1、 武漢理工大學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)課群綜合訓(xùn)練報(bào)告 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： XX 專業(yè)班級(jí)： 通信1105 指導(dǎo)教師： 劉新華 工作單位： 武漢理工大學(xué) 題 目: 通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)初始條件 1）MATLAB軟件 2）通信原理各模塊相關(guān)知識(shí)要求完成的主要任務(wù): 主要任務(wù):利用仿真軟件（如Matlab或SystemView），或硬件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)上設(shè)計(jì)完成一個(gè)典型的通信系統(tǒng)其中信源為隨機(jī)確定的一個(gè)模擬時(shí)間函數(shù)，數(shù)字化方式采用增量編碼，基帶碼為AMI碼，信道碼采用循環(huán)碼，調(diào)制方式為ASK，信道類型為衰落信道。要求：掌握以上各種電路與通信技術(shù)的基本原理，掌握實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、電路調(diào)試與測(cè)量的方法。時(shí)間安排:序

2、號(hào)設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容所用時(shí)間1根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，分析電路原理，確定實(shí)驗(yàn)方案2天2根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行電路的測(cè)試，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析7天3撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告1天合 計(jì)2周指導(dǎo)教師簽名： 2015 年 1 月11日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 2015 年 1月 11日目錄摘要IAbstractII1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求11.1設(shè)計(jì)任務(wù)11.2主要步驟11.3 設(shè)計(jì)要求22數(shù)字通信系統(tǒng)原理分析22.1脈沖編碼調(diào)制原理分析22.2模擬信號(hào)抽樣過程32.3 增量調(diào)制32.4 AMI編碼42.5 信道編碼循環(huán)碼編譯碼原理42.5.1 循環(huán)碼編譯碼原理與特點(diǎn)42.5.2循環(huán)碼編碼原理72.5.3循環(huán)碼譯碼原理72.6 ASK調(diào)制

3、與解調(diào)原理82.7 衰落信道103方案設(shè)計(jì)驗(yàn)證113.1 增量編譯碼方案設(shè)計(jì)113.2 AMI編譯碼方案設(shè)計(jì)113.3循環(huán)碼編譯碼方案設(shè)計(jì)113.4 瑞利衰落信道方案設(shè)計(jì)124 基于MATLAB的系統(tǒng)仿真分析124.1 MATLAB軟件介紹124.2 增量編碼模塊仿真分析134.3 AMI編碼調(diào)制模塊仿真分析144.4 循環(huán)編碼和ASK調(diào)制模塊仿真分析144.5 調(diào)制信號(hào)通過衰落信道模塊仿真分析154.6 ASK解調(diào)和循環(huán)解碼154.7 AMI解碼和循環(huán)解碼164.8調(diào)制前后對(duì)比圖164.9結(jié)果分析175 設(shè)計(jì)中遇到的問題及解決辦法176 小結(jié)與體會(huì)18參考文獻(xiàn)19附錄20摘要現(xiàn)代通信系統(tǒng)主要

4、借助電磁波在自由空間的傳播或在導(dǎo)引媒體中的傳輸機(jī)理來實(shí)現(xiàn)，前者稱為無線通信系統(tǒng)，后者稱為有線通信系統(tǒng)，無線通信的應(yīng)用也越來越廣泛。數(shù)字通信是無線通信系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)，數(shù)字調(diào)制技術(shù)的改進(jìn)也是通信系統(tǒng)性能提高的重要途徑之一。數(shù)字通信的過程主要由信息源、信源編碼、信道編碼、調(diào)制、加噪聲、解調(diào)、信道譯碼、信源譯碼以及接收等幾個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都有著至關(guān)重要的作用，因此應(yīng)該對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)都采用相對(duì)失真度較低的方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，才能達(dá)到近乎無失真的傳輸，本課設(shè)運(yùn)用MATLAB及附帶的圖形函數(shù)工具設(shè)計(jì)了增量編碼調(diào)制、基帶碼為AMI碼、信道碼為循環(huán)碼、調(diào)制方式為ASK和信道為衰落信道的數(shù)字通信系統(tǒng)仿真模型

5、。通過仿真，觀察了解到了數(shù)字通信模型中各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)過程，并從中了解到數(shù)字信號(hào)處理對(duì)于數(shù)字通信的巨大作用，本文很詳細(xì)地介紹了整個(gè)通信系統(tǒng)的各個(gè)模塊的程序以及仿真過程，分析地比較透徹，便于理解，通信的整個(gè)過程是一個(gè)相對(duì)來說很復(fù)雜的過程，但是由于是利用仿真軟件進(jìn)行仿真，各個(gè)方面都比較理想，因此最后的結(jié)果誤差很小，比較符合理想情況。關(guān)鍵字： 數(shù)字通信 增量編碼調(diào)制 循環(huán)碼 ASK調(diào)制解調(diào) 衰落信道 AbstractModern communication systems by means of electromagnetic waves in the spread of free space or

6、guided media transmission mechanism to achieve 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 communicat

7、ion system, one of the important ways to improve 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,

8、 channel decoding, source decoding and reception, 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 design

9、ed to pulse code modulation, the baseband code for HDB3 channel code is a cyclic code modulation schemes for digital communication system simulation model the ASK and channel fading channel. Simulation, observation learned all aspects of the implementation process in the model of digital communicati

10、ons, digital signal processing and learn a huge 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 t

11、he whole process is a relatively complex process, 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: Digital communication incremental code modulation cyclic code ASK modulation demod

12、ulation fading channel1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)可以用軟件（如MATLAB），也可以在硬件實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)上完成一個(gè)典型的通信系統(tǒng)（如下圖1所示）的仿真。圖1.1 典型通信系統(tǒng)的組成1.2主要步驟 本通信傳輸系統(tǒng)的MATLAB仿真包括以下內(nèi)容：?jiǎn)晤l正弦波模擬信號(hào)經(jīng)過抽樣（抽樣頻率為Fs=20F）、增量調(diào)制、二進(jìn)制自然編碼、AMI碼型變換基帶傳輸，循環(huán)編碼ASK調(diào)制后發(fā)送到衰落信道，然后經(jīng)過ASK解調(diào)，循環(huán)碼譯碼、AMI碼譯碼、數(shù)模轉(zhuǎn)換后恢復(fù)出單頻正弦波模擬信號(hào)。 信源：采用單頻率正弦波； 數(shù)字化方式：增量調(diào)制（DM）； 基帶碼：HDB3碼； 信道碼：循環(huán)碼； 調(diào)制方式：A

13、SK； 信道類型：衰落信道。 1.3 設(shè)計(jì)要求1、系統(tǒng)發(fā)送端要求：模擬信源數(shù)字化基帶碼信道碼調(diào)制信道類型一時(shí)間函數(shù)增量調(diào)制AMI碼循環(huán)碼ASK衰減信道2、在接收端的解調(diào)、信道解碼、基帶解碼、數(shù)模轉(zhuǎn)換與發(fā)送端一一對(duì)應(yīng)。3、要完成整個(gè)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)以及整個(gè)系統(tǒng)的仿真，最終在接收端或者精確或者近似地再現(xiàn)輸入（信源），完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。2數(shù)字通信系統(tǒng)原理分析通信系統(tǒng)就是傳遞信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和，包括信息源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和信宿(受信者) ，它的一般模型如圖1-1所示。通信系統(tǒng)可分為數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)，數(shù)字通信系統(tǒng)較模擬通信系統(tǒng)而言，具有抗干擾能力強(qiáng)、便于加密、易于實(shí)現(xiàn)

14、集成化、便于與計(jì)算機(jī)連接等優(yōu)點(diǎn)。因而，數(shù)字通信更能適應(yīng)對(duì)通信技術(shù)的越來越高的要求。近二十年來，數(shù)字通信發(fā)展十分迅速，在整個(gè)通信領(lǐng)域中所占比重日益增長(zhǎng)，在大多數(shù)通信系統(tǒng)中已代替模擬通信，成為當(dāng)代通信系統(tǒng)的主流。本次課程設(shè)計(jì)的數(shù)字通信系統(tǒng)原理框圖如圖2-1所示。圖2-1 數(shù)字通信系統(tǒng)框圖2.1脈沖編碼調(diào)制原理分析模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字傳輸?shù)脑砜驁D如圖2-2所示。圖2-2 模擬信號(hào)數(shù)字化過程2.2模擬信號(hào)抽樣過程抽樣是把時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)變成一系列時(shí)間上離散的抽樣值的過程。抽樣定理：設(shè)一個(gè)頻帶限制的（0，fH）Hz內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)m（t）如果它不少于2fH次/s的速率進(jìn)行抽樣，則m(t)可以由抽樣值完

15、全確定。圖2-3 模擬信號(hào)抽樣過程如圖2-3就是簡(jiǎn)化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換離散的數(shù)字信號(hào)的抽樣過程，其中f（t）是連續(xù)的時(shí)間信號(hào)，也就是模擬信號(hào)，在送到乘法器上與s(t)取樣脈沖序列進(jìn)行乘法運(yùn)算，事實(shí)上取樣脈沖序列就是離散的一個(gè)個(gè)沖激函數(shù)。因此有 （21） 另外要注意的是，采樣間隔的周期要足夠的小，采樣率要做夠的大，要不然會(huì)出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，一般情況下如果模擬信號(hào)的最高頻率為fh時(shí)，采樣頻率fs>=2fh。2.3 增量調(diào)制 增量調(diào)制是由PCM發(fā)展而來的模擬信號(hào)數(shù)字化的一種編碼方式，它是PCM的一種特例。增量調(diào)制編碼基本原理是指用一位編碼，這一位碼不是表示信號(hào)抽樣值的大小，而是表示抽樣幅度的增量特性，

16、即采用一位二進(jìn)制數(shù)碼“1”或“0”來表示信號(hào)在抽樣時(shí)刻的值相對(duì)于前一個(gè)抽樣時(shí)刻的值是增大還是減小，增大則輸出“1”碼，減小則輸出“0”碼。輸出的“1”，“0”只是表示信號(hào)相對(duì)于前一個(gè)時(shí)刻的增減，不表示信號(hào)的絕對(duì)值。 增量調(diào)制最主要的特點(diǎn)就是它所產(chǎn)生的二進(jìn)制代碼表示模擬信號(hào)前后兩個(gè)抽樣值的差別(增加、還是減少)而不是代表抽樣值本身的大小，因此把它稱為增量調(diào)制。在增量調(diào)制系統(tǒng)的發(fā)端調(diào)制后的二進(jìn)制代碼1和0只表示信號(hào)這一個(gè)抽樣時(shí)刻相對(duì)于前一個(gè)抽樣時(shí)刻是增加(用1碼)還是減少(用0碼)。收端譯碼器每收到一個(gè)1碼，譯碼器的輸出相對(duì)于前一個(gè)時(shí)刻的值上升一個(gè)量化階，而收到一個(gè)0碼，譯碼器的輸出相對(duì)

17、于前一個(gè)時(shí)刻的值下降一個(gè)量化階。增量調(diào)制系統(tǒng)中量化器是一個(gè)零值比較器,根據(jù)輸入的電平極性,輸出為 ,預(yù)測(cè)器是一個(gè)單位延遲器,其輸出為前一個(gè)采樣時(shí)刻的解碼樣值,編碼器也是一個(gè)零值比較器,若其輸入為負(fù)值,則編碼輸出為0,否則輸出為1。解碼器將輸入1,0符號(hào)轉(zhuǎn)換為 ,然后與預(yù)測(cè)值相加后得出解碼樣值輸出,同時(shí)也作為預(yù)測(cè)器的輸入。2.4 AMI編碼工作原理： 為防止單極性歸零信號(hào)對(duì)電纜充電引起信號(hào)的直流漂移，同時(shí)也為了容易實(shí)現(xiàn)接收器與發(fā)送器的同步，信號(hào)在松山電纜傳輸時(shí)將單極性歸零碼變成AMI碼，這是一種正負(fù)向間的雙極性歸零碼。 AMI碼序列與數(shù)字信息碼有下列關(guān)系：二進(jìn)制的零仍變換為傳輸碼的零，而二進(jìn)制的

18、1交替變換為傳輸碼的+1、-1見表3-1。是一個(gè)隨機(jī)脈沖序列，由于正、負(fù)信號(hào)相等，其功率譜密度的基帶信號(hào)沒有直流或者接近直流的分量。表2-1 二進(jìn)制碼與AMI碼對(duì)照表1011101101000010+10-1+1-10+1-10+10000-102.5 信道編碼循環(huán)碼編譯碼原理2.5.1 循環(huán)碼編譯碼原理與特點(diǎn) 循環(huán)碼是線性分組碼的一種，所以它具有線性分組碼的一般特性，此外還具有循環(huán)性。循環(huán)碼的編碼和解碼設(shè)備都不太復(fù)雜，且檢(糾)錯(cuò)能力強(qiáng)。它不但可以檢測(cè)隨機(jī)的錯(cuò)誤，還可以檢錯(cuò)突發(fā)的錯(cuò)誤。（n,k）循環(huán)碼可以檢測(cè)長(zhǎng)為n-k或更短的任何突發(fā)錯(cuò)誤，包括首尾相接突發(fā)錯(cuò)誤。循環(huán)碼是一種無權(quán)碼，循環(huán)碼編排

19、的特點(diǎn)是相鄰兩個(gè)數(shù)碼之間符合卡諾圖中的鄰接條件，即相鄰兩個(gè)數(shù)碼之間只有一位碼元不同，碼元就是組成數(shù)碼的單元。符合這個(gè)特點(diǎn)的有多種方案，但循環(huán)碼只能是表中的那種。循環(huán)碼的優(yōu)點(diǎn)是沒有瞬時(shí)錯(cuò)誤，因?yàn)樵跀?shù)碼變換過程中，在速度上會(huì)有快有慢，中間經(jīng)過其它一些數(shù)碼形式，稱它們?yōu)樗矔r(shí)錯(cuò)誤。這在某些數(shù)字系統(tǒng)中是不允許的，為此希望相鄰兩個(gè)數(shù)碼之間僅有一位碼元不同，即滿足鄰接條件，這樣就不會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)錯(cuò)誤。循環(huán)碼就是這樣一種編碼，它可以在卡諾圖中依次循環(huán)得到。循環(huán)碼最大的特點(diǎn)就是碼字的循環(huán)特性，所謂循環(huán)特性是指：循環(huán)碼中任一許用碼組經(jīng)過循環(huán)移位后，所得到的碼組仍然是許用碼組。若（  ）為一循環(huán)碼組，則（）、

20、（）還是許用碼組。也就是說，不論是左移還是右移，也不論移多少位，仍然是許用的循環(huán)碼組。（1） 循環(huán)碼的多項(xiàng)式表示設(shè)碼長(zhǎng)為n的循環(huán)碼表示為（），其中為二進(jìn)制數(shù)，通常把碼組中各碼元當(dāng)做二進(jìn)制的系數(shù)，即把上式中長(zhǎng)為n的各個(gè)分量看做多項(xiàng)式： （22)的各項(xiàng)系數(shù)，則碼字與碼多項(xiàng)式一一對(duì)應(yīng)，這種多項(xiàng)式中，x僅表示碼元位置的標(biāo)記,因此我們并不關(guān)心x的取值，這種多項(xiàng)式稱為碼多項(xiàng)式。（2）(n,k)循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式 (n,k)循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式寫為g(x),它是(n,k)循環(huán)碼碼集中唯一的，冪次為n-k的碼多項(xiàng)式，則是一個(gè)冪次為n的碼多項(xiàng)式。按模()運(yùn)算，此時(shí)： （23） 即 （24）且因 g(x)也是n階冪

21、，故Q(x)=1。由于它是循環(huán)碼，故按模()運(yùn)算后的“余式”也是循環(huán)碼的一個(gè)碼字，它必能被g(x)整除，即： （25）由以上兩式可以得到： （26）和 （27） 從上式中可以看出，生成多項(xiàng)式g(x)應(yīng)該是的一個(gè)因式，即循環(huán)碼多項(xiàng)式應(yīng)該是的一個(gè)n-k次因式。（3） 循環(huán)碼的生成矩陣和一致校驗(yàn)矩陣對(duì)所有的i=0,1,2,k-1，用生成多項(xiàng)式g(x)除，有： （28）式中是余式，表示為： （29）因此，是g(x)的倍式，即是碼多項(xiàng)式，由此得到系統(tǒng)形式的生成矩陣為： (210）它是一個(gè)kn階的矩陣。同樣，由G=0可以得到系統(tǒng)形式的一致校驗(yàn)矩陣為： （211） 如已知（7，4）循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式和校驗(yàn)多

22、項(xiàng)式分別為：，。寫得其生成矩陣和校驗(yàn)矩陣分別為： （212） （213） 2.5.2循環(huán)碼編碼原理 有信息碼構(gòu)成信息多項(xiàng)式，其中最高冪次為k-1；用乘以信息多項(xiàng)式m(x)，得到的，最高冪次為n-1，該過程相當(dāng)于把信息碼（，）移位到了碼字德前k個(gè)信息位，其后是r個(gè)全為零的監(jiān)督位；用g(x)除得到余式r(x),其次數(shù)必小于g(x)的次數(shù)，即小于（n-k），將此r(x)加于信息位后做監(jiān)督位，即將r(x)于相加，得到的多項(xiàng)式必為一碼多項(xiàng)式。2.5.3循環(huán)碼譯碼原理 糾錯(cuò)碼的譯碼是該編碼能否得到實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵所在。譯碼器往往比編碼較難實(shí)現(xiàn)，對(duì)于糾錯(cuò)能力強(qiáng)的糾錯(cuò)碼更復(fù)雜。根據(jù)不同的糾錯(cuò)或檢錯(cuò)目的，循環(huán)碼譯

23、碼器可分為用于糾錯(cuò)目的和用于檢錯(cuò)目的的循環(huán)碼譯碼器。 通常，將接收到的循環(huán)碼組進(jìn)行除法運(yùn)算，如果除盡，則說明正確傳輸；如果未除盡，則在寄存器中的內(nèi)容就是錯(cuò)誤圖樣，根據(jù)錯(cuò)誤圖樣可以確定一種邏輯，來確定差錯(cuò)的位置，從而達(dá)到糾錯(cuò)的目的。用于糾錯(cuò)目的的循環(huán)碼的譯碼算法比較復(fù)雜，感興趣的話可以參考一些參考書。而用于檢錯(cuò)目的循環(huán)碼，一般使用ARQ通信方式。檢測(cè)過程也是將接受到的碼組進(jìn)行除法運(yùn)算，如果除盡，則說明傳輸無誤；如果未除盡，則表明傳輸出現(xiàn)差錯(cuò)，要求發(fā)送端重發(fā)。用于這種目的的循環(huán)碼經(jīng)常被成為循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，即CRC校驗(yàn)碼。CRC校驗(yàn)碼由于編碼電路、檢錯(cuò)電路簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)，因此得到廣泛的應(yīng)用。在通過M

24、ODEM傳輸文件的協(xié)議如ZMODEM、XMODEM協(xié)議中均用到了CRC校驗(yàn)技術(shù)。在磁盤、光盤介質(zhì)存儲(chǔ)技術(shù)中也使用該方法。 當(dāng)碼字c通過噪聲信道傳送時(shí)，會(huì)受到干擾而產(chǎn)生錯(cuò)誤。如果信道產(chǎn)生的錯(cuò)誤圖樣是e，譯碼器收到的n重接受矢量是y,則表示為： （214）上式也可以寫成多項(xiàng)式形式： （215）譯碼器的任務(wù)就是從y(x)中得到，然后求的估值碼字 （216） 并從中得到信息組。循環(huán)碼譯碼可按以下三個(gè)步驟進(jìn)行： （1）有接收到的y(x)計(jì)算伴隨式s(x); （2）根據(jù)伴隨式s(x)找出對(duì)應(yīng)的估值錯(cuò)誤圖樣； （3）計(jì)算，得到估計(jì)碼字。若,則譯碼正確，否則，若，則譯碼錯(cuò)誤。由于g(x) 的次數(shù)為n - k

25、次，g(x) 除E(x) 后得余式（即伴隨式）的最高次數(shù)為n-k-1次，故S(x) 共有2n-k 個(gè)可能的表達(dá)式，每一個(gè)表達(dá)式對(duì)應(yīng)一個(gè)錯(cuò)誤格式。可以知道(7,4）循環(huán)碼的S(x) 共有2(7-4) = 8個(gè)可能的表達(dá)式，可根據(jù)錯(cuò)誤圖樣表來糾正(7,4）循環(huán)碼中的一位錯(cuò)誤，其伴隨式如表1所示。表1 BCH（7，4）循環(huán)碼錯(cuò)誤圖樣表錯(cuò)誤圖樣錯(cuò)誤圖樣碼字伴隨式S(x)伴隨式E6(x)=x61000000x2100E5(x)=x50100000x2+x110E4(x)=x40010000x2+x+1111E3(x)=x30001000x+1011E2(x)=x20000100x2+1101E1(x)=

26、x10000010x010E0(x)=x000000011001E(x)=000000000000上式指出了系統(tǒng)循環(huán)碼的譯碼方法：將收到的碼字R(x) 用g(x) 去除，如果除盡則無錯(cuò)；否則有錯(cuò)。如果有錯(cuò)，可由余式S(x) 一一找出對(duì)應(yīng)圖樣，然后將錯(cuò)誤圖樣E(x) 與R(x) 模2 和，即為所求碼字C(x) ，從而實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)目的。2.6 ASK調(diào)制與解調(diào)原理幅移鍵控”又稱為“振幅鍵控”，記為ASK。也有稱為“開關(guān)鍵控”（通斷鍵控）的，所以又記作OOK信號(hào)。ASK是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的調(diào)制方式。幅移鍵控（ASK）相當(dāng)于模擬信號(hào)中的調(diào)幅，只不過與載頻信號(hào)相乘的是二進(jìn)制數(shù)碼而已。幅移就是把頻率、相位作為常量

27、，而把振幅作為變量，信息比特是通過載波的幅度來傳遞的。二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）， 由于調(diào)制信號(hào)只有0或1兩個(gè)電平，相乘的結(jié)果相當(dāng)于將載頻或者關(guān)斷，或者接通，它的實(shí)際意義是當(dāng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)為“1”時(shí)，傳輸載波；當(dāng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)為“0”時(shí)，不傳輸載波。其中s（t）為基帶矩形脈沖。一般載波信號(hào)用余弦信號(hào)，而調(diào)制信號(hào)是把數(shù)字序列轉(zhuǎn)換成單極性的基帶矩形脈沖序列，而這個(gè)通斷鍵控的作用就是把這個(gè)輸出與載波相乘，就可以把頻譜搬移到載波頻率附近。ASK信號(hào)，在實(shí)際中使用較少，但它是研究各種數(shù)字調(diào)制技術(shù)的基礎(chǔ)。 ASK信號(hào)是利用代表數(shù)字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控（調(diào)制）一個(gè)連續(xù)的載波，有載波輸出時(shí)表

28、示發(fā)送“1”，無載波輸出時(shí)表示發(fā)送“0”。圖2-4 信號(hào)調(diào)制波形 由圖可以看出2ASK信號(hào)的時(shí)間波形e2ASK（t）隨二進(jìn)制基帶信號(hào)s（t）通斷變化。所以又被稱為通斷鍵控信號(hào)圖2-5 2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形 ASK信號(hào)的產(chǎn)生可以用如下的方法，如圖所示；2ASK信號(hào)與模擬調(diào)制中的AM信號(hào)類似。所以，對(duì)2ASK信號(hào)也能夠采用非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測(cè)法)，其相應(yīng)原理方框圖如圖2-5 所示。2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形如圖2-6 所示。圖2-6 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)調(diào)制器原理框圖2.7 衰落信道 在某些有線信道中，特別是在傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，數(shù)字基帶信號(hào)可以

29、不經(jīng)過調(diào)制和解調(diào)過程在信道中直接傳送，這種不使用調(diào)制和解調(diào)設(shè)備而直接傳輸基帶信號(hào)的通信系統(tǒng)，我們稱它為基帶傳輸系統(tǒng)。而在另外一些遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男诺溃貏e是無線信道和光信道中，由于信道中受到各種噪聲和反射漫反射的影響，使得信號(hào)產(chǎn)生衰落。數(shù)字基帶信號(hào)則必須經(jīng)過調(diào)制過程，將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸，相應(yīng)地，在接收端必須經(jīng)過解調(diào)過程，才能恢復(fù)數(shù)字基帶信號(hào)。我們把這種包括了調(diào)制和解調(diào)過程的傳輸系統(tǒng)稱為數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)。 衰落信道有很多種，為了方便，仿真中采用加性噪聲加入到調(diào)制信號(hào)中以模擬最簡(jiǎn)單的衰落信道。具體仿真步驟是產(chǎn)生兩個(gè)隨機(jī)信號(hào)取絕對(duì)值的平方相加再開平方，即得到一個(gè)小的加性噪聲，模擬成一

30、個(gè)衰落信道，再將它與調(diào)制后的信號(hào)相加即可。可以采用瑞利或者萊斯兩種模型進(jìn)行模擬。瑞利衰落信道是一種無線電信號(hào)傳播環(huán)境的“統(tǒng)計(jì)模型”。這種模型假設(shè)信號(hào)通過無線信道之后，其信號(hào)幅度是隨機(jī)的，即“衰落”，并且其包絡(luò)服從瑞利分布。這一信道模型能夠描述由電離層和對(duì)流層反射的短波信道，以及建筑 物密集的城市環(huán)境。瑞利衰落只適用于從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)不存在直射信號(hào)的情況，否則應(yīng)使用萊斯衰落信道作為信道模型。假設(shè)經(jīng)反射（或散射）到達(dá)接收天線的信號(hào)為N個(gè)幅值和相位均隨機(jī)的且統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的信號(hào)之和。信號(hào)振幅為r,相位為,則其包絡(luò)概率密度函數(shù)為 P(r)= (r0) （217）相位概率密度函數(shù)為： P()=1/2 （） （

31、218）3方案設(shè)計(jì)驗(yàn)證3.1 增量編譯碼方案設(shè)計(jì) 脈沖編碼調(diào)制電路的軟件仿真主要由三個(gè)部分組成，即抽樣、比較和編碼三個(gè)過程。增量調(diào)制編碼基本原理是指用一位編碼，這一位碼不是表示信號(hào)抽樣值的大小，而是表示抽樣幅度的增量特性，即采用一位二進(jìn)制數(shù)碼“1”或“0”來表示信號(hào)在抽樣時(shí)刻的值相對(duì)于前一個(gè)抽樣時(shí)刻的值是增大還是減小，增大則輸出“1”碼，減小則輸出“0”碼。輸出的“1”，“0”只是表示信號(hào)相對(duì)于前一個(gè)時(shí)刻的增減，不表示信號(hào)的絕對(duì)值。收端譯碼器每收到一個(gè)1碼，譯碼器的輸出相對(duì)于前一個(gè)時(shí)刻的值上升一個(gè)量化階，而收到一個(gè)0碼，譯碼器的輸出相對(duì)于前一個(gè)時(shí)刻的值下降一個(gè)量化階。3.2 AMI編譯碼方案設(shè)

32、計(jì) 為防止單極性歸零信號(hào)對(duì)電纜充電引起信號(hào)的直流漂移，同時(shí)也為了容易實(shí)現(xiàn)接收器與發(fā)送器的同步，信號(hào)在松山電纜傳輸時(shí)將單極性歸零碼變成AMI碼，這是一種正負(fù)向間的雙極性歸零碼。 AMI碼序列與數(shù)字信息碼有下列關(guān)系：二進(jìn)制的零仍變換為傳輸碼的零，而二進(jìn)制的1交替變換為傳輸碼的+1、-1見表3-1。是一個(gè)隨機(jī)脈沖序列，由于正、負(fù)信號(hào)相等，其功率譜密度的基帶信號(hào)沒有直流或者接近直流的分量。在AMI編譯碼到循環(huán)碼編譯碼過程中涉及到三進(jìn)制與二進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換3.3循環(huán)碼編譯碼方案設(shè)計(jì) 循環(huán)碼的編譯碼原理相對(duì)復(fù)雜，但是MATLAB軟件中有可以直接對(duì)二進(jìn)制序列進(jìn)行編譯碼的函數(shù)，分別為encode編碼函數(shù)和dec

33、ode譯碼函數(shù)，它們的用法如下： 1）encode函數(shù) 功能：編碼函數(shù) 語法：code=encode(msg,N,K,method,opt) 說明：用method指定的方法完成糾錯(cuò)編碼。其中msg代表信息碼元，是一個(gè)K列矩陣，N是編碼后的碼字長(zhǎng)度；K是信息位的長(zhǎng)度；opt是有些編碼方式需要的參數(shù)。 2）decode函數(shù) 功能：譯碼函數(shù) 語法：msg=decode（code，N，K，method，opt1,opt2,opt3,opt4）; 說明：這個(gè)函數(shù)對(duì)接收到的碼字進(jìn)行譯碼，恢復(fù)出原始的信息，譯碼參數(shù)和方式必須和編碼時(shí)采用的嚴(yán)格相同。它對(duì)接收到的碼字，按method指定的方式進(jìn)行譯碼；opt1

34、，opt4是可選項(xiàng)的參數(shù)。 利用這兩個(gè)函數(shù)可以很方便的實(shí)現(xiàn)循環(huán)碼的編譯碼，使用(7，4)碼進(jìn)行編解碼，循環(huán)碼編碼時(shí)，函數(shù)變量中的method應(yīng)為cyclic。3.4 瑞利衰落信道方案設(shè)計(jì) 瑞利衰落信道是一種無線電信號(hào)傳播環(huán)境的統(tǒng)計(jì)模型。這種模型假設(shè)信號(hào)通過無線信道之后，其信號(hào)幅度是隨機(jī)的，即“衰落”，并且其包絡(luò)服從瑞利分布。在MATLAB軟件中有可以產(chǎn)生瑞利衰落信道的函數(shù)即rayleignchan函數(shù)，用此函數(shù)便可以產(chǎn)生一個(gè)簡(jiǎn)單的瑞利衰落信道，該函數(shù)的用法可以參考一下MATLAB軟件查閱，此處不再贅述。4 基于MATLAB的系統(tǒng)仿真分析4.1 MATLAB軟件介紹 Matlab是一種解釋性執(zhí)行

35、語言，具有強(qiáng)大的計(jì)算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡(jiǎn)單，擴(kuò)充便，尤其是世界上有成千上萬的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過程中擴(kuò)充Matlab的功能，使其成為了巨大的知識(shí)寶庫(kù)。可以毫不夸張的說，哪怕是你真正理解了一個(gè)工具箱，那么就是理解了一門非常重要的科學(xué)知識(shí)。科研工作者通常可以通過Matlab來學(xué)習(xí)某個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)，這就是Matlab真正在全世界推廣開來的原因。目前的Matlab版本已經(jīng)可以方便的設(shè)計(jì)漂亮的界面，它可以像VB等語言一樣設(shè)計(jì)漂亮的用戶接口，同時(shí)因?yàn)橛凶钬S富的函數(shù)庫(kù)（工具箱），所以計(jì)算的功能實(shí)現(xiàn)也很簡(jiǎn)單，進(jìn)一步受到了科研工作者的歡迎。另外，,Matlab和其他高級(jí)語言也具

36、有良好的接口，可以方便的實(shí)現(xiàn)與其他語言的混合編程，進(jìn)一步拓寬了Matlab的應(yīng)用潛力。可以說，Matlab已經(jīng)也很有必要成為大學(xué)生的必修課之一，掌握這門工具對(duì)學(xué)習(xí)各門學(xué)科有非常重要的推進(jìn)作用。Matlab是一種交互式的、以矩陣為基礎(chǔ)的軟件開發(fā)環(huán)境,它用于科學(xué)和工程的計(jì)算與可視化。Matlab的編程功能簡(jiǎn)單,并且很容易擴(kuò)展和創(chuàng)造新的命令與函數(shù)。應(yīng)用Matlab可方便地解決復(fù)雜數(shù)值計(jì)算問題。另外，Matlab的圖形界面功能GUI（Graphical User Interface）能為仿真系統(tǒng)生成一個(gè)人機(jī)交互界面，便于仿真系統(tǒng)的操作。因此，Matlab在通信系統(tǒng)仿真中得到了廣泛應(yīng)用，本文也選用該工具

37、對(duì)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。4.2 增量編碼模塊仿真分析圖 4-1原始信號(hào)與抽樣信號(hào)以及增量編碼模塊 4.3 AMI編碼調(diào)制模塊仿真分析圖4-2 AMI編碼調(diào)制模塊仿真4.4 循環(huán)編碼和ASK調(diào)制模塊仿真分析圖4-3 循環(huán)編碼和ASK調(diào)制模塊仿真4.5 調(diào)制信號(hào)通過衰落信道模塊仿真分析圖4-4 調(diào)制信號(hào)通過衰落信道模塊仿真在MATLAB軟件中，我們可以直接采用rayleignchan來產(chǎn)生瑞利衰落信號(hào)，使用filter函數(shù)使調(diào)制信號(hào)通過衰落信道，圖4-6即為psk調(diào)制信號(hào)通過瑞利信道后的波形圖。4.6 ASK解調(diào)和循環(huán)解碼圖4-5 ASK解調(diào)和循環(huán)解碼4.7 AMI解碼和循環(huán)解碼圖4-6 AMI解

38、碼和循環(huán)解碼 4.8調(diào)制前后對(duì)比圖圖4-7 調(diào)制前后對(duì)比圖失真度測(cè)量da = 1.4459e-0044.9結(jié)果分析由上面所示圖行對(duì)比可以看出經(jīng)過增量調(diào)制，AMI編碼，三進(jìn)制轉(zhuǎn)換二進(jìn)制，循環(huán)編碼，ASK調(diào)制，ASK解調(diào)，循環(huán)解碼，二進(jìn)制轉(zhuǎn)換三進(jìn)制，AMI解碼，增量解調(diào)后的波形與輸入波形大致相似，與輸入波形稍有出入。由計(jì)算得失真度為 1.4459e-004。因?yàn)锳MI編碼后為+1，-1，0組成的一個(gè)三進(jìn)制序列，沒辦法直接進(jìn)行循環(huán)碼編碼，所以又將三進(jìn)制序列轉(zhuǎn)換成了二進(jìn)制，即分別用00，01，10來代替-1，0，+1.從而碼的長(zhǎng)度增加了一倍。在后面也有相應(yīng)的二進(jìn)制轉(zhuǎn)三進(jìn)制的解碼。這里的循環(huán)編碼用的是（

39、7，4）碼，所以在設(shè)置參數(shù)時(shí)要注意，碼的長(zhǎng)度應(yīng)該是4的倍數(shù)。剛開始調(diào)程序時(shí)沒有注意到這個(gè)問題，導(dǎo)致在后面增量解調(diào)時(shí)一直報(bào)錯(cuò)，后來才發(fā)現(xiàn)是這個(gè)問題，設(shè)置好參數(shù)后就運(yùn)行正常了。5 設(shè)計(jì)中遇到的問題及解決辦法 MATLAB中有一些常見的語法錯(cuò)誤，現(xiàn)總結(jié)如下：變量未定義，在使用變量之前一定要先對(duì)其進(jìn)行定義；2）在調(diào)用函數(shù)的過程中，一個(gè)或多個(gè)輸入變量沒有被賦值，應(yīng)該對(duì)其函數(shù)的各個(gè)變量都賦初值才能使函數(shù)正確的運(yùn)行。3）不能在命令窗口中編寫函數(shù)文件，應(yīng)編寫對(duì)應(yīng)函數(shù)的m文件，然后再在命令窗口調(diào)用該函數(shù)。最后，整理一下常用的快捷鍵（用【】表示）或命令：1) 在命令窗口(Command Window)中，【上、下

40、鍵】切換到之前、之后的命令，可以重復(fù)按多次來達(dá)到你想要的命令2) clc清除命令窗口顯示的語句，此命令并不清空當(dāng)前工作區(qū)的變量，僅僅是把屏幕上顯示出來的語句清除掉3) clear這個(gè)才是清空當(dāng)前工作區(qū)的變量命令，常用語句clear all來完成4) 【Tab】鍵在command窗口，輸入一個(gè)命令的前幾個(gè)字符，然后按tab鍵，會(huì)彈出前面含這幾個(gè)字符的所有命令，找到你要的命令，回車，就可以自動(dòng)完成。目前討論結(jié)果是：matlab6.5版本中，如果候選命令超過100個(gè)，則不顯示。而在matlab7以后版本中，則沒有這個(gè)限制，均可正常提示5) 【Ctrl+C】（或【CtrlBreak】）在matlab程

41、序運(yùn)行過程中，可能由于程序編寫的失誤，導(dǎo)致程序不停的運(yùn)行，在命令窗口輸入“Ctrl+C”可以將運(yùn)行的程序停下來，而不需要將整個(gè)Matlab程序關(guān)掉。不過進(jìn)行此操作的前提是能夠激活切換到命令窗口才行。6 小結(jié)與體會(huì) 做通信群課設(shè)這段時(shí)間是大四以來最忙的一段時(shí)間，不僅面臨著要考研找工作的壓力，還要面臨著要做課程設(shè)計(jì)的壓力。剛開始拿到題目時(shí)，覺得不是很難，但是認(rèn)真地做起來發(fā)現(xiàn)還是有一定的難度的，于是便去圖書館找各種關(guān)于MATLAB與通信的資料書，認(rèn)真努力地閱讀各方面的知識(shí)，才有了一定的領(lǐng)悟，漸漸有了自己的課設(shè)方案，然后便開始動(dòng)手實(shí)踐起來，動(dòng)手實(shí)踐的過程當(dāng)然是比較痛苦的，需要自己不斷地開發(fā)自己的思維，

42、并且通過無數(shù)次的改錯(cuò)糾錯(cuò)才能得到比較正確的結(jié)果，不過幸好大學(xué)前三年已經(jīng)很認(rèn)真在學(xué)習(xí)有關(guān)方面的知識(shí)了，已經(jīng)有了較為深厚的積累，這些也不足以成為問題，在自己的努力與同學(xué)老師的幫助指導(dǎo)下，終于在一周的時(shí)間內(nèi)完成了相應(yīng)的程序代碼的編寫，然后就是寫報(bào)告了，寫報(bào)告向來是我的弱項(xiàng)，花了兩三天的時(shí)間終于完成了報(bào)告的書寫，這對(duì)我來說是一個(gè)更累的過程，至此差不多就完成了課設(shè)的任務(wù)。 經(jīng)過這兩周的課程設(shè)計(jì)，讓我收獲多多。剛開始接到課程設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，還很興奮，因?yàn)檫@次的課設(shè)只用軟件仿真就可以了，而不用做實(shí)物，這樣可以大大地節(jié)約時(shí)間。但事實(shí)證明我的想法是錯(cuò)誤的。雖然之前有接觸MATLAB這個(gè)軟件，但是也只是會(huì)調(diào)用一些簡(jiǎn)單

43、的函數(shù)來做計(jì)算，或用一些簡(jiǎn)單的畫圖命令來作圖，一直覺得這個(gè)仿真軟件的功能很強(qiáng)大，但沒有怎么深入地去運(yùn)用。這次的課設(shè)讓我知道，我之前對(duì)它的了解簡(jiǎn)直只是冰山一角。而要用它來實(shí)現(xiàn)自己的專業(yè)目的，更是增加了難度。將在課堂上學(xué)到的理論知識(shí)用它來仿真實(shí)現(xiàn)，這就要求我們對(duì)理論知識(shí)有全面深入透徹的理解，并且很熟悉仿真軟件，但我在這兩個(gè)方面都有欠缺，所以實(shí)際操作起來也沒有剛開始想象的那樣容易。開始著手做的時(shí)候，本來用的是simulink電路模電的仿真，但由于對(duì)它的不認(rèn)識(shí)以及不熟悉，在找電路模塊上花費(fèi)了大量的時(shí)間，最終因各種原因又轉(zhuǎn)而用程序仿真。由于之前只寫過簡(jiǎn)單的程序，所以在這次的編程過程中，又去圖書館查資料，

44、上網(wǎng)搜資料，最后才差強(qiáng)人意地完成了。總之，課程設(shè)計(jì)讓我收獲頗豐，同時(shí)也讓我發(fā)現(xiàn)了自身的不足。在實(shí)驗(yàn)課上學(xué)得的，我將發(fā)揮到其它中去，也將在今后的學(xué)習(xí)和工作中不斷提高、完善；在此間發(fā)現(xiàn)的不足，我將努力改善，通過學(xué)習(xí)、實(shí)踐等方式不斷提高，克服那些不應(yīng)成為學(xué)習(xí)、獲得知識(shí)的障礙。在今后的學(xué)習(xí)、工作中有更大的收獲，在不斷地探索中、在無私的學(xué)習(xí)、奉獻(xiàn)中實(shí)現(xiàn)自己的人身價(jià)值！參考文獻(xiàn)1徐明遠(yuǎn)，邵玉斌 MATLAB仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)學(xué)出版社，2005.62唐向宏，岳恒立，鄭雪峰 MATLAB及在電子信息類課程中的應(yīng)用(第二版）.北京：電子工業(yè)出版社，2009.63樊昌信，張甫翊，

45、徐炳祥，吳成柯通信原理第5版國(guó)防工業(yè)出版社，20074郭仕劍，王寶順，賀志國(guó)，楊可心MATLAB7.X數(shù)字信號(hào)處理人民郵電出版，20065孫祥，徐流美，吳清MATLAB7.0基礎(chǔ)教程清華大學(xué)出版社，2006附錄程序代碼：1、主程序：%信源產(chǎn)生和增量編碼ts = 0.02;t = 0:ts:399*ts ;x = sin(t);delta =ts ;D( 1+length(t) ) = 0;for k=1:length(t) e(k) = x(k) - D(k); e_q(k) = delta * ( 2 * ( e(k) >= 0 ) -1 ); D( k+1 ) = e_q(k) +

46、D(k); codeout(k) = ( e_q(k)>0 );endfigure(1)subplot(311);plot( t, x );axis( 0 399*ts, -2 2 );title('隨機(jī)信源');subplot(312);plot( t, x, '-o' );axis( 0 39*ts, -2 2 );title('抽樣信號(hào)');subplot(313);stairs( (0:63), codeout(1:64) );axis( 0 64, -2 2 );title('增量編碼');%AMI編碼xn = c

47、odeout*1 ; %邏輯值轉(zhuǎn)換成數(shù)值yn = xn;num = 0;for k=1:length(yn) if xn(k) = 1 num = num + 1; if num/2 = fix(num/2) yn(k) = 1; else yn(k) = -1; end endendfigure(2)subplot(211)stairs( 0:63 , yn(1:64) );axis( 0 64,-2 2 );title('AMI編碼');%三進(jìn)制轉(zhuǎn)化二進(jìn)制bin_out=tri2bin(yn);subplot(212)stairs(bin_out);axis( 0 64,-

48、2 2 );title('三進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制');disp('三進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制結(jié)果')(reshape(bin_out,4,length(bin_out)/4)'%循環(huán)編碼n=7;k=4;p=cyclpoly(n,k);code1=encode(bin_out,n,k,'cyclic',p);(reshape(code1,7,length(code1)/7)'figure(3)subplot(211)stairs(code1);axis( 0 64,-2 2 );title('循環(huán)編碼');%ASK調(diào)制ASK_modul

49、ation_out,m1,t=ASK_modulation(code1,10);subplot(212)plot(t,ASK_modulation_out(1:length(t);axis(0,20,-2,2);title('ASK調(diào)制');%衰落信道%瑞利衰落fd=0;%多普勒頻移為0td=0.02;chan=rayleighchan(td,fd)%瑞麗衰落信道psk1=filter(chan,ASK_modulation_out);%信號(hào)通過瑞麗衰落信道figure(4)plot(abs(psk1)axis(0 1000 -2 2);title('調(diào)制信號(hào)通過衰落信

50、道后幅度特性圖') %ASK解調(diào)ASK_demodulation_out,c_de,carwav,m_de=ASK_demodulation(ASK_modulation_out,t,10)figure(5)subplot(311)stairs(0:63),ASK_demodulation_out(1:64);axis(0,64,-2,2);title('ASK解調(diào)');%循環(huán)解碼n=7;k=4;p=cyclpoly(n,k);recode=decode(ASK_demodulation_out,n,k,'cyclic',p); %對(duì)信號(hào)進(jìn)行譯碼recode=reshape(recode',1,length(recode);subplot(312)stairs(recode(1:60);axis(0 60 -2 2);title('循環(huán)解碼');%二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為三進(jìn)制L=length(recode);for i=1:L/2 if recode(2*i-1)=0&&a