matlab模拟设计一个通信系统课件

1、通信系统课群综合训练课程设计说明书目录摘要1Abstract21设计任务31.1系统简述31.2主要步骤31.3 系统框图32系统原理及实现52.1增量调制52.2 基带传输AMI码62.3信道传输码循环码72.4 ASK调制92.5衰落信道103系统仿真113.1增量调制仿真113.2 基带传输AMI码123.3信道传输码循环码123.4 ASK调制143.5衰落信道143.6解码过程153.7数模转化及失真分析164小结与体会185参考文献196附录程序2024摘要在数字通信系统中，需要将输入的数字序列映射为信号波形在信道中传输，此时信源输出数字序列，经过信号映射后成为适于信道传输的数字调

2、制信号，并在接收端对应进行解调恢复出原始信号。所以本论文主要研究了数字信号的传输的基本概念及数字信号传输的传输过程和如何用MATLAB软件仿真设计数字传输系统。首先介介绍了本课题的理论依据，包括数字通信，数字基带传输系统的组成及数字信号的传输过程。然后按照仿真过程基本步骤用MATLAB的仿真工具实现了数字基带传输系统的真过程，对系统进行了分析。关键词：增量调制、AMI码、循环码、ASK、衰落信道AbstractIn digital communication system, need the input digital sequence map for signal transmission

3、in the channel, the source output digital sequence, after signal after mapping become suitable for channel transmission of digital modulation signals, and at the receiving end corresponding to resume the original signal demodulation. So this thesis mainly studies the digital signal transmission of t

4、he basic concept and the digital signal transmission transmission process and how to use MATLAB simulation software to design digital transmission system. The first interface introduced this topic theoretical basis, including digital communication, digital baseband transmission system composition an

5、d digital signal transmission process. According to the simulation process and basic steps of the MATLAB simulation tools to implement the digital baseband transmission systems process, the system is analyzed. Keywords: delta modulation, AMI code, cyclic code, ASK, fading channel 1设计任务1.1系统简述通信原理的主要

6、内容就是怎样可靠而有效地实现信息的传输。要使这些传输方法成为现实，就需要制作出相应的发送设备及接收设备。然后在发送端，我们把欲传送的信息变换成某种适宜的信号并将之馈入传输媒体（电缆，光缆，无线电波等）。在接收端，信号又从媒体馈入接收设备，我们再以同发端相反的过程恢复出原来所发送的信息。根据所学的知识，我们知道在什么样的情况下应该选择什么样的传输方式，并能判断出噪声，信道，传输方式等因素将会怎样影响对我们来说非常重要的一些通信指标，如信噪比，误码率等。1.2主要步骤 本通信传输系统的MATLAB仿真包括以下内容：单频正弦波模拟信号经过抽样（抽样频率为Fs=20F）、增量调制、二进制自然编码、AM

7、I码型变换基带传输，循环编码ASK调制后发送到衰落信道，然后经过ASK解调，循环码译码、AMI码译码、数模转换后恢复出单频正弦波模拟信号。信源：采用单频率正弦波；数字化方式：增量调制（DM）；基带码：AMI码；信道码：循环码；调制方式：ASK；信道类型：衰落信道。1.3 系统框图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。具体的框图如下图1所示。图1 系统框图2系统原理及实现2.1增量调制增量调制是由PCM发展而来的模拟信号数字化的一种编码方式，它是PCM的一种特例。增量调制编码基本原理是指用一位编码，这一位码不是表示信号抽

8、样值的大小，而是表示抽样幅度的增量特性，即采用一位二进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于前一个抽样时刻的值是增大还是减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。输出的“1”，“0”只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的绝对值。增量调制最主要的特点就是它所产生的二进制代码表示模拟信号前后两个抽样值的差别(增加、还是减少)而不是代表抽样值本身的大小，因此把它称为增量调制。在增量调制系统的发端调制后的二进制代码1和0只表示信号这一个抽样时刻相对于前一个抽样时刻是增加(用1码)还是减少(用0码)。收端译码器每收到一个1码，译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量化阶，而收

9、到一个0码，译码器的输出相对于前一个时刻的值下降一个量化阶。增量调制(DM)是DPCM的一种简化形式。在增量调制方式下,采用1比特量化器,即用1位二进制码传输样值的增量信息,预测器是一个单位延迟器,延迟一个采样时间间隔。预测滤波器的分子系数向量是0,1,分母系数为1。当前样值与预测器输出的前一样值相比较,如果其差值大于零,则发1码,如果小于零则发0码。增量调制尽管有前面所述的不少优点，但它也有两个不足：一个是一般量化噪声问题;另一个是过载噪声问题。两者可统一称为量化噪声。阶梯曲线（调制曲线）的最大上升和下降斜率是一个定值，只要增量和时间间隔t给定，它们就不变。那么，如果原始模拟信号的变化率超过

10、调制曲线的最大斜率，则调制曲线就跟不上原始信号的变化，从而造成误差。我们把这种因调制曲线跟不上原始信号变化的现象叫做过载现象，由此产生的波形失真或者信号误差叫做过载噪声。另外，由于增量调制是利用调制曲线和原始信号的差值进行编码，也就是利用增量进行量化，因此在调制曲线和原始信号之间存在误差，这种误差称为一般量化误差或一般量化噪声。增量调制的流程图如下图2所示。图2 增量调制流程图2.2 基带传输AMI码在实际的基带传输系统中，并不是所有代码的电波形都能在信道中传输。含有直流分量和较丰富低频分量的单极性基带波形就不适宜在低频传输特性差的信道中传输。AMI(Alternative Mark Inve

11、rsion)码的全称是信号交替反转码，是通信编码中的一种，为极性交替翻转码，分别有一个高电平和低电平表示两个极性。它的编码规则是: 消息代码中的0 传输码中的0； 消息代码中的1 传输码中的+1、-1交替。 例如: 消息代码:1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1AMI码: +1 0 -1 0 +1 0 0 0 -1 0 +1 -1 +1解码规则是：从收到的符号序列中将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。AMI码的特点是: 由AMI码确定的基带信号中正负脉冲交替，而0电位保持不变；所以由AMI码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量；不易提取定时信号，由于它可能出

12、现长的连0串。 2.3信道传输码循环码由于对信号进行AMI编码后得到的是有1、-1 和0三个电平的数字信号，而对信道循环编码的输入只能是两个电平，因此有必要将AMI编码后得到的三电平数字序列转换为二电平。编码原理比较简单，1用10表示，-1用01表示，0用11表示即可。经过信源编码和系统复接后生成的节目传送码流，通常需要通过某种传输媒介才能到达用户接收机。传输媒介可以是广播电视系统（如地面电视广播系统、卫星电视广播系统或有线电视广播系统），也可以是电信网络系统，或存储媒介（如磁盘、光盘等），这些传输媒介统称为传输信道。通常情况下，编码码流是不能或不适合直接通过传输信道进行传输的，必须经过某种处

13、理，使之变成适合在规定信道中传输的形式。在通信原理上，这种处理称为信道编码（ChannelCoding）循环码是线性分组码的一种，所以它具有线性分组码的一般特性，此外还具有循环性。循环码是一种无权码，循环码编排的特点是相邻两个数码之间符合卡诺图中的邻接条件，即相邻两个数码之间只有一位码元不同，码元就是组成数码的单元。循环码最大的特点就是码字的循环特性，所谓循环特性是指：循环码中任一许用码组经过循环移位后，所得到的码组仍然是许用码组。若（ ）为一循环码组，则（）、（）还是许用码组。也就是说，不论是左移还是右移，也不论移多少位，仍然是许用的循环码组。循环码编码原理：有信息码构成信息多项式，其中最高

14、幂次为k-1；用乘以信息多项式m(x)，得到的，最高幂次为n-1，该过程相当于把信息码（，）移位到了码字德前k个信息位，其后是r个全为零的监督位；用g(x)除得到余式r(x),其次数必小于g(x)的次数，即小于（n-k），将此r(x)加于信息位后做监督位，即将r(x)于相加，得到的多项式必为一码多项式。纠错能力：由于循环码是一种线性分组码，所以其纠检错能力与线性分组码相当。而线性分组码的最小距离可用来衡量码的抗干扰能力，那么一个码的最小距离就与它的纠检错能力有关。定理： 对于任一个线性分组码，若要在码字内（1） 检测e个错误，要求码的最小距离；（2） 纠正t个错误，要求码的最小距离；（3） 纠

15、正t个错误同时检测e（）个错误，则要求；由于MATLAB自带了循环码的编码译码及等相关函数，下面将其列举出来：（1）编码函数encode函数 语法：code=encode(msg,N,K,method,opt)（2） 译码函数decode函数语法：msg=decode（code，N，K，method，opt1,opt2,opt3,opt4）; （3）生成循环码的生成多项式cyclpoly 语法：p=cyclpoly（N,K）; p=cyclpoly（N,K,fd_flag）;2.4 ASK调制“幅移键控”又称为“振幅键控”，记为ASK。也有称为“开关键控”（通断键控）的，所以又记作OOK信号。

16、ASK是一种相对简单的调制方式。幅移键控（ASK）相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二进制数码而已。幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。二进制振幅键控（2ASK）， 由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号为“1”时，传输载波；当调制的数字信号为“0”时，不传输载波。其中s（t）为基带矩形脉冲。一般载波信号用余弦信号，而调制信号是把数字序列转换成单极性的基带矩形脉冲序列，而这个通断键控的作用就是把这个输出与载波相乘，就可以把频谱搬移到载波频率附近。ASK信号，在实际中使用

17、较少，但它是研究各种数字调制技术的基础。 ASK信号是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控（调制）一个连续的载波，有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。ASK信号的产生可以用如下的方法，如图3所示；ASK信号的一种解调方式，包络解调法，如下图图4所示。乘法器S（t）Sask（t）cos（w t）图3 ASK的实现BPF半波或全波整流LPF抽样判决器ASK信号定时脉冲图4 包络解调2.5衰落信道在某些有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以不经过调制和解调过程在信道中直接传送，这种不使用调制和解调设备而直接传输基带信号的通信系统，我们称它为基带

18、传输系统。而在另外一些远距离传输的信道，特别是无线信道和光信道中，由于信道中受到各种噪声和反射漫反射的影响，使得信号产生衰落。数字基带信号则必须经过调制过程，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输，相应地，在接收端必须经过解调过程，才能恢复数字基带信号。我们把这种包括了调制和解调过程的传输系统称为数字载波传输系统。衰落信道有很多种，为了方便，仿真中采用加性噪声加入到调制信号中以模拟最简单的衰落信道。具体仿真步骤是产生两个随机信号取绝对值的平方相加再开平方，即得到一个小的加性噪声，模拟成一个衰落信道，再将它与调制后的信号相加即可。可以采用瑞利或者莱斯两种模型进行模拟。瑞利衰落信道是一种无线电信号

19、传播环境的“统计模型”。这种模型假设信号通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包络服从瑞利分布。这一信道模型能够描述由电离层和对流层反射的短波信道，以及建筑物密集的城市环境。瑞利衰落只适用于从发射机到接收机不存在直射信号的情况，否则应使用莱斯衰落信道作为信道模型。3系统仿真3.1增量调制仿真对模拟信号x=sin(2*pi*50*t)进行增量调制。原始模拟信号如图5所示，进行增量调制后的图如图6所示。图5 原始信号图6 增量调制3.2 基带传输AMI码把增量调制的结果作为输入，对上述结果进行AMI编码。编码后的结果如下，用MATLAB作的图如图7所示。图7 AMI编码3.3信道

20、传输码循环码把编好的AMI码，先进行转化变成二进制，转化后的信号如图8所示。再用（7,4）循环码进行信道编码。输出作的图如图9所示。图8 AMI转化二进制图9 循环码3.4 ASK调制对循环码进行调制，调制方式采用ASK。调制结果作的图如图10所示。图10 ASK调制3.5衰落信道循环码经过瑞利衰弱信道后的波形如图11所示：图11 衰落信道 3.6解码过程解码包括ASK解码和循环码解码以及AMI解码。对它们的解码如下列图所示：图12是ASK解码，图13是循环码解码，图14是AMI解码。图12 ASK解码图13 循环码解码图14 AMI解码3.7数模转化及失真分析对AMI信号进行数模转化，还原出

21、模拟信号，信号如图15所示。对比还原信号和原始信号，分析失真情况。根据误差表达式 ，求出每个点对应的误差值，再求方差即可得到误差值。总的误差表达式为：计算可得D=0.83%，在允许的误差范围内。因此该通信系统基本满足在接收端再现输入信源，仿真成功。图15 还原信号和原始信号4小结与体会 做这次课设花了不少时间，尤其是占用了很多他们玩电脑的时间，因为交电子稿正好是考完研后的日子，他们都要玩，而卧没有电脑。但是还是挤挤时间把它做好了，当然不得不承认这里面有很多调用的函数，编写的程序我是借鉴了参考书上面的，因为都忘记了，这一点表示很惭愧。但是不管怎样，毕竟是做过，且手打了一遍，再运行调试了的，然后把

22、结果一个一个弄好的，也费了不少功夫。总的来说吧，这次的课程设计做的挺高兴的，以前用Matlab软件时完全是为了完成任务，去实验室就是把这次要做的敲进电脑，然后按下回车键就OK啦。但这次绝对不一样，这次做的是一整个系统的设计，第一次感到Matlab的强悍。为什么呢？因为学通信的学这么久了，却还是第一次这么系统的去做一个完整的系统，虽然是用软件仿真，不是实践，但是一步步做下去，还真的很不容易啊。每一次对着题目要求在相应参考书上找到相关函数，自己便迫不及待的想将代码敲进电脑，运行，看看我的系统是不是会变成我想要求的那样，抑或是变成我想象不到的情形？随着代码的不断敲入，每一步，每一模块的不断调试，每一

23、个调试完了，再综合，给下一步当输入，最后再解调，再接收。感觉很兴奋，当一次一次的成功调试出结果，虽然有误差。为完成这份Matlab课程设计，好友小明和俊哥为我提供了笔记本电脑和网络，其室友为我提供其他必备的资源，以便我能顺利进行。因此，在这里，对小明和鹏哥及其410室友表示衷心的感谢。这次的课程设计算是为我的基于Matlab的以前知识的深化学习，深感以前学的知识还不够，还需多加努力，加油！5参考文献【1】刘泉编.通信电子线路.武汉理工出版社.2007年【2】陈怀琛等编.MATLAB及在电子信息课程中的应用.电子工业出版社.2007年【3】樊昌信等编.通信原理.国防工业出版社.2007年【4】数

24、字信号处理的MATLAB实现.科学出版社.2007年【5】THEX-1型实验平台实验指导书6附录程序clc;clear;Ts=1e-3;t=0:Ts:20*Ts;x=sin(2*pi*50*t);%x=sin(2*pi*50*t)+0.5*sin(2*pi*150*t);delta=0.4;D(1+length(t)=0;for k=1:length(t) e(k)=x(k)-D(k); e_q(k)=delta*(2*(e(k)=0)-1); D(k+1)=e_q(k)+D(k); codeout(k)=(e_q(k)0);endfigure;plot(t,x,-o);axis(0 20*T

25、s, -1 1);hold on;title(原始模拟信号);figure;stairs(t,codeout);axis(0 20*Ts,-0.2 1.2);title(增量调制后信号);%AMI编码%xn=1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1;num=0;yn=zeros(1,length(codeout);for k=1:length(codeout) if codeout(k)=1 num=num+1; if(mod(num,2)=0) yn(k)=1; else yn(k)=-1; end endendfigure;stairs(t,yn)

26、;axis(0 20*Ts,-2 2);title(AMI编码信号);%yn=-1 1 -1 0 0 1 0 -1 1 0 0 0 0 0 -1 0 1 0 0 -1 1;yn1=zeros(1,length(yn)*2);num=0;t1=0:0.0005:0.0205;for k=1:length(yn) if yn(k)=1 yn1(2*k-1)=1; yn1(2*k)=0; else if yn(k)=0 yn1(2*k-1)=1; yn1(2*k)=1; else if yn(k)=-1 yn1(2*k-1)=0; yn1(2*k)=1; end end endendfigure;stairs(t1,yn1);axis(0 0.0210, -0.5 1.5); title(AMI码转为二进制码);%循环编码m = 4; n = 7; k = 3;t2=0:Ts:97*Ts;p=cyclpoly(n,k); code = encode(yn1,n,k,cyclic,p); figure;stairs(t2,code);axis(0 0.1,-0.5 1.2);title(编码器输出信号);fd=0;fc=100;fs=fc*6;td=1/fs;chan=rayleighchan(td,fd); yout=f