通信原理综合实验课件

1、通信原理课程系统综合设计与实现基于MATLAB的图像通信系统仿真目录通信原理课程系统综合设计与实现I基于MATLAB的图像通信系统仿真I摘 要IIABSTRACTII第一章 绪论11.1 目的和意义11.2 通信系统模型11.3 本文主要工作1第二章 图像通信系统原理概述12.1DM量化12.1.1 抽样12.2M调制22.2.1 M调制原理22.2.2 M的性能32.2.3M调制的实验原理42.3 OOK调制与解调42.3.1 OOK调制42.3.2 OOK解调5第三章 实验过程图63.1 时域图63.1.1 语音信号时域图像63.1.2 过信道、解调、判决图像73.1.3原图像与恢复图像比

2、较8第四章 总结和体会9参考文献10附录11摘 要本文主要介绍了基于MATLAB的通信系统的仿真,模拟传输图像信号通信过程。通信系统设计采用DM量化方式以及OOK调制解调，观察了通信系统各个模块的信号的时域波形，然后将上述特性与理论进行比较。关键词：DM量化 OOK调制 信道 ABSTRACTThe simulation of communication system based on MATLAB is discussed in this paper,which analog voice signal transmission communication process.This syste

3、m adopts DM quantization and OOK modulation and demodulation.Then we observe the signal out of the different models by domain waveform,eye diagram and power spectrum ,and analyse its anti-noise performance and calculation sym error rate or bit error rate, comparing with theory.Through montrecarol th

4、eory.Key words：DM quantization,OOK,channel.第II页第一章 绪论1.1 目的和意义本文目的是设计一个基于DM编译码和OOK数字调制方式的图像通信系统。通过设计此通信系统，可以加深对通信系统组成以及各部分的原理与作用的理解。1.2 通信系统模型基本通信系统模型如下：图 1 基本通信系统模型基本的数字通信系统，其主要由信源、信源编码、信道编码、信道、信道译码、信源译码和信宿等部分组成。在基本通信模型的基础上我们设计本文图像通信系统的模型，如下：抽样判决相干解调OOK调制增量调制图像信源恢复图像信源译码信道 awgn图 2图像通信系统模型数字调制方式采用OO

5、K调制，滤波器选择低通滤波器。1.3 本文主要工作本系统是基于MATLAB工具的通信系统仿真,仿真了在OOK调制解调方式下该通信系统的误码率性能，传输的信息源为图像信号。先后经过了DM编码、OOK数字调制与解调和DM译码等过程，并对通信系统中各部分的原理和性能以及仿真结果。第二章 图像通信系统原理概述2.1DM量化2.1.1 抽样抽样是把模拟信号以其信号带宽2倍以上的频率提取样值，变为在时间轴上离散的抽样信号的过程，即不断地以固定时间间隔采集模拟信号的瞬时值。抽样过程示意图如下：图 3抽样过程示意图2.2M调制2.2.1 M调制原理 增量调制（M），是DPCM的简化形式，是一种特殊的脉冲编码调

6、制。即是1比特量化的差值脉冲编码调制，将信号瞬时采样值与前一个时刻的采样量化值之差进行量化，并对差值的符号进行编码，而不是对差值的大小编码。因此量化只限于正和负两个电平，1比特传输一个样值。只要把DPCM方案中的量化器改为2电平（1bit)量化，将预测器改为一阶预测器，则DPCM系统就构成M系统。图为M的原理图；图为M的实现框图；图描述了各信号的波形。由波形图可见，在M发端，在定时脉冲 作用下，凡上升一个台阶就量化为1，凡降低一个台阶就量化为0.在M收端译码也十分简单，见1就增加一个，见0就减少一个，经过与发端一样的积分器，得到逼近x(t)的阶梯波 ，经低通滤波器后输出x'(t). 图

7、8 M原理图 图9 M实现框图增量调制的过程即将欲传输的模拟信号f(t)输入到减法器与本地译码器的输出相减得到差值信号e(t),脉冲调制器中有一个采样判决器，在时钟脉冲的控制下对差值信号e(t)进行正负极性判决。当e(t)>0时，脉冲调制器输出一个正脉冲，即“1”码；当e(t)<0时，脉冲调制器输出一个负脉冲，即“0”码，这样就形成了二进制M序列。脉冲调制器的输出分成两路，一路送回到本地译码器（积分器）进行译码，译码输出与下一个时刻的f(t)相减产生差值信号；另一路输出通过信道送到接收端，在接收端，通过积分器译码和低通滤波器滤波，恢复出模拟信号f'(t).增量调制的解调过程

8、是通过积分器实现的。积分器的输出波形不是阶梯波，而是一个具有固定斜率的锯齿波。当积分器输入一个“1"码时，积分器被充电，输出一个正斜变电压，上升一个电压增量；当积分器输入一个“0”时，积分器放电，输出一个负斜变电压，下降一个电压增量。当连续输入时锯齿波形就近似跟随了f(t)的变化，从而实现了译码。然后再通过低通滤波器的平滑滤波，就能很好地恢复f(t). 2.2.2 M的性能 M调制编码译码都很简单但其缺点是可能出现过载失真。在正常情况下，M的量化误差 不会超过(表示量化电压单位值），而在过载情况下，量化误差会大大增加，应当避免发生过载。不过载的条件是 （2.4.1） 若x(t)=As

9、inwt，则M不产生过载的条件是，是M编码时相邻取样点的时间间隔。由于过载而限制了输入信号的动态范围，或者限制了输入信号的最高频率，而且M得数码率不可能进一步降低。 图10 M信号的波形在不过载的条件下，假设量化噪声e(t)在-,均匀分布，则可求得M的量化噪声 （2.4.2）若为接收端低通滤波器带宽，f为信号x(t)=Asinwt的频率（),则M系统的最大量化信噪比为 （2.4.3）2.2.3M调制的实验原理 增量调制每时刻只输出1bit的编码，该比特不是表示采样值的大小，而是表示采样时刻波形的变化趋势。M发端电路如图11所示 图11 M发端 由此可以得出，增量调制相当于DPCM的一种特例，它

10、的量化器为2电平（1bit）量化，而预测器是一阶预测器。 M收端的原理图如图12所示 图12 M收端 M收端系统结构简单，由一个积分器和一个低通滤波器构成。其中积分器用来根据收到的脉冲信号还原出逼近原始信号的阶梯波，而低通滤波器能滤除阶梯波上的高频分量。2.3 OOK调制与解调2.3.1 OOK调制调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。在2ASK调制中，载波的幅度只有两种变化状态。OOK信号可表示为 ： (4)式中， 为载波角频率，为单极性NRZ矩形脉冲序列： (5)其中，g(t)是持续时间为、高度为的矩形脉冲，常称为门函数。为二进制数字，当时，出现概率为P；当时，出现概率为

11、（1-P）。在二进制数字振幅调制中，载波的幅度随着调制信号的变化而变化，实现这种调制的方式有两种，分别是相乘法和开关法，本实验主要采用相乘法。通过相乘器直接将载波和数字信号相乘得到输出信号，这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为相乘法。在该电路中载波信号和二进制数字信号同时输入到相乘器中完成调制。2.3.2 OOK解调OOK信号解调的常用方法主要有两种：包络检波法和相干检测法。相干解调法原理方框图如图2.4所示。图 04本课程设计采用相干解调法解调OOK信号。第三章 实验过程图3.1 时域图3.1.1 语音信号时域图像 3.1.2 过信道、解调、判决图像 3.1.3原图像与恢

12、复图像比较 第四章 总结和体会1.本实验加深了自己对通信系统基本框架的了解，并对相应模块的原理加深了印象；2.实验中曾出现判决后信号基本一致，恢复图像数据后异常现象，最后图像原因在于抽样取值量化太大，解码端相应值取值不当，导致图像数据为黄紫相间的图像块；3.本实验不足之处在于图像恢复仍然与实际相差较明显，恢复图像偏暗且紫色区域有噪声（噪声比较明显）；初步分析原因为DM在编码中跟不上实际数据变化，抽样判决中条件不理想，判决受噪声影响，判决不理想，可能是发生相偏；由于期末复习紧张，本应多做几种调制方式，多加一种PCM编码进行实验对比的。4.实验中感谢李教员和张教员的耐心指导。参考文献1 樊昌信，曹

13、丽娜.通信原理（第6版）M.北京：国防工业出版社,2010。2 孙学军通信原理教程.人民邮电出版社，2007-93 黎洪松数字通信原理.西安电子科技大学出版社，2005-74 刘颖 王春悦 赵蓉数字通信原理与技术 北京邮电大学出版社，2002-75 张葛祥 李娜MATLAB仿真技术与应用 清华大学出版社，2003-6附录%通信原理综合实验clc;clear all;%读取图像，将图像数据存储文件imagedata = imread('10.jpg');% figure% imshow(imagedata);FileName=num2str(size(imagedata,1),&

14、#39;_',num2str(size(imagedata,2),'_',num2str(size(imagedata,3),'.doc'fid=fopen(FileName,'w');fprintf(fid,'%d',imagedata(:);fclose(fid);% DM编码A=1;%输入信号幅度x=reshape(imagedata,1,130*130*3);% x=abs(x/max(abs(x);%归一化N=130*130*3;t=1:1:N;d=0.1;%量化阶距D(1+length(x)=0;%预测器初始状

15、态for k=1:length(x) e(k)=x(k)-D(k);%误差信号eq(k)=d*(2*(e(k)>=128)-1);%量化器输出D(k+1)=eq(k)+D(k);%延迟器状态更新c(k)=(eq(k)>0);%编码输出endfigure(1)subplot(3,1,1);stem(t,x,'.');axis(2e4,2e4+200,0,255); grid on;title('原图像信号');% OOK调制 t1=linspace(0,40000,N);%载波时间段fc=2; % 载波频率 h=A*cos(2*pi*fc*t1);s_

16、ook=c(1:N).*h; % 产生OOK信号 % figure(2)subplot(3,1,2);plot(t,s_ook);axis(2e4,2e4+200,-1.1,1.1); hold on;plot(1:N,c,'r','LineWidth',1.5);title('编码输出与OOK信号');legend('ook信号','编码输出','Location','North');grid on;subplot(3,1,3);plot(t1,h);title('载波信号

17、');axis(2e4,2e4+200,-1.1,1.1);% 信号过随参信道figure(2)subplot(3,1,1);s=awgn(s_ook,18,'measured');%信噪比为18plot(t,s_ook,t,s) legend('OOK信号','加噪信号','Location','North');axis(2e4,2e4+200,-1.1,1.1); % 解调sj = s.*h;%相干解调subplot(3,1,2);plot(t,sj);grid onaxis(2e4,2e4+200,-

18、1.1,1.1);title('乘以相干载波后的信号波形');depsk = zeros(1,length(s);nsamp=10;for m = nsamp/2:nsamp:nsamp*length(s)/2; if m<=50700 if sj(m) < 0.055; for i = 1:nsamp depsk(m-5)+i) = 0; end else sj(m) >=0.055; for i = 1:nsamp depsk(m-5)+i) = 1; end end endendsubplot(3,1,3);plot( 1:N,depsk(1:N),'LineWidth',1.5);grid onaxis(2e4,2e4+200,-1.1,1.1); title('抽样判决后的信号波形')%解码端D1(1+length(depsk)=0; %解码