通信系统课群综合训练与设计优秀课程设计.doc
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1、目 录摘要IAbstractII1设计任务及要求11.1设计任务11.2 设计要求12 PCM(脉冲编码调制)编译码22.1脉冲编码调制基础原理22.2 逐次比较法编码32.3 折叠二进制码原理42.4逐次比较法译码原理52.5 MATLAB编程实现PCM编译码63 HDB3码编解码73.1 AMI码编码基础原理73.2 HDB3码编码基础原理73.3 HDB3码译码83.4 MATLAB实现HDB3码编解码94 汉明码编译码104.1汉明码结构原理104.2 MATLAB实现汉明码编译码125 2PSK调制和解调135.1数字调制技术135.2 二进制相移键控(2PSK)基础原理135.3
2、MATLAB实现2PSK调制和解调155.4 AWGN信道模拟166 MATLAB软件仿真176.1 MATLAB介绍176.2 发送端仿真结果176.2.1 PCM编码仿真176.2.2 HDB3码及汉明码编码仿真186.2.3 2PSK调制和AWGN信道仿真186.3 接收端仿真结果196.3.1 2PSK解调仿真196.3.2 汉明码及HDB3码解码仿真196.3.3 PCM解码仿真206.4 仿真结果分析207 小结和体会218 参考文件22附录23摘 要 通信系统是一个十分复杂系统,在具体实现上有多个多样方法,但总过程却是含有共性。对于一个模拟信号数字化传输,过程可分为数字化,信源编
3、解码,信道编解码,调制解调,加扰等。本试验利用MATLAB实现了PCM编码,HDB3码,汉明码,PSK调制,AWGN及对应解调过程,完整实现了一个通信系统全部过程。 MATLAB是由美国Mathworks企业公布关键面对科学计算、可视化和交互式程序设计高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化和非线性动态系统建模和仿真等很多强大功效集成在一个易于使用视窗环境中,为科学研究、工程设计和必需进行有效数值计算众多科学领域提供了一个全方面处理方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)编辑模式,代表了当今国际科学计算软件优异水平。关键字:通信系统,调制,解调,
4、MATLAB AbstractCommunication system is a very complicated system in the implementation of a variety of methods. But the process has general characters. For a analog signal digital transmission, the process can be divided into digital, source decoding, channel decoding, modem, scrambling, etc. This e
5、xperiment using MATLAB the delta modulation, Miller code, hamming code, PSK modulation, AWGN and the corresponding demodulation process, complete implements a communication system of all process.MATLAB is a high-level technical computing language and interactive environment for algorithm development
6、, data visualization, data analysis, and numeric computation. Using MATLAB, you can solve technical computing problems faster than with traditional programming languages, such as C, C+, and Fortran.Key words:communication system,modulation,demodulation,MATLAB1设计任务及要求1.1设计任务能够用软件(如MATLAB),也能够在硬件试验系统平
7、台上完成一个经典通信系统(以下图1所表示)仿真。图1.1 经典通信系统组成1.2 设计要求1、系统发送端要求:模拟信源数字化基带码信道码调制信道类型一时间函数PCMHDB3码汉明码PSKAWGN2、在接收端解调、信道解码、基带解码、数模转换和发送端一一对应。3、要完成整个系统各步骤和整个系统仿真,最终在接收端或正确或近似地再现输入(信源),完成课程设计汇报。2 PCM(脉冲编码调制)编译码2.1脉冲编码调制基础原理把从模拟信号抽样、量化,直到变换成为二进制符号基础过程,称为脉冲编码调制,简称脉码调制。如:在下图中,模拟信号抽样值为3.15,3.96,5.00,6.38,6.80和6.42。若根
8、据“四舍五入”标准量化为整数值,则抽样值量化后变为3,4,5,6,7和6。在根据二进制数编码后,量化值(quantized value)就变成二进制符号:011、100、101、110、111和110。图2.1 二进制编码原理图2.2 PCM系统原理方框图2.2 逐次比较法编码上节编码器(a)中量化器和编码器常组成一个不能分离编码电路,这种编码电路有不一样实现方案,最常见一个方案成为逐次比较法编码,其基础原理方框图以下图所表示。比较器保持电路恒流源记忆电路Is Iw , ci =1Is Iw , ci = 0c1, c2, c3Is Iw输入信号抽样脉冲图2.3 逐次比较法编码原理方框图图中示
9、出一个3位编码器。其输入信号抽样脉冲值在0和7.5之间。它将输入模拟抽样脉冲编成3位二进制编码c1 c2 c3。图中输入信号抽样脉冲电流Is由保持电路短时间保持,并和多个称为权值电流标准电流Iw逐次比较。每比较一次,得出1位二进制码。权值电流Iw是在电路中预先产生。Iw个数决定于编码位数,现在共有3个不一样Iw值。因为表示量化值二进制码有3位,即c1c2c3。它们能够表示8个十进制数,从0至7,以下表所表示。 表1 编码表量化值c1c2c3量化值c1c2c300004100100151012010611030117111所以,若根据“四舍五入”标准编码,则此编码器能够对-0.5至+7.5之间输
10、入抽样值正确编码。由此表可推知,用于判定c1值权值电流Iw=3.5,即若抽样值Is 3.5,则比较器输出c1 = 1。c1除输出外,还送入记忆电路暂存。第二次比较时,需要依据此暂存c1值,决定第二个权值电流值。若c1 = 0,则第二个权值电流值Iw = 1.5;若c1 = 1,则Iw = 5.5。第二次比较根据此规则进行:若Is Iw,则c2 = 1。此c2值除输出外,也送入记忆电路。在第三次比较时,所用权值电流值须依据c1 和c2值决定。如如,若c1 c2 = 0 0,则Iw = 0.5;若c1 c2 = 1 0,则Iw = 4.5;依这类推。2.3 折叠二进制码原理表1给出二进制编码是根据
11、二进制数自然规律排列,称为自然二进制码。但这不是唯一编码方法,常见还有折叠二进制码。折叠二进制码是用最高位表示电压极性正负,而用其它位来表示电压绝对值。这就是说,在用最高位表示极性后,双极性电压能够采取单极性编码方法处理,从而使编码电路和编码过程大为简化。折叠码另一个优点是误码对于小电压影响较小。在13折线法中采取折叠码有8位。其中第一位c1表示量化值极性正负。后面7位分为段落码和段内码两部分,用于表示量化值绝对值。其中第2至4位(c2 c3 c4)是段落码,累计3位,能够表示8种斜率段落;其它4位(c5 c8)为段内码,能够表示每一段落内16种量化电平。段内码代表16个量化电平是均匀划分。所
12、以,这7位码总共能表示27 128种量化值。在下面表中给出了段落码和段内码编码规则。表2 段落码编码规则段落序号段落码c2 c3 c4段落范围 (量化单位)段落序号段落码 c2 c3 c4段落范围 (量化单位)811110242048401164128711051210243010326461012565122001163251001282561000016表3 段内码编码规则量化间隔段内码c5 c6 c7 c8量化间隔段内码c5 c6 c7 c8量化间隔段内码c5 c6 c7 c8量化间隔段内码c5 c6 c7 c815111111101170111300111411101010106011
13、020010131101910015010110001121100810004010000000在上述编码方法中,即使段内码是按量化间隔均匀编码,不过因为各个段落斜率不等,长度不等,故不一样段落量化间隔是不一样。其中第1和2段最短,斜率最大,其横坐标x归一化动态范围只有1/128。再将其等分为16小段后,每一小段动态范围只有(1/128)*(1/16) = 1/2048。这就是最小量化间隔,后面将此最小量化间隔(1/2048)称为1个量化单位。第8段最长,其横坐标x动态范围为1/2。将其16等分后,每段长度为1/32。假若采取均匀量化而仍期望对于小电压保持有一样动态范围1/2048,则需要用1
14、1位码组才行。现在采取非均匀量化,只需要7位就够了。2.4逐次比较法译码原理 下图所表示编码器中虚线方框内是当地译码器,而接收端译码器关键部分原理就和当地译码器原理一样。 图2.4 逐次比较法非均匀编码器原理框图在此图中,当地译码器记忆电路得到输入c7值后,使恒流源产生为下次比较所需要权值电流Iw。在编码器输出c8值后,对此抽样值编码已经完成,所以比较器要等候下一个抽样值抵达,暂不需要恒流源产生新权值电流。在接收端译码器中,仍保留当地译码器部分。由记忆电路接收发送来码组。当记忆电路接收到码组最终一位c8后,使恒流源再产生一个权值电流,它等于最终一个间隔中间值。在上如中,此中间值等于1248。因
15、为编码器中比较器只是比较抽样绝对值,当地译码器也只是产生正值权值电流,所以在接收端译码器中,最终一步要依据接收码组第一位c1值控制输出电流正负极性。在下图中示出接收端译码器基础原理方框图。c2 c8记忆电路7/11变换恒流源极性控制c1译码输出图2.5 接收译码器原理框图2.5 MATLAB编程实现PCM编译码1、PCM编码步骤图 2、PCM译码步骤图 图2.6 编码步骤图 图2.7译码步骤图3 HDB3码编解码3.1 AMI码编码基础原理AMI码全称为传号交替反转码,其编码规则为将消息码“1”(传号)交替地变换为“+1”和“-1”,而“0”(空号)保持不变。如:消息码: 0 1 1 0 0
16、0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1AMI码: 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 1 +1 0 0 1 +1 AMI码对应波形是含有正、负、零三种电平脉冲序列。它能够看成是单极性波形变形,即“0”仍对应零电平,而“1”交替对应正负电平。AMI码优点:没有直流成份,且高、低频分量少,编译码电路简单,且可利用传号极性交替这一规律观察误码情况;假如它是AMI-RZ波形,接收后只要全波整流,就可变为单极性RZ波形,从中能够提取位定时分量AMI码缺点:当原信码出现长连“0”串时,信号电平长时间不跳变,造成提取定时信号困难。处理连“0”码问题有效方法之一是采取HDB3码。3.2 HDB3码
17、编码基础原理HDB3码全称为3阶高密度双极性码,它是AMI码一个改善型,改善目标是为了保持AMI码优点而克服其缺点,使连“0”个数不超出3个。 其编码规则是:(1)检验消息码中“0”个数。当连“0”数目小于等于3时,HDB3码和AMI码一样,+1和-1交替;(2)连“0”数目超出3时,将每4个连“0”化作一小节,定义为B00V,称为破坏节,其中V称为破坏脉冲,而B称为调整脉冲;(3)V和前一个相邻非“0”脉冲极性相同(这破坏了极性交替规则,所以V称为破坏脉冲),而且要求相邻V码之间极性必需交替。V取值为+1或-1;(4)B取值可选0、+1或-1,以使V同时满足(3)中两个要求; (5)V码后面
18、传号码极性也要交替。 如:消息码: 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 l 1 AMI码: -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1 HDB3码: -1 0 0 0 V +1 0 0 0 +V -1 +1-B 0 0V +B 0 0 +V -l +1其中V脉冲和B脉冲和1脉冲波形相同,用V或B符号表示目标是为了示意该非“0”码是由原信码“0”变换而来。HDB3码既要包含AMI交替特征使输出无直流特征,又要不出现四个以上连0,所以能够先满足后者。1)把“0000”换为替换节。规则:先将“0000
19、”分离开来,第一个“0000”直接变为“0000”,然后数相邻两个“0000”之间“1”个数,奇数则变为“000V”,偶数则变为“B00V”。2)更新符号。依据HDB3码编码规则有:B总是和其前面1或V符号相反,V总是和前面1或B相符号相同,1总是和前面V或B符号相反,就可编符号了。比如:消息代码:1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1中间码: 1 0 0 0 V 1 0 0 0 V 1 1 B 0 0 V 1 1 B 0 0 V B 0 0 V 1 1 1 0 0 0 V 1HDB3码:+1 0
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