通信原理课程设计报告资料

1、通信工程与系统课程设计报告题目：搭建简单分组传输的（帧传输）的基带数字通信系统姓 名学 号专 业班 级指导教师2015 年 10 月 10 日一、摘要数字通信是信息经编码变换处理后，以数字信号在信道上传输的，较之 于模拟通信有很大的优点，因此，数字通信得到迅速发展。数字通信有基带 传输和频带传输两种方式，而基带传输系统在数字通信中有重要的代表性。 在基带传输理论学习过程中涉及到的信道编码、传输信道特性、接收滤波、 抽样判决等环节存在较为抽象不易理解的问题。本设计主要对数字基带传输 系统的理论进行了探讨。本设计运用 MATLAB软件对随机码依次进行汉明 编码，差分曼彻斯特编码，采样，加高斯白噪声

2、，抽样，差分曼彻斯特译码, 汉明译码，最终比较加信道码和不加信道码的误比特率。关键词：MATLAB，基带数字系统，汉明码，差分曼切斯特码，误码率二、设计任务（1）完成基带通信系统的信道编码和解码，线路码的编码和解码，用 MATLAB的M代码完成，不允许用 Simulink。（2） 对比经信道编码和无信道编码的误码率情况（随信噪比变化） 。 发挥部分：可以采用QPSK或8PSK方式载调制波，亦即包括信号调制与解 调，载波为离散的采样值数据。三、课程设计解决的主要问题：(1) 尽可能的获得较小的误码率(2) 选用何种信道码何种线路码(3) 如何进行信道编码(4) 如何进行线路编码(5) 如何进行抽

3、样和判决(6) 如何进行线路编码译码四、设计内容1、整体设计方案(1) 产生随机矩阵信号(2) 对随机信号分帧对随机信号进行信道编码，采用汉明7-4码(3) 对信号进行线路编码，采用双极性归零的差分曼彻斯特编码(4) 在信道内填加高斯白噪声(5) 对信号进行抽样判决(6) 对信号进行抽样计算误码率输出检验前后的误码率对比2、设计内容借助matlab函数产生一随机信号，然后将随机产生的512bit信源码分成 多个帧，每帧为16个bit，对每一帧进行校验码计算，得到冗余码附在每一 帧，然后进行线路编码。对编码后信号添加高斯白噪声，然后再进行线路译 码和信道译码。信号的线路码选择的是汉明码，汉明码利

4、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接收端将接收的比特流 分块（每块长度为原始字段位数加冗余码位数），再用汉明码检验接收字段 是否有错。线路码传输时采用的是差分曼彻斯特编码，曼彻斯特码又称数字双相码或分相码，曼彻斯特码用一个周期的方波来代表码元“1”，而用它的反相波形来代表码元“ 0”。这种码在每个码元的中心部位都发生电平跳变，因此有 利于定时同步信号的提取，而且定时分量的大小不受信源统计特性的影响。 差分曼彻斯特码是双极性，在抽样时改变为单极性。由于加入高斯白噪声，信号波形将会有畸变。若只是对信号进行一次采 样然后再与判决门限相比较，则误差较大，使得输出

5、的随机信号序列误码率 和误比特数较大，从而使得输出信号失真。故在判决之前，可将信号码元进 行多次采样。本实验对信号4次采样，然后取平均，且本次实验采用单极性 的随机序列，判决门限设为0,从而使所得平均值与判决门限相比较，大于 0判为1,小于0则判为0。对编码译码后的信号输出其图形，去掉冗余码，对照信源输出的原始数 据，对比误码情况，输出其校验与非校验的误码率。加高斯白噪声,1Lhr4-1卩A VIhinL11IlirI 卩LH LiM-_r-11I)LV0-1ryb!r1f讪11I1JC11I10-120406080100120140160180200220抽样判决后编码10-1LLLLLLL

6、LHuwimuiruimwL51015202530354045505515随机码10152025随机码汉明编码码元曼彻斯特编码曼彻斯特译码- LLlLl n丄匚LrrrIr10-15102025五、结果与分析0.250.2率特 0.15比 误0.10.050-5-4-3-2-1012345信噪比有加信道纠错编码与不加信道纠错码得到的误码率和误比特率的 对比可以看出，没加信道纠错编码的误码率及误比特数比加信道纠错码 的误码率及误比特数还要大。当信道中有信道纠错编码时， 信噪比小于零时噪声大于信号， 如若纠错将会产生更大的误比特率与误码数；当信噪比大于0时，误比特率和误码数逐渐减小，直至信噪比到达

7、2DB寸，误比特率与误比特数趋于 0；当信噪比大于2DB时，误比特率与误码数为 0。 当信道中没有纠错编码时，相同的信噪比下，其误比特率与误比特数明 显大于信道中有纠错编码时的误比特率与误比特数，其在5DB左右误比特率与误比特数才趋于 0。说明信道纠错码在信噪比小于0时没有纠错能力，但在信噪比大于 0时有较强的纠错能力，从而保证了数字基带系统 的可靠传输。参考资料通信原理樊昌信 曹丽娜出版社：国防工业出版社通信系统西蒙.荷金出版社：电子工业出版社六、总结与心得：此次有关数字基带传输系统的课程设计，让我对通信系统有了更深 的认识，这使我对考研学习通信原理有了框架式的理解。在本次设计任 务中，我负

8、责整体框架的编写，将每个分块程序衔接在一起形成完整的 通信系统。在整个过程中，我们不断发现错误并及时翻阅资料，询问老师以寻 找解决办法。在最开始我们采用的信道编码码是二维奇偶校验，线路码是 HDB3。后来经过多次实验反复检查改错，最终得出的结果却并不理想，误 码率较高。于是我们选择了汉明码与 HDB3，但在一系列的实验之后发现汉 明码与差分曼彻斯特编码能使误比特率更小，纠错效果也更好。但由于误比 特率太小，在正信噪比下，加信道编码和不加信道编码误比特率差距不大。 老师建议我们算负信噪比下的误比特率，但由于使用的biterr函数只能在正信噪比下使用，所以我们根据原理自行写程序解决了这个问题。这培

9、养了我们的独立思考、动手操作的能力。通过这次课程设计，让我更加深刻了解课本知识，和以往对知识的疏忽 得以补充，在设计中遇到一些模糊的公式和专业术语， 大都得以理解并使用。 由于换了好几种方法，使我们对各种编解码的优缺点都有所了解。总之，本 次课程设计让我对通信工程这个专业再次产生了浓厚的兴趣，为我以后工作考研打下了严实的基础。七、附件：源程序及注解1、子程序%a为编码序列，N为帧数汉明码编码fun cti ony=e nhanmin g(a,N)%生成矩阵G=1 0 0 0 1 1 1;0 1 0 0 1 1 0;0 0 1 0 1 0 1;0 0 0 1 0 1 1;for k=1:Ncod

10、e=a(4*k-3) a(4*k_2) a(4*k-1) a(4*k)*G;%y为汉明码for 1=0:6y(7*k-l)=mod(code(7-l),2);endend汉明码译码fun cti ony=deha nmi ng(C,N,K)A=zeros(7*N,1);S=zeros(N,3);E=zeros(7*N,1);I=zeros(7*N,1);NEW=zeros(K,1);%监督矩阵%编码后信号%校验子%错误图样%解调纠错后的矩阵%收到的信号H=1 1 1 0 1 0 0;1 1 0 1 0 1 0;1 0 1 1 0 0 1;for n=1:NM=7* n-6;Z=4* n-3;T

11、=7* n-3;V=4* n;L=7* n;%s=C(M:L,1)*H;s=C(1,M:L)*H;S(n,: )=mod(s,2);if S( n,:)=0 0 0E(M:L,1)=0 0 0 0 0 0 0;elseifS(n,:)=0 0 1 E(M:L,1)=0 0 0 0 0 0 1;elseifS( n,:)=0 10E(M:L,1)=000 001 0;elseifS( n,:)=0 11E(M:L,1)=000 010 0;elseifS( n,:)=1 00E(M:L,1)=000 100 0;elseifS( n,:)=1 01E(M:L,1)=001 000 0;elsei

12、fS( n,:)=1 10E(M:L,1)=010 000 0;elseifS( n,:)=1 11E(M:L,1)=100 000 0;End曼彻斯特编码fun cti ony=deha nmi ng(C,N,K)A=zeros(7*N,1);%编码后信号S=zeros(N,3);%校验子E=zeros(7*N,1);%错误图样l=zeros(7*N,1);%解调纠错后的矩阵NEW=zeros(K,1);%监督矩阵%收到的信号H=1 1 1 0 1 0 0;1 1 0 1 0 1 0;1 0 1 1 0 0 1;for n=1:NM=7* n-6;Z=4* n-3;T=7* n-3;V=4*

13、 n;L=7* n;%s=C(M:L,1)*H;s=C(1,M:L)*H;S(n ,:)=mod(s,2);if S( n,:)=0 0 0E(M:L,1)=0 0 0 0 0 0 0;elseif S(n,:)=0 0 1 E(M:L,1)=0 0 0 0 0 0 1;elseifS( n,:)=010E(M:L,1)=0 0000 10;elseifS( n,:)=011E(M:L,1)=0 0001 00;elseifS( n,:)=100E(M:L,1)=0 0010 00;elseifS( n,:)=101E(M:L,1)=0 0100 00;elseifS( n,:)=110E(M

14、:L,1)=0 1000 00;elseifS( n,:)=111E(M:L,1)=1 0000 00;end曼彻斯特译码fun cti ony=e ndiffma nchester(x)% diffma nchester ecoderlastcode=1;%设定初始值为1for i= 1:le ngth(x)%1跳变0不跳变if (x(i)=1)if (lastcode=1) y(2*i-1)=-1;y(2*i)=1;lastcode=1;elsey(2*i-1)=1;y(2*i)=-1;lastcode=-1;endelseif (lastcode=1) y(2*i-1)=1;y(2*i)

15、=_1;lastcode=-1;elsey(2*i-1)=-1;y(2*i)=1;lastcode=1;endendEnd抽样fun cti ony=chouya ng(x ,n) for i=1: n%av(i)=(x(6*i-5)+x(6*i-4)+x(6*i-3)+x(6*i-2)+x(6*i-1)+x(6*i)/6;%抽样av(i)=(x(4*i-3)+x(4*i-2)+x(4*i-1)+x(4*i)/4;if (av(i)0)y(i)=1；elsey(i)=0;endendy;end2、总程序%产生随机信号N=1024;%512bit 随机码a=ra ndi nt(1,N,2);fi

16、gure(1)subplot(311)stairs(a)axis(0 60 0 1.5)xlabel(码元)title( 随机码)%分帧for i=0:255msg1(i+1,(1:4)=a(1,(1+i*4:4+i*4);i=i+1;endfor SNR二 5:1:5%言噪比t=SNR+6%分帧传输for i=0:63%16bit 一帧msg=msg1(4*i+1):(4*i+4),1:4);%淑明编码msg new=e nhanmin g(msg,4);subplot(312)stairs(msg new)axis(1 28 0 1.5);xlabel( 码元);title(汉明编码);%

17、线路码一一曼彻斯特p=le ngth(msg new);xn=msg new(1,1:p);xl(1,1:2*p)=e ndiffma nchester(x n);subplot(313)stairs(xl)axis(1 56 -1.5 1.5);xlabel( 码元);title(曼彻斯特编码)；%好个码元4次采样值nn=len gth(xl); whole=caiya ng(xl);%加噪声zao=awg n( whole,SNR);figure(2)subplot(411)plot(zao)title(加高斯白噪声)；axis(1 224 -1.5 1.5);%抽样判决whole new

18、=chouya ng(zao ,nn);nn 1=le ngth(a1);subplot(412)stairs(whole new)title(抽样判决后编码);axis(1 56 -1.5 1.5);%曼彻斯特译码decode=dediffma nchester(whole new); subplot(413)stairs(decode)title(曼彻斯特译码);axis(1 28 -1.5 1.5);subplot(414)stairs(a)axis(1 28 -1.5 1.5);xlabel( 码元);title(随机码);%X明码译码纠错jiucuo=deha nmin g(decode,4,16);jiucuo new=reshape(jiucuo,4,4); fin all(1+i*4):(4+4*i)