MATLAB基础与实例进阶

第14章MATLAB通信系统仿真【学习目标】了解数字通信系统基本概念掌握数字调制/解调及其仿真掌握信道编码/译码及其仿真2024/1/221精选2021版课件第14章MATLAB通信系统仿真数字通信系统基本概念14.1数字调制/解调及其仿真14.2信道编码/译码及其仿真14.3典型数字通信仿真实例14.42024/1/222精选2021版课件14.1数字通信系统基本概念2024/1/223精选2021版课件14.2数字调制/解调及其仿真14.2.1脉冲幅度调制（PAM）信号14.2.2相位调制（PSK）信号14.2.3频率调制信号14.2.4连续相位调制信号2024/1/224精选2021版课件1.脉冲幅度调制（PAM）信号2024/1/225精选2021版课件1.脉冲幅度调制（PAM）信号参数名称参数值M-arynumber（M维数）4Initialseed（初始化种子）37Sampletime（采样时间）0.01RandomIntegerGenerator（随机整数发生器）的主要参数M-PAM调制和解调器的主要参数参数名称参数值M-arynumber（M维数）4Minimumdistance（最小距离）2Constellationordering（星座顺序）Binary2024/1/226精选2021版课件1.脉冲幅度调制（PAM）信号AWGNChannel（高斯白噪声信道）的主要参数Discrete-TimeScatterPlotScope（离散时间星座仪）的主要参数参数名称参数值Initialseed（初始化种子）67Es/No（dB）（信噪比）25Symbolperiod（符号周期）1参数名称参数值Samplespersymbol（每符号采样）1Offset（samples）（偏置）0Pointsdisplayed（显示点数）1000Newpointsperdisplay（每次显示的新迹）5002024/1/227精选2021版课件1.脉冲幅度调制（PAM）信号ErrorRateCalculation（误码率计算）的主要参数参数名称参数值Receivedelay（接收延迟）0Computationdelay（计算延迟）0Computationmode（计算模式）EntireframeOutputdata（输出数据）port2024/1/228精选2021版课件2.相位调制（PSK）信号2024/1/229精选2021版课件2.相位调制（PSK）信号M-PSKModulatorBaseband（M-PSK基带调制器）的主要参数参数名称参数值M-arynumber（M维数）8Phaseoffset（rad）（相位偏差）pi/8Constellationordering（星座顺序）BinaryInputtype（输入类型）Integer2024/1/2210精选2021版课件3.频率调制信号2024/1/2211精选2021版课件3.频率调制信号

BernoulliBinaryGenerator（伯努利二进制随机数产生器）的主要参数参数名称参数值Probabilityofazero（0出现的概率）0.5Initialseed（初始化种子）61Sampletime（采样时间）0.1Frame-basedoutput（基于帧输出）使能Samplesperframe（每帧采样数）10M-FSKModulatorBaseband（MFSK基带调制器）的主要参数参数名称参数值M-arynumber（M维数）4Inputtype（输入类型）BitSymbolsetordering（符号顺序）BinaryFrequencyseparation（Hz）（频率间隔）10Phasecontinuity（相位连续性）DiscontinuousSamplespersymbol（每符号采样数）162024/1/2212精选2021版课件4.连续相位调制信号2024/1/2213精选2021版课件4.连续相位调制信号GMSKModulatorBaseband（GMSK基带调制器）的主要参数参数名称参数值Inputtype（输入类型）BitBTproduct（BT乘积）0.3Pulselength（symbolintervals）（符号间隔）3Symbolprehistory（符号前史）1Phaseoffset（rad）（相位偏置）0Samplespersymbol（每符号采样数）162024/1/2214精选2021版课件14.3信道编码/译码及其仿真14.3.1线性分组码14.3.2循环码14.3.3卷积码2024/1/2215精选2021版课件1．线性分组码MATLAB中使用encode、decode可以实现线性分组码的编译码。encode函数的语法形式如下：code=encode(msg,n,k,'linear/fmt',genmat)code=encode(msg,n,k,'cyclic/fmt',genpoly)code=encode(msg,n,k,'hamming/fmt',prim_poly)code=encode(msg,n,k)[code,added]=encode(...)使用encode可以实现线性分组码、循环码、汉明码的编码。2024/1/2216精选2021版课件1．线性分组码函数参数的含义如下：msg：信息序列，可以是二进制行或列向量，也可以是二进制矩阵，也可以是十进制行或列向量；n,k：分别为码长和信息分组长度；fmt'：表示编码进制数，默认为二进制(binary)；genmat：表示线性分组码的生成矩阵；genpoly：表示循环码的生成多项式，可以由函数cyclpoly(n,k)实现；prim_poly：表示采用汉明编码时的本原多项式，可以由函数gfprimdf(n-k)实现。2024/1/2217精选2021版课件1．线性分组码【例10-1】encode函数使用示例：采用三种不同的格式（二进制向量、二进制矩阵以及十进制向量）生成（7,4）汉明码。clc;clearall;closeall;m=3;n=2^m-1;%码长=7k=2^m-1-m;%信息分组长=4%生成50个信息分组，每个分组k比特msg1=randint(50*k,1,[0,1]);%列向量msg2=vec2mat(msg1,k);%转换为k维列向量的矩阵msg3=bi2de(msg2)';%转换为十进制整数的行向量2024/1/2218精选2021版课件1．线性分组码%生成50个码字，每个码字n比特code1=encode(msg1,n,k,'hamming/binary');code2=encode(msg2,n,k,'hamming/binary');code3=encode(msg3,n,k,'hamming/decimal');%判断三种方法生成的码字是否相同if(vec2mat(code1,n)==code2&de2bi(code3',n)==code2)disp('Allthreeformatsproducedthesamecontent.')end2024/1/2219精选2021版课件2．循环码循环码BCH码里德-所罗门（RS）码2024/1/2220精选2021版课件2．循环码【例encode和

decode函数使用示例：对(15,4)循环码进行编译码。clc;clearall;closeall;n=15;k=4;genpoly=cyclpoly(n,k,'max');%构造循环码多项式msg=randint(100,k,[0,1]);%100个信息分组code=encode(msg,n,k,'cyclic/binary',genpoly);noisycode=rem(code+randerr(100,n,[01;.7.3]),2);%加噪声newmsg=decode(noisycode,n,k,'cyclic');%译码[number,ratio]=biterr(newmsg,msg);%计算误码率disp(['Thebiterrorrateis',num2str(ratio)])2024/1/2221精选2021版课件2．循环码BCH码bchenc函数的语法形式如下：code=bchenc(msg,n,k)code=bchenc(...,paritypos)这两个函数可以用于生成

BCH码，其中msg的数据结构必须为Galoisarray。与bchenc相对应的函数是bchdec，函数的语法形式如下：decoded=bchdec(code,n,k)[decoded,cnumerr,ccode]=bchdec(...)cnumerr：表示与code相对应的纠正的错误个数；ccode：表示经过错误纠正后的码字；decoded：表示返回的译码结果。2024/1/2222精选2021版课件2．循环码【例10-4】BCH码编译码仿真示例。clc;clearall;closeall;m=4;n=2^m-1;%码字长度k=5;%信息符号长度nwords=10;%编码个数msg=gf(randint(nwords,k));[genpoly,t]=bchgenpoly(n,k);%获得生成多项式及相应的纠错能力tt2=t;code=bchenc(msg,n,k);%编码noisycode=code+randerr(nwords,n,1:t2);%对每个码字加t2比特错误2024/1/2223精选2021版课件2．循环码[newmsg,err,ccode]=bchdec(noisycode,n,k);%译码ifccode==codedisp('Allerrorswerecorrected.')endifnewmsg==msgdisp('Themessagewasrecoveredperfectly.')end2024/1/2224精选2021版课件2．循环码【例10-5】RS码编译码仿真示例。m=3;%每符号比特数n=2^m-1;k=3;%码字长度和信息长度t=(n-k)/2;%rs码的纠错能力nw=4;%码字个数msgw=gf(randint(nw,k,2^m),m);%生成随机信息符号c=rsenc(msgw,n,k);%编码noise=(1+randint(nw,n,2^m-1)).*randerr(nw,n,t);cnoisy=c+noise;%加噪声[dc,nerrs,corrcode]=rsdec(cnoisy,n,k);%译码isequal(dc,msgw)&isequal(corrcode,c)%检测是否译码正确2024/1/2225精选2021版课件3．卷积码poly2trellis函数是将卷积码的多项式描述转换为网格描述。函数的语法形式如下：trellis=poly2trellis(ConstraintLength,CodeGenerator)trellis=poly2trellis(ConstraintLength,CodeGenerator,FeedbackConnection)具体参数的函数如下：ConstraintLength：表示k个输入比特的约束长度；CodeGenerator：表示卷积码的生成矩阵，使用八进制数表示，生成矩阵表示n个输出对应于k个输入的连接；FeedbackConnection：表示反馈编码器的连接，使用八进制数表示；2024/1/2226精选2021版课件3．卷积码trellis：函数的返回值是一个网格结构体，网格结构体包含的字段及含义如表所示网格结构体字段维数含义numInputSymbols标量输入到编码器的符号个数：

numOutputsymbols标量编码器输出的符号个数：

numStates标量编码器状态数nextStatesnumStates矩阵当前状态在当前输入下的下一状态outputsnumStates矩阵当前状态在当前输入下的输出2024/1/2227精选2021版课件3．卷积码convenc函数的语法形式如下：code=convenc(msg,trellis)code=convenc(msg,trellis,puncpat)code=convenc(msg,trellis,...,init_state)[code,final_state]=convenc(...)其中各参数含义如下：msg：待编码的信息序列，为二进制向量。编码器的每个输入符号包含log2(trellis.numInputSymbols)个比特；puncpat：表示打孔(puncture)图样，通过打孔可以构造删除卷积码，从而获得更高的码率；init_state：表示编码器的初始状态；final_state：表示编码结束后编码器的最终状态。2024/1/2228精选2021版课件3．卷积码卷积码的译码采用维特比译码，vitdec函数的语法形式如下：decoded=vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype)decoded=vitdec(code,trellis,tblen,opmode,'soft',nsdec)decoded=vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype,puncpat)vitdec函数使用维特比算法进行译码，具体各参数含义如下：trellis：指定了该卷积码的网格图结构；tblen：表示回溯长度，对于

卷积码，tblen约为编码约束长度的5倍；opmode：表示译码器的操作模式。2024/1/2229精选2021版课件3．卷积码卷积码的译码采用维特比译码，vitdec函数的语法形式如下：decoded=vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype)decoded=vitdec(code,trellis,tblen,opmode,'soft',nsdec)decoded=vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype,puncpat)vitdec函数使用维特比算法进行译码，具体各参数含义如下：trellis：指定了该卷积码的网格图结构；tblen：表示回溯长度，对于

卷积码，tblen约为编码约束长度的5倍；opmode：表示译码器的操作模式。2024/1/2230精选2021版课件3．卷积码vitdec函数有三种操作模式： 'cont'：假定编码器开始于全0状态，译码器从最优路径回溯，延迟tblen个符号后得到译码输出； 'term'：假定编码器开始和结束状态都为全0状态，译码器从全0状态开始回溯译码，该模式没有延时； 'trunc'：假定编码器开始于全0状态，译码器从最优路径回溯，该模式没有延时。dectype：表示维特比译码的判决模式：'unquant'：未量化输入，码字包含实值输入；'hard'：采用硬判决算法；'soft'：采用软判决算法；nsdec：软判决译码算法中的量化比特数。2024/1/2231精选2021版课件3．卷积码【例10-7】卷积码的编译码仿真示例。clc;clearall;closeall;%编码数据比特trel=poly2trellis(3,[67]);%定义网格msg=randi([01],1000,1);%随机数据code=convenc(msg,trel);%卷积编码tblen=5;%回溯长度%映射"0"比特为1.0，"1"比特为-1.0，同时加高斯白噪声ucode=real(awgn(1-2*code,3,'measured'));hcode=ucode<0;%硬判决译码，转换为二进制decoded1=vitdec(hcode,trel,tblen,'cont','hard');2024/1/2232精选2021版课件3．卷积码%软判决译码，使用量化输入，采用3比特量化[x,qcode]=quantiz(ucode,[-.75-.5-.250.25.5.75],7:-1:0);decoded2=vitdec(qcode',trel,tblen,'cont','soft',3);decoded3=vitdec(ucode,trel,tblen,'cont','unquant');%软判决译码，使用非量化输入%计算误比特率，译码器输出延迟tblen个符号[n1,r1]=biterr(double(decoded1(tblen+1:end)),msg(1:end-tblen));[n2,r2]=biterr(d