《通信系统课群综合训练与设计》(报告参考模板)

1、课程设计任务书学生姓名： XXXXXX 专业班级： XXXXXXXXXXX 指导教师： 方艺霖 工作单位： 武汉理工大学 题 目: 通信系统课群综合训练与设计初始条件 1）MATLAB软件 2）通信原理各模块相关知识要求完成的主要任务: 主要任务:利用仿真软件（如Matlab或SystemView），或硬件实验系统平台上设计完成一个典型的通信系统其中信源为随机确定的一个模拟时间函数，数字化方式采用PCM编码，基带码为HDB3码，信道码采用循环码，调制方式为PSK，信道类型为衰落信道。要求：掌握以上各种电路与通信技术的基本原理，掌握实验的设计、电路调试与测量的方法。时间安排:序号设 计 内 容所

2、用时间1根据设计任务，分析电路原理，确定实验方案2天2根据实验条件进行电路的测试，并对结果进行分析7天3撰写课程设计报告1天合 计2周指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc407712511 摘要 PAGEREF _Toc407712511 h I HYPERLINK l _Toc407712512 Abstract PAGEREF _Toc407712512 h II HYPERLINK l _Toc407712513 1 课程设计任务与要求 PAGEREF _Toc407712513 h 1 H

3、YPERLINK l _Toc407712514 1.1课程设计的目的 PAGEREF _Toc407712514 h 1 HYPERLINK l _Toc407712515 1.2课程设计的任务与要求 PAGEREF _Toc407712515 h 1 HYPERLINK l _Toc407712516 2 数字通信系统原理分析 PAGEREF _Toc407712516 h 2 HYPERLINK l _Toc407712517 2.1脉冲编码调制原理分析 PAGEREF _Toc407712517 h 2 HYPERLINK l _Toc407712518 2.1.1 模拟信号抽样过程

4、PAGEREF _Toc407712518 h 2 HYPERLINK l _Toc407712519 2.1.2 抽样信号的量化过程 PAGEREF _Toc407712519 h 3 HYPERLINK l _Toc407712520 2.1.3 量化信号的编码 PAGEREF _Toc407712520 h 4 HYPERLINK l _Toc407712521 2.2 基带HDB3编译码原理 PAGEREF _Toc407712521 h 6 HYPERLINK l _Toc407712522 2.3 信道编码循环码编译码原理 PAGEREF _Toc407712522 h 6 HYP

5、ERLINK l _Toc407712523 2.3.1 循环码编译码原理与特点 PAGEREF _Toc407712523 h 6 HYPERLINK l _Toc407712524 循环码编码原理 PAGEREF _Toc407712524 h 7 HYPERLINK l _Toc407712525 循环码译码原理 PAGEREF _Toc407712525 h 7 HYPERLINK l _Toc407712526 2.4 PSK调制与解调及衰落信道原理 PAGEREF _Toc407712526 h 8 HYPERLINK l _Toc407712527 3方案设计验证 PAGEREF

6、 _Toc407712527 h 10 HYPERLINK l _Toc407712528 3.1 PCM编译码方案设计 PAGEREF _Toc407712528 h 10 HYPERLINK l _Toc407712529 3.2 循环码编译码方案设计 PAGEREF _Toc407712529 h 11 HYPERLINK l _Toc407712530 3.3 HDB3编译码方案设计 PAGEREF _Toc407712530 h 12 HYPERLINK l _Toc407712531 3.4 PSK调制解调方案设计 PAGEREF _Toc407712531 h 13 HYPERL

7、INK l _Toc407712532 3.5 瑞利衰落信道方案设计 PAGEREF _Toc407712532 h 14 HYPERLINK l _Toc407712533 4 基于MATLAB的系统仿真分析 PAGEREF _Toc407712533 h 15 HYPERLINK l _Toc407712534 4.1 MATLAB软件介绍 PAGEREF _Toc407712534 h 15 HYPERLINK l _Toc407712535 4.2 PCM编译码模块仿真分析 PAGEREF _Toc407712535 h 15 HYPERLINK l _Toc407712536 编码模

8、块仿真分析 PAGEREF _Toc407712536 h 15 HYPERLINK l _Toc407712537 4.2.2 PCM译码模块仿真分析 PAGEREF _Toc407712537 h 17 HYPERLINK l _Toc407712538 4.3 循环码编码模块仿真分析 PAGEREF _Toc407712538 h 18 HYPERLINK l _Toc407712539 4.4 HDB3编译码模块仿真分析 PAGEREF _Toc407712539 h 18 HYPERLINK l _Toc407712540 4.5 PSK调制解调加衰落信道模块仿真分析 PAGEREF

9、 _Toc407712540 h 19 HYPERLINK l _Toc407712541 4.5.1 PSK调制模块仿真分析 PAGEREF _Toc407712541 h 19 HYPERLINK l _Toc407712542 4.5.2 PSK解调模块仿真分析 PAGEREF _Toc407712542 h 19 HYPERLINK l _Toc407712543 4.5.3 瑞利衰落信道仿真分析 PAGEREF _Toc407712543 h 21 HYPERLINK l _Toc407712544 4.6 总通信系统仿真及误差计算 PAGEREF _Toc407712544 h 2

10、1 HYPERLINK l _Toc407712545 5 设计中遇到的问题及解决办法 PAGEREF _Toc407712545 h 23 HYPERLINK l _Toc407712546 6 小结与体会 PAGEREF _Toc407712546 h 25 HYPERLINK l _Toc407712547 参考文献 PAGEREF _Toc407712547 h 26 HYPERLINK l _Toc407712548 附录 PAGEREF _Toc407712548 h 27摘要现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现，前者称为无线通信系统，后者称为有

11、线通信系统，无线通信的应用也越来越广泛。数字通信是无线通信系统中最为重要的环节，数字调制技术的改进也是通信系统性能提高的重要途径之一。数字通信的过程主要由信息源、信源编码、信道编码、调制、加噪声、解调、信道译码、信源译码以及接收等几个比较重要的环节，每个环节都有着至关重要的作用，因此应该对每个环节都采用相对失真度较低的方法进行实现，才能达到近乎无失真的传输，本课设运用MATLAB及附带的图形函数工具设计了脉冲编码调制、基带码为HDB3、信道码为循环码、调制方式为PSK和信道为衰落信道的数字通信系统仿真模型。通过仿真，观察了解到了数字通信模型中各个环节的实现过程，并从中了解到数字信号处理对于数字

12、通信的巨大作用，本文很详细地介绍了整个通信系统的各个模块的程序以及仿真过程，分析地比较透彻，便于理解，通信的整个过程是一个相对来说很复杂的过程，但是由于是利用仿真软件进行仿真，各个方面都比较理想，因此最后的结果误差很小，比较符合理想情况。关键字： 数字通信 脉冲编码调制 循环码 PSK调制解调 衰落信道 AbstractModern communication systems by means of electromagnetic waves in the spread of free space or guided media transmission mechanism to achiev

13、e the former is called a wireless communication system, which is referred to as wired communication systems, wireless communication has become increasingly widespread application. Digital communication is the most important part of the wireless communication system, one of the important ways to impr

14、ove the digital modulation techniques, improvement of communication system performance. Digital communication process by a few of the more important aspects of the information source, source coding, channel coding and modulation, plus noise, demodulation, channel decoding, source decoding and recept

15、ion, and each link has a crucial role, and should therefore be on every aspect of the relatively low distortion method to achieve in order to achieve the near-lossless transmission, the lesson set using MATLAB graphics functions and incidental tool designed to pulse code modulation, the baseband cod

16、e for HDB3 channel code is a cyclic code modulation schemes for digital communication system simulation model the PSK and channel fading channel. Simulation, observation learned all aspects of the implementation process in the model of digital communications, digital signal processing and learn a hu

17、ge role in digital communication, a very detailed description of the entire communication system of the various modules of the program as well as the simulation process, any analysis thorough comparison, to facilitate understanding, the communication of the whole process is a relatively complex proc

18、ess, but due to the use of simulation software for simulation, aspects are more ideal, therefore final results of error is very small, compare the ideal situation.Keywords: PSK modulation and demodulation digital communication pulse code modulation cycle code fading channel1 课程设计任务与要求1.1课程设计的目的通过课程设

19、计，使学生加强对电子电路的理解，学会对电路分析计算以及设计。进一步提高分析解决实际问题的能力，通过完成综合设计型和创新性实验及训练，创造一个动脑动手独立开展电路实验的机会，锻炼分析解决电子电路问题的实际本领，实现由课本知识向实际能力的转化；加深对通信原理的理解，提高学生对现代通信系统的全面认识，增强学生的实践能力。1.2课程设计的任务与要求要求利用仿真软件（如Matlab或SystemView），或硬件实验系统平台上设计完成一个典型的通信系统（如图1-1所示）。其中信源为随机确定的一个模拟时间函数，数字化方式采用PCM编码，基带码为HDB3码，信道码采用循环码，调制方式为PSK，信道类型为衰落

20、信道。要求完成整个系统各环节以及整个系统的仿真，最终在接收端或者精确或者近似地再现输入（信源），计算失真度，并且分析原因。图1-1 典型的通信系统2 数字通信系统原理分析通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者) ，它的一般模型如图1-1所示。通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统，数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟

21、通信，成为当代通信系统的主流。本次课程设计的数字通信系统原理框图如图2-1所示。图2-1 数字通信系统框图2.1脉冲编码调制原理分析模拟信号进行数字传输的原理框图如图2-2所示。图2-2 模拟信号数字化过程2.1.1 模拟信号抽样过程抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程。抽样定理：设一个频带限制的（0，fH）Hz内的时间连续信号m（t）如果它不少于2fH次/s的速率进行抽样，则m(t)可以由抽样值完全确定。图2-3 模拟信号抽样过程如图2-3就是简化的模拟信号转换离散的数字信号的抽样过程，其中f（t）是连续的时间信号，也就是模拟信号，在送到乘法器上与s(t)取样脉冲序

22、列进行乘法运算，事实上取样脉冲序列就是离散的一个个冲激函数。因此有 公式2-1 另外要注意的是，采样间隔的周期要足够的小，采样率要做够的大，要不然会出现混叠现象，一般情况下如果模拟信号的最高频率为fh时，采样频率fs=2fh。2.1.2 抽样信号的量化过程量化就是利用预先规定的有限个电平来表示模拟信号抽样值的过程。时间连续的模拟信号经过抽样后的样值序列虽然在时间上离散，但是在幅度上仍然是连续的，在通信系统中已经有很多的量化方法了，最常见的就是均匀量化与非均匀量化。均匀量化概念比较早出来。因其有很多的不足之处，很少被使用，这就有了非均匀量化的概念。非均匀量化是一种在整个动态范围内量化间隔不相等的

23、量化。它是根据输入信号的概率密度函数来分布量化电平的，以改善量化性能，它的特点是输入小时量阶也小，输入大时，量阶也大。整个范围内信噪比几乎是一样的，缩短了码字长度，提高了编码效率。实际中非均匀量化的方法之一是把输入量化器的信号x先进行压缩处理，再把压缩的信号y进行非均匀量化。通常使用的压缩器中，大多数采用对数压缩，即y=lnx。广泛采用这两种对数压扩特性的是u/A率压扩。律压缩特性压缩规律：压缩特性近似满足下对数规律 公式2-2律压缩定性分析 =0时:无压缩作用(直线)0时:压缩明显压缩作用y是均匀的，而x是非均匀的信号越小x也越小A压缩率所谓的 A压缩率就是压缩器具有如下特性： 公式2-3

24、公式2-4上式中：x为归一化的压缩器输入电压；归一化的压缩器输出电压；A为压扩参数，表示压缩程度。本次课程设计采用的是非均匀量化的方式，使用的是A率压缩的方式，这种方式是我国目前通信中最为普遍与常用的方式。 量化信号的编码所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内

25、码的顺序排列。下面结合13折线的量化来加以说明。在13折线法中，无论输入信号是正是负，均按8段折线（8个段落）进行编码。若用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值，其中用第一位表示量化值的极性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝对大小。具体的做法是：用第二至第四位表示段落码，它的8种可能状态来分别代表8个段落的起点电平。其它四位表示段内码，它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。这样处理的结果，8个段落被划分成27128个量化级。13折线编码 特点：基本上保持压缩特性，又便于数字实现。图2-4 13折线法图如表2-1左边是段落码和段落之间的关系，右边是段内

26、码16个量化级之间的关系。段落序号段落码量化级段内码8111151111141110711013110112110061011110111010105100910018100040117011160110301050101401002001300112001010001000100000表2-1 段落吗与段内码脉冲编码调制PCM系统的量化噪声：对于PCM系统，这相当于要求传输速率 2NfH b/s，故要求系统带宽 B = NfH，即要求 公式2-5 上式表明，PCM系统的输出信号量噪比随系统的带宽B 按指数规律增长。 误码率：误码率是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。如果有误码就有误码

27、率。简单的说，误码率就是在数字传输过程中，在发送到接收端，发送错误的码元个数占总的码元个数的比例。误码率的计算公式如下： 公式2-6PCM的译码过程即是编码过程的逆过程，其原理就不在这里赘述了。2.2 基带HDB3编译码原理HDB3码称为三阶高密度双极性码，它是AMI码的一种改进型，改进之后既保持了AMI码的有点，没有直流成分，高低频分量少，能量集中在频率为1/2码速处，并且又解决了AMI码的提取信号困难的缺点，是一种较为常用的基带码型。该码型编译码的实现都比较简单，其编译码程序见附录的程序所示。其编码规则为：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HDB

28、3码;2若AMI码中连0的个数大于3,则将每4个连0小段的第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(+1+,-1-);3为了不破坏极性交替反转，当相邻符号之间有偶数个非0符号时，再将该小段的第1个0变换成B或-B,符号的极性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。解码规则为：1虽然编码很复杂，但解码规则很简单，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”；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0000.2再将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息

29、代码。2.3 信道编码循环码编译码原理2.3.1 循环码编译码原理与特点设C使某(n,k)线性分组码的码字集合，如果对任，它的循环移位也属于C，则称该（n,k）码为循环码。该码在结构上有另外的限制，即一个码字任意循环移位的结果仍是一个有效码字。其特点是：（1）可以用反馈移位寄存器很容易实现编码和伴随式的计算；（2）由于循环码有很多固有的代数结构，从而可以找到各种简单使用的译码办法。循环码特点有：1）循环码是线性分组码的一种，所以它具有线性分组的码的一般特性，且具有循环性，纠错能力强。2）循环码是一种无权码，循环码编排的特点为相邻的两个数码之间符合卡诺中的邻接条件，即相邻数码间只有一位码元不同，

30、因此它具有一个很好的优点是它满足邻接条件，没有瞬时错误（在数码变换过程中，在速度上会有快有慢，中间经过其他一些数码形式，即为瞬时错误）。3）码字的循环特性，循环码中任一许用码经过牡环移位后，所得到的码组仍然是许用码组。2.3.2循环码编码原理有信息码构成信息多项式，其中最高幂次为k-1；用乘以信息多项式m(x)，得到的，最高幂次为n-1，该过程相当于把信息码（，）移位到了码字德前k个信息位，其后是r个全为零的监督位；用g(x)除得到余式r(x),其次数必小于g(x)的次数，即小于（n-k），将此r(x)加于信息位后做监督位，即将r(x)于相加，得到的多项式必为一码多项式。1）有信息码构成信息多

31、项式m(x)=mk-1xk-1+m0其中高幂次为k-1。2）用xn-k乘上信息多项式m(x)，得最高幂次为n-1，做移位。3）用g(x)除xn-km(x)和到余式r(x)。2.3.3循环码译码原理1）有接收到的y(x)计算伴了随式s(x)。2）根据伴随式s(x)找出对应的估值错误图样。3）计算c(x)=y(x)+e(x)，得估计码字。若c(x)= c(x)，则译码正确，否则错误。由于g(x) 的次数为n - k 次，g(x) 除E(x) 后得余式（即伴随式）的最高次数为n-k-1次，故S(x) 共有2n-k 个可能的表达式，每一个表达式对应一个错误格式。可以知道(7,4）循环码的S(x) 共有

32、2(7-4) =8个可能的表达式，可根据错误图样表来纠正(7,4）循环码中的一位错误。2.4 PSK调制与解调及衰落信道原理PSK调制又称为相移键控，相移键控是相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为其中， QUOTE * MERGEFORMAT 表示第n个符号的绝对相位：因此，上式可以改写为 QUOTE * MERGEFORMAT 2PSK信号的调制原理框图如图2-5所示，其中控制键控的s(t)是双极性的二进制码。图2-5 2PSK信号的调制原理框图解调原理2PSK信号的解

33、调方法是相干解调法。由于PSK信号本身就是利用相位传递信息的，所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。下图2-6中给出了一种2PSK信号相干接收设备的原理框图。图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0.图2-6 psk调制解调原理框图2PSK信号相干解调各点时间波形如图2-7所示. 当恢复的相干载波产生180倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调器输出数字基带信号全部出错。图2-6 2PSK信号相干解调各点波形图另外，本次课程设计中要求使用衰落信道,我

34、们采用较为简单的瑞利衰落信道，在无线通信信道环境中，电磁波经过反射折射散射等多条路径传播到达接收机后，总信号的强度服从瑞利分布。 同时由于接收机的移动及其他原因，信号强度和相位等特性又在起伏变化， 故称为瑞利衰落。瑞利衰落中最简单的模型就是两个独立高斯噪声矢量模的平方开方，即是产生的瑞丽衰落信道模型，在MATLAB软件中很容易实现。3方案设计验证3.1 PCM编译码方案设计脉冲编码调制电路的软件仿真主要由三个部分组成，即抽样、量化和编码三个过程。其软件编码的流程图如图3-1所示。按照流程图即可设计出比较理想的脉冲编码调制代码。图3-1 PCM编码流程图PCM译码即为编码的逆过程，其译码的流程图

35、如图3-2所示。图3-2 PCM译码流程图3.2 循环码编译码方案设计循环码的编译码原理相对复杂，但是MATLAB软件中有可以直接对二进制序列进行编译码的函数，分别为encode编码函数和decode译码函数，它们的用法如下：1）encode函数功能：编码函数语法：code=encode(msg,N,K,method,opt)说明：用method指定的方法完成纠错编码。其中msg代表信息码元，是一个K列矩阵，N是编码后的码字长度；K是信息位的长度；opt是有些编码方式需要的参数。2）decode函数功能：译码函数语法：msg=decode（code，N，K，method，opt1,opt2,o

36、pt3,opt4）; 说明：这个函数对接收到的码字进行译码，恢复出原始的信息，译码参数和方式必须和编码时采用的严格相同。它对接收到的码字，按method指定的方式进行译码；opt1，opt4是可选项的参数。利用这两个函数可以很方便的实现循环码的编译码，使用(7，4)码进行编解码，循环码编码时，函数变量中的method应为cyclic。3.3 HDB3编译码方案设计HDB3码的编码原则为：首先将原始的0、1序列转换为AMI序列；然后把“0000”换为取代节，即先将“0000”分离开来，第一个“0000”直接变为“0000”，然后数相邻两个“0000”之间“1”的个数，奇数则变为“000V”，偶数

37、则变为“B00V”；最后再更新符号，原则是：B总是与其前面的1或V符号相反，V总是与前面的1或B相符号相同，1总是与前面的V或B符号相反，就可以编符号了。其编码的流程图如图3-3所示。图3-3 HDB3编码流程图HDB3码的译码规则很简单，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”；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；再将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。其译码流程图如图3-4所示。图3-4 HDB3译码流程图3.4 PSK调制解调方案设计由于本次数字通信系统的基带码

38、采用的是HDB3码，HDB3码是三阶的双极性吗，对应的二进制序列是三进制，因此如果采用简单的2PSK无法实现PSK的调制与解调，需要对原始的PSK调制方法加以改进，使之成为3PSK才可以实现调制。其中数字码元中的-1对应着PSK调制信号中的0相位，0对应着900相位，1对应着1800相位，分别对载波实现调制。调制模块的流程图如图3-5所示。图3-5 三进制PSK调制流程图3PSK的解调与2PSK解调方式相同，均可以采用相干解调的方法来实现信号的解调。其解调的流程图如图3-5所示。图3-5 PSK解调流程图3.5 瑞利衰落信道方案设计瑞利衰落信道是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信

39、号通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包络服从瑞利分布。在MATLAB软件中有可以产生瑞利衰落信道的函数即rayleignchan函数，用此函数便可以产生一个简单的瑞利衰落信道，该函数的用法可以参考一下MATLAB软件查阅，此处不再赘述。4 基于MATLAB的系统仿真分析4.1 MATLAB软件介绍Matlab是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。由于它使用简单，扩充便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充Matlab的功能，使其成为了巨大的知识宝库。可以毫不夸张的说，哪怕是你真正理解了一个工具箱，那么就是理解了一门非常

40、重要的科学知识。科研工作者通常可以通过Matlab来学习某个领域的科学知识，这就是Matlab真正在全世界推广开来的原因。目前的Matlab版本已经可以方便的设计漂亮的界面，它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰富的函数库（工具箱），所以计算的功能实现也很简单，进一步受到了科研工作者的欢迎。另外，,Matlab和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了Matlab的应用潜力。可以说，Matlab已经也很有必要成为大学生的必修课之一，掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。Matlab是一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境,它用

41、于科学和工程的计算与可视化。Matlab的编程功能简单,并且很容易扩展和创造新的命令与函数。应用Matlab可方便地解决复杂数值计算问题。另外，Matlab的图形界面功能GUI（Graphical User Interface）能为仿真系统生成一个人机交互界面，便于仿真系统的操作。因此，Matlab在通信系统仿真中得到了广泛应用，本文也选用该工具对数字调制系统进行仿真。4.2 PCM编译码模块仿真分析PCM编码模块仿真分析首先是对模拟信号进行抽样，本课程设计选取的模拟信号的频率为120HZ,选取的抽样频率为1000HZ，已经可以实现信号的不失真抽样，其抽样结果如图3-2所示。由抽样结果可以看出

42、，抽样结果比较理想，符合理论情况。、图4-1 模拟信号抽样结果模拟信号的量化与编码过程主要由软件的程序代码控制，采用十三折线法的原理进行编码，编码的结果如图4-2所示。 量化后编码的结果为：量化后的信号：A =1.0e+003 *Columns 1 through 7-1.5062 -0.3489 0.9976 1.8033 1.6315 0.5753 -0.7927编码的前60：code =Columns 1 through 600 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1

43、0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 经计算验证发现编码正确，取编码的第一个数计算一下误差，其中01111000对应的十进制信号为1504，和原始的量化信号1506.2对应的相差误差0.14%，比较符合理想情况。图4-2PCM编码结果4.2.2 PCM译码模块仿真分析根据译码原理图编写响应的MATLAB代码，可以得到译码的结果如下所示，其中原始模拟信号量化后的信号为st,经过pcm解码后的信号为s。模拟信号量化值：st= Columns 1 through 16-0.8090 -0.1874 0.5358 0.9686 0.8763 0.3090 -0.4258

44、-0.9298 -0.9298 -0.4258 0.3090 0.8763 0.9686 0.5358 -0.1874 -0.8090PCM译码：s = Columns 1 through16-0.8078 -0.2105 0.4383 0.9797 0.8766 0.4383 -0.4555-0.9453 -0.9453 -0.4555 0.4383 0.8766 0.9797 0.4383-0.2105 -0.8078比较编译码前后的结果，发现存在一定的误差，用数学算法中的方差求得相应的误差大约为0.21%，误差在可以接受的范围内，译码算是比较成功。4.3 循环码编码模块仿真分析下面给出一

45、个例子可以更直观地理解循环码的编译码过程。编译码程序代码如下：code=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 %原始序列m=4;n=7;k=3;p=cyclpoly(n,k);xunhuan=encode(code,n,k,cyclic,p) %编码过程recode=decode(xunhuan,n,k,cyclic,p) %译码过程运行的结果为：原始序列：code=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循环码序列：xunhuan= 1 0 1 1

46、0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1解码序列：recode=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由运行结果可以看出，原始序列与解码序列完全相同，说明该循环码编解码序列均为正确的，由于是在软件中实现的编解码，因此误差为0，在实际中可能会存在一定的误差。4.4 HDB3编译码模块仿真分析按照编译码流程图可以编写相应的MATLAB程序代码，并可以检测其正确性，具体程序参见附录，给出原始序

47、列，经过编解码之后的码型依次如下。原始序列：code=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;HDB3编码序列：hd=1 0 0 0 -1 1 0 0 0 1 -1 1 -1 0 0 -1 1 -1 1 0 0 1 -1 0 0 -1 1 -1;HDB3解码序列：recode=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;由运行结果可以得到，编码结果均符合编码的原则，译出的码型和原始序列码型是一样的，不存在误差，因此结果比较理想。4.5 PSK调制解调加衰落

48、信道模块仿真分析4.5.1 PSK调制模块仿真分析图4-3 三进制码的PSK调制图由调制结果可以看出，可以正确的实现三进制的PSK调制，且-1、0和1对应的载波相位分别为0、900和1800，与预想的效果一致。4.5.2 PSK解调模块仿真分析解调的结果图如图4-4所示。图4-4 psk调制解调图由运行的结果图可以看出，解调后的二进制序列与原始的二进制序列基本相同，误差不大。只需在插入定时脉冲将信号提取出来即可，插入定时脉冲后的原序列图与解调后的图如图4-5所示。图4-5 psk调制前与解调后的序列图4.5.3 瑞利衰落信道仿真分析在MATLAB软件中，我们可以直接采用rayleignchan

49、来产生瑞利衰落信号，使用filter函数使调制信号通过衰落信道，图4-6即为psk调制信号通过瑞利信道后的波形图。图3-9 调制信号通过瑞丽衰落信道图由于参数设置时并没有设置瑞利衰落的多普勒频移，因此，衰落只存在幅度上的衰减，并没有发生频移，结果还比较理想，并且并不影响最终的解调结果。4.6 总通信系统仿真及误差计算将各个模块的程序进行综合连接，并修改其中相应的参数，就可以实现整个通信系统的仿真，仿真的结果图如图3-10所示。其中原始的抽样信号与解调后的PCM编码信号的值如下。原始抽样结果：st =Columns 1 through 41 -0.8090 -0.1874 0.5358 0.96

50、86 0.8763 0.3090 -0.4258 -0.9298 -0.9298 -0.4258 0.3090 0.8763 0.9686 0.5358 -0.1874 -0.8090 -0.9921 -0.6374 0.0628 0.7290 1.0000 0.7290 0.0628 -0.6374 -0.9921 -0.8090 -0.1874 0.5358 0.9686 0.8763 0.3090 -0.4258 -0.9298 -0.9298 -0.4258 0.3090 0.8763 0.9686 0.5358 -0.1874 -0.8090最终输出结果为s = Columns 1

51、through 41 -0.8078 -0.2105 0.4383 0.9797 0.8766 0.4383 -0.4555 -0.9453 -0.9453 -0.4555 0.4383 0.8766 0.9797 0.4383 -0.2105 -0.8078 -1.0141 -0.9109 0.0505 0.9109 1.0141 0.9109 0.0505 -0.9109 -1.0141 -0.8078 -0.2105 0.4383 0.9797 0.8766 0.4383 -0.4555 -0.9453 -0.9453 -0.45550.4383 0.8766 0.9797 0.4383

52、 -0.2105 -0.8078图3-10 总系统仿真结果图依次求出各个对应点的误差值，再对它们求方差，即可以得到误差。如果记每个值的误差依次为x（i），误差的均值为e(i),则总的误差可以表示为 公式3-1计算可得误差为0.14%，误差比较小，并且最终的波形图也和原始的模拟信号较为相近，仿真完成。总仿真程序见附录所示。5 设计中遇到的问题及解决办法1 PCM编码设计之时，涉及到要把十进制的数字序列转换为二进制序列，不知道该如何转换；另外还有涉及到如何把矩阵进行行列之间的变换等问题。解决办法为：查阅相关资料，发现MATLAB软件中有自带的函数把十进制转换为二进制，也有可以把二进制转化为十进制的

53、函数，也有可以实现行列变换的函数，下面对这些函数做简单的介绍。1函数名称：dec2bin函数功能： 把一个十进制数转换成一个字符串形式表示的二进制数。语法格式： str = dec2bin(d)，把十进制整数d转换成2进制形式表示， 并存在一个字符串中。2函数名称：bin2dec 函数功能：把一个字符串表示的二进制数转换成一个十进制数。语法格式： str=bin2dec(binarystr)，把字符串形式的二进制数转换成十进制数，这个函数可以忽略字符串中所有空白字符。3函数名称：reshape函数功能：函数功能：重新调整矩阵的行数、列数、维数。语法格式：B=reshape(A,m,n) ，返回

54、一个m*n的矩阵B，B中元素是按列从A中得到的。如果A中元素个数不等于m*n，则会引发错误。2 由于在这个设计系统中的基带码采用的HDB3码，HDB3码是一个三阶高密度双极性码，调制之后的二进制码是一个三电平的二进制码，进行PSK调制与解调之时必须采用三进制的PSK调制,MATLAB软件中没有可以直接进行多进制调制的函数，必须深入了解了PSK调制解调的原理，在进行PSK调制之时，最开始之时调制出来的图都不够理想，是一个很混乱的不连续的图，因为HDB3码的二进制数字采样间隔太短，因此要采用延时的办法，将每个二进制数字延时足够的时间之后才能进行正常的PSK调制，在这一点的研究上，要深入地研究一下，

55、才能得到问题的解决。3 MATLAB中有一些常见的语法错误，现总结如下：变量未定义，在使用变量之前一定要先对其进行定义；2）在调用函数的过程中，一个或多个输入变量没有被赋值，应该对其函数的各个变量都赋初值才能使函数正确的运行。3）不能在命令窗口中编写函数文件，应编写对应函数的m文件，然后再在命令窗口调用该函数。最后，整理一下常用的快捷键（用【】表示）或命令：1) 在命令窗口(Command Window)中，【上、下键】切换到之前、之后的命令，可以重复按多次来达到你想要的命令2) clc清除命令窗口显示的语句，此命令并不清空当前工作区的变量，仅仅是把屏幕上显示出来的语句清除掉3) clear这

56、个才是清空当前工作区的变量命令，常用语句clear all来完成4) 【Tab】键在command窗口，输入一个命令的前几个字符，然后按tab键，会弹出前面含这几个字符的所有命令，找到你要的命令，回车，就可以自动完成。目前讨论结果是：matlab6.5版本中，如果候选命令超过100个，则不显示。而在matlab7以后版本中，则没有这个限制，均可正常提示5) 【Ctrl+C】（或【CtrlBreak】）在matlab程序运行过程中，可能由于程序编写的失误，导致程序不停的运行，在命令窗口输入“Ctrl+C”可以将运行的程序停下来，而不需要将整个Matlab程序关掉。不过进行此操作的前提是能够激活切

57、换到命令窗口才行。6 小结与体会做通信群课设这段时间是大四以来最忙的一段时间，不仅面临着要考研找工作的压力，还要面临着要做课程设计的压力。刚开始拿到题目时，觉得不是很难，但是认真地做起来发现还是有一定的难度的，于是便去图书馆找各种关于MATLAB与通信的资料书，认真努力地阅读各方面的知识，才有了一定的领悟，渐渐有了自己的课设方案，然后便开始动手实践起来，动手实践的过程当然是比较痛苦的，需要自己不断地开发自己的思维，并且通过无数次的改错纠错才能得到比较正确的结果，不过幸好大学前三年已经很认真在学习有关方面的知识了，已经有了较为深厚的积累，这些也不足以成为问题，在自己的努力与同学老师的帮助指导下，

58、终于在一周的时间内完成了相应的程序代码的编写，然后就是写报告了，写报告向来是我的弱项，花了两三天的时间终于完成了报告的书写，这对我来说是一个更累的过程，至此差不多就完成了课设的任务。最后，还要感谢方艺霖老师对我们认真负责地指导，还有通信原理老师李平安老师之前认真地讲解通信原理的知识，还有身边默默帮助我的同学们，有了你们我才能顺顺利利地完成了整个课设。这次课程设计受益匪浅，是我的能力有了很大的提升。参考文献1徐明远，邵玉斌 MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用.西安：西安电子科技大学学出版社，2005.62唐向宏，岳恒立，郑雪峰 MATLAB及在电子信息类课程中的应用(第二版）.北京：电子工

59、业出版社，2009.63樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯通信原理第5版国防工业出版社，20074郭仕剑，王宝顺，贺志国，杨可心MATLAB7.X数字信号处理人民邮电出版，20065孙祥，徐流美，吴清MATLAB7.0基础教程清华大学出版社，2006附录程序代码：clear clc%抽样T=0.0001;t=-0.02:T:0.02;fs=1000;sdt=1/fs;t1=-0.02:sdt:0.02;xt=cos(2*pi*120*t);st=cos(2*pi*120*t1)figure subplot(3,1,1)plot(t,xt)title(原始模拟信号);grid onsubplot(3

60、,1,2)stem(t1,st,.)title(抽样信号)grid on%PCM量化编码n=length(st)M=max(st)+0.1;A=(st/M)*2048;code=zeros(n,8);for i=1:n if A(i)=0 code(i,1)=1; else code(i,1)=0; endif abs(A(i)=0&abs(A(i)=16&abs(A(i)=32&abs(A(i)=64&abs(A(i)=128&abs(A(i)=256&abs(A(i)=512&abs(A(i)=1024&abs(A(i)2048 code(i,2)=1;code(i,3)=1;code(i