通信原理三级-文档资料

1、1远距离通信系统设计远距离通信系统设计汇报人：汇报人：2目录目录/Contents总体设计方案总体设计方案Work content信源编码信源编码 /译码译码数字调制解数字调制解调方式调方式信道编码信道编码 /译码译码远距离点对远距离点对点数字通信点数字通信系统仿真及系统仿真及性能分析性能分析013 第一部分第一部分总体设计方案总体设计方案01l设计方案要求设计方案要求l点对点点对点数字通信系统数字通信系统l方案分析方案分析l Simulink4要求设计一个从要求设计一个从 A 地到地到 B 地的语音地的语音或数据通信系统。或数据通信系统。！Simulink 是是 MATLAB 最重要的组最重

2、要的组件之一件之一,它提供一个动态系统建模、它提供一个动态系统建模、仿真和仿真和 综合分析的集成环境。综合分析的集成环境。属于远距离点对点的通信系统属于远距离点对点的通信系统, 可可以使用数字通信系统以使用数字通信系统, 采用数字调采用数字调制方式制方式, 信道采用加性高斯白噪声信道采用加性高斯白噪声信道信道,不考虑多径信道。不考虑多径信道。数字通信系统是利用数学信号来数字通信系统是利用数学信号来传递信息的通信系统传递信息的通信系统, 其中主要由其中主要由信源编码与译码、信道编码与译信源编码与译码、信道编码与译码、数字调制与解调、同步与加码、数字调制与解调、同步与加密等。密等。1234第一部分

3、第一部分 总体设计方案总体设计方案5点对点通信系统图点对点通信系统图6 第二部分第二部分信源编码信源编码 /译码译码lPCM 编码编码/译码译码信源编码信源编码 /译码简介译码简介lPCM编译码整体027信源编码信源编码 PCM 编码编码编码过程为将模拟信号经抽样、压缩、量化、编码编码过程为将模拟信号经抽样、压缩、量化、编码,将其转换为数将其转换为数字信号字信号PCM 原理框图原理框图信源编码有两个功能信源编码有两个功能:一是提高信息传输的有效性一是提高信息传输的有效性,即通过某种数据压缩技术设法减少码元数目和降低即通过某种数据压缩技术设法减少码元数目和降低码元速率。码元速率。 码元速率决定传

4、输所占的带宽码元速率决定传输所占的带宽, 而传输带宽反映了通信的有效性。二是完成模数转换而传输带宽反映了通信的有效性。二是完成模数转换,考虑到项目要求为该通信系统需传送语音考虑到项目要求为该通信系统需传送语音, 所以采用国际通用语音编码方式所以采用国际通用语音编码方式 脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM )8该模块由该模块由 sine wave(正弦信号发生器正弦信号发生器 ) 、 Zero-Order Hold(零阶保持器零阶保持器) 、 Saturation (限幅器限幅器) 、 Relay (继电模块继电模块) 、 Abs (绝对值模块绝对值模块) 、 A- Law Compressor

5、(A 率压缩器率压缩器) 、 Gain (增益模块增益模块) 、 Quantizer (量化器量化器) 、 Integer to Bit Converter(整数点转换器整数点转换器) 、 Mux (复用器复用器) 、 To Frame(装帧装帧器器) 、 Buffer (缓冲器缓冲器) 、 Scope (示波器示波器)组成组成,实现实现 PCM 编码功能。编码功能。PCM编码编码 Simulink 仿真设计方案仿真设计方案设置设置 sine wave(正弦信号发生器正弦信号发生器 ) 的相的相关参数关参数, 幅度为幅度为 1, 角频率为角频率为 200*pi, 抽样抽样时间间隔定为时间间隔定

6、为 1/8000s。 设置设置 Gain 的的增益参数为增益参数为 127。 其它采用默认参数即其它采用默认参数即 可可,然后进行仿真然后进行仿真,观察示波器的波形如下观察示波器的波形如下图图 由由下下图可知图可知,示波器输出结果的示波器输出结果的上部分波形为上部分波形为 PCM 编码输出编码输出结果结果,为二进制为二进制 序列序列, 下半部分下半部分波形为原输入的正弦信号波形。波形为原输入的正弦信号波形。 从而可知从而可知, 该该 PCM 系统模块能系统模块能实实 现模拟信号数字化的功能。现模拟信号数字化的功能。9PCM译码译码 Simulink 仿真设计方案仿真设计方案该模块由该模块由 B

7、uffer(缓冲器缓冲器 ) 、 Reshape (成形器成形器) 、 Relay (继电继电模块模块) 、 Abs (绝对值模块绝对值模块) 、 A- Law Expander (A 率扩张器率扩张器) 、 Gain (增益模块增益模块) 、 Bit to Integer Converter (点整数转换器点整数转换器) 、 DeMux (分用器分用器) 、 Analog Filter Design (模拟低模拟低 通滤波器通滤波器 ) 、 Product (相乘器相乘器 )组成组成 ,实现实现 PCM 译码功能。译码功能。将将 PCM 编码系统图的输出端连编码系统图的输出端连接至接至 PC

8、M 译码系统图的输入端译码系统图的输入端, 从而来测试该从而来测试该 PCM 编译码的性编译码的性能能,10经经 PCM 编码模块和编码模块和 PCM 译码模译码模块输出后的波形块输出后的波形, 波形呈锯齿状波形呈锯齿状, 近近似呈平滑正弦波形。似呈平滑正弦波形。 从而可直观从而可直观地得到该地得到该 PCM 编译码具有良好的编译码具有良好的模数和数模转换能力模数和数模转换能力11 第三部分第三部分数字调制解调方式数字调制解调方式0312数字通信系统选取数字通信系统选取 BPSK 作为其数字调制方式作为其数字调制方式添添关键字关键字仿真结果仿真结果添加添加关键字关键字添加添加关键字关键字BPS

9、K 调制解调仿真系统主调制解调仿真系统主要采用要采用 Bernoullibinary Generator 、 BPSK 调制模调制模 块、块、 AWGN(加性高斯白噪加性高斯白噪声信道声信道 ) 、 BPSK 解调模块、解调模块、误码率分析器、显示模块组误码率分析器、显示模块组 成。从而实现对成。从而实现对 BPSK 调制调制解调的性能分析测试。解调的性能分析测试。设置设置 Bernoullibinary Generator 采样时间为采样时间为 0.01, ; 设置设置 AWGN 的采样的采样时间时间 为为 0.02,信噪比为信噪比为 5dB ;其它参数采用默认参数其它参数采用默认参数,然后

10、开始仿真然后开始仿真,通过观通过观察显示察显示 模块第一项的数字可得模块第一项的数字可得:BPSK 调制解调系统仿真后测得的误码率为调制解调系统仿真后测得的误码率为 0.19196%。 从而可得从而可得, BPSK 和和 QPSK 调制解调系统实际仿真所测得误调制解调系统实际仿真所测得误码率相差无几码率相差无几,都都 可作为数字通信系统的调制方式。可作为数字通信系统的调制方式。13 第四部分第四部分信道编码信道编码 /译码译码0414信道编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力。信道编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力。 数字信号在信道传输时收到数字信号在信道传输时收到 噪声等影响后将会引噪声等影

11、响后将会引起差错。起差错。 为了减少差错为了减少差错, 信道编码器对传输的信息码元按一信道编码器对传输的信息码元按一 定的规则加入保护成分定的规则加入保护成分(监督元监督元) ,组成所组成所谓的谓的“抗干扰编码抗干扰编码“。接收端的信道。接收端的信道 译码器按照相应的你规则进行解码译码器按照相应的你规则进行解码, 从中发现错误或纠正错误从中发现错误或纠正错误, 提高通信系统的可靠性。提高通信系统的可靠性。信道编码方式信道编码方式汉明码汉明码(7,4)：为了测试采用哈明码作为信道编码为了测试采用哈明码作为信道编码方式的数字通信系统的性能方式的数字通信系统的性能,设计设计由由 Bernoullib

12、inary Generator、 BPSK 调制模块、汉明编码模块、调制模块、汉明编码模块、 AWGN(加性高斯白噪声信道加性高斯白噪声信道 ) 、 BPSK 解调模块、解调模块、 汉明解码模块、汉明解码模块、 缓冲器、缓冲器、 Ubuffer (并串变换器并串变换器) 、 缓冲器、误码率分析器、显示模块缓冲器、误码率分析器、显示模块组成的系统。组成的系统。设置哈明编码模块产生设置哈明编码模块产生(7,4)码码;缓冲器参数设置为缓冲器参数设置为 7;其它设置参数其它设置参数同同3.3的设置参数。然后开始仿真的设置参数。然后开始仿真,由误码率分析器的结果可得用哈由误码率分析器的结果可得用哈明码作

13、为信道明码作为信道 编码方式的通信系统仿真测试的误码率为编码方式的通信系统仿真测试的误码率为 0。15 第五部分第五部分仿真及性能分析仿真及性能分析0516根据上面的讨论根据上面的讨论, 本项目所设计的远距离点对点数字通信系统中信源编译码本项目所设计的远距离点对点数字通信系统中信源编译码 采用采用 PCM 编译码编译码, 信道编译码采用汉明码信道编译码采用汉明码 (7,4) 编译码编译码, 数字调制方式选用数字调制方式选用 BPSK , 信道信道采用加性高斯白噪声信道。采用加性高斯白噪声信道。为了测试设计的点对点数字通信系统的性能为了测试设计的点对点数字通信系统的性能,设计由正弦信号发生器、设

14、计由正弦信号发生器、 PCM 编码模块编码模块 (2.3中自行封装的子模块中自行封装的子模块) 、 PCM 译码模块译码模块 (2.3中自行封装的子模块中自行封装的子模块) 、 BPSK 调制调制模块、汉明编码模块、模块、汉明编码模块、 AWGN(加性高斯白噪声信道加性高斯白噪声信道 ) 、 BPSK 解调模块、解调模块、 汉明解码汉明解码模块、缓冲器、模块、缓冲器、 Ubuffer (并串变换器并串变换器) 、误码率分析器、显示模块、误码率分析器、显示模块.示波器组成的系统。示波器组成的系统。17仿真结果：仿真结果：设置设置 sine wave(正弦信号发生器正弦信号发生器 ) 的相的相关参数关参数, 幅度为幅度为 1, 角频率为角频率为 200*pi, 抽抽样时间间隔定为样时间间隔定为 1/8000; AWGN 中抽样中抽样时间间隔设置为时间间隔设置为 2/8000, 信噪比为信噪比为 10dB ; 其它设置同其它设置同 4.3,然后开始仿真然后开始仿真,由误码率分析器的结果可得所设计的点由误码率分析器的结果可得所设计的点对点数对点数 字通信系统仿真后测得的误码率字通信系统仿真后测得的误码率为为 0.0575%。示波器显示波形如下图。示波器显示波形如下图。上图波形中上半部分为原始上