《通信工具箱》PPT课件.ppt

第8章通信工具箱,8.1MATLAB信源编/译码方法8.2差错控制编/译码方法8.3调制与解调8.4通信系统性能仿真8.5实验九通信系统仿真实验,在MATLAB的CommunicationToolbox(通信工具箱)中提供了许多仿真函数和模块，用于对通信系统进行仿真和分析。主要包括两部分内容：通信函数命令和Simulink的CommunicationsBlockset（通信模块集）仿真模块。用户既可以在MATLAB的工作空间中直接调用工具箱中的函数，也可以使用Simulink平台构造自己的仿真模块，以达到扩充工具箱的内容。通信工具箱中的函数名称和内容列表，其内容包含：,SignalSources(信号源函数)；SignalAnalysisfunction(信号分析函数)；SourceCoding(信源编码)；ErrorControlCoding(差错控制编码函数)；LowerLevelFunctionforErrorControlCoding(差错控制编码的底层函数)；Modulation/Demodulation(调制/解调函数)SpecialFilters(特殊滤波器设计函数)；LowerLevelFunctionforSpecialsFilters(设计特殊滤波器的底层函数)；ChannelFunctions(信道函数)；GalosiFieldComputation(有限域估计函数)；Utilities(实用工具函数)。,在MATLAB通信工具箱中提供了两种信源编译码的方法：标量量化和预测量化。1.标量量化,(1)信源编码中的,律或A律压扩计算函数compand(),格式：out=compand(in,param,V,method)功能：实现,律或A律压扩，其中param为,值，V为峰值。压扩方式由method指定。,8.1MATLAB信源编/译码方法,(2)产生量化索引和量化输出值的函数quantiz()格式：indx=quantiz(sig,partition)功能：根据判断向量partition，对输入信号sig产生量化索引indx，indx的长度与sig矢量的长度相同。(3)采用训练序列和Lloyd算法优化标量算法的函数lloyds()格式：parition,codebook=lloyds(training_set,ini_codebook)功能：用训练集矢量training_set优化标量量化参数partition和码本codebook。ini_codebook是码本codebook的初始值。,例8-1用训练序列和Lloyd算法，对一个正弦信号数据进行标量化。MATLAB程序如下：N=23;%以3比特传输信道t=0:100*pi/20;u=cos(t);p,c=lloyds(u,N);%生成分界点矢量和编码手册index,quant,distor=quantiz(u,p,c);%量化信号plot(t,u,t,quant,*);该程序运行结果如图8.1所示。,2.预测量化根据过去发送的信号来估计下一个将要发送的信号值。(1)差分脉冲调制编码函数dpcmenco()格式：indx=dpcmenco(sig,codebook,partition,predictor)功能：返回DPCM编码的编码索引indx。其中参数sig为输入信号，predictor为预测器传递函数，其形式为0,t1,tm。预测误差的量化参数由partition和predictor指定。(2)信源编码中的DPCM解码函数dpcmdeco()格式：sig=dpcmdeco(indx,codebook,predictor)功能：根据DPCM信号编码索引indx进行解码。predictor为指定的预测器，codebook为码本。,(3)用训练数据优化差分脉冲调制参数的函数dpcmopt()格式：predictor=dpcmopt(training_set,ord)功能：对给定训练集的预测器进行估计，训练集及其顺序由training_set和ord指定，预测器由predictor输出。,例8.3用训练数据优化DPCM方法，对一个锯齿波信号数据进行预测量化,MATLAB程序如下：clccleart=0:pi/50:2*pi;x=sawtooth(3*t);Originalsignalinitcodebook=-1:.1:1;InitialguessatcodebookOptimizeparameters,usinginitialcodebookandorder1.predictor,codebook,partition=dpcmopt(x,1,initcodebook);QuantizexusingDPCM.encodedx=dpcmenco(x,codebook,partition,predictor);Trytorecoverxfromthemodulatedsignal.decodedx,equant=dpcmdeco(encodedx,codebook,predictor);distor=sum(x-decodedx).2)/length(x)Meansquareerrorplot(t,x,t,equant,*);,程序运行输出distor=8.6801e-004结果如图8.3所示。,图8.3DPCM预测量化误差,8.2差错控制编/译码方法,在通信系统中，差错控制编/译码技术被广泛地用于检查和纠正信息在传递过程中发生的错误。在发送端，差错控制编码添加了一定的冗余码元到信源序列；接收时就利用这些冗余信息来检测和纠正错误。纠错编码主要有分组码和卷积码两种类型。MATLAB通信工具箱提供了一系列函数用于有限域计算。概率解码中最常用的是Viterbi解码，用于卷积码解码。常用的纠错编码方法包括线性分组码、海明码、循环码、BCH码、Reed-Solomon码和卷积码。,1.纠错编码函数encode()及译码函数decode()格式：code=encode(msg,N,K,method,opt)功能：用method指的方法完成纠错编码。其中msg代表信息码元；method是允许的编码方法，包括hamming、linear等，opt是一个可选择的优化参数。格式：msg=decode(code,n,k,method)功能：用指定的method方式进行译码。为了正确地复制出信源序列，编码和译码的调用方式必须相同。,2.卷积纠错编码函数convenc()格式：code=convenc(msg,trellis)功能：利用poly2trellis函数定义的格形trellis结构，对二进制矢量信息msg进行卷积编码。编码器的初始状态为零状态。,3.将卷积编码多项式转换成格形(trellis)结构函数poly2trellis()格式：trellis=poly2trellis(constrainlength,codegenerator)功能：将前向反馈卷积编码器的多项式转换成一格形(trellis)结构。,4.利用Viterbi算法译卷积码函数vitdec()格式：decoded=vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype)功能：利用Viterbi算法译卷积码。Code为poly2trellis函数或istrellis函数定义的格形trellis结构的卷积码。参数tblen取正整数，表示记忆(traceback)深度。参数opmode代表解码操作模型。,例8.4使用hamming和cyclic方法对同一个信号进行编码，并且采取线性选项进行Hamming编码，然后进行解码恢复原信号。MATLAB程序如下：n=7;Codewordlengthk=4;Messagelengthm=log2(n+1);Expressnas2m-1.msg=randint(100,1,0,2k-1);ColumnofdecimalintegersCreatevariouscodes.codehamming=encode(msg,n,k,hamming/decimal);parmat,genmat=hammgen(m);,codehamming2=encode(msg,n,k,linear/decimal,genmat);ifcodehamming=codehamming2disp(ThelinearmethodcancreateHammingcode.)endcodecyclic=encode(msg,n,k,cyclic/decimal);Decodetorecovertheoriginalmessage.decodedhamming=decode(codehamming,n,k,hamming/decimal);decodedcyclic=decode(codecyclic,n,k,cyclic/decimal);if(decodedhamming=msg采样频率Fc=15;载波频率t=0:0.025:2;采样时间x=sin(pi*t,2*pi*t);信号y=ammod(x,Fc,Fs);z=amdemod(y,Fc,Fs);plot(t,x(:,1),-,t,z(:,1),-)绘制调制信号hold;plot(t,x(:,2),-o,t,z(:,2),-*)绘制调制信号图程序运行结果如图8.4所示。,3模拟频率调制函数fmmod和解调函数fmdemody=fmmod(x,Fc,Fs,freqdev)，使用频率调制对信号x进行调制，载波信号频率为Fc(Hz)，采样速率为Fs(Hz)，Fs必须大于或等于2*Fc，freqdev为调制信号的频率偏离常数。y=fmmod(x,Fc,Fs,freqdev,ini_phase)，指定调制信号的初始相位，以弧度为单位。z=fmdemod(y,Fc,Fs,freqdev)，使用频率解调从载波信号中对信号y解调，载波信号频率为Fc(Hz)，采样速率为Fs(Hz),Fs必须大于或等于2*Fc，freqdev为调制信号的频率偏离常数。z=fmdemod(y,Fc,Fs,freqdev,ini_phase)，指定调制信号的初始相位，以弧度为单位。,例8.8以下代码对两信道输出信号进行频率调制和解调Fs=8000;SamplingrateofsignalFc=3000;Carrierfrequencyt=0:Fs/Fs;Samplingtimess1=sin(2*pi*300*t)+2*sin(2*pi*600*t);Channel1s2=sin(2*pi*150*t)+2*sin(2*pi*900*t);Channel2x=s1,s2;Two-channelsignaldev=50;Frequencydeviationinmodulatedsignaly=fmmod(x,Fc,Fs,dev);Modulatebothchannels.z=fmdemod(y,Fc,Fs,dev);Demodulatebothchannels.,4相位调制函数pmmod和解调函数pmdemody=pmmod(x,Fc,Fs,phasedev)，使用相位调制对信号x进行调制，载波信号频率为Fc(Hz)，采样速率为Fs(Hz),Fs必须大于或等于2*Fc，freqdev为调制信号的相位偏离常数。y=pmdemod(x,Fc,Fs,phasedev,ini_phase)，指定调制信号的初始相位，以弧度为单位。z=pmdemod(y,Fc,Fs,phasedev)，使用相位解调对相位调制信号y解调，载波信号频率为Fc(Hz)，采样速率为Fs(Hz),Fs必须大于或等于2*Fc，freqdev为调制信号的相位偏离弧度数。z=pmmod(y,Fc,Fs,phasedev,ini_phase)，指定调制信号的初始相位，以弧度为单位。,例8.9对一模拟信号进行相位调制，经信道AWGN（即叠加高斯白噪声），解调并绘制原始信号与解调后信号波形。MATLAB程序如下：Preparetosampleasignalfortwoseconds,atarateof100samplespersecond.Fs=100;Samplingratet=0:2*Fs+1/Fs;TimepointsforsamplingCreatethesignal,asumofsinusoids.x=sin(2*pi*t)+sin(4*pi*t);,Fc=10;Carrierfrequencyinmodulationphasedev=pi/2;Phasedeviationforphasemodulationy=pmmod(x,Fc,Fs,phasedev);Modulate.y=awgn(y,10,measured,103);Addnoise.z=pmdemod(y,Fc,Fs,phasedev);Demodulate.Plottheoriginalandrecoveredsignals.figure;plot(t,x,k-,t,z,g-);legend(Originalsignal,Recoveredsignal);程序运行结果如图8.5所示。,图8.5相位调制解调信号,5模拟单边带幅度调制函数ssbmod和解调函数ssbdemody=ssbmod(x,Fc,Fs)，采取单边带幅度调制方法，信号x以频率Fc(Hz)调制一载波信号，以下边带为期望的频带，载波信号和x的采样频率为Fs(Hz)，调制信号具备零初始相位。y=ssbmod(x,Fc,Fs,ini_phase)，指定了初始相位，以弧度为单位。y=ssbmod(x,fc,fs,ini_phase,upper)，以上边带为期望的频带。z=ssbdemod(y,Fc,Fs)，单边带幅度解调，其他定义同ssbmod。z=ssbdemod(y,Fc,Fs,ini_phase)z=ssbdemod(y,Fc,Fs,ini_phase,num,den),例8.10以下代码解调一个上边带和下边带信号。MATLAB程序如下：Fc=12000;Fs=270000;t=0:1/Fs:0.01;s=sin(2*pi*300*t)+2*sin(2*pi*600*t);y1=ssbmod(s,Fc,Fs,0);Lower-sidebandmodulatedsignaly2=ssbmod(s,Fc,Fs,0,upper);Upper-sidebandmodulatedsignals1=ssbdemod(y1,Fc,Fs);Demodulatelowersidebands2=ssbdemod(y2,Fc,Fs);Demodulateuppersideband,Plotresultstoshowthatthecurvesoverlap.figure;plot(t,s1,r-,t,s2,k-);legend(Demodulationofuppersideband,Demodulationoflowersideband)程序运行结果如图8.6所示。,图8.6单边带幅度调