实验二 数字信号基带传输系统设计.doc

实验二 数字基带传输系统的码型设计一、实验目的1.观察常见数字基带信号和基带传输的常见码型的波形进行观察；2.验证数字基带信号和基带传输的常见码型的频域结构示意图；二、实验原理（一）、数字基带信号的码型简介由于数字基带信号是数字信息的电脉冲表示，不同形式的基带信号（又称为码型）有不同的频谱结构和功率谱分布。不同的码型有不同的优点，常用的码型有单/双极性码、非归零/归零码、数字双相码(曼彻斯特码)、密勒码、AMI码、HDB3码。下面对常见的各种码型进行简单的介绍。1、单/双极性码：单极性码是用电平1来表示二元信息中的1，用电平0来表示二元信息中的0，电平在整个码元的持续时间里保持不变，记做NRZ码。双极性码与单极性码的区别仅在于它用电平-1来表示二元信息中的0。2、非归零/归零码：归零码与非归零码的区别仅在于，非归零码在整个码元持续时间内保持电平值不变，而归零码的码元持续时间的前一半时间内保持，而后一半时间内回到0。3、数字双相码(曼彻斯特码)：此种码型采用在一个码元的持续时间中央时刻从0到1的跳变来表示1，从1到0的跳变来表示0。或者与之相反用在一个码元的持续时间中央时刻从0到1的跳变来表示0，从1到0的跳变来表示1。4、密勒码：该码型是双相码的变型。它采用码元中央时刻跳变表示信息1即前半时间的电平和前一码元的后半时间的电平相同，中间跳变。遇到信息0做如下处理：首先对0的码元在整个持续时间内保持同一电平值，其次若此0的前一信息是一则码元的电平同前面信息1的码元后半时间电平相同，若前一信息为0，则与前面码元的电平相反。5、AMI码：AMI码是传号交替反转码。其编码规则是将消息码中的“1”交替变成“+1”和“-1”，将消息码中的“0”仍保持为“0”。6、HDB3码: HDB3码的全称是3阶高密度双极性码。首先将信息码变换成AMI码，然后检查AMI码中连0的情况，没有发现4个以上连0的码元串时码型不需变换，仍为AMI码的形状。若发现4个以上连0的码元串时，则根据相应规则把第四个0变换成相应符号。（二）、数字基带信号码型的频谱结构码型的功率谱分布：数字基带信号一般是随机信号，因此分析随机信号的频谱特性要用功率诺密度来分析。一般来说，求解功率谱是一件相当困难的事，但由于上述几种码型比较简单，我们可以求出其功率谱密度函数。对单极性非归零码、单极性归零码、双极性非归零码和双极性归零码这4种码。由于统计的独立性，课由由功率谱公式画出功率谱波形图。数字双相码的功率相关公式如下“y=sin(pi*x/2);y=y./(pi*x/2);y(1)=1;mache=sin(pi*x/2).*sin(pi*x/2);mache=mache.*y;mache=mache.*y”。密勒码的相关功率公式如下：“x=x*pi;miler=(23-2*cos(x)-22*cos(2*x)-12*cos(3*x)+5*cos(4*x)+12*cos(5*x)+2*cos(6*x)-8*cos(7*x)+2*cos(8*x)./(17+8*cos(8*x);t=x.*x;miler=miler./t;”对于AMI码和HDB3码的功率谱函数，则需要进行实际的码型进行分析。三、实验内容1、分别编程实现单/双极性归零/非归零码、数字双相码、密勒码、AMI码等码型，并且观察每种码型的功率谱。2、HDB3码：编写hdb3函数，分别实现HDB3编码。观察得出原序列图、编码后的序列图和功率谱图。四、实验小结1、分析HDB3码得到广泛应用的原因。AMI码:function y=AMI(x)%*% 本函数实现将输入的一段二进制代码编码为相应的AMI码型输出% 输入x为二进制码，输出y为编好的码% 给出计算每一个码元的点数，因为我们只有用离散的点来得出连续的函数表示 % 观察AMI码的时域图形和功率谱图形 %*grid=300;t=0:1/grid:length(x);i=1; if(x(i)=1) for j=1:grid y(j)=1; h=1; end else for j=1:grid y(j)=0; endendfor i=2:length(x) if(x(i)=1) if h=1 for j=1:grid y(grid*(i-1)+j)=-1; h=-1; end else if h=-1 for j=1:grid y(grid*(i-1)+j)=1; h=1; end end end else for j=1:grid y(grid*(i-1)+j)=0; end endendy=y,x(i);M=max(y); m=min(y);figuresubplot(2,1,1);plot(t,y);axis(0,i,m-0.1,M+0.1);%采用title命令来实现标记出各码元对应的二元信息title( 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 );Rt=0.5; k=14;N=2k; L=64; M=N/L; Rb=2; Ts=1/Rb; dt=Ts/L; df=1/(N*dt);T=N*dt; Bs=N*df/2; t=-T/2+dt/2:dt:T/2; f=-Bs+df/2:df:Bs; Ep=zeros(size(f); for ii=1:50 n=1; while rem(n,2)=0, a=round(rand(1,M); n=length(find(a=1); end bb=find(a=1); cc=bb(1:2:length(bb); b=a; b(cc)=-ones(size(cc); ami=zeros(1,N); for tt=1:Rt*Ts/dt; ami(tt+0:M-1*L)=b; end AMI=fftseq(ami,dt); P=AMI.*conj(AMI)/T; Ep=(Ep*(ii-1)+P)/ii; end aa=30+10*log10(Ep+eps); subplot(2,1,2);plot(f,aa);axis(-5,+5,-50,50); title(AMI的码型和功率谱密度)HDB3码：% HDB3码的码型和功率谱% 时域图形和频域图形clear allclose allclck=14;N=2k; L=64; M=N/L; Rb=1; Ts=1/Rb; dt=Ts/L; df=1/(N*dt); T=N*dt; Bs=N*df/2; t=-T/2+dt/2:dt:T/2; f=-Bs+df/2:df:Bs; Ep=zeros(size(f);for ii=1:30 a=rand(1,M)0.75; b=Hdb3(a); hdb=zeros(L,M); init=zeros(L,M); for loop=1:L/2; init(loop,:)=a; end for loop=1:L/2 hdb(loop,:)=b; end hdb=reshape(hdb,1,N); init=reshape(init,1,N); HDB=fftseq(hdb,dt); P=HDB.*conj(HDB)/T; Ep=(Ep*(ii-1)+P)/ii;endinitfigure(9)subplot(3,1,1)plot(t,init,m)grid onaxis(0,T/10,-1.5,1.5)set(gca,XTick,0:1:T/10)xlabel(t(Tb)ylabel(s(t)title(原始序列)subplot(3,1,2)plot(t,hdb,b)grid onaxis(0,T/10,-1.5,1.5)set(gca,XT