通信系统课群综合训练与设计.doc

武汉理工大学学科基础课群综合训练报告 课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 通信系统课群综合训练与设计 初始条件：MATLAB软件平台要求完成的主要任务: 学生要完成整个系统各环节以及整个系统的仿真，最终在接收端或者精确或者近似地再现输入（信源），计算失真度，并且分析原因。（信源，数字化方式，基带码，信道码，调制方式，信道类型等由所选题目确定。 1.设计任务；2.实验电路原理分析；3.实验方案及测试方法；4.实验结果及分析，并与理论指标进行对比。5. 对实验成果作出评价，说明实验存在的问题，提出改进意见时间安排：序号设 计 内 容所用时间1根据设计任务，分析电路原理，确定实验方案2天2根据实验条件进行电路的测试，并对结果进行分析7天3撰写课程设计报告1天合 计2周指导教师签名： 2015年 1 月 11 日系主任（或责任教师）签名： 2015 年 1 月 11 日目 录摘 要IAbstractII1设计任务11.1设计任务11.2 设计要求12实验原理分析22.1 增量调制22.1.1 脉冲编码调制的基本原理22.1.2差分脉冲编码调制（DPCM）32.1.3增量调制42.2 HDB3码编解码72.2.1 AMI码编码基本原理72.2.2 HDB3码编码基本原理82.2.3 HDB3码的译码82.2.4 MATLAB实现HDB3码编解码92.3 汉明码编译码92.3.1汉明码的构造原理92.3.2 MATLAB实现汉明码编译码122.4 2ASK调制与解调122.4.1数字调制技术122.4.2 2ASK调制原理132.4.3 2ASK解调原理152.4.4 MATLAB实现2PSK调制与解调162.5 AWGN信道的模拟163 实验方案及测试方法184 实验结果及分析194.1 发送端仿真结果194.1.1增量调制编码仿真194.1.2 HDB3码及汉明码编码仿真194.1.3 2ASK调制以及AWGN信道仿真204.2 接收端仿真结果204.2.1 2ASK解调仿真204.2.2 汉明码及HDB3码解码仿真214.2.3 增量调制解码仿真214.2.3几个对比图224.3 仿真结果分析235 实验总结246 参考文献25附录26I摘 要通信系统是一个十分复杂的系统，在具体实现上有多种多样的方法，但总的过程却是具有共性的。对于一个模拟信号数字化传输，过程可分为数字化，信源编解码，信道编解码，调制解调，加扰等。本实验利用MATLAB实现了PCM编码，HDB3码，汉明码，PSK调制，AWGN及对应的解调过程，完整实现了一个通信系统的全部过程。MATLAB是由美国Mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。关键字：通信系统，调制，解调，MATLABAbstractCommunication system is a very complicated system in the implementation of a variety of methods. But the process has general characters. For a analog signal digital transmission, the process can be divided into digital, source decoding, channel decoding, modem, scrambling, etc. This experiment using MATLAB the delta modulation, Miller code, hamming code, PSK modulation, AWGN and the corresponding demodulation process, complete implements a communication system of all process.MATLAB is a high-level technical computing language and interactive environment for algorithm development, data visualization, data analysis, and numeric computation. Using MATLAB, you can solve technical computing problems faster than with traditional programming languages, such as C, C+, and Fortran. Key words：communication system，modulation，demodulation，MATLAB1设计任务1.1设计任务可以用软件（如MATLAB），也可以在硬件实验系统平台上完成一个典型的通信系统（如下图1所示）的仿真。图1 典型通信系统的组成1.2 设计要求1.系统发送端要求：模拟信源数字化基带码信道码调制信道类型一时间函数增量调制HDB3码汉明码ASKAWGN2.学生要完成整个系统各环节以及整个系统的仿真，最终在接收端或者精确或者近似地再现输入（信源），计算失真度，并且分析原因。（信源，数字化方式，基带码，信道码，调制方式，信道类型等由所选题目确定。2实验原理分析2.1 增量调制2.1.1 脉冲编码调制的基本原理把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制，简称脉码调制。.38.80如：在下图中，模拟信号的抽样值为3.15，3.96，5.00，6.38，6.80和6.42。若按照“四舍五入”的原则量化为整数值，则抽样值量化后变为3，4，5，6，7和6。在按照二进制数编码后，量化值(quantized value)就变成二进制符号：011、100、101、110、111和110。图2 二进制编码原理图3 PCM系统调制原理方框图2.1.2差分脉冲编码调制（DPCM）对图像信号进行编码时，由于图像信号的瞬时斜率变化比较大，因此不宜采用增量调制，否则容易过载。如果采用PCM，则数码率太高。例如，对于频带为1MHz的可视电话信号进行编码，根据采样定理，采样速率，若每样值采用8位编码，则数码率为16Mbit/s。对于电视信号，图像信号宽带为6MHz，若也采用8位编码，则数码率将达100Mbit/s。因此，在图像信号编码中一般采用差分脉冲编码调制来压缩数码率。DPCM利用信号各采样值之间的相关性，根据过去的信号样值预测下一个样值，并仅把预测值与当前值之差（以预测误差）加以量化、编码的一种模拟信号数字化方法。M是将信号瞬时采样值与前一个时刻的采样量化值之差进行量化，并且只对这个差值的符号进行编码，而不是对差值的大小编码。因此量化只限于正和负两个电平，一个样值用1比特传输。由于此差值信号反映了信号的变化特征，包含有信号的全部信息，所以实际上并不需要传输信号的每个采样值，只需要传输差值信号的编码就可以了。对差值信号进行PCM的编码方法就称为DPCM。一般来说，差值信号的量化范围远小于世纪新号的量化范围，在相同的量化信噪比条件下，可大大减少编码码组位数，因而提高了编码效率。DPCM一般是以预测编码的方式来实现的，所以也称为预测编码，其系统构成如图7所示图4 DPCM系统框图在发送端，将欲传输信号的采样与预测值相减，得到差值信号e(t)，该差值信号通过量化器量化，量化后的信号一路经过PCM编码成为DPCM信号通过信道传输；另一路与前一个预测信号相加，通过预测器形成预测信号，与下一个时刻的采样值相减，得到新的差值信号。接收端对收到的信号进行PCM译码，恢复差值量化信号，在加法器上与预测值相加，得到原量化信号，然后再通过低通滤波便可恢复原信号的近似波形。DPCM综合了PCM和M的特点，它与PCM的区别是：在PCM中是对信号的采样值进行量化、编码然后传输，而DPCM则是对信号采样值与信号预测值的差值进行量化、编码然后传输。DPCM与M的不同点是：在M中是用一位二进制表示增量，而在DPCM中是用n位二进码表示增量（差值）。因此它是介于M和PCM之间的一种编码方式。语音信号和图像信号，他们的采样值之间有一定的相关性，这样就可以根据当前的采样值预测下一个时刻的采样值，因而可采用DPCM，压缩编码信号的数码率，提高编码效率。由于差值信号的动态范围一般比信号小，如果输入信号统计特性已知，则进行适当预测可使差值信号范围更小。实验表明，在较好图像质量的情况下，每一采样差值只需4bit编码就够了，因此与PCM相比大大压缩了传送的比特速率。另一方面，如果比特速率相同，则DPCM比PCM信噪比可改善14dB-17dB。与M相比，由于它增加了量化级，因此在改善量化噪声方面由于M。DPCM的缺点是较易受到传输是线路噪声的干扰。因为DPCM能压缩比特速率的实质是由于图像信号相邻样值之间存在明显的相关性，因此用一般的PCM传输时，信号含有冗余信息。DPCM预测减少了冗余，所以抗传输噪声的能力必然降低。在抗信道噪声方面不如M。因为当发生误码时，在M中只产生一个增量的变化，而在DPCM中就可能产生几个量化阶距的变化，从而造成较大的输出噪声。DPCM比预测效果与信号统计特性有密切关系。要使声音和图像信号获得最佳效果，预测电路应跟踪信号特性的变化。2.1.3增量调制 增量调制原理增量调制（M），是DPCM的简化形式，是一种特殊的脉冲编码调制。即是1比特量化的差值脉冲编码调制，将信号瞬时采样值与前一个时刻的采样量化值之差进行量化，并对差值的符号进行编码，而不是对差值的大小编码。因此量化只限于正和负两个电平，1比特传输一个样值。只要把DPCM方案中的量化器改为2电平（1bit)量化，将预测器改为一阶预测器，则DPCM系统就构成M系统。图为M的原理图；图为M的实现框图；图描述了各信号的波形。由波形图可见，在M发端，在定时脉冲 作用下，凡上升一个台阶就量化为1，凡降低一个台阶就量化为0.在M收端译码也十分简单，见1就增加一个，见0就减少一个，经过与发端一样的积分器，得到逼近x(t)的阶梯波 ，经低通滤波器后输出x(t). 图5 M原理图 图6 M实现框图增量调制的过程即将欲传输的模拟信号f(t)输入到减法器与本地译码器的输出相减得到差值信号e(t),脉冲调制器中有一个采样判决器，在时钟脉冲的控制下对差值信号e(t)进行正负极性判决。当e(t)0时，脉冲调制器输出一个正脉冲，即“1”码；当e(t)0时，脉冲调制器输出一个负脉冲，即“0”码，这样就形成了二进制M序列。脉冲调制器的输出分成两路，一路送回到本地译码器（积分器）进行译码，译码输出与下一个时刻的f(t)相减产生差值信号；另一路输出通过信道送到接收端，在接收端，通过积分器译码和低通滤波器滤波，恢复出模拟信号f(t).增量调制的解调过程是通过积分器实现的。积分器的输出波形不是阶梯波，而是一个具有固定斜率的锯齿波。当积分器输入一个“1码时，积分器被充电，输出一个正斜变电压，上升一个电压增量；当积分器输入一个“0”时，积分器放电，输出一个负斜变电压，下降一个电压增量。当连续输入时锯齿波形就近似跟随了f(t)的变化，从而实现了译码。然后再通过低通滤波器的平滑滤波，就能很好地恢复f(t). M的性能M调制编码译码都很简单但其缺点是可能出现过载失真。在正常情况下，M的量化误差 不会超过(表示量化电压单位值），而在过载情况下，量化误差会大大增加，应当避免发生过载。不过载的条件是 （2-1） 若x(t)=Asinwt，则M不产生过载的条件是，是M编码时相邻取样点的时间间隔。由于过载而限制了输入信号的动态范围，或者限制了输入信号的最高频率，而且M得数码率不可能进一步降低。图7 M信号的波形在不过载的条件下，假设量化噪声e(t)在-,均匀分布，则可求得M的量化噪声 （2-2）若为接收端低通滤波器带宽，f为信号x(t)=Asinwt的(),则M系统的最大量化信噪比为 （2-3） MATLAB编程实现增量调制编译码 图8 编码流程图 图9译码流程图2.2 HDB3码编解码2.2.1 AMI码编码基本原理AMI码的全称为传号交替反转码，其编码规则为将消息码的“1”(传号)交替地变换为“+1”和“-1”，而“0”(空号)保持不变。如：消息码： 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1AMI码： 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 1 +1 0 0 1 +1 AMI码对应的波形是具有正、负、零三种电平的脉冲序列。它可以看成是单极性波形的变形，即“0”仍对应零电平，而“1”交替对应正负电平。AMI码的优点：没有直流成分，且高、低频分量少，编译码电路简单，且可利用传号极性交替这一规律观察误码情况；如果它是AMI-RZ波形，接收后只要全波整流，就可变为单极性RZ波形，从中可以提取位定时分量AMI码的缺点：当原信码出现长连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。解决连“0”码问题的有效方法之一是采用HDB3码。2.2.2 HDB3码编码基本原理HDB3码的全称为3阶高密度双极性码，它是AMI码的一种改进型，改进目的是为了保持AMI码的优点而克服其缺点，使连“0”个数不超过3个。 其编码规则是：（1）检查消息码中“0”的个数。当连“0”数目小于等于3时，HDB3码与AMI码一样，+1与-1交替；（2）连“0”数目超过3时，将每4个连“0”化作一小节，定义为B00V，称为破坏节，其中V称为破坏脉冲，而B称为调节脉冲；（3）V与前一个相邻的非“0”脉冲的极性相同(这破坏了极性交替的规则，所以V称为破坏脉冲)，并且要求相邻的V码之间极性必须交替。V的取值为+1或-1；（4）B的取值可选0、+1或-1，以使V同时满足（3）中的两个要求； （5）V码后面的传号码极性也要交替。 如：消息码： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 l 1AMI码： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1HDB3码： -1 0 0 0 V +1 0 0 0 +V -1 +1-B 0 0V +B 0 0 +V -l +1其中的V脉冲和B脉冲与1脉冲波形相同，用V或B符号表示的目的是为了示意该非“0”码是由原信码的“0”变换而来的。HDB3码既要包含AMI的交替特性使输出无直流特性，又要不出现四个以上的连0，因此可以先满足后者。把“0000”换为取代节。规则：先将“0000”分离开来，第一个“0000”直接变为“0000”，然后数相邻两个“0000”之间“1”的个数，奇数则变为“000V”，偶数则变为“B00V”。2）更新符号。根据HDB3码的编码规则有：B总是与其前面的1或V符号相反，V总是与前面的1或B相符号相同，1总是与前面的V或B符号相反，就可编符号了。例如:消息代码：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1中间码： 1 0 0 0 V 1 0 0 0 V 1 1 B 0 0 V 1 1 B 0 0 V B 0 0 V 1 1 1 0 0 0 V 1HDB3码：+1 0 0 0 +V -1 0 0 0 -V +1 -1 +B 0 0 + V -1 +1 -B 0 0 -V +B 0 0 +V -1 +1 -1 0 0 0 -V +12.2.3 HDB3码的译码HDB3码的编码虽然比较复杂，但译码却比较简单。从上述编码规则看出，每一个破坏脉冲V总是与前一非“0”脉冲同极性(包括B在内)。这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连“0”符号，从而恢复4个连“0”码，再将所有-1变成+1后便得到原消息代码。解码规则如下：1）若3连“0”前后非零脉冲同极性，则将最后一个非零元素译为零，如+1000+1 就应该译成“10000”；若2连 “0”前后非零脉冲极性相同，则两零前后都译为零，如-100-1，就应该译为0000。2）再将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。2.2.4 MATLAB实现HDB3码编解码 图8 HDB3编码流程图 图9 HDB3解码流程图2.3 汉明码编译码2.3.1汉明码的构造原理汉明码是能够纠正1位错码且编码效率较高的一种线性分组码（线性分组码：按照一组线性方程构成的分组码 ）。在偶数监督码中，由于使用了一位监督位a0，它和信息位an-1 a1一起构成一个代数式： （2-4）在接收端解码时，实际上就是在计算 （2-5）若S = 0，就认为无错码；若S = 1，就认为有错码。现将上式称为监督关系式，S称为校正子。由于校正子S只有两种取值，故它只能代表有错和无错这两种信息，而不能指出错码的位置。若监督位增加一位，即变成两位，则能增加一个类似的监督关系式。由于两个校正子的可能值有4中组合：00，01，10，11，故能表示4种不同的信息。若用其中1种组合表示无错，则其余3种组合就有可能用来指示一个错码的3种不同位置。同理，r个监督关系式能指示1位错码的个可能位置。一般来说，若码长为n，信息位数为k，则监督位数r nk。如果希望用r个监督位构造出r个监督关系式来指示1位错码的n种可能位置，则要求 （2-6）按照上述方法构造的码称为汉明码。设分组码(n，k)中k 4，为了纠正一位错码，要求监督位数r 3。若取 r = 3，则n = k + r =7。我们用a6a5a0 表示这7个码元，用S1、S2、S3表示三个监督关系式中的校正子，则S1 S2 S3的值与错码位置的对应关系可以规定如下表4所列。表4 校正子与错码位置关系S1 S2 S3错码位置S1 S2 S3错码位置001010100011a0a1a2a3101110111000a4a5a6无 错由表4中规定可见，仅当一错码位置在a2 、a4 、a5 或a6 时，校正子S1 为1；否则S1 为0。这就意味着a2 、a4 、a5 和a6四个码元构成偶数监督关系 （2-7）同理，a1 、a3 、a5 和a6构成偶数监督关系 （2-8）以及a0 、a3 、a4 和a6构成偶数监督关系 （2-9）在发送端编码时，信息位a6 、a5 、a4 和a3 的值决定于输入信号，因此它们是随机的。监督位a2 、a1 和a0 应根据信息位的取值按监督关系来确定，即监督位应使上三式中S1、S2和S3的值为零（表示变成的码组中应无错码） （2-10）由上式经移项运算，解出监督位 （2-11）给定信息位后，可直接按上式算出监督位，其结果如表5所列。表5 监督位计算结果信息位监督位信息位监督位a6a5a4a3a2a1a0a6a5a4a3a2a1a00000000100100011010001010110011100001110111011010101100010001001101010111100110111101111111100010001001010100111接收端收到每个码组后，先计算出S1 、S2 和S3 ，再按表5判断错码情况。如，若接收码组为0000011，计算可得S1 0，S2 1，S3 1。S1 S2 S3 等于011，可知在a3 位有一错码。按上述方法构造的码称为汉明码。表5中所列的（7，4）汉明码的最小码距d0 3，因此这种码能纠正一个错码或检测两个错码。汉明码有以下特点：码长 n2r1 最小码距d 3信息码位 k2rm1 纠错能力t 1监督码位 rnkm这里m为大于2的正整数，给定m后，即可构造出具体的汉明码（n，k）。2.3.2 MATLAB实现汉明码编译码MATLAB中提供了汉明码的编码和译码函数，本程序直接调用进行编程。encode函数 功能：编码函数 语法：code=encode(msg,N,K) 说明：该函数对二进制信息msg进行汉明编码，K为信息位长度，N为码字长度。msg是一个K列矩阵。其中要求N=2m-1，K=N-m，m为监督位长度。decode函数 功能：译码函数 语法：rcvcode=decode(code,N,K) 说明：该函数对接受码字进行译码，恢复出原始信息，译码参数及方式必须和编码时采用的完全相同。 hammgen函数 功能：汉明码生成矩阵和校验矩阵产生函数 语法：H=hammgen(M)；H,G=hammgen(M)；H,G,N,K=hammgen(M) 说明：该函数的功能是产生生成矩阵和校验矩阵，其中M=N-K为校验位的长度，H为汉明码的校验矩阵，G为汉明码的生成矩阵。部分源程序汉明码编码：ym=encode(abs(yh),7,4,hamming/binary);汉明码解码：dm=decode(c_de,7,4,hamming/binary);2.4 2ASK调制与解调2.4.1数字调制技术为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程成为数字调制。在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程成为数字解调。通常把包括调制和解调过程的数字传输系统叫做数字带通传输系统。一般来说，数字调制与模拟调制的基本原理相同，但是数字调制有离散取值的特点。因此数字调制技术有两种方法：利用模拟调制的方法去实现数字式调制；通过开关键控载波，通常称为键控法。基本键控方式有振幅键控、频移键控、相移键控。 振幅键控 频移键控 相移键控图10 正弦载波的三种键控波形2.4.2 2ASK调制原理振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。 设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。该二进制符号序列可表示为 （2-12）其中: （2-13）二进制振幅键控信号时间波型如图1 所示。 由图1 可以看出，2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK信号）。 二进制振幅键控信号的产生方法如图2 所示，图(a)是采用模拟相乘的方法实现， 图(b)是采用数字键控的方法实现。由图1 可以看出，2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。所以，对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)，其相应原理方框图如图3 所示。2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图4 所示。 图11 二进制振幅键控信号时间波型2ASK信号的功率谱密度 由于二进制的随机脉冲序列是一个随机过程,所以调制后的二进制数字信号也是一个随机过程，因此在频率域中只能用功率谱密度表示。2ASK 信号功率谱密度的特点如下：(1)由连续谱和离散谱两部分构成，连续谱由信号g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定；(2)已调信号波形的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。2ASK 信号功率谱密度推导：已知，设的功率谱为，s(t)的功率谱为。则 ， （2-14） （2-15）， 。 （2-16）（2-17）图12 2ASK信号的功率谱密度示意图在二进制数字振幅调制中，载波的幅度随着调制信号的变化而变化，实现这种调制的方式有两种：（1）模拟相乘法：通过相乘器直接将载波和数字信号相乘得到输出信号，这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为模拟相乘法，其电路如图2-3所示。在该电路中载波信号和二进制数字信号同时输入到相乘器中完成调制。（2）数字键控法：用开关电路控制输出调制信号，当开关接载波就有信号输出，当开关接地就没信号输出，其电路如图2-4所示。图13 模拟相乘法 图14 数字键控法2.4.3 2ASK解调原理2ASK/OOK信号有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法），相应的接收系统如图2-5、图2-6所示。图15 非相干解调方式图16 相干解调方式抽样判决器的作用是：信号经过抽样判决器，即可确定接收码元是“1”还是“0”。假设抽样判决门限为b，当信号抽样值大于b时，判为“1”码；信号抽样值小于b时，判为“0”码。当本实验为简化设计电路，在调制的输出端没有加带通滤波器，并且假设信道时理想的，所以在解调部分也没有加带通滤波器。 图17 2ASK信号非相干解调过程的时间波形2.4.4 MATLAB实现2PSK调制与解调图18 2ASK调制 图19 2ASK解调2.5 AWGN信道的模拟加性高斯白噪声 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 是最基本的噪声与干扰模型。加性噪声是叠加在信号上的一种噪声，通常记为n(t)，而且无论有无信号，噪声n(t)都是始终存在的。因此通常称它为加性噪声或者加性干扰。白噪声：噪声的功率谱密度在所有的频率上均为一常数，则称这样的噪声为白噪声。如果白噪声取值的概率分布服从高斯分布，则称这样的噪声为高斯白噪声。 高斯白噪声的概念：“白”指功率谱恒定；高斯指幅度取各种值时的概率p(x)是高斯函数。功率谱密度恒定的话，自相关系数则是功率谱密度的反变换，高斯白噪声的自相关系数为无延时的冲击函数，则在时间差不等于零的时候，自相关等于0，也就是不同时间的高斯白噪声的幅度是不相关的。这里，在进行通信仿真时，我们考虑加性高斯白噪声信道（即AWGN信道），即在发射信号上加一个高斯白噪声随机序列。在MATLAB中产生高斯白噪声非常简单，采用命令awgn或wgn，如程序中采用的CC=awgn(c,10,0)。y=awgn(x,SNR)即：增加高斯白噪声至信号x，信噪比SNR的单位为dB，信号的功率设定为1，如果信号x为复数，则增加复数高斯白噪声。y=awgn(x,SNR,sigpower)即：如果sigpower是一个数值，则表示单位为dBW的信号功率；如果sigpower为measured，则awgn在增加高斯白噪声前自行测量信号功率。y=awgn(x,SNR,sigpower,state)即：重置randn的状态为state。y=wgn(M,N,P)即：产生M*N高斯白噪声。P表示dBW为单位的输出噪声功率。3 实验方案及测试方法方案一：采用MATLAB下的Simulink对各个模块进行建模仿真。Simulink提供了大量的内置模块能够完成大部分系统的动态仿真，用户只需要知道模块的输入输出，参数配置等少数外部接口即可，不必关心内部实现形式。这些模块都是图形化的。整个Simulink的建模过程都是在图形用户界面上完成的。使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。微分方程和差分方程的求解等复杂的数值计算问题都是由Simulink本身来实现，用户只需要根据问题类型及精度要求对求解器类型进行配置即可。通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。Simulink采用类似于Visio绘图的方法建立系统框图模型，方便易用。方案二：运用MATLAB编程语言来实现对各个模块的仿真。MATLAB是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行，可移植性好、可拓展性极强。MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。MATLAB的这些函数所能解决的问题大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。由于本次课设是对通信系统的仿真，若用Simulink来实验，则会涉及到大量的模块设计和参数的设置，在调试参数的过程中会很不方便，并且可能由于版本的问题导致有些模块不存在而给仿真带来不必要的麻烦。而用MATLAB编程语言则能比较简单方便地实现本次课程设计的任务，故选择方案二。4 实验结果及分析4.1 发送端仿真结果4.1.1增量调制编码仿真图20 原始信号与PCM编码输出4.1.2 HDB3码及汉明码编码仿真图21 HDB3编码与汉明码信号输出4.1.3 2ASK调制以及AWGN信道仿真图22 2PSK调制信号与加噪信号4.2 接收端仿真结果4.2.1 2ASK解调仿真图23 2ASK信号相干解调时间波形4.2.2 汉明码及HDB3码解码仿真图24 HDB3码解码信号输出4.2.3 增量调制解码仿真图25 PCM解码信号输出4.2.3几个对比图图26 调制输入与解调输出图27 量化输出与译码输出图28 发送信号与接收信号4.3 仿真结果分析由以上图可知，并比较增量调制编码信号、HDB3码编码信号、汉明码编码信号可看出代码正确，能够实现增量调制编码、HDB3编码、汉明码编码的功能。比较汉明码编码信号、2ASK调制信号与2ASK解调信号可看出，2ASK调制与解调代码正确，可实现2ASK调制与解调。比较原始正弦信号与输出信号波形可看出，最终在接收端能够近似地再现信源，由计算得失真度为7.7939e-005，能够实现整个通信系统的仿真。5 实验总结在这次课程设计中，我学到了不少知识，对通信原理有了更多的了解。前期的准备便是在网上查阅相关资料，了解在这次课程设计中所需要掌握的基本知识，同时阅读相关书籍，弄清各模块的原理，为后面的动手过程提供了必不可缺的理论基础。在查阅资料以及编程方面有了一定的经验后，本次实验中充分借鉴其中好的部分，在很多方面有了很大的提高，但是仍然有一些细节，稍不注意就会出现错误。这些错误让我意识到，应用能力的提高不是一天两天就能实现的，一定要在不停地练习中慢慢积累。在软件仿真调试阶段，出现很多概念上的错误，通过查阅资料和同学的帮助最终解决，在发现错误、改正错误的过程中，暴露出理论方面的欠缺，还有从书本转到实践上的不足，但是，在实验完成后，这些方面的能力都有了很大的提高。 总之，在这次课程设计中，暴露出对通信原理和MATLAB编程知识的不熟练，使之在具体操作之中遇见了很大的困难，但也正因为如此，在大量的查询资料和请教同学后，是我在这方面的能力有了不小的提高，使我们更好的将所学的理论知识与实践联系在一起。6 参考文献1樊昌信,曹丽娜. 通信原理（第6版）M. 国防工业出版社，2008.32John G.Proakis等著, 刘树棠译. 现代通信系统(Matlab版)（第二版）M. 电子工业出版社, 2006.93刘卫国. Matlab程序设计与应用（第二版）M. 高等教育出版社，2006.74(美)John G.Proakis，张力军等译.数字通信(第三版) M.电子工业出版社，2001 5郭文彬，桑林.通信原理基于Matlab的计算机仿真.北京邮电大学出版社，2006附录%一、主程序：close allclearclc%-%- 系统参数 -%-Ts=0.015; %采样间隔t=0:Ts:399*Ts; delta=Ts; %量化阶距fc=10; %载波频率m=length(t); %采样点数s=sin(t); %输入信号%-%- DM编码 -%-DM_encoder_out,D=DM_encoder(s,delta); figure(1);set(gcf,color,white)subplot(2,1,1);plot(t,s); title(原始正弦信号);subplot(2,1,2);stairs(0:63,DM_encoder_out(1:64);axis(0 64 -2 2);title(DM编码信号输出)%-%- HDB3编码 -%-HDB3_encoder_out=HDB3_encoder(DM_encoder_out);figure(2);set(gcf,color,white)subplot(3,1,1);stairs(0:63,DM_encoder_out(1:64);axis(0 64 -2 2);title(DM编码信号输出)subplot(3,1,2);stairs(0:63,HDB3_encoder_out(1:64);axis(0 64 -2 2);title(HDB3码信号输出)%-%- 三进制转二进制 -%-bin_out=tri2bin(HDB3_encoder_out);disp(三进制转二进制结果)reshape(bin_out,4,length(bin_out)/4)%-%- 汉明码编码 -%-hanming_encoder_out=encode(bin_out,7,4,hamming/binary);disp(汉明编码结果)reshape(hanming_encoder_out,7,length(hanming_encoder_out)/7)subplot(3,1,3);stairs(0:6