公式反轉(zhuǎn)成原始模擬信號，畫出各階段的波形。</p><p

59、><b>　　4.3 編碼與調(diào)試</b></p><p>　　軟件設(shè)計部分包含1個主函數(shù)和多個個子函數(shù)。</p><p>　　1）子函數(shù)y1=zhexian(x)的功能是將抽樣后得到的值用13拆線轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的值；</p><p>　　2）子函數(shù)bit=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；</p>

60、;<p>　　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，比特流的總長度除以四余下的則不進(jìn)行加監(jiān)督位；</p><p>　　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)過信道編碼（7，4）線性分組碼編碼，將信道編碼后的信號進(jìn)行ASK調(diào)制，由于考慮到在信道中傳輸是會有噪聲的影響，

61、所以在仿真時我人為的加入一定的噪聲，在接收端進(jìn)行相干解調(diào)，用一個與調(diào)制信號同頻的信號與接收到的信號（加入噪聲后的已調(diào)信號）相乘，再用一個數(shù)字濾波器進(jìn)行濾波，去掉了信號中的高頻成份和噪聲，取出直流分量，得到方波信號，對這個信號進(jìn)行抽樣判決將其轉(zhuǎn)換成0、1比特流后，再經(jīng)過信道譯碼；</p><p>　　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

62、進(jìn)制數(shù)，再到每段中去尋到與發(fā)關(guān)端有相同約定段號值。即可恢復(fù)原信號的量化值；</p><p>　　6）子函數(shù)y5=Ayi(y,A) 的功能是將恢復(fù)的量化值通過A律反轉(zhuǎn)換公式得到對應(yīng)的值，是用13拆線轉(zhuǎn)換的反過程。因為在當(dāng)A＝86.5時，可以用13折線用13條折線近似A律的平滑曲線，在實際工程中A律的平滑曲線不易實現(xiàn)，而用13折線法可以降低工程實現(xiàn)中的難度。</p><p>　　主函數(shù)的功能是

63、是產(chǎn)生模擬信號并且進(jìn)行抽樣得到抽樣值，然后將各個子函數(shù)銜接到一塊，形成一個比較完整的通信系統(tǒng)，進(jìn)行仿真畫出各個階段重要的圖形，并進(jìn)行觀察和分析。</p><p>　　4.4 運行結(jié)果及分析</p><p>　　原始模擬信號如圖9所示：</p><p><b>　　圖9 原始模擬信號</b></p><p>　　將此模擬信

64、號按每周期取32個點抽樣，得到以下圖形：</p><p><b>　　圖10 抽樣信號</b></p><p>　　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：</p><p>　　圖11 信道編碼后的信號</p><p>　　經(jīng)過ASK調(diào)制后的信號和在調(diào)制

65、后的信號中加入噪聲有如下圖形：</p><p>　　圖12 調(diào)制及加噪后的信號</p><p>　　在接收端用一個與調(diào)制后的波同頻的相干波與接收到的信號相乘后得到以下圖形：</p><p>　　圖13 與相干波相乘后的波形</p><p>　　經(jīng)過數(shù)字低通濾波器濾除噪聲和載波后的波形如下圖：</p><p>　　圖14

66、 低通濾波后的波形</p><p>　　通過信道譯碼后的圖形如下：</p><p>　　圖15 信道解碼后的波形</p><p>　　將信道譯碼后的信號，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)，到對應(yīng)段去找取值，即恢復(fù)原始信號的量化值，再將其值通過A律公式反解出原始信號的抽樣值，畫出如下圖形：</p><p>　　圖16 解碼后原始

67、信號的抽樣值波形</p><p>　　將上圖用平滑的曲線邊接起來，再標(biāo)注上抽樣點則得到如下圖形：</p><p>　　圖17 接收端輸出信號</p><p>　　通過將原始信號與接收端得到的信號進(jìn)行比較，可見信號恢復(fù)情況良好，只是在信號經(jīng)過系統(tǒng)后，稍有些延時。</p><p><b>　　5心得體會</b></p&

68、gt;<p>　　通過這次實驗，我收獲不少，對通信原理更加了解，尤其是對數(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)計中，一開始的預(yù)期工作就是查資料，我通過查閱課本書，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，我就開始一步步的設(shè)計子程序，然后編寫一些測試的數(shù)據(jù)看是否可行，按照這樣的進(jìn)程，開始編程，錯了又改，改了又編，一點點累積起來，最后終于形成了一個完整的程序。但

69、是在編寫了完整的主程序后，要將一個個子程序銜接起來，也出了一點點小差錯，比如是數(shù)據(jù)不對，越過數(shù)組范圍之類的問題。</p><p>　　在整個通信系統(tǒng)仿真快要完成時，我對整個數(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，通過協(xié)議和接收到的信號，才能完整的恢復(fù)原始信號。通過這次課程設(shè)計我也學(xué)到了不少東西，學(xué)習(xí)是無止盡的，在以后的學(xué)習(xí)中，我會保持良好的學(xué)

70、習(xí)態(tài)度，繼續(xù)提高我的思考設(shè)計能力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 劉泉.通信電子線路.武漢理工出版社.2007年</p><p>　　[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</p><p>　　[3] 王秉鈞，馮玉氓等. 通信原理[M].清華大

71、學(xué)出版社2006年11 月</p><p>　　[4] 王福昌. 通信原理[M]. 清華大學(xué)出版社，2006.9</p><p>　　[5] 孫屹. Matlab通信仿真開發(fā)手冊[M].國防工業(yè)出版社.2005.1</p><p>　　[6] 馮育濤.通信系統(tǒng)仿真.國防工業(yè)出版社.2009[7] 達(dá)新宇，孟繁茂，邱偉.通信原理實驗與課程設(shè)計.北京郵電大學(xué)出版社.2

72、005</p><p>　　[8] 郭文彬，桑林.通信原理—基于Matlab的計算機(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</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　clc;clear all;</p><p>　　%/*

73、************************自己構(gòu)造一個時間函數(shù)*******************************/</p><p>　　fs=6000; %設(shè)定采樣頻率 </p><p>　　dt=1/fs; %設(shè)定步長</p>

74、<p>　　N=50; %點數(shù)</p><p>　　long=N; </p><p><b>　　n=0:N-1;</b></p><p>　　t=n*dt;

75、 %截止時間 </p><p>　　fc=300; %時間函數(shù)的頻率 </p><p>　　y=sin(2*pi*fc*t); %時間函數(shù) 余弦函數(shù) </p><

76、;p>　　figure(1); </p><p>　　plot(t,y); %繪制時間函數(shù)圖象</p><p>　　title('源信號時間函數(shù)波形')</p><p>　　%/*************************對音頻信號進(jìn)行pcm編碼****************

77、*********/</p><p>　　L=length(y);</p><p>　　pcmy=pcmcoder(y,L,long); %調(diào)用PCM函數(shù)</p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　stairs(pcmy);

78、 %繪制PCM編碼后的圖像</p><p>　　title('PCM編碼')</p><p>　　ylim([-0.2 1.2]);</p><p>　　%axis([0 300 -0.2 1.2]);</p><p>　　%/*************************對編碼后的信號進(jìn)行基帶編

79、碼-曼徹斯特編碼************/ </p><p>　　mcstz=mcstcoder(pcmy,long);</p><p><b>　　figure(3)</b></p><p>　　stairs(mcstz);</p><p>　　title('曼徹斯特編碼')</p>&l

80、t;p>　　ylim([-0.2 1.2]);</p><p>　　%axis([0 300 -0.2 1.2]);</p><p>　　%/*************************對編碼后的信號進(jìn)行信道編碼-循環(huán)碼************/ </p><p>　　code=rs(mcstz)</p><p>　　%/****

81、*********************對編碼后的信號進(jìn)行ask調(diào)制********************/</p><p>　　L=length(mcstz);</p><p>　　N=L+L/4*3;</p><p>　　q=askcoder(N,code);</p><p>　　figure(5);</p><p

82、><b>　　plot(q);</b></p><p>　　title('ASK調(diào)制后的波形')</p><p>　　ylim([-1.2 1.2])</p><p>　　%axis([0 300 -0.2 1.2]);</p><p>　　%/*************************發(fā)送

83、信號進(jìn)入衰落信道**************************/</p><p><b>　　%瑞利衰落</b></p><p>　　fd=0;%假設(shè)無多普勒頻移</p><p><b>　　td=1/fs;</b></p><p>　　chan=rayleighchan(td,fd)%瑞利衰

84、落信道</p><p>　　r=filter(chan,q);%信號通過瑞利衰落信道</p><p>　　figure(6);</p><p>　　plot(abs(r))</p><p>　　title('進(jìn)入衰落信道后的波形')</p><p>　　axis([0 500 -0.5 0.5]);&l

85、t;/p><p>　　%/*************************對接收到的信號進(jìn)行ask解調(diào)********************/ </p><p>　　sak=askoutdecoder(r); %非相干解調(diào)</p><p>　　rr=askdecoder(r);</p><p>　　fi

86、gure(7);</p><p><b>　　plot(rr);</b></p><p>　　title('ASK相干解調(diào)后的波形')</p><p>　　%axis([0 300 -0.2 1.2]);</p><p>　　%bj=bijiao(rr);</p><p>　　%c

87、q=chouqu(bj);</p><p>　　%figure(8);</p><p>　　%stairs(cq);</p><p>　　%ylim([-0.2 1.2]);</p><p>　　%title('處理后的接收波形')</p><p>　　%/***********************

88、**信道譯碼-循環(huán)糾錯和譯碼***********************/</p><p>　　recode=rers(code)</p><p>　　%/*************************基帶譯碼-曼徹斯特譯碼***********************/</p><p>　　L=length(recode);</p><p

89、>　　demcst=mcstdecoder(recode,L);</p><p><b>　　figure(9)</b></p><p>　　stairs(demcst);</p><p>　　title('曼徹斯特解碼')</p><p>　　ylim([-0.2 1.2])</p>

90、<p>　　%axis([0 200 -0.2 1.2]);</p><p>　　%/*************************對信號進(jìn)行pcm譯碼************************/</p><p>　　pcmyout=pcmdecoder(demcst,long);</p><p>　　figure(10)</p>

91、<p>　　plot(pcmyout);</p><p>　　title('PCM譯碼后的波形');</p><p>　　%/****************************計算誤碼率****************************/</p><p>　　len=length(demcst);</p><

92、;p>　　errornum=0;</p><p>　　for i=1:len</p><p>　　if(demcst(i)~=pcmy(i))</p><p>　　errornum=errornum+1;</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　en

93、d</b></p><p>　　disp('誤碼率為 ');</p><p>　　errornum/len</p><p>　　本科生課程設(shè)計成績評定表</p><p>　　指導(dǎo)教師簽字： </p><p>　　年 月 日</p>