通信原理课程设计.docx

目录摘要2第一章绪论21.1通信的基本概念21.2通信系统基本模型及组成31.3通信的发展简介51.4通信技术的发展现状和趋势6第二章 加扰/加密数字通信系统设计的主要过程62.1模拟信号抽样量化编码过程62.2加扰解扰过程102.2.1加扰的基本概念及其作用102.2.2m序列及其性质142.3 2ask调制及解调过程172.3.1 2ask调制基本原理173.3.2 2ask解调原理18第三章 matlab仿真及程序203.1matlab软件简介203.2matlab软件的特点213.3使用matlab编程实现简易加扰数字通信系统仿真的实验结果22附录一 pcm编码部分程序27附录二 加密部分matlab仿真程序30附录三 加扰部分仿真程序34摘要本课程设计在数字通信系统基本模型的基础上加入了利用线性反馈移位寄存器设计的扰码器与解码器，同时利用m序列实现了简单的信号加密。m序列是目前广泛应用的一种伪随机序列，其在通信领域有着广泛的应用，如扩频通信，卫星通信的码分多址，数字数据中的加密、加扰、同步、误码率测量等领域。先将信源产生的数字信号变换成具有近似于白噪声统计特性的数字序列，再进行传输；在接收端收到这个序列后先变换成原始数字信号，再传给用户，这样就可以给数字通信系统的设计和性能估计带来很大方便。假设输入端输入一个模拟信号，经过抽样、量化、编码，得到一数字信号作为输入随机信号与相同长度的m序列进行异或（或加入加扰器的输入端进行加扰），得到一组加密（或加扰）了的随机信号并作为调制器的输入信号，在数字信号调制中采用了基本的2ask调制，调制后加入了加性高斯白噪声，然后用相干解调法进行解调，带通滤波器采用的是matlab实验中设计过的巴特沃斯滤波器，而低通滤波器则采用了以前没有接触过的椭圆滤波器，实现信号的解调，将得到的序列再与初始m序列再次异或，送入波形译码器的输入端，再次经过低通滤波器得到最终需要的模拟信号。关键词 m序列加密/加扰/解扰第一章 绪论1.1通信的基本概念通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(message)。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号（signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息(information) 。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。1.2通信系统基本模型及组成通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者) ，它的一般模型如图所示。通信系统一般模型信源是消息的产生地， 其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为消息信号或基带信号。模拟信源：电话机、电视摄像机数字信源：电传机、计算机等各种数字终端设备发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。对数字通信系统来说， 发送设备常常又可分为信源编码与信道编码。 信道：是指传输信号的物理媒质。无线信道：大气（自由空间）、海水等有线信道：明线、 电缆、光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。根据研究对象的不同， 需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型， 以反映传输媒质对信号的影响。噪声源不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，并且是人们所不希望的。噪声的来源是多样的，分为内部噪声和外部噪声外部噪声：从信道引入的噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。接收设备：完成发送设备的反变换， 即进行解调、译码、解码等。从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。 信宿：是传输信息的归宿点， 其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。 通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图所示， 数字通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图所示。模拟通信系统模型无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信的发展速度已明显超过了模拟通信，成为当代通信技术的主流。与模拟通信相比，数字通信具有以下一些优点：抗干扰能力强，且噪声不积累；传输差错可控；便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。数字通信的缺点是，一般需要较大的带宽。另外，由于数字通信对同步要求高，因而系统设备复杂。但是，随着微电子技术、计算机技术的广泛应用以及超大规模集成电路的出现，数字系统的设备复杂程度大大降低。同时高效的数据压缩技术以及光纤等大容量传输媒质的使用正逐步使带宽问题得到解决。因此，数字通信的应用必将越来越广泛。因此，在通信系统的设计研发环节中，在进行实际硬件系统试验之前，软件仿真已成为必不可少的一部分。本课程设计根据当今现代通信技术的发展，不仅实现了常规数字通信系统的设计，还加入了对信号的加扰与解扰等原理进行了研究和实验，通过对信号的加扰解扰实现通信的加密与解密。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。1.3通信的发展简介 远古时代,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的,这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息,人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。1837年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开始,之后，利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876年贝尔发明了电话,利用电信号实现了语音信号的有线传递，使信息的传递变的既迅速又准确，这标志着模拟通信的开始，由于它比电报更便于交流使用，所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的电话通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的发展。1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现，使得数字通信迅速发展。在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替，现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途。1.4通信技术的发展现状和趋势进入20世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。特别是在20世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。（1）微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。（2）移动通信和卫星通信的出现，使人们随时随地可通信的愿望可以实现。（3）光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。（4）电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和计算机的融合，人们将世界变成了地球村。（5）微电子技术的发展，使通信终端的体积越来越小，成本越来越低，范围越来越广。例如，2003年我国的移动电话用户首次超过了固定电话用户。根据国家信息产业部的统计数据，到2005年底移动电话用户近4亿。随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。第二章 加扰/加密数字通信系统设计的主要过程2.1模拟信号抽样量化编码过程用数字通信系统传输模拟信号，一般需三个步骤：（1） 把模拟信号数字化， 即模数转换（a/d）；（2） 进行数字方式传输；（3） 把数字信号还原为模拟信号， 即数模转换（d/a）。 脉冲编码调制(pcm)简称脉码调制：一种用一组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。采用脉码调制(pcm)的模拟信号的数字传输系统如图所示抽样是按抽样定理把时间上连续的模拟信号转换成时间上离散的抽样信号；量化是把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散幅度的数字信号，即指定m个规定的电平，把抽样值用最接近的电平表示；编码是将量化后的信号编码形成二进制码组输出。pcm采用a律编码规则：a律压扩特性曲线在(-1,+1)上，这种压扩特性可用13折线逼近。注意：本来是分成了16段，但0附近的4个线段斜率相同，可视为1条 对量化后的有限个取值进行编码，常见的二进制码：自然码，折叠码，格雷码。pcm中使用的是折叠码：用第一位表示量化电平极性（正为1，负为0），后面几位表示信号量化电平绝对值的大小。量化：先用对数a律特性将量化范围分成16个段落（对数量化），在段落内则使用均匀量化（即将每个段落均匀分成16个小段）。编码：每个值用8比特进行量化。 将整个量化范围均分成8192等份，正负部分各4096份且相互对称。下面以正极性部分进行说明：段落0(000)：032份。段内16小段，每小段2份段落1(001)：3264份。段内16小段，每小段2份段落2(010)：64128份。段内16小段，每小段4份段落3(011)：128256份。段内16小段，每小段8份段落4(100)：256512份。段内16小段，每小段16份段落5(101)：5121024份。段内16小段，每小段32份段落6(110)：10242048份。段内16小段，每小段64份段落7(111)：20484096份。段内16小段，每小段128份注意：每小段的量化电平为该小段中点pcm编码原理：在pcm中，对模拟信号进行抽样、量化，将量化的信号电平值转化为对应的二进制码组的过程称为编码，其逆过程称为译码或解码。在pcm中使用的是折叠二进制码。（1）折叠二进制码从理论上看，任何一个可逆的二进制码组均可用于pcm。目前最常见的二进制码组有三类：二进制自然码（nbc）、折叠二进制码组（fbc）、格雷二进制码（rbc）。如果把16个量化级分成两部分：07的8个量化级对于于负极性样值，815的8个量化级对应于正极性样值。自然二进制码就是一般的十进制正整数的二进制表示。在折叠码中，左边第一位表示正负号（信号极性），第二位开始至最后一位表示信号幅度。第一位用1表示正，用0表示负。绝对值相同的折叠码，其码组除第一位外都相同，并且相对于零电平（第7电平和第8电平之间）呈对称折叠关系，因此这种码组形象地称为折叠码。pcm编码规则：电话语音信号的频带为3003400hz，抽样速率为8000hz，对每个抽样值进行 a律或者 u律非均匀量化，在编码时每个样值用8位二进制码表示。这样，每路标准话路的比特率为64kbps。编码时是按照ccitt建议的pcm编码规则进行的。在 a律13折线编码中，正负方向共16个段落，在每一个段落内有16个均匀分布的量化电平，因此总的量化电平数 256。编码位数7 ，每个样值用8比特代码 来表示，分为三部分。第一位 为极性码，用1和0分别表示信号的正、负极性。第二到第四位码 为段落码，表示信号绝对值处于那个段落，3位码可表示8个段落，代表了8个段落的起始电平值。上述编码方法是把非线性压缩、均匀量化、编码结合为一体的方法。在上述方法中，虽然各段内的16个量化级是均匀的，但因段落长度不等，故不同段落间的量化间隔是不同的。当输入信号小时，段落小，量化级间隔小；当输入信号大时，段落大，量化级间隔大。第一、二段最短，归一化长度为 ，再将它等分16段，每一小段长度为 ，这就是最小的量化级间隔 。根据13折线的定义，以最小的量化级间隔 为最小计量单位，可以计算出13折线 律每个量化段的电平范围、起始电平 、段内码对应电平、各段落内量化间隔 。具体计算结果如表3-2所示。表3-2 13折线a律有关参数表段落号i=18电平范围段落码段落起始电平量化间隔段内码对应权值（）8102420481 1 110246451225612864751210241 1 051232256128643262565121 0 12561612864321651282561 0 0128864321684641280 1 1644321684332640 1 032216842216320 0 1161842110160 0 0018421假设以非均匀量化时的最小量化间隔=1/2048作为均匀量化的量化间隔，那么从13折线的第一段到第八段所包含的均匀量化级数共有2048个均匀量化级，而非均匀量化只有128个量化级。均匀量化需要编11位码，而非均匀量化只要编7位码。通常把按非均匀量化特性的编码称为非线性编码；按均匀量化特性的编码称为线性编码。可见，在保证小信号时的量化间隔相同的条件下，7位非线性编码与11位线性编码等效。本部分仿真假设信号为正弦信号，对其进行pcm的仿真图如下（程序见附录）：输入正弦模拟信号pcm编码得到的信号及其放大图2.2加扰解扰过程2.2.1加扰的基本概念及其作用在通信中有一个假设，要保证数据序列的随机性。若不随机，如存在连“0”或者连“1”，则产生交调串音,对通信质量产生很大影响：1、连续具有单频分量，与载波或者已调信号产生交调，对邻近信道带来干扰；2、可能丢失同步信息，造成失步；3、均衡器调节失效。随机数据，否则可能使得滤波器发散，最终可能导致均衡补偿失效。加扰就是将输入数据按某种规律变换成长周期序列，使之具有足够的随机性。当然，在收端还应进行还原，称之为解扰。（完全一致、时间上完全同步）加扰码的作用：1.增加数据的随机性，减小载波泄漏。2.消除长串0/1，便于同步。频谱上能量均匀化。3、使加扰后的信号频谱更适用于基带传输。4、通信加密需要。一般来说，数字通信系统的设计及其性能都与所传输的数字信号的统计特性有关。例如在分析计算系统的误码率时，常假定信源送出的“0”和“1”码元是等概率的。在有些数字通信设备中，从“0”和“1”码元的交变点提取位定时信息，若经常出现长“0”或“1”游程，则将影响位同步信息的建立和保持。如果数字信号具有周期性，则信号频谱中将存在离散谱线。电路中存在的不同程度的非线性，有可能使其在多路通信系统其他路中造成串扰。为了限制这种串扰，常要求数字信号的最小周期足够长。如果能够先将信源产生的数字信号变换成具有近似于白噪声统计特性的数字序列，在进行传输；在接收端收到这个序列后先变换成原始数字信号，再传给用户，这样就可以给数字通信系统的设计和性能估计带来很大方便。所谓加扰技术，就是不用增加多余度而扰乱信号，改变数字信号的统计特性，使其近似于白噪声统计特性的一种技术。这种技术的基础是建立在反馈移存器序列（或伪随机序列）理论之上的。采用加扰技术的通信系统组成的原理如图所示。在发送端用加扰器来改变原始数字信号统计特性，而接收端用解扰器恢复出原始数字信号。加扰器是一个反馈电路，解扰器是一个前馈电路，它们分别都是由5级移存器和两个模2加法电路组成。扰码器解码器设加扰器的输入数字序列为sn，输出为sn；解扰器输入为sn，输出为s。在这里，符号sn表示二进制数字序列s0s1s2snsn+1；符号sn，s均与此相仿。这样，由图3-3不难看出加扰器的输出sn= sn (xor) sn-3(xor) sn-5 而解扰器的输出 s= sn (xor) sn-3(xor) sn-5 以上两式表明，采用加扰技术的系统，解扰后的序列与加扰前的序列相同。这种解扰器是自同步的，因为如果信道干扰造成错码，它的影响至多持续错码位于移存器内的一段时间按，即至多影响连续五个输出码元。如果断开输入端，加扰器就变成一个反馈移存器序列产生器，其输出为一周期性序列。一般都适当设计反馈抽头的位置，使其构成为m序列产生器。因为它能最有效的将输入序列搅乱，是输出数字码元之间相关性最小。在发送端用加扰器来改变原始数字信号统计特性，而接收端用解扰器恢复出原始数字信号。加扰器是一个反馈电路，解扰器是一个前馈电路，它们分别都是由5级移存器和两个模2加法电路组成。原始随机数字信号（代表经过编码的信源）经过加扰器后得到的数字信号加扰器的作用可以看做是使输出码元成为输入序列许多码元的模2和。因此可以把它当作是一种线性序列滤波器；同理，解扰器也可以看作是一个线性序列滤波器。数据随机化有利于载波提取,有利于数据时钟恢复.减少长连0有助于减小噪声对0码的影响,减少长连1有助于减小码间干扰.另外,数据随机化还有利于平滑频谱,减小非线性的影响。加扰就是为了是信号频谱尽量白化，便于提取载波。扰乱器起的作用是：如果输入数字序列是短周期的，将把它按照某种规律变换（扰乱）为长周期，并且使输出序列（以后将称为信道序列）中的过判决点（在二进制中即过零点）接近码总数的一半。解扰器在接收端将被扰乱后的序列还原为输入发送机的数字序列（消息）。最简单的扰码方法是在输入数字序列上加一个最长线性移位寄存器序列，使前者变换为信道序列；相应地在接收端从信道序列中减去同步的同一最长移位寄存器序列，可还原为原数字序列。2.2.2m序列及其性质m序列又叫做伪随机序列、伪噪声码或伪随机码。可以预先确定并且可以重复实现的序列称为确定序列；既不能预先确定又不能重复实现的序列称为随机序列。m序列是目前广泛应用的一种伪随机序列，其在通信领域有着广泛的应用，如扩频通信，卫星通信的码分多址，数字数据中的加密、加扰、同步、误码率测量等领域。m序列是最常用的一种伪随机序列，是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，是由带线性反馈的移位寄存器产生的周期最长的序列。m序列的性质1、均衡性：在m序列的一周期中，“1”和“0”的数目基本相等。准确地说，“1”的个数比“0”的个数多一个。2、游程分布：游程：把一个序列中取值相同的那些相继的（连在一起的）元素合称为一个“游程”。在一个游程中元素的个数称为游程长度。3、移位相加特性：一个m序列与其经任意次迟延移位产生的另一不同序列模2相加，得到的仍是的某次迟延移位序列。4、自相关特性。5、功率谱密度：功率谱密度对自相关函数进行傅立叶变换，得到m序列的功率谱密度，m序列的噪声功率谱密度为近似白噪声功率谱。6、伪噪声特性：如果我们对一个正态的白噪声进行采样，若取样值为+，则记为1，为-记为0，则构成一个随机序列，该随机序列有如下性质： （1） 序列中0、1个数出现概率相等（2） 序列中长度为1的游程占1/2，长度为2的游程占1/4，且长度为k的游程中，0游程与1游程个数相同。（3） 该序列的噪声功率谱为常数。可见，m序列的性质与随机噪声相似，因此称为伪随机序列。采用扰码的主要缺点是对系统的误码性能有影响。在传输扰码序列的过程中产生的单个误码会在接收端产生多个误码，这是因为解扰时会导致误码的增殖。扰码器另一个缺点是，当输入序列为某些伪随机码形式时，扰码器的输出可能全是0码或1码。但是对于实际的输入数据序列，出现这种码组的可能性很小。数字通信的一个重要优点就是容易做到加密，在这方面m序列应用也很多。数字加密的基本原理如图所示。这种加密的序列在信道中传输，被他人窃听时不能理解其中的内容，达到保密目的。 经matlab编程得到的m序列 设信源发出的序列x为1100001011；m序列为1011010011。模二加运算得到的序列为z。假设信道传输中没有发生误码，序列z到达接收端再与m序列进行模二加运算，即可恢复原信息x。上述过程如图所示。加密原理和实现过程2.3 2ask调制及解调过程频带传输的意义：实际生活中，大多数信道因具有带通特性而不能直接传输基带信号，因为基带信号往往含有丰富的低频分量。因此必须用数字基带信号对载波进行调制，即完成频谱搬移，以使信号与信道的特性相匹配。常用的调制方法有振幅键控（2ask），频移键控（2fsk），相移键控(2psk)。这里使用二进制振幅键控（2ask）。 2.3.1 2ask调制基本原理2ask是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。其信号表达式为： ，s (t)为单极性数字基带信号。其调制过程如图1所示： 2ask信号的产生方法通常有两种：模拟调制法和键控法。（本设计采用模拟制法，用一个相乘器来实现）模拟调制法使用乘法器实现，如图所示。键控法使用开关电路实现，如图所示。乘法器s( t ) e0( t ) 滤波器cosc t也称 ook 信号 开关 k 的动作由s( t ) 决定，当s( t ) = 10e0( t ) cosc tk0 k 接01 k 接1功率谱密度：若设s(t)的功率谱密度为ps（f），2ask信号的功率谱密度为，则由图可见，2ask信号的功率谱是基带信号功率谱的线性搬移，由连续谱和离散谱组成fc - fsfcfc + fsfc - fsfc + fsfc 2ask功率谱密度3.3.2 2ask解调原理2ask有两种基本解调方法：相干解调法（同步检测法）和非相干解调法（包络检波法）。相干解调需要将载频位置的已调信号频谱重新搬回原始基带位置，因此用相乘器与载波相乘来实现。为确保无失真还原信号，必须在接收端提供一个与调制载波严格同步的本地载波，这是整个解调过程能否顺利完好进行的关键。解调过程如图所示。fcs( t )定时脉冲 带通 相乘 低通 抽样判决eo( t )cosc t2fs 相干解调包络检波器通常由整流器和低通滤波器组成，可以直接从已调波中提取原始基带信号，结构简单，如图所示。经过各个模块后波形变化如图所示。带通 整流 低通 抽样判决判决定时脉冲 s( t ) eo( t ) abcd 非相干解调 非相干解调过程的时间波形波依次为基带信号、ask调制信号、加入噪声后的信号以及经滤波器和判决器输出的信号第三章 matlab仿真及程序3.1matlab软件简介matlab10是math works公司开发的一种跨平台的，用于矩阵数值计算的简单高效的数学语言，与其它计算机高级语言如c，c+，fortran，basic，pascal等相比，matlab语言编程要简洁得多，编程语句更加接近数学描述，可读性好，其强大的圆形功能和可视化数据处理能力也是其他高级语言望尘莫及的。对于具有任何一门高级语言基础的读者来说，学习matlab十分容易。但是，要用好matlab却不是在短时间就可以达到的。这并不是因为matlab语言复杂难懂，而是实际问题的求解往往更多的是需要使用者具备数学知识和专业知识。matlab使得人们摆脱了常规计算机编程的繁琐，让人们能够将大部分精力投入到研究问题的数学建模上。可以说，应用matlab这个数学计算和系统方针的强大工具，可以使科学研究的效率得以成百倍的提高。目前，matlab已经广泛用于理工科大学从高等数学到几乎各门专业课程之中，成为这些课程进行虚拟试验的有效工具。在科研部门，matlab更是极为广泛地得到应用，成为全球科学家和工程师进行学术交流首选的共同语言。在国内外许多著名学术期刊上登载的论文，大部分的数值结果和图形都是借助matlab来完成的。3.2matlab软件的特点一种语言之所以能如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是由于它有着不同于其他语言的特点。正如同fortran和c等高级语言使人们摆脱了需要直接对计算机硬件资源进行操作一样，被称作为第四代计算机语言的matlab，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。matlab的最突出的特点就是简洁。matlab用更直观的、符合人们思维习惯的代码，代替了c和fortran语言的冗长代码。matlab给用户带来的是最直观、最简洁的程序开发环境。与其他高级语言相比较，matlab具有独特的优势：matlab是一种超高级语言。matlab平台本身是用c语言写成的，其中汇集了当前最新的数学算法库，是许多专业数学家和工程学者多年的劳动结晶。使用matlab意味着站在巨人的肩膀上观察和处理问题，所以在编程效率，程序的可读性、可靠性和可以执行上远远超过了常规的高级语言。matlab语法简单，编程风格接近数学语言描述，是数学算法开发和验证的最佳工具。matlab以复数矩阵运算为基础，其基本编程单位是矩阵，使得编程简单，而功能极为强大。对于常规语言中必须使用许多语句才能实现的功能，如矩阵分解、矩阵求逆、积分、快速傅里叶变换，甚至串口操作、声音的输入输出等，在matlab中用一两句指令即可实现。而且，matlab中的数值算法是经过千锤百炼的，比用户自己编程实现的算法的可信度和可靠性都大为提高。matlab计算精度很高，matlab中数据是一双精度存储的，一个实数采用8字节存储，而一个复数则采用16字节存储。通常矩阵运算精度高达10 以上，完全能够满足一般工程和科学计算的需要。与其它语言相比，matlab对计算机内存、硬盘空间的要求也是比较高的。 matlab具有强大的绘图功能。利用matlab的绘图功能，可以轻易地获得高质量的曲线图。具有多种形式来表达二维、三维图形，并具有强大的动画功能，可以非常直观地表现抽象的数值结果。这也是matlab广为流行的重要原因之一。 matlab具有串口操作、声音输入输出等硬件操控能力。随着版本的提高，这种能力还会不断加强，使得人们利用计算机和实际硬件相连接的半实物仿真的梦想得以轻易实现。matlab程序可以直接映射为dsp芯片可接受的代码，大大提高了现代电子通信设备的研发效率。 matlab的程序执行效率比其他语言低。matlab程序通常是解释执行的，在执行效率和速度上低于其它高级语言，当然如果对执行效率有特别要求，可以采用c语言编制算法，然后通过matlab接口在matlab中执行。事实上，matlab自带的许多内部函数均是用c语言编写并编译的，因此利用matlab内部函数的程序部分运行速度并不比其他语言中相应函数低。 功能强劲的工具箱是matlab的另一重大特色。matlab包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又可分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、图示建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱能用于多种学科。而学科性工具箱是专业性比较强的，如control、toolbox、signal processing toolbox、communication toolbox等。由于模拟信源经抽样、量化、编码得到的为一随机数字信号，而matlab可直接生产随机数字信号，故本次仿真仅针对于数字信号进行仿真，省略了抽样、量化、编码过程及其逆过程。3.3使用matlab编程实现简易加扰数字通信系统仿真的实验结果使用matlab编程仿真图，波形依次为原始随机数字信号、经加扰器加扰后得到的随机数字信号、数字基带信号、调制信号，加噪信号，低通滤波输出以及原始随机数字信号与解调解扰后的数字信号的对比。原始随机数字信号加扰后的数字信号波依次为基带信号、ask调制信号、加入噪声后的信号以及经滤波器和判决器输出的信号原始随机数字信号与最终得到的解调解扰信号对比经比较可见经解调解密后的信号与原始随机信号一致。第四章 总结在当今飞速发展的信息时代，随着数字通信技术和计算机技术的快速发展以及通信网与计算机网络的相互融合，信息科学技术已成为21世纪国际社会和世界经济发展的新的强大推动力，信息作为一种资源，只有通过广泛的传播与交流，才能产生利用价值，促进社会成员之间的合作，推动社会生产的动力的发展，创造出巨大的经济效益。而信息的传播与交流，是依靠各种通信方式和技术的实现。学习和掌握现代通信理论和技术是信息社会每一位成员，尤其是未来的通信工作者的迫切需求。通过这次的通信原理课程设计实践，我复习了matlab编程语言的基本概念、语法、语义和数据类型的使用特点，加深了对课堂所学理论知识的理解，掌握了运用结构化程序设计的基本思想和方法，更重要的是培养了自己的自学能力。因为这是我们第二次接触matlab编程语言，在编写程序以及调试的过程中遇到了很多困难，但是我通过去图书馆查找资料，请教同学，再自己一点点改善程序，最终编写出一个相对完善的程序，实现了所有要求功能，这是最值得我欣慰的一点。 以下是我的几点切身感受： （一）编写程序需要一个清醒的头脑，明确的思路，同时也要有耐心毅力。刚知道程序设计课题时，我感觉一片茫然，因为在之前的信号处理学习中，只是在一些例题中接触过matlab语言，甚至没有看过一些基础的书籍，所以初次遇到一个实际问题，感觉无从下手。这是由于自己对matlab的模块设计不够理解，同时对matlab的基本语句一无所知，不过通过请教同学，并在网上、图书馆查资料懂得了首先要设计guide目录，再根据用户输入,执行swtich语句，在每个case后调用一个函数，来实现要求的功能，这样一下子豁然开朗，掌握了基本设计思路之后，后面的编程就顺利多了。至此，我真真体会到清晰地思路对成功编写一个程序的重要性。 当然成功编写一个程序绝非易事，之前，我总以为程序能够正常运行，就代表着编程成功，后来我才发现我大错特错了。我用了三天时间，完成了程序的编写、改错，但我立刻发现尽管程序能够正常运行，部分功能却不完善，甚至不能实现。经过一次又一次调试、修改又修改，一点一点发现问题并改正，我才真正发现编程远没有想象中的简单。它需要的不仅是清晰地编程思路、编程技巧，还需要有耐心有毅力，不要放弃。（二）我们在大学需要学习的不仅是基础知识、专业知识，更重要的是一种学习能力。正如老师所说学习是终生的，因此学习能力也就能让我们受益终生。由于课堂时间有限，matlab课程只能靠我们自学，然而功能我们必须用到，因此只能通过自习，实践也证明我们是有自学的潜能的，通过自学课本，不理解的知识，通过查找资料，请教学习好的同学，最终掌握知识，因此，这次课程设计时间培养了我们的自学能力。（三）要学会向他人请教，与他人合作。我在此次课设中遇到过很多问题，有些从互联网、图书馆、课本上并不能找到有关知识，很多时候需要请教matlab应用得比较好的同学，他们也很有耐心的给我指导，我从中也学到了很多知识。（四）要学会总结，提高。在编程过程中，我发现自己的程序还有很多地方可以完善。程序的界面可以做得更加人性化，这样使用户使用更加方便，画图函数也还可以改进，例如：在使用figure分图显示的时候，我尽量选择部分图，都在一个figure中显示，这样既符合了，老师的要求尽量在一个图中完成设计，同时也使整个设计的显得干净利落。在学习了m序列的生成过程，加扰解扰的工作原理等简单通信技术之后，在对m序列加扰解扰仿真系统有了一定了解的基础上，完成了对该课设的仿真实验的研究工作。本文着重讨论了数字通信系统中扰码与解码电路在通信中的重要应用，重点说明了m序列的生成原理以及加扰解扰的设计方案，利用matlab软件进行实验仿真，最终得出了正确的仿真实验结果。数字通信系统是当今社会发展的主流，越来越多的个人和企业开始关注通信行业。我们这里研究设计的方案从最后测试结果来看，效果比较明显，能够满足m序列在加密的情况下，在matlab软件运用下实现仿真。当然，要作为实际应用还有很多问题需要解决。在这次课程设计中，我不仅巩固了过去学过的知识，同时还学到了许多书本上没有学到的知识培养了我对系统的分析能力。通过这次课程设计，我深刻的了解到，理论与实际的结合是十分重要的，单纯的理论知识远远不能适应时代的要求，只有把理论和实践结合起来，把理论作为实践的基础，把实践作为理论的延伸，使两者有机的结合在一起，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，从而真正的称为一个能为社会服务的人。附录一 pcm编码部分程序matlab仿真程序：主程序：pcm.mt = 0:0.01:10;x = sin(t);v = max(x);xx = x/v; %normalizesxx = floor(xx*4096);y = pcm_encode(sxx);yy = pcm_decode(y,v);drawnowfigure(1) set(1,position,10,50,500,200)%设定窗口位置及大小 figure(2) set(2,position,350,50,500,200);%设定窗口位置及大小 figure(1) plot(t,x,r);title(sample sequence);figure(2)plot(t,yy,b)title(pcm decode sequence);编码程序：pcm_encode.mfunction out=pcm_encode(x)%x encode to pcm code n=length(x);%-4096x0out(i,1)=1;elseout(i,1)=0;endif abs(x(i) =0 & abs(x(i)32out(i,2)=0;out(i,3)=0;out(i,4)=0;step=2;st=0;elseif 32=abs(x(i)&abs(x(i)64out(i,2)=0;out(i,3)=0;out(i,4)=1;step=2;st=32;elseif 64=abs(x(i)&abs(x(i)128out(i,2)=0;out(i,3)=1;out(i,4)=0;step=4;st=64;elseif 128=abs(x(i)&abs(x(i)256out(i,2)=0;out(i,3)=1;out(i,4)=1;step=8;st=128elseif 256=abs(x(i)&abs(x(i)512out(i,2)=1;out(i,3)=0;out(i,4)=0;step=16;st=256;elseif 512=abs(x(i)&abs(x(i)1024out(i,2)=1;out(i,3)=0;out(i,4)=1;step=32;st=512;elseif 1024=abs(x(i)&abs(x(i)2048out(i,2)=1;out(i,3)=1;out(i,4)=0;step=64;st=1024;elseif 2048=abs(x(i)&abs(x(i)=0.5 randnum1(i)=1; else randnum1(i)=0; endend %将随机数判为1或0figure(2)subplot(2,2,1);stem(randnum1);xlabel(时间);ylabel(幅值);title(原始随机数字信号);randnum=xor(randnum1,m);subplot(2,1,2);stem(randnu