通信原理报告数字基带信号HDB3码型编码转换实现

1、通信原理课程设计报告题目：数字基带信号HDB3马型编码转换实现专业班级：姓名:学号:指导教师:设计任务要求：仿真实现数字基带通信系统信源输入 2424 位二进制序列产生 HDBHDB3 3码，通过高斯白噪声信道，接收端滤波、解码的时域图及频谱图。以矩形波为例，要现输入 2424 位二进制序列产生 AMAMI I码，HDB3HDB3 码，接收端滤波、解码上述码型摘要HDB3HDB3 码全称三阶高密度双极性码（英语:HighDensityHighDensityBipolarofOrder3BipolarofOrder3,简称：HDB3HDB3 码）是一种适用于基带传输的编码方式，它是为了克服 AM

2、IAMI 码的缺点而由现的，具有能量分散，抗破坏性强等特点。HDB3HDB3 码实行转换一般分为三个步骤，先将消息码转换 AMIAMI 码然后加“V V”, ,接着加“B B”，这几部我们可以使用 C C 语言进行编程实现。为了实现 HDB3HDB3 马的编码与转换，同时加深对通信系统工作原理的了解，我们采用了 MATLAMATLA 歆件进行编码仿真，同时学习掌握 MATLAMATLA 敢件的基础使用。关键词：AMIAMI 码；HDB3HDB3 码；编码；解码；MATLABMATLAB 仿真目录1 1 . .设计原理 4 41.11.1HDB3HDB3 码的介绍 4 41.21.2HDB3HD

3、B3 码的编码转换规则 5 51.31.3HDB3HDB3 码的解码转换规则 5 51.41.4HDB3HDB3 码的软件程序设计 6 62 2 .MATLA.MATLA 瞰件仿真结果及其分析 10102.12.1MATLABMATLAB 软件的介绍 10102.22.2仿真结果图示 12122.32.3仿真结果分析 15153 3 . .设计总结及心得体会 22224 4 . .参考文献 22225 5 . .致 2323正文1.设计原理1.1HDB3码的介绍HDB3 码即三阶高密度双极性码（英语:HighDensityBipolarofOrder3,简称:HDB3 码）是一种适用于基带传输

4、的编码方式，“三阶”通俗讲就是最多 3 个连 0码元，“高密度双极性”就是没有直流分量，不会连续出现+1 或-1,它是为了克服 AMI码的缺点而出现的，具有能量分散，抗破坏性强等特点。三阶高密度双极性码用于所有层次的欧洲 E-carrier系统,HDB3 码将 4 个连续的0位元取代成000V或B00V。这个做法可以确保连续的相隔单数的一般 B 记号。1.2HDB3的编码转换规则HDB3码的编码规则主要分为3步:1.先将消息代码变换成 AMI 码，若 AMI 码中连 0 的个数小于 4,此时的 AMI 码就是HDB3 码；2.若 AMI码中连 0的个数大于等于 4,则将每 4个连 0小段的第

5、4个 0变换成与前一个非 0 符号（+1 或-1）同极性的符号，用表示（+V,-V+V,-V）; ;1.1 .为了不破坏极性交替反转，当相邻 V 符号之间有偶数个非 0 符号时，再将该小段的连 0 码元段的第 1 个 0 变换成+B 或-B,B 的符号与前一非零符号的相反，并让后面的非零符号从符号开始再交替变化。例如：消息代码：100001000011000011AMI 码：+10000-10000+1-10000+1-1HDB3 码:+1000+V-1000-V+1-1+B00+V-1+1HDB3 码：+1000+1-1000-1+1-1+100+1-1+11.31.3 HDB3HDB3 码

6、的解码转换规则虽然编码很复杂，但解码规则很简单，就是把原来的取代节（4 个连零）找到即可，若 3 连0前后非零脉冲同极性，则将最后一个非零元素译为零，如+1000+1 就应该译成10000”,否则不用改动；若 2 连0前后非零脉冲极性相同，则两零前后都译为零，如-100-1,就应该译为 0000,否则也不用改动。再将所有的-1 变换成+1 后，就可以得到原消息代码。例如:HDB3:0+100-1000-1+1000+1-1+1-100-1+100-1译码：010010000100001100000010011.41.4 HDB3HDB3 码的软件程序设计HDB3 码编码程序主要包含 3 个部分

7、：消息码与 AMI 码的转换，加“训力口“B”HDB3HDB3 码程序译码部分主要是从收到的符号序列中找到破坏极性交替的点，从而断定符号及其前面的 3 个符号必是连 0 符号，从而恢复 4 个连码，再将所有的-1 变换成+1 后，就可以得到原消息代码寻找破坏极性点恢复连零码-1-1 正化当程序完成 HDB3 的编码与解码后，就是对 HDB3 码进行加噪声与滤波处理,接着是图像方波输出部分，完整源程序如下：源程序:clc;clearall;xn=100001100000101000001010;%输入单极性码yn=xn;%输出 yn 初始化HDB3 码num=0;%计数器初始化fork=1:le

8、ngth(xn)ifxn(k)=1num=num+1;%1计数器ifnum/2=fix(num/2)%奇数个 1 时输出-1,进行极性交替yn(k)=1;elseyn(k)=-1;endendend%AMI 编码完成 num=0;%连零计数器初始化yh=yn;%输出初始化sign=0;%极性标志初始化为 0V=zeros(1,length(yn);%V 脉冲位置记录变量B=zeros(1,length(yn);%B 脉冲位置记录变量fork=1:length(yn)ifyn(k)=0num=num+1;%连“0”个数计数ifnum=4%如果 4 连“0”num=0;%计数器清零yh(k)=1*

9、yh(k-4);%让 0000 的最后一个 0 改变为与前一个非零符号相同极性的符号V(k)=yh(k);%V 脉冲位置记录ifyh(k)=sign%如果当前 V 符号与前一个 V 符号的极性相同yh(k)=-1*yh(k);%则让当前 V 符号极性反转，以满足 V 符号间相互极性反转要求yh(k-3)=yh(k);%添加 B 符号，与 V 符号同极性AMI码编码部分HDB3码编码部分B(k-3)=yh(k);%B 脉冲位置记录V(k)=yh(k);%V 脉冲位置记录yh(k+1:length(yn)=-1*yh(k+1:length(yn);%让后面的非零符号从 V 符号开始再交替变化end

10、sign=yh(k);%记录前一个 V 符号的极性endelsenum=0;%当前输入为“1”则连“0”计数器清零endend%编码完成re=xn,yn,yh,V,B;b=xn;t=0:0.001:0.999;g=b(ceil(24*t+0.01);subplot(611);plot(t,g)axis(01.2-1.21.2)title(信源);am=yh;t=0:0.001:0.999;ami=am(ceil(24*t+0.01);subplot(612);plot(t,ami)axis(01.2-1.21,2)title(信源);f=150;a=yh;t=0:0,001:0.999;m=a

11、(ceil(24*t+0.01);st=m;subplot(613);plot(t,st)axis(01.2-1.21,2)title(HDB3 信号)%加高斯噪声.len=length(st);std_val=0.2;j=std_val*randn(1,len);%加入高斯噪声nst=st+j;subplot(614)plot(t,nst)axis(01.2-1.21,2);title(高斯 HBD3 信号,)%低通滤波器设计wp=2*pi*2*f*0.5;ws=2*pi*2*f*0.9;Rp=2;As=45;N,wc=buttord(wp,ws,Rp,As,s);B,A=butter(N,

12、wc,s);%低通滤波h=tf(B,A);%转换为传输函数dst=lsim(h,nst,t);subplot(615)plot(t,dst)axis(01.2-1.21.2);title（经过低通滤波器后的信号）;input=yh;%HDB3 码输入decode=input;%输出初始化sign=0;%极性标志初始化fork=1:length(yh)ifinput(k)=0ifsign=yh(k)%如果当前码与前一个非零码的极性相同 decode(k-3:k)=0000;%则该码判为 V 码并将*00V 清零endsign=input(k);%极性标志end低通滤波与译码部分enddecode

13、=abs(decode);u=decode;t=0:0.001:0.999;v=u(ceil(24*t+0.01);subplot(616);plot(t,v)axis(01.2-1.21.2)title(信源);%频谱观察Y=fft(st,1024);Z=fftshift(Y);Pyy=Z.*conj(Z)/(1024);f=1000*(0:1000)/(1024);figure(2);plot(f,Pyy(1:1001);axis(400600,055);title(HDB3 频谱图);xlabel(频率 f(Hz);Y=fft(decode,1024);Z=fftshift(Y);Pyy

14、=Z.*conj(Z)/(1024);f=1000*(0:1000)/(1024);figure(3);plot(f,Pyy(1:1001);axis(400600,00.05);title(解码频谱图,);xlabel(频率 f(Hz);由于这个课程设计是以组为单位的，我主要负责译码的部分，下面是译码的程序input=yh;%HDB 刎输入decode=input;%输出初始化sign=0;%极性标志初始化fork=1:length(yh)ifinput(k)=0ifsign=yh(k)%如果当前码与前一个非零码的极性相同decode(k-3:k)=0000;%则该码判为 V 码并将*00V

15、 清零endendenddecode=abs(decode);sign=input(k);%极性标志2.2. MATLABMATLAB 软件仿真结果及其分析2.12.1MATLABMATLAB 软件的介绍MATLAB 是一种用于数据可视化、算法开发、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了绘制函数/数据图像、矩阵运算等常用功能外，MATLAB 还可用来创建用户界面及与调用其它语言（包括 C,C+和 FORTRAN）编写的程序。MATLAB 有一系列的工具，这些工具可供用户使用 MATLAB 的函数和文件，其中许多工具是图形界面。包括 MATLAB 桌面和历史命令窗口、编辑器和调

16、试器、命令窗口、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏Matlab 它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点，是一个高级的矩阵/阵列语言，。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，或者编写好一个复杂的应用程序后再一起运行。新版本的 MATLAB 语言是基于最为流行的C+语言基础上的，但是更具要包容性，因此语法特征与 C+语言极为相似，而且更加简单，更加符合人们对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB 能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。MATLAB 拥有大量计算算法。其拥

17、有 600 多个工程中要用到的数学运算函数，可实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的满意成果，而且经过了优化和容错处理。通常情况下，用它来代替底层编程语言是可行的，如 C 和C+。在计算要求相同的情况下，使用 MATLAB 的编程工作量和时间会大大减少。Matlab 可以对图形进行标注和打印。高级的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的 MATLAB 对整个图形处理功能作了完善，让它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能。尽管 MATLAB 主要用于数值运算，但利用为数众多的附加工具箱（Toolbox）它也适合不同

18、领域的应用，比如图像处理、控制系统设计与分析、信号处理与通讯、金融建模和分析等。提供了一个可视化开发环境，常用于系统模拟、动态/嵌入式系统开发等方面。由于 MATLAB 具有高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来和具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化，因此我们选择它来进行此次课程设计的仿真软件。2.22.2仿真结果图示图 1 从上往下图形依次是信源波形图、AMI 码波形图、HDB3 码波形图、经过高斯白噪声信道的 HDB3 码图形、经过接收端滤波的 HDB3 码解码图形。图 2 2白 Q0 片 W 门4/图|园|口频率f(Hs)图 3 为 HDB3

19、码频谱图2.32.3仿真结果分析根据 AMI 和 HDB3 的编码规则，图中的 AMI 和 HDB3 码的编码与其是一致的。信道是方差为 0.2,均值为 0 的高斯白噪声信道。 经过低通滤波后的波形通过阈值为 0.3 的抽样判决得出的二进制序列的消息码与信源基本一致。下图的图 3,图 4,图 5 分别为 HDB3,接收端，信宿的频谱，由图中可以看出编码出来的 HDB3 和滤波后的 HDB3 码所含低频分量少，无直流分量；适合在信道传输。骊 j 率 f(Hz)顿率f(Hz)图 6数据 2将高斯信道的方差改为 0.05,判决器的阈值依然是 0.3,各个码型的时域图如下:3 曲那诩频率 f(Hz)频率 f(Hz)分析：因为将噪声的强度变小了，所以在高斯白噪声信道的 HDB3 码的噪声强度有所减弱。阈值为 0.3 的判决器能将其还原出完整的信源。其他的 AMI 码，HDB3 码的编码实现无改变。数据 3:将高斯信道的方差改为 0.6,判决器的阈值是 0.3,各个码型的时域图如下：图 11须军f(Hz