通信原理课设-基带通信过程仿真

1、13级通信工程专业“通信原理”课程设计任务书一、 课题名称 基带通信过程仿真二、课程设计内容本课题使用Matlab仿真软件，利用Matlab集成环境下的M文件编写程序来模拟和仿真简单的通信过程，主要包括采样量化编码、信道编码、信道解码、数模转换输出，最后集成各个模块。最后根据输出的相应信号的时域波形和频域波形或仿真结果，来判断通信的质量，并分析误差存在的原因。三、课程设计目的（1）综合应用Matlab编程与系统仿真、信号与系统、现代通信原理等多门课程知识，建立通信系统的整体概念；（2）培养系统设计与系统开发的思想；（3）培养利用软件进行通信仿真的能力；（4）熟悉Matlab文件中M文件的使用方

2、法，包括函数、原理和使用的方法。四、设计要求 （1）8-9个同学一组，在Matlab环境下完成对通信系统各部分仿真程序的设计与调试，对通信过程整体有较深入的理解；（2）组员深入理解自己仿真部分的原理的基础，提出仿真方案，画出对应的子系统的原理框图；（3）完成仿真程序的编制，运行仿真程序；（4）组长负责各模块的集成，并对本组系统总结。（5）完成课设报告，程序分组打包。五、分组安排 学号末两位%8=1，信号抽样 学号末两位%8=2，3，信号量化，编码 学号末两位%8=4，信道编码（HDB3） 学号末两位%8=5，信道解码 学号末两位%8=6，7，信号数模转换 学号末两位%8=0， 各模块仿真结果分

3、析，集成各模块 1-8号，9-16号，17-24号，25-32号一组，33,34,35号每个人跟一个组。每组选出一个组长。六、时间安排 （1）上机时间：十八周： 礼拜一：上午 礼拜二：下午 礼拜三：下午 礼拜四：下午 礼拜五：上午 十九周： 礼拜一：下午 礼拜二：下午 （2）其他时间自己在寝室或图书馆查找资料、代码设计、完成课设报告 目 录1. 数字基带传输系统的描述12. 数字基带信号传输系统的组成13. 基带传输常用码型23.1对传输码的要求23.2常用传输码型34.HDB3码编码34.1 HDB3码编码规则34.2 HDB3码编码流程图44.3 HDB3码译码规则55. 代码阐述及图片5

4、6. 心得体会87. 附录98. 评分表11基带通信过程仿真-信道编码1. 数字基带传输系统的描述数字基带传输系统，是不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，常用于传输距离不太远的情况下。数字处理的灵活性使得数字传输系统中传输的数字信息既可以是来自计算机等数据终端的各种数字信号，也可以来自模拟信号经数字化处理后的脉冲编码信号，这些数字信号所占据的频谱是从零频或很低频率开始，称为数字基带信号。在某些具有低通特性的有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，基带信号可以不经过载波调制而直接进行传输。这类系统称为数字基带传输系统。对于基带传输系统的研究非常有意义。第一，在利用对称电缆构成的近程数据

5、通信系统中广泛采用了这种传输方式；第二，随着数字通信技术的发展，基带传输方式也有迅速发展的趋势，目前它不仅用于低速数据传输，也用于高速数据传输；第三，基带传输系统的许多问题也是带通传输系统必须考虑的问题；第四，任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效为一个基带传输系统来研究。2. 数字基带信号传输系统的组成图1 数字基带信号传输系统（1）信道信号形成器（发送滤波器）：压缩输入信号频带，把传输码变换成适宜于信道传输的基带信号波形。（2）信道：信道的传输特性一般不满足无失真传输条件，因此会引起传输波形的失真。另外信道还会引入噪声n(t)，并假设它是均值为零的高斯白噪声。（3）接收滤波器： 它用

6、来接收信号，滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。（4）抽样判决器：对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。（5）同步提取：用同步提取电路从接收信号中提取定时脉冲 图2 数字基带信号传输系统传输过程（a）输入基带信号；（b）进行码型变换后的波形；（c）对（a）而言进行码型及波形的变换，适合在信道中传输；（d）信道输出信号；（e）接受滤波器输出波形；（f）位定时同步脉冲；（g）恢复的信息。3. 基带传输常用码型3.1对传输码的要求（1）不含直流，且低频分量尽量少；（2）应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号；（3）功率谱主瓣宽

7、度窄，以节省传输频带；（4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化； （5）具有内在的检错能力，即码型应具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测。（6）编译码简单，以降低通信延时和成本。3.2常用传输码型（1） AMI码：传号交替反转码，将消息码的“1”(传号)交替地变换为“+1”和“-1”，而“0”(空号)保持不变。（2） HDB3码：它是AMI码的一种改进型，改进目的是为了保持AMI码的优点而克服其缺点，使连“0”个数不超过3个。 （3） 双向码：曼切斯特码，用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10 ”两位

8、码表示。 （4） 差分双相码：为了解决双相码因极性反转而引起的译码错误，可以采用差分码的概念。每个码元中间的电平跳变用于同步，而每个码元的开始处是否存在额外的跳变用来确定信码。有跳变则表示二进制“1”，无跳变则表示二进制“0”。（5） 密勒码：单个“0”时，在码元持续时间内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变，连“0”时，在两个“0”码的边界处出现电平跃变，即00”与“11”交替。（6） CMI码：传号反转码，“1”码交替用“1 1”和“0 0”两位码表示；“0”码固定地用“01”表示。（7） 块编码：有nBmB码，nBmT码等。4.HDB3码编码4.1 HDB3码编码规则（1）检查消

9、息码中“0”的个数。当连“0”数目小于等于3时，HDB3码与AMI码一样，+1与-1交替；（2）连“0”数目超过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称为调节脉冲；（3）V与前一个相邻的非“0”脉冲的极性相同(这破坏了极性交替的规则，所以V称为破坏脉冲)，并且要求相邻的V码之间极性必须交替。V的取值为+1或-1； （4）B的取值可选0、+1或-1，以使V同时满足（3）中的两个要求； （5）V码后面的传号码极性也要交替。 4.2 HDB3码编码流程图开始接收信号等待编码 否收到信号？ 是是否为1？ 是 否1.计数器自增，方便之后判断2.当前取值为0

10、1.取前一个非零值 的相反数2.保存当前非零值3.计数器清零计数器清零取下一位值连零数为4？ 是 否最后一个V=最后一个非零值？不进行操作是 否B00V形式000V形式4.3 HDB3码译码规则每一个破坏脉冲V总是与前一非“0”脉冲同极性(包括B在内)。这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连“0”符号，从而恢复4个连“0”码，再将所有-1变成+1后便得到原消息代码。5. 代码阐述及图片function y=HDB3(x) %HDB3码% 输入x为信息代码，输出y为相应的HDB3码x=0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1

11、 1 0 0 0 0 0 0 1 0; %单极性码n=length(x);本段程序中，用x数组保存所需要编码的数据，来测试程序是否正确，在总程序中，该段HDB3编码程序用来编码接收到的已抽样、量化、编码后的信号，获取这段数据的长度。y=zeros(1,n); %存HDB3码last_y=-1; %设定初始值，并记录非零值（前一个）last_v=-1;num=0; %计数器,记连0个数用y来保存判断后的HDB3码，初始化为一个零矩阵，last_y保存的内容为最后一个出现的非零值，last_v保存的是最后一个出现的V值，num为连零计数器，初始化为0。for i=1:n if(x(i)=1) %判

12、断1还是0 y(i)=-last_y; %如果是1，则与前一个非零值的相反值 last_y=y(i); %记录 num=0; %计数器清零else y(i)=0; %否则是0 num=num+1; %计数加1 end 判断语句，如果这个值为1，则正负交替，如果这个值为0，则保存0，并进行连零计数，如果连零数为4，则进行接下来的判断，否则编码规则和AMI码相同。 if(num=4) %计数，如果连零为4，则用V替代 if(last_y=last_v) %如果最新非零值与前一个V相同，非零值的后一个V就会出现冲突，要通过B来修正 y(i-3)=-last_y; %B和V同号 y(i)=y(i-3)

13、; %V last_y=y(i); %保存最后一个y last_v=y(i); %保存最后一个V else y(i)=last_y; %如果没有发生冲突，则普通的000V last_y=y(i); last_v=y(i); end num=0; endend如果连零数为4，说明需要进行后续操作，否则会造成编码错误，具体规则在上面已经介绍，如果最后一个V值和最后一个非零值同号相等，则说明当前的连零变化会出现错误，本次的破坏脉冲会和前一个破坏脉冲冲突，为了消除冲突，需要转变为B00V的形式，B与V同号，这样既保证了V的极性与之前一个非零值相同，又保证了当前破坏脉冲和前一个破坏脉冲相反，完成后将最后

14、一个V值和最后一个非零值保存。如果没有冲突，则直接形成000V的形式，V与前一个非零脉冲值相同，完成编码。subplot(2,1,1); %原始信号波形stairs(0:length(x)-1,x,LineWidth,3); %阶梯加粗线条set(gca,Xtick,0:1:length(x),Ytick,0,1); %坐标axis(0 length(x) -2 2);grid on; %网格subplot(2,1,2); %HDB3码波形stairs(0:length(x)-1,y,LineWidth,3); %阶梯加粗线条set(gca,Xtick,0:1:length(x),Ytick,

15、-1,0,1); %坐标axis(0 length(x) -2 2)grid on; %网格本段为显示波形函数，subplot用来设定图形位置，stairs用来描绘阶梯形线条，通过LineWidth来选择3号线条，用set来设置坐标值，通过axis来限定横、纵坐标范围，第一个图形为原始信号波形，第二个图形为HDB3编码后的波形，grid on为打开网格。图3 原始信号波形及HDB3编码波形6. 心得体会本次通信原理的课程设计我们进行了基带通信过程仿真的程序编译，在仿真过程中有许多分支，老师安排我们每一个人或两个人完成一个模块，最后结合起来完成一个整体模块。我负责的模块为信道编码，要通过HDB3

16、码对已经抽样、量化、编码好的信号进行信道编码，在之前学习的知识中我们已经知道，信号要传输，就必须要转化为适合在信道中传输的码型，而HDB3码就是非常理想的码型，它除了具有一般传输码应有的特点，如不含直流、定时信息丰富、编译码简单等特征外，还可以克服AMI码的缺点，是信道编码的理想选择。想要编写出HDB3码的程序，首先要了解它的编码规则，由于之前在课堂上已经学习过相关知识，所以理论并不是很难。在一般情况下，HDB3码的编码规则和AMI码相同，只有当连零数为4时，HDB3码会用破坏脉冲来代替连零，这也有效改善了AMI码的不足。当连零数为4时，连零要变为000V或B00V的形式进行传输，当可以满足V

17、与前一个V极性相反且与前一个非零值极性相同时，直接传输000V，如果不能满足与前一个V极性相同，则传输B00V，B与V极性相同，这样即可消除矛盾，正确传输。在编写程序时，几乎没有遇到太大的问题，只是对MATLAB的语句不熟悉，因为MATLAB编写程序俄语句和C语言不太相同，所以很多东西边写出来出现报错，需要根据书本修改，在绘制图形时，绘图函数也不熟练，都需要翻书才能使用，虽然程序顺利编写，但是自身明显感觉对MATLAB这个软件的使用还相当不熟练，这是在今后的学习中要加强的。近两周的课设时间很快就过去了，这门课设的结束也意味着寒假的到来，在这门课设中也发现了自己的很多不足，也意识到了本学期自己还

18、有很多知识没有掌握好，这都需要继续学习，在未来的学习中，还得更加努力，争取学到更多知识。7. 附录function y=HDB3(x) %HDB3码% 输入x为信息代码，输出y为相应的HDB3码x=0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0; %单极性码n=length(x);y=zeros(1,n); %存HDB3码last_y=-1; %设定初始值，并记录非零值（前一个）last_v=-1;num=0; %计数器,记连0个数for i=1:n if(x(i)=1) %判断1还是0 y(i)=-last_y; %如果是1，则与前一个非零值的相反值 last_y=y(i)