通信系统综合课程设计.doc

课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 通信系统课群综合训练与设计1课程设计的目的通过课程设计，使学生加强对电子电路的理解，学会对电路分析计算以及设计。进一步提高分析解决实际问题的能力，通过完成综合设计型和创新性实验及训练，创造一个动脑动手独立开展电路实验的机会，锻炼分析解决电子电路问题的实际本领，实现由课本知识向实际能力的转化；加深对通信原理的理解，提高学生对现代通信系统的全面认识，增强学生的实践能力。2 课程设计要求要求：掌握以上各种电路与通信技术的基本原理，掌握实验的设计、电路调试与测量的方法。1.培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，通过独立思考深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。2.通过对实验电路的分析计算，了解简单实用电路的分析方法和工程设计方法。3.掌握示波器，频谱仪，失真度仪的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。3 课程设计进度安排序号设 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： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日. . 目 录摘 要iabstractii1设计任务12实验原理分析22.1 pcm原理介绍22.2 hdb3编码及解码原理82.2.1编码规则82.2.1解码规则82.3 汉明码92.3.1 校验92.3.3 校验方法92.3.4 编码原理92.4 psk数字调制132.4.1 4psk调制原理132.4.2 4psk解调原理142.5 awgn信道原理153 实验方案设计163.1 pcm编解码分析163.2 汉明码编解码分析163.3 hdb3编解码分析173.4 psk调制解调编程分析173.5 awgn信道编码分析174 matlab整体程序设计184.1 matlab使用简介184.2 matlab中主要函数简介184.3 系统编码流程图185 结果分析195.1 pcm编码结果195.2 汉明码编码结果205.3 hdb3编码结果225.4 psk调制结果235.5 awgn信道仿真结果245.6 psk解调结果245.7 hdb3解调结果255.8 汉明码解码结果255.9 pcm解码结果266 分析与小结276.1 实验结果分析276.2 实验中遇到的问题276.3 小结27参考文献28附录：29. . 摘 要 通信系统的作用就是将信息从信源发送到一个或多个目的地。一个数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，主要有信源编码与译码、信道编码与译码、数字调制与解调。具体过程是把信息源的模拟信号经过模数转换变成数子信号然后，再进行基带编码、信道编码、载波调制然后发送到信道中，然后造接收端进行对应的解调、译码、数模转换得到最终的接收信号。本设计结合pcm的抽样、量化、编码原理把模拟信号转换数字信号、汉明码编译码原理实现信道编译码、hdb3编译码原理用于实现信源编译码、psk调制解调原理用于实现数字调制与解调、awgn原理用于信道和噪声源的近似，利用matlab软件编程，完成了整个通信系统编码仿真分析。关键词：matlab软件编程、数字通信系统、pcm、hdb3、汉明码、ps abstract communication system is the role of the information from the source sent to one or more of the destination. a digital communication system is to use digital signal to transfer information communication system, basically have source coding and decoding, channel coding and decoding, digital modulation and demodulation. the specific process is the source of the analog signal after a/d convert into number son signal and then, again carries on the baseband coding, channel coding, carrier modulation and then sent to the channel, then made on the receiving end corresponding demodulation, decoding, d/a conversion to get the final receiving signal. this design with pcm sampling and quantization and coding principle to analog signal into the digital signal, hamming code knitting decoding theory to realize channel knitting decoding, hdb3 knitting decoding principle used to implement the source knitting decoding, psk modulation demodulation principle used to implement the digital modulation and demodulation, awgn channel and the principle for noise approximation, using matlab software programming, complete the whole communication system coding simulation analysis. keywords: matlab software programming, digital communication system, pcm, hdb3, hamming code, psk. .1设计任务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：自己构造一时间函数，数字化方式:pcm，基带码:hdb3，信道码:汉明码，调制方式:psk，信道类型:awgn ；解调，信道解码，基带解码，数模转换的过程与输入端对应。 图1.1 典型的通信系统与上图对应，信息源首先经过pcm数字化在经过hdb3码进行基带编码和汉明码信道得到原信号的二进制码，由于先进行汉明码编码不改变码字的极性二hdb3会改变码字极性所以在后来的设计中先进行汉明码再进行hdb3，对于整个信号只要解码与编码的过程相对应就是一样的；然后再进过psk调制，由于是有极性的hdb3码，进行psk调制颇为复杂，接着进入awgn；再到接受设备经过解调再译码后模数转换得到原始信号。本实验采用的数子通信系统，是利用数字信号来传递信息的通信系统，原理图如图1.2信源译码信道译码数字解码数字调制信道编码信源编码受信者信息源 信道 噪声源 图1.2数字通信系统模型2实验原理分析2.1 pcm原理介绍 模拟信号数字化必须经过三个过程，即抽样、量化和编码，以实现话音数字化的脉冲编码调制（pcm，pulse coding modulation）技术。2.1.1 抽样(sampling) 图2.1 抽样原理图离散时间信号通常是有连续时间信号经周期采样得到的。完成采样功能的器件称为采样器，下图所示为采样器的示意图。图中xa(t)表示模拟信号，xa(nt)表示采样信号，t为采样周期，n=0，1，2，。一般可以把采样器视为一个每隔t秒闭合一次的电子开关s。在理想情况下，开关闭合时间满足t。实际采样过程可视为脉冲调幅过程，xa(t)为调制信号，被调脉冲载波p(t)是周期为t、脉宽为的周期脉冲串。当0时的理想采样情况是实际采样的一种科学的、本质的抽象，同时可使数学推导得到简化。下面主要讨论理想采样。2.1.2 量化（quantizing）抽样信号虽然是时间轴上离散的信号，但仍然是模拟信号，其样值在一定的取值范围内，可有无限多个值。显然，对无限个样值一一给出数字码组来对应是不可能的。为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取整”，分的级数越多，即量化级差或间隔越小，量化噪声也越小。2.1.3 a压缩律：所谓a压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律：其中，a为压缩系数；y为归一化的压缩器输出电压；x为归一化的压缩器输入电压。图画出了a为某一取值的归一化压缩特性。a律压缩特性是以原点奇对称的，为了简便，图中只给出了正半轴部分。图2.2 a压缩律特性上图中，x和y都在-1和+1之间，取量化级数为n(在y方向上从-1到+1被均匀划分为n个量化级)，则量化间隔为当n很大时，在每一量化级中压缩特性曲线可看作是直线，因此有式中，xi为第i个量化级间隔的中间值。因此(2.1)为了使量化信噪比不随信号x变化，也就是说在小信号时的量化信噪比不因x的减小而变小，即应使各量化级间隔与x成线性关系，即则式2.1可写成(2.2)即其中k为比例常数。当量化级数很大时，可以将它看成连续曲线，因而式(3.2)成为线性微分方程解此微分方程(2.3)其中c为常数。为了满足归一化要求，当x=1时，y=1，代入式(3.3)可得故所得结果为即(2.4)如果压缩特性满足上式,就可获得理想的压缩效果，其量化信噪比和信号幅度无关。满足上式的曲线如下图所示，由于其没有通过坐标原点，所以还需要对它作一定的修改。图2.3 理想压缩特性曲线a律压缩特性就是对式(3.4)修改后的函数。在上图中，通过原点作理想压缩特性曲线的切线oc，将oc、cd作为实际的压缩特性。修改以后，必须用两个不同的方程来描述这段曲线，以切点c为分界点，线段oc的方程:设切点c的坐标为(x1，y1)斜率为则由式(3.4)可得(2.5)所以线段oc的方程为所以当x=x1时，y1=1/k时，有因此有所以，切点坐标为 (exp-(k-1),1/k) ，令则将它代入式(3.5),就可得到以切点c为边界的段的方程为(2.6)因cd段的方程，满足式(3.4),所以由该式可得(2.7)由以上分析可见，经过修改以后的理想压缩特性与图5中所示的曲线近似，而式(3.6)式(3.7)和式(3.4)完全一样。13折线：实际中，a压缩律通常采用13折线来近似，13折线法如图7-4-7所示，图中先把轴的0,1区间分为8个不均匀段。图2.4折线示意图其具体分法如下:a.将区间0，1一分为二，其中点为1/2,取区间1/2,1作为第八段;b.将剩下的区间0,1/2再一分为二，其中点为1/4,取区间1/4,1/2作为第七段;c.将剩下的区间0,1/4再一分为二，其中点为1/8,取区间1/8,1/4作为第六段;d.将剩下的区间0,1/8再一分为二，其中点为1/16,取区间1/16,1/8作为第五段;e.将剩下的区间0,1/16再一分为二，其中点为1/32,取区间1/32,1/16作为第四段; f.将剩下的区间0,1/32再一分为二，其中点为1/64,取区间1/64,1/32作为第三段;g.将剩下的区间0,1/64再一分为二，其中点为1/128,取区间1/128,1/64作为第二段;h.最后剩下的区间0,1/128作为第一段。然后将y轴的0,1区间均匀地分成八段，从第一段到第八段分别为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。分别与x轴的八段一一对应。采用上述的方法就可以作出由八段直线构成的一条折线，该折线和a压缩律近似，图3.6中的八段线段的斜率分别为:表1 各段落的斜率段落12345678斜率161684211/21/4从上表中可以看出，除一、二段外，其他各段折线的斜率都不相同。图7-4-8中只画出了第一象限的压缩特性，第三象限的压缩特性的形状与第一象限的压缩特性的形状相同，且它们以原点为奇对称，所以负方向也有八段直线，总共有16个线段。但由于正向一、二两段和负向一、二两段的斜率相同，所以这四段实际上为一条直线，因此，正、负双向的折线总共由13条直线段构成，这就是13折线的由来。从a律压缩特性中可以看出，取a=87.6主要基于下述两个原因: 1 使压缩特性曲线在原点附近的斜率为16;2 当用13折线逼近时，的八段量化分界点近似为1/2n(n=0,1,2,7)。从表1可以看出，当要求满足x=1/2n时，相应有y=1-n/8代入式中，有因此有将上式代入式(7.4-16),就可以得到对应a=94.4时的压缩特性(2.8)此压缩特性如果用13折线逼近，除了第一段落起始点外，其余各段落的分界点的x、y都应满足式(3.8)。在13折线中，第一段落起始点要求的x、y都应该为零，而若按照式(3.8)计算时，当x=0时，y-;而当y=0，x=1/28。因此，需要对式(3.8)的压缩特性曲线作适当的修正，我们可以在原点和点(1/27,1/8)之间用一段直线代替原来的曲线，这段直线的斜率是1/81/27=16。为了找到一个能够表示修正后的整个压缩特性曲线的方程，将式(3.8)变成(2.9)从上式中可以看出，它满足x=0时，y=0;x=1时，y=1。虽然式(3.9)在其他点上会有误差，但x在区间(1/128,1内，1+255x都能和原来的256x比较接近。所以，在绝大部分范围内的压缩特性仍和a律压缩特性非常接近，只有在x0的小信号部分和a律压缩特性有些差别。若在式(3.9)中，令=255，则式(3.9)可写成(2.10) 式(3.10)的压缩特性与律压缩特性完全一致。（2）按照量化的维数分，量化分为标量量化和矢量量化。标量量化是一维的量化，一个幅度对应一个量化结果。而矢量量化是二维甚至多维的量化，两个或两个以上的幅度决定一个量化结果。以二维情况为例，两个幅度决定了平面上的一点。而这个平面事先按照概率已经划分为n个小区域，每个区域对应着一个输出结果（码数，codebook）。由输入确定的那一点落在了哪个区域内，矢量量化器就会输出那个区域对应的码字（codeword）。矢量量化的好处是引入了多个决定输出的因素，并且使用了概率的方法，一般会比标量量化效率更高。2.1.4 编码（coding）量化后的抽样信号在一定的取值范围内仅有有限个可取的样值，且信号正、负幅度分布的对称性使正、负样值的个数相等，正、负向的量化级对称分布。若将有限个 量化样值的绝对值从小到大依次排列，并对应地依次赋予一个十进制数字代码（例如，赋予样值0的十进制数字代码为0），在码前以“+”、“”号为前缀，来 区分样值的正、负，则量化后的抽样信号就转化为按抽样时序排列的一串十进制数字码流，即十进制数字信号。简单高效的数据系统是二进制码系统，因此，应将十 进制数字代码变换成二进制编码。根据十进制数字代码的总个数，可以确定所需二进制编码的位数，即字长。这种把量化的抽样信号变换成给定字长的二进制码流的 过程称为编码。2.2 hdb3编码及解码原理hdb3:high density bipolar of order 3code,三阶高密度双极性码。2.2.1编码规则 先将消息代码变换成ami码，若ami码中连0的个数小于4,此时的ami码就是hdb3码; 若ami码中连0的个数大于3,则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一个非0符号(+1或-1)同极性的符号,用表示(+1+,-1-);为了不破坏极性交替反转，当相邻符号之间有偶数个非0符号时，再将该小段的第1个0变换成+b或-b,符号的极性与前一非零符号的相反，并让后面的非零符号从符号开始再交替变化。先写ami码 ;再把0000换为取代节。0000分离开来，替换为b00v ;接着确定v的取值：第一个v取值与ami码的第一个-1相同，即取-v，以后交替取+v，-v;最后b的取值：根据v和v前面存在的1或-1，写b，若+v前面是-1或-v，则取b=+b，即b没有破坏极性，但v破坏了极性，下同；若+v前面是+1或+v，则取b=0；若-v前面是+1或+v，则取b=-b；若-v前面是-1或-v，则取b=0。 例如:消息代码: 1 0 0 0 0 1 0 0 0 01 1 0 0 0 0 1 1ami码: +1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0+1 -1 0 0 0 0 +1 -1hdb3码：+1 0 0 0 +v -1 0 0 0 -v+1 -1 +b 0 0 +v -1 +12.2.1解码规则 把原来的取代节（4个连零）找到即可，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”，否则不用改动；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，否则也不用改动;再将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。2.3 汉明码2.3.1 校验与其他的错误校验码类似，汉明码也利用了奇偶校验位的概念，通过在数据位后面增加一些比特，可以验证数据的有效性。利用一个以上的校验位，汉明码不仅可以验证数据是否有效，还能在数据出错的情况下指明错误位置。2.3.2 纠错 在接受端通过纠错译码自动纠正传输中的差错来实现码纠错功能，称为前向纠错fec。在数据链路中存在大量噪音时，fec可以增加数据吞吐量。通过在传输码列中加入冗余位(也称纠错位)可以实现前向纠错。但这种方法比简单重传协议的成本要高。汉明码利用奇偶块机制降低了前向纠错的成本。2.3.3 校验方法 进行奇偶校验的方法是先计算数据中1的个数，通过增加一个0或1(称为校验位)，使1的个数变为奇数(奇校验)或偶数(偶校验)。例如，数据1001总共是4个比特位，包括2个1，1的数目是偶数，因此，如果是偶校验，那么增加的校验位就是一个0，反之，增加一个1作为校验位。通过“异或”运算来实现偶校验，“同或”运算来实现奇校验。单个比特位的错误可以通过计算1的数目是否正确来检测出来，如果1的数目错误，说明有一个比特位出错，这表示数据在传输过程中受到噪音影响而出错。利用更多的校验位，汉明码可以检测两位码错，每一位的检错都通过数据中不同的位组合来计算出来。校验位的数目与传输数据的总位数有关，可以通过汉明规则进行计算： d+p+1=2的p次方 d表示传输数据位数目，p表示校验位数目。两部分合称汉明码字，通过将数据位与一个生成矩阵相乘，可以生成汉明码字。2.3.4 编码原理 一般来说，若汉明码长为n，信息位数为k，则监督位数r=n-k。若希望用r个监督位构造出r个监督关系式来指示一位错码的n种可能位置，则要求或 （2.11）下面以（7，4）汉明码为例说明原理： 设汉明码（n,k）中k=4，为了纠正一位错码，由式（2.11）可知，要求监督位数r3。若取r=3,则n=k+r=7。我们用来表示这7个码元，用的值表示3个监督关系式中的校正子，则的值与错误码元位置的对应关系可以规定如表2所列。表2 校正子和错码位置的关系错码位置错码位置 001101 010 110 100 111 011000无错码则由表2可得监督关系式： （2.12） 在发送端编码时，信息位的值决定于输入信号，因此它们是随机的。监督位、应根据信息位的取值按监督关系来确定，即监督位应使上式（2.12）中、的值为0（表示编成的码组中应无错码） （2.13）式（2.13）经过移项运算，接触监督位 （2.14） （2.15）式（2.14）还可以简记为 或 （2.16）其中 所以有 （2.17） 式（2.14）等价于 （2.18）其中q为p的转置，即 （2.19）式（2.18）表示,信息位给定后，用信息位的行矩阵乘矩阵q就产生出监督位。我们将q的左边加上一个kk阶单位方阵，就构成一个矩阵g （2.20）g称为生成矩阵，因为由它可以产生整个码组，即有 （2.21）或者 （2.22）式(2.21)即汉明码的编码原理2.3.5汉明码纠错原理当数字信号编码成汉明码形式（本文中即a）后在信道中传输，由于信道中噪声的干扰，可能由于干扰引入差错，使得接收端收到错码，因此在接收端进行汉明码纠错，以提高通信系统的抗干扰能力及可靠性。 一般来说接收码组与a不一定相同。若设接收码组为一n列的行矩阵b，即 （2.23）则发送码组和接收码组之差为 （2.24） e就是传输中产生的错码行矩阵 （2.25）若ei=0，表示接收码元无错误，若ei=1，则表示该接收码元有错。式（16）可改写成 （2.26） 若e=0，即接收码组无错,则，将它代人式（2.16），该是仍成立，即有 （2.27）当接收码组有错时，e0，将b带入式（2.16）后，该式不一定成立。在未超过检错能力时，式（2.27）不成立。假设此时式（2.27）的右端为s,即 （2.28）将 代入式（2.28），可得由式（2.16）可知，所以 （2.29）此处s与前面的有着一一对应关系，则s能代表错码位置。因此，纠错原理即，接收端收到码组后按式（2.29）计算出s,再根据表1判断错码情况，进行差错纠正。2.4 psk数字调制2.4.1 4psk调制原理 4psk的调制方法有正交调制方式（双路二相调制合成法或直接调相法）、相位选择法、插入脉冲法等。这里我们采用正交调制方式。4psk的正交调制原理如图。串/并变换单/双极性换单/双极性换移相/2载波震荡+acosctsinct-+输入4psk输出图2.5 4psk正交调制原理方框图b它可以看成是由两个载波正交的2psk调制器构成的。图中串/并变换器将输入的二进制序列分为速度减半的两个并行双极性序列a和b（a,b码元在事件上是对齐的），再分别进行极性变换，把极性码变为双极性码（0-1，1+1）然后分别调制到cosct和sinct两个载波上，两路相乘器输出的信号是相互正交的抑制载波的双边带调制（dsb）信号，其相位与各路码元的极性有关，分别由a和b码元决定。经相加电路后输出两路的合成波形，即是4psk信号。图中两个乘法器，其中一个用于产生0与180两种相位状态，另一个用于产生90与270两种相位状态，相加后就可以得到45，135，225，和315四种相位状.2.4.2 4psk解调原理4psk信号是两个载波正交的2psk信号的合成。所以，可以仿照2psk相干检测法，用两个正交的相干载波分别检测两个分量 a和b，然后还原成二进制双比特串行数字信号。此法称作极性比较法（相干解调加码反变换器方式或相干正交解调发）。图2.6 4psk信号解调器原理方图带通滤波器低通滤波器低通滤波器抽样判决抽样判决位定时并/串变换正交载波源4psk输入yi(t)yb(t)costsinctya(t)zb(t)xa(t)za(t)xb(t)ab在不考虑噪声及传输畸变时，接收机输入的4psk信号码元可表示为 yi(t)=a cos(ct+n) 式中n为45o，135o，225o，315o四个相位值。 带通滤波器输出的两路信号 ya(t)= yb(t)= yi(t) 两路相乘器输出分别为 za（t）=a cos(ct+n) cosct=cos(2ct+n)+ cosn zb（t）= a cos(ct+n)（-sinct）=- sin(2ct+n)+ sinn低通滤波器输出为 xa（t）=cosn xb（t）=sinn抽样判决器的判决准则如下表： 表3：抽样判决准则输入相位 ncosn的极性sinn的极性 判决器输出 a b45o 135 o225 o315 o+-+-10011100 判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0.两路抽样判决器输出a、b，经并/串变换器就可将并行数据恢复成串行数据。2.5 awgn信道原理加性高斯白噪声 awgn(additive white gaussian noise) 是最基本的噪声与干扰模型。加性噪声：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。 awgn，在通信上指的是一种通道模型（channel model），此通道模型唯一的信号减损是来自于宽带（wideband）的线性加成或是稳定谱密度（以每赫兹瓦特的带宽表示）与高斯分布振幅的白噪声。awgn从统计上而言是随机无线噪声，其特点是其通信信道上的信号分布在很宽的频带范围内。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。 3 实验方案设计3.1 pcm编解码分析 在matlab中没有可以直接调用实现pcm编码的函数，因此要根据原理来编写。由于pcm分为三个步骤，先抽样：给定t0定义时间长度，ts，fs=1/ts 给出采样频率， nt=-t0/2:ts:t0/2来定义时间序列，于是xn(nt)是原信号x(t)的采样信号；再对采样的信号进行量化：这里采用13折线法，由于第一段与第二段的斜率是一样的因此可在一个matlab语句中实验if-else语句对信号进行分段给出折线斜率；然后再进行最后的编码：对量化的结果先用fix（）考0取整，再用mod（）取余，abs（）去绝对值来实现整个过程的编码。 解码的过程相对简单，就是对8位二进制数的后7位数据位进行转换到10进制数这里调用了matlab中的自带函数bin2dec(num2str()，再除以128就得到解码后的量化数值，最后用a律曲线逼近得到解调的最终结果。3.2 汉明码编解码分析 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：ode=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。 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。3.3 hdb3编解码分析 进行hdb3编码前要先将汉明码编码所得的矩阵用reshape（x，m，n）函数将其变成数列，然后再对数列中的0的个数进行扫描，再根据hdb3编码规则用for循环语句和if-else语句对数列进行变换。3.4 psk调制解调编程分析 首先需要说明是对hdb3的编码结果进行psk调制，码型只会有0,1，-1因此需要用到dpsk中的3类相位。其实psk编码根据原理来说是很简单的，用for循环语句扫描所有码字，用if-else语句将0,1，-1分别对应不同载波相位变化0，/2,就可以得到psk调制后的波形。解调的过程要采用相干解调，将原来的2倍的载波乘以要解调的波形，再经过低通滤波器解调出低频信号，最后经过抽样判决得到psk解调的码型。这里采用的巴特沃斯低通滤波器，巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。 在振幅的对数对角频率的波特图上,从某一边界角频率开始,振幅随着角频率的增加而逐步减少,趋向负无穷大。 一阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频6分贝，每十倍频20分贝。二阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频12分贝、 三阶巴特沃斯滤波器的衰减率为每倍频18分贝。3.5 awgn信道编码分析 y = awgn(x,snr) 在信号x中加入高斯白噪声。信噪比snr以db为单位。x的强度假定为0dbw。如果x是复数，就加入复噪声。在这个系统设计中 y = awgn(x,snr,sigpower) 如果sigpower是数值，则其代表以dbw为单位的信号强度；如果sigpower为measured，则函数将在加入噪声之前测定信号强度。 y = awgn(x,snr,sigpower,state) 重置randn的状态 y = awgn(,powertype) 指定snr和sigpower的单位。powertype可以是db或linear。如果powertype是db，那么snr以db为单位，而sigpower以dbw为单位。4 matlab整体程序设计4.1 matlab使用简介 matlab有两种工作方式：一种是交互式的命令行工作方式；另一种是m文件的程序工作方式。在前一种工作方式下，matlab被当做一种高级数学演算纸和图形表现器来使用，matlab提供了一套完整的而易于使用的编程语言，为用户提供了二次开发的工具，下面主要介绍matlab控制语句和程序设计的基本方法。 用matlab语言编写的程序，称为m文件。m文件有两类：命令文件和函数文件。两者区别在于：命令文件没有输入参数，也不返回输出参数；而函数文件可以输入参数，也可以返回输出参数。命令文件对matlab工作空间的变量进行操作，而且函数文件中定义的变量为局部变量，当函数文件执行完毕时，这些变量被清除。m文件可以使用任何编辑程序建立和编辑，而一般常用的是使用matlab提供的m文件窗口。在本次课程设计中我全部采用m文件，把每个需要自己编程实现的模块都分别放在一个人函数文件中最后建立一个命令文件中放主干程序并在其中调用之前写好的函数实现整个过程。4.2 matlab中主要函数简介在本次课程设计中主要使用的matlab自带函数有：改变矩阵形状用yn=reshape（xn,m,n）,xn是一个矩阵，m,n是新矩阵yn的行和列，需要注意m*n必须与xn中的码字数相等；初始化一个矩阵yn=zeros(m,n)，m,n是新矩阵yn的行和列，yn里面的每个位都是0；y=fix(y)y的值向0取正;y=abs(y)取y的绝对值;巴特沃斯滤波器n,c=buttord(p，s，p，s，s)用于计算巴特沃斯模拟滤波器的阶数n和3db截止频率c，p，s，c均为实际模拟角频率，说明：buttord函数使用阻带指标计算3db截止频率，这样阻带会刚好满足要求，而通带会有富余；stairs(i,a)用于画二维阶梯图。4.3 系统编码流程图psk调制hdb3编码汉明码编码pcm 编码原信息awgnhdb3解码接收信息pcm 编码汉明码编码psk解调 5 结果分析5.1 pcm编码结果5.1.1 抽样结果 图5.1 原始信号波形与抽样信号波形gn = 0 0.3090 0.5878 0.8090 0.9511 1.0000 0.9511 0.8090 0.5878 0.3090 0.0000 -0.3090 -0.5878 -0.8090 -0.9511 -1.0000 -0.9511 -0.8090 -0.5878 -0.3090 -0.00005.1.2 13折线法量化结果z = 0 0.7795 0