通信系統(tǒng)課程設(shè)計基于MATLAB的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及數(shù)字調(diào)制的仿真

1、 課 程 設(shè) 計 說 明 書 設(shè) 計 及 說 明主要結(jié)果目 錄前言 2matlab軟件簡介 2數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真 51.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)簡介 51.2 數(shù)字基帶信號 71.2.1 數(shù)字基帶信號的要求 71.2.2 數(shù)字基帶信號81.2.3 常用的基帶傳輸碼型91.3實驗原理121.3.1數(shù)字通信系統(tǒng)模型121.3.2數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型121.4實驗內(nèi)容131.4.1 余弦滾降基帶傳輸系統(tǒng)131.4.2 眼圖 141.5總結(jié)17數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真前言172.1二進制頻移鍵控（2fsk） 172fsk信號的產(chǎn)生172fsk解調(diào)原理192fsk調(diào)制與解調(diào)基于matlab仿真 202.2二進制振幅

2、鍵控(2ask）232ask調(diào)制與解調(diào)基于matlab仿真252.3二進制相移鍵控(2psk）272psk原理272psk基于matlab的仿真292.4四進制相移鍵控(4psk）334psk信號的產(chǎn)生與解調(diào)334psk基于matlab的仿真342.5十六進制正交幅度調(diào)制(16qam）42正交調(diào)制及相干解調(diào)原理框圖4216qam調(diào)制與解調(diào)基于matlab的仿真432.6.心得 48參考文獻：49前言 隨著通信系統(tǒng)的規(guī)模和復雜度不斷增加， 統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展傳的需要，通信系統(tǒng)的模擬仿真技術(shù)越來越受到重視。傳統(tǒng)的通信仿真技術(shù)主要分 可以 得到與真實環(huán)境十分接近的結(jié)果，為手工分析與電路試驗

3、2種， 但耗時長方法比較繁雜，而通信系統(tǒng)的計算機模擬仿真技術(shù)是介于上述2種方法的一種系統(tǒng)設(shè)計方法，它可以讓用戶 在很 短的時間內(nèi)建立整個通信系統(tǒng)模型，并對其進行模擬仿真。通信原理計算機仿真實驗，是對數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真。仿真工具是matlab程序設(shè)計語 言。 matlab是一種先進的高技術(shù)程序設(shè)計語言，主要用于數(shù)值計算及可視化圖形處理。特點 是將數(shù)值分析、矩陣計算、圖形、圖像處理和仿 真等諸多強大功能集成在一個極易使用的交互式環(huán)境中偽科學研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多學科提供了一種高效率的編程 工具。運用matlab，可以對數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 進行較為全面地研究。為了使本科類學生

4、學好通信課程，我們進行了試點，通過課程設(shè)計的方式針對通信原理的很多內(nèi)容進行了仿真。matlab軟件簡介 matlab是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如c、fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。 matlab和mathematica、maple并稱為三大數(shù)學軟件。它

5、在數(shù)學類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。matlab可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。 matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用matlab來解算問題要比用c，fortran等語言完成相同的事情簡捷得多，并且matlab也吸收了像maple等軟件的優(yōu)點,使matlab成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對c，fortran，c+ ，java的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)?/p>

6、到matlab函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的matlab愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。matlab 產(chǎn)品族可以用來進行以下各種工作： 數(shù)值分析 數(shù)值和符號計算 工程與科學繪圖 控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 數(shù)字圖像處理 技術(shù) 數(shù)字信號處理 技術(shù) 通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真 matlab 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計、測試和測量、財務(wù)建模和分析以及計算生物學等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨提供的專用 matlab 函數(shù)集）擴展了 matlab 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。 20世紀70年代，美國新墨西哥大學計算機科學系主任cleve

7、 moler為了減輕學生編程的負擔，用fortran編寫了最早的matlab。1984年由little、moler、steve bangert合作成立了的mathworks公司正式把matlab推向市場。到20世紀90年代，matlab已成為國際控制界的標準計算軟件。綜上所述，matlab 語言有如下特點：1 編程效率高 它是一種面向科學與工程計算的高級語言，允許用數(shù)學形式的語言編寫程序，且 比 basic、 fortran 和 c 等語言更加接近我們書寫計算公式的思維方式， matlab 用 編寫程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問題。因此，matlab 語言也可通俗 地稱為演算紙式科學算法

8、語言由于它編寫簡單，所以編程效率高，易學易懂。 2用戶使用方便 matlab 語言是一種解釋執(zhí)行的語言（在沒被專門的工具編譯之前），它靈活、 方便，其調(diào)試程序手段豐富，調(diào)試速度快，需要學習時間少。人們用任何一種語 言編寫程序和調(diào)試程序一般都要經(jīng)過四個步驟：編輯、編譯、連接以及執(zhí)行和調(diào) 試。各個步驟之間是順序關(guān)系，編程的過程就是在它們之間作瀑布型的循環(huán)。 matlab 語言與其它語言相比，較好地解決了上述問題，把編輯、編譯、連接和 執(zhí)行融為一體。它能在同一畫面上進行靈活操作快速排除輸入程序中的書寫錯 誤、語法錯誤以至語意錯誤，從而加快了用戶編寫、修改和調(diào)試程序的速度，可 以說在編程和調(diào)試過程中它

9、是一種比 vb 還要簡單的語言。 具體地說，matlab 運行時，如直接在命令行輸入 mailab 語句（命令），包括調(diào) 用 m 文件的語句，每輸入一條語句，就立即對其進行處理，完成績譯、連接和運 行的全過程。又如，將 matlab 源程序編輯為 m 文件，由于 mat1ab 磁盤文件也是 m 文件，所以編輯后的源文件就可直接運行，而不需進行編譯和連接。在運行 m 文件時， 如果有錯， 計算機屏幕上會給出詳細的出鍺信息， 用戶經(jīng)修改后再執(zhí)行， 直到正確為止。所以可以說，mat1ab 語言不僅是一種語言，廣義上講是一種該 語言開發(fā)系統(tǒng)，即語言調(diào)試系統(tǒng)。 3擴充能力強 matlab 語言有豐富的庫

10、函數(shù)，在進行復雜的數(shù)學運算時可以直接調(diào)用，而且 matlab 的庫函數(shù)同用戶文件在形成上一樣， 所以用戶文件也可作為 matlab 的庫 函數(shù)來調(diào)用。因而，用戶可以根據(jù)自己的需要方便地建立和擴充新的庫函數(shù)，以 便提高 matlab 使用效率和擴充它的功能。另外，為了充分利用 fortran、c 等語 言的資源， 包括用戶已編好的 fortran， 語言程序， c 通過建立 me 調(diào)文件的形式， 混合編程，方便地調(diào)用有關(guān)的 fortran，c 語言的子程序。 4語句簡單，內(nèi)涵豐富 mat1ab 語言中最基本最重要的成分是函數(shù)，其一般形式為a，6，c = fun （d，e，f，），即一個函數(shù)由函數(shù)

11、名，輸入變量 d，e，f,和輸出變量 a，b，c組成，同一函數(shù)名 f，不同數(shù)目的輸入變量（包括無輸入變量）及 不同數(shù)目的輸出變量，代表著不同的含義（有點像面向?qū)ο笾械亩鄳B(tài)性。這不僅 使 matlab 的庫函數(shù)功能更豐富，而大大減少了需要的磁盤空間，使得 matlab 編寫的 m 文件簡單、短小而高效。 5高效方便的矩陣和數(shù)組運算 matlab 語言象 basic、fortran 和 c 語言一樣規(guī)定了矩陣的算術(shù)運算符、關(guān)系運 算符、邏輯運算符、條件運算符及賦值運算符，而且這些運算符大部分可以毫無 改變地照搬到數(shù)組間的運算，有些如算術(shù)運算符只要增加“”就可用于數(shù)組間 的運算，另外，它不需定義數(shù)組

12、的維數(shù)，并給出矩陣函數(shù)、特殊矩陣專門的庫函 數(shù)，使之在求解諸如信號處理、建模、系統(tǒng)識別、控制、優(yōu)化等領(lǐng)域的問題時， 顯得大為簡捷、高效、方便，這是其它高級語言所不能比擬的。在此基礎(chǔ)上，高 版本的 matlab 已逐步擴展到科學及工程計算的其它領(lǐng)域。因此，不久的將來， 它一定能名符其實地成為“萬能演算紙式的”科學算法語言。 6方便的繪圖功能 matlab 的繪圖是十分方便的，它有一系列繪圖函數(shù)（命令），例如線性坐標、 對數(shù)坐標，半對數(shù)坐標及極坐標，均只需調(diào)用不同的繪圖函數(shù)（命令），在圖上 標出圖題、xy 軸標注，格（柵）繪制也只需調(diào)用相應(yīng)的命令，簡單易行。另外， 在調(diào)用繪圖函數(shù)時調(diào)整自變量可繪出

13、不變顏色的點、線、復線或多重線。這種為 科學研究著想的設(shè)計是通用的編程語言所不及的。總之，matlab 語言的設(shè)計思 想可以說代表了當前計算機高級語言的發(fā)展方向。 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真1.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的介紹 在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，其傳輸?shù)膶ο笸ǔＪ嵌M制數(shù)字信號，它可能是來自計算機、電傳打字機或其它數(shù)字設(shè)備的各種數(shù)字脈沖，也可能是來自數(shù)字電話終端的脈沖編碼調(diào)制（pcm）信號。這些二進制數(shù)字信號的頻帶范圍通常從直流和低頻開始，直到某一頻率m f ，我們稱這種信號為數(shù)字基帶信號。在某些有線信道中，特別是在傳輸距離不太遠的情況下，數(shù)字基帶信號可以不經(jīng)過調(diào)制和解調(diào)過程在信道中直接傳

14、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的通信系統(tǒng)，我們稱它為基帶傳輸系統(tǒng)。而在另外一些信道，特別是無線信道和光信道中，數(shù)字基帶信號則必須經(jīng)過調(diào)制過程，將信號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，才能恢復數(shù)字基帶信號。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)。數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的模型如圖 1-1 所示，它主要包括碼型變換器、發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器、均衡器和取樣判決器等部分。圖1-1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型數(shù)字 基帶傳輸系統(tǒng) 的輸入信號是由終端設(shè)備或編碼設(shè)備產(chǎn)生的二進制脈 沖序列，通常是單極 性的矩形脈沖信號（nrz 碼）。為了使這種信號

15、適合 于信道的傳輸，一般 要經(jīng)過碼形變換器，把單極性的二進制脈沖變成雙極 性脈沖（如 ami 碼或 3 hdb 碼）。發(fā)送濾波器對碼脈沖進行波形變換，以減 小信號在基帶 傳輸系 統(tǒng)中傳輸時產(chǎn)生的碼間串擾。信號在傳輸過程中，由于 信道特性不理想 及加性噪聲的影響，會使接收到的信號波形產(chǎn)生失真 ，為了減小失 真對信 號的影響，接收信號首先進入接收濾波器濾波，然后 再經(jīng)均衡器對 失真信 號進行校正，最后由取樣判決器恢復數(shù)字基帶脈沖序 列。 目前，雖 然在實際使用的數(shù)字通信系統(tǒng)中，基帶傳輸方式不如數(shù)字載波傳 輸方式那樣應(yīng) 用廣泛 ，但由于數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)是數(shù)字通信系統(tǒng)中最基本 的傳輸方式，而且從 理論

16、上來說，任何一種線性載波傳輸系統(tǒng)都可以等效 為基帶傳輸系 統(tǒng)，因 此理解數(shù)字信號的基帶傳輸過程十分重要。 數(shù)字基帶信號有二元碼和三元碼，有歸零碼和非歸零碼等，有的具有直流分量，在波形上具有不同的特點，他們有不同的特點，有的低頻成份多，有的高頻成份多，有的具有直流分量，有的占有帶寬等，所有這些在波形處理時會對一些學生產(chǎn)生模糊的概念，針對本科類的學生要求，他們?nèi)绾卫斫?、辨別、掌握這些信號波形的特點，同時可以讓學生在仿真過程中對通信原理的各種概念加深理解。另外，此仿真實驗只需在計算機的虛擬實驗室即可，不受實驗場地、環(huán)境的限制。軟件的功能主要有： 1） 實現(xiàn)各種常用碼型的數(shù)字基帶信號仿真；2） 能產(chǎn)生

17、隨機的數(shù)字信號序列，具有普遍性； 3)能繪制直觀、清晰、準確、可靠的數(shù)字基帶 信號仿真圖形；4)要對相應(yīng)的碼型的特點進行相應(yīng)的描述。圖 1-2 仿真結(jié)構(gòu)圖 在通信中，數(shù)字基帶信號有多種碼型表示，它們在傳輸過程中有隨機性，為 用讓這種波形描述具有普遍性， m 序列偽隨機碼來作為碼型的仿真數(shù)字序列。利用 matlab 軟件仿真出每一種碼型，讓學生通過仿真軟件的使用，加深對碼和波形的理解。1.2 數(shù)字基帶信號1.2.1 數(shù)字基帶信號的要求不同形式的數(shù)字基帶信號（又稱為碼型）具有不同的頻譜結(jié)構(gòu)，為適應(yīng)信道的傳輸特性及接收端再生、恢復數(shù)字基帶信號的需要，必須合理地設(shè)計數(shù)字基帶信號，即選擇合適的信號碼型。

18、適合于在有線信道中傳輸?shù)臄?shù)字基帶信號形式稱為線路傳輸碼型。一般來說，選擇數(shù)字基帶信號碼型時，應(yīng)遵循以下基本原則：（1） 數(shù)字基帶信號應(yīng)不含有直流分量，且低頻及高頻分量也應(yīng)盡量的少。在基帶傳輸系統(tǒng)中，往往存在著隔直電容及耦合變壓器，不利于直流及低頻分量的傳輸。此外，高頻分量的衰減隨傳輸距離的增加會快速地增大，另一方面，過多的高頻分量還會引起話路之間的串擾，因此希望數(shù)字基帶信號中的高頻分量也要盡量的少。（2） 數(shù)字基帶信號中應(yīng)含有足夠大的定時信息分量。基帶傳輸系統(tǒng)在接收端進行取樣、判決、再生原始數(shù)字基帶信號時，必須有取樣定時脈沖。一般來說，這種定時脈沖信號是從數(shù)字基帶信號中直接提取的。這就要求數(shù)字

19、基帶信號中含有或經(jīng)過簡單處理后含有定時脈沖信號的線譜分量，以便同步電路提取。實際經(jīng)驗告訴我們，所傳輸?shù)男盘栔胁粌H要有定時分量，而且定時分量還必須具有足夠大的能量，才能保證同步提取電路穩(wěn)定可靠的工作。（3） 基帶傳輸?shù)男盘柎a型應(yīng)對任何信源具有透明性，即與信源的統(tǒng)計特性無關(guān)。這一點也是為了便于定時信息的提取而提出的。信源的編碼序列中，有時候會出現(xiàn)長時間連“0”的情況，這使接收端在較長的時間段內(nèi)無信號，因而同步提取電路無法工作。為避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，基帶傳輸碼型必須保證在任何情況下都能使序列中“1”和“0”出現(xiàn)的概率基本相同，且不出現(xiàn)長連“1”或“0”的情況。當然，這要通過碼型變換過程來實現(xiàn)。碼型變換

20、實際上是把數(shù)字信息用電脈沖信號重新表示的過程。此外，選擇的基帶傳輸信號碼型還應(yīng)有利于提高系統(tǒng)的傳輸效率；具有較強的抗噪聲和碼間串擾的能力及自檢能力。實際系統(tǒng)中常常根據(jù)通信距離和傳輸方式等不同的要求，選擇合適的基帶碼型。1.2.2 數(shù)字基帶信號 對不同的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)不同的信道特性及系統(tǒng)指標要求，選擇不同的數(shù)字脈沖波形。原則上可選擇任意形狀的脈沖作為基帶信號波形，如矩形脈沖、三角波、高斯脈沖及升余弦脈沖等。但實際系統(tǒng)常用的數(shù)字波形是矩形脈沖，這是由于矩形脈沖易于產(chǎn)生和處理。下面我們就以矩形脈沖為例，介紹常用的幾種數(shù)字基帶信號波形。（1）.單極性波形（nrz） 這是一種最簡單的二進制數(shù)字

21、基帶信號波形。這種波形用正（或負）電平和零電平分別表示二進制碼元的“1”碼和“0”碼，也就是用脈沖的有無來表示碼元的“1”和“0”，這種波形的特點是脈沖的極性單一，有直流分量，且脈沖之間無空隙，即脈沖的寬度等于碼元寬度。故這種脈沖又稱為不歸零碼（nrz -nonreturn to zero）nrz波形一般用于近距離的電傳機之間的信號傳輸。（2） 雙極性波形 在雙極性波形中，用正電平和負電平分別表示二進制碼元的“1”碼和“0”碼，這種波形的脈沖之間也無空隙。此外，從信源的統(tǒng)計規(guī)律來看，“1”碼和“0”碼出現(xiàn)的概率相等，所以這種波形無直流分量。同時這種波形具有較強的抗干擾能力。故雙極性波形在基帶傳

22、輸系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。（3） 單極性歸零波形（rz） 這種波形的特點是脈沖的寬度（ ）小于碼元的寬度（t ），每個電脈沖在小于碼元寬度的時間內(nèi)總要回到零電平，故這種波形又稱為歸零波（rz-return to zero）。歸零波形由于碼元間隔明顯，因此有利于定時信息的提取。但單極性rz波形中仍含有直流分量，且由于脈沖變窄，碼元能量減小，因而在匹配接收時，輸出信噪比較不歸零波形的低。（4） 雙極性歸零波形 這種波形是用正電平和負電平分別表示二進制碼元的“1”碼和“0”碼，但每個電脈沖在小于碼元寬度的時間內(nèi)都要回到零電平，這種波形兼有雙極性波形和歸零波形的特點。（5） 差分波形（相對碼波形） 信息碼元與

23、脈沖電平之間的對應(yīng)關(guān)系是固定不變的（絕對的），故稱這些波形為絕對碼波形，信息碼也稱為絕對碼。所謂差分波形是一種把信息碼元“1”和“0”反映在相鄰信號碼元的相對電平變化上的波形，差分波形中，碼元“1”和“0”分別用電平的跳變和不變來表示，即用相鄰信號碼元的相對電平來表示碼元“1”和“0”，故差分波形也稱為相對碼波形。差分波形也可以看成是差分碼序列bn 對應(yīng)的絕對碼波形，差分碼bn 與絕對碼an之間的關(guān)系可用以下的編碼方程表示 bnbn1 an （1.1）式中，為模2和運算符號。 由上式看出，當絕對碼an 每出現(xiàn)一個“1”碼時，差分碼bn電平變化一次；當 an 出現(xiàn)“0”碼時，差分碼bn 電平與前

24、一碼元bn-1 相同。可見， bn 前后碼元取值的變化代表了原信碼n a 中的“1”和“0”。由式（1.1）可以導出譯碼方程為 an bn-1bn （1.2） 由上式可看出，譯碼時只要檢查前后碼元電平是否有變化就可以判決發(fā)送的是“1”碼還是“0”碼。（6） 多電平脈沖波形（多進制波形） 上述各種波形都是二進制波形，實際上還存在多電平脈沖波形，也稱為多進制波形。這種波形的取值不是兩值而是多值的。例如，代表四種狀態(tài)的四電平脈沖波形，每種電平可用兩位二進制碼元來表示，如00 代表-3e， 代表-e， 代 01 10表e，11 代表3e，這種波形一般在高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中用來壓縮碼元速率，提高系統(tǒng)的頻帶

25、利用率。但在相同信號功率的條件下，多進制傳輸系統(tǒng)的抗干擾性能不如二進制系統(tǒng)。1.2.3 常用的基帶傳輸碼型 前面提到，為滿足基帶傳輸系統(tǒng)的特性要求，必須選擇合適的傳輸碼型?；鶐鬏斚到y(tǒng)中常用的線路傳輸型碼主要有：傳號交替反轉(zhuǎn)碼-ami 碼、三階高密度雙極性碼- 3 hdb碼、分相碼-manchester 碼、傳號反轉(zhuǎn)碼-cmi 碼以及4b3t 碼等。下面我們詳細地介紹這些碼型。1、傳號交替反轉(zhuǎn)碼-ami 碼 （ ami alternate mark inversion）碼又稱為平衡對稱碼。這種碼的編碼規(guī)則是：把碼元序列中的“1”碼變?yōu)闃O性交替變化的傳輸碼1、-1、1、-1、，而碼元序列中的“0

26、”碼保持不變。例如： 碼元序列： 1 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 00 ami碼： 1 00-110-101-11-100 由ami 碼的編碼規(guī)則可以看出，由于1和-1各占一半，因此，這種碼中無直流分量，且其低頻和高頻分量也較少，信號的能量主要集中在2 t f 處，其中tf 為碼元速率。此外，ami 碼編碼過程中，將一個二進制符號變成了一個三進制符號，即這種碼脈沖有三種電平，因此我們把這種碼稱為偽三電平碼，也稱為1b/1t 碼型。ami碼除了上述特點外，還有編譯碼電路簡單及便于觀察誤碼情況等優(yōu)點。但是ami碼有一個重要的缺陷，就是當碼元序列中出現(xiàn)長連“0”時，會造成提取定時信號的

27、困難，因而實際系統(tǒng)中常采用ami 碼的改進型 hdb3碼。2、 hdb3 碼hdb3 （high density bipolar 3）是三階高密度雙極性碼，它是為了克服傳輸波形中出現(xiàn)長連“0”碼情況而設(shè)計的ami 碼的改進型。hdb3 碼的編碼規(guī)則是：1把碼元序列進行ami 編碼，然后去檢查ami 碼中連0 的個數(shù)，如果沒有四個以上（包括四個）連0 串時，則這時的ami 碼就是3 hdb 碼。2如果出現(xiàn)四個以上連0 串時，則將每4 個連0 小段的第4 個0變成與其前一個非0 碼（1 或-1）相同的碼。顯然，這個碼破壞了“極性交替反轉(zhuǎn)”的規(guī)則，因而稱其為破壞碼，用符號v 表示（即1 記為v， 記

28、為-v） -1 。3為了使附加v 碼后的序列中仍不含直流分量，必須保證相鄰的v 碼極性交替。這一點，當相鄰的v 碼之間有奇數(shù)個非0 碼時，是能得到保證的；但當相鄰的v 碼之間有偶數(shù)個非0 碼時，則得不到保證。這時再將該連0 小段中的第1 個0 變成b 或-b，b 的極性與其前一個非0 碼相反，并讓后面的非零碼從v 碼后開始再極性交替變化。例如： 碼元序列： 1 0000 1 0 1 0 0 0 0 1 000 0 1 1 ami 碼： 1 0000 -1 0 1 0 0 0 0 1 000 0 11 hdb3 碼： 1 000v -1 0 1 -b00-v 1 000v -1 1 上例中，第1

29、個v碼和第2個v碼之間，有2個非0 碼（偶數(shù)），故將第2個4 連0小段中的第1個0變成-b；第2個v碼和第3個v碼之間，有1個非0碼（奇數(shù)），不需變化。最后可看出， hdb3 碼中，v碼與其前一個非0碼（1 或-1）極性相同，起破壞作用；相鄰的v碼極性交替；除v碼外，包括b碼在內(nèi)的所有非0碼極性交替。雖然hdb3 碼的編碼規(guī)則比較復雜，但譯碼卻比較簡單。從編碼過程中可以看出，每一個v碼總是與其前一個非0碼（包括b碼在內(nèi)）同極性，因此從收到的碼序列中可以很容易地找到破壞點v碼，于是可斷定v碼及其前3個碼都為0碼，再將所有的-1變?yōu)?后，便可恢復原始信息代碼。hdb3碼的特點是明顯的，它既保留am

30、i碼無直流分量，便于直接傳輸?shù)膬?yōu)點，又克服了長連0串（連0的個數(shù)最多3個）的出現(xiàn)，hdb3 碼的頻譜中既消除了直流和甚低頻分量，又消除了方波中的高頻分量，非常適合基帶傳輸系統(tǒng)的特性要求。因此，hdb3碼是目前實際系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的碼型。雖然hdb3碼比ami 碼的性能更好，但它仍屬于1b/1t 碼型。（3） 曼徹斯特manchester碼曼徹斯特碼又稱數(shù)字雙相碼或分相碼，曼徹斯特碼用一個周期的方波來代表碼元“1”，而用它的反相波形來代表碼元“0”。這種碼在每個碼元的中心部位都發(fā)生電平跳變，因此有利于定時同步信號的提取，而且定時分量的大小不受信源統(tǒng)計特性的影響。曼徹斯特碼中，由于正負脈沖各占一半

31、，因此無直流分量，但這種碼占用的頻帶增加了一倍。曼徹斯特碼適合在較短距離的同軸電纜信道上傳輸。（4） cmi 碼 cmi 碼稱為傳號反轉(zhuǎn)碼。在cmi 碼中，“1”碼（傳號）交替地用正、負電平脈沖來表示，而“0”碼則用固定相位的一個周期方波表示，cmi 碼和曼徹斯特碼相似，不含有直流分量，且易于提取同步信號。cmi 碼的另一個特點是具有一定的誤碼檢測能力。這是因為，cmi 碼中的“1”碼相當于用交替的“00”和“11”兩位碼組表示，而“0”碼則固定地用“01” 碼組表示。正常情況下，序列中不會出現(xiàn)“10”碼組，且“00”和“11”碼組連續(xù)出現(xiàn)的情況也不會發(fā)生，這種相關(guān)性可以用來檢測因干擾而產(chǎn)生的

32、部分錯碼。根據(jù)原ccitt 的建議，cmi碼可用作脈沖編碼調(diào)制四次群的接口碼型以及速率低于8448 kb / s的光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的線路傳輸碼型。此外，cmi 碼和曼徹斯特碼一樣都是將一位二進制碼用一組兩位二進制碼表示，因此稱其為1b2b 碼。 （5）4 b/3t 碼4b/3t 碼是1b/1t 碼的改進型它把4 個二進制碼元變換為3 個三進制碼元。顯然，在相同信息速率的條件下，4b/3t 碼的碼元傳輸速率要比1b/1t 碼的低，因而提高了系統(tǒng)的傳輸效率。 4b/3t 碼的變換過程中需要同步信號，變換電路比較復雜，故一般較少采用。1.3實驗原理1.3.1數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源 信

33、 源 編碼器信道編碼器數(shù)字調(diào)制器數(shù)字解調(diào)器信道譯碼器 信 源譯碼器信宿信道噪聲數(shù)字信源數(shù)字信宿編碼信道1.3.2數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型1.4實驗內(nèi)容1.4.1 余弦滾降基帶傳輸系統(tǒng)升余弦滾降傳輸特性h()可表示為 h()是對截止頻率b的理想低通特性h0()按h()的滾降特性進行“圓滑”得到的，h1()對于b具有奇對稱的幅度特性，其上、下截止角頻率分別為b+1、b-1。它的選取可根據(jù)需要選擇，升余弦滾降傳輸特性h1()采用余弦函數(shù)， 此時h()為 稱為滾降系數(shù)。余弦滾降系統(tǒng)基于matlab仿真源程序如下:% 數(shù)字基帶信號傳輸 碼間串擾 升余弦滾降系統(tǒng)的頻譜及其時域波形% 文件名 syx_gunji

34、ang.mts=1;n=17;dt=ts/n;df=1.0/(20.0*ts);t=-10*ts:dt:10*ts;f=-2/ts:df:2/ts;a=0,0.5,1;for n=1:length(a) for k=1:length(f) if abs(f(k)0.5*(1+a(n)/ts xf(n,k)=0; elseif abs(f(k)=st2(i) st(i)=0; else st(i)=st2(i); endend 仿真結(jié)果1仿真結(jié)果2 仿真結(jié)果3 仿真結(jié)果4 仿真結(jié)果5 2.2二進制振幅鍵控(2ask）數(shù)字幅度調(diào)制又稱幅度鍵控（ask），二進制幅度鍵控記作2ask。2ask是利用代

35、表數(shù)字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個連續(xù)的載波，使載波時斷時續(xù)地輸出。有載波輸出時表示發(fā)送“1”，無載波輸出時表示發(fā)送“0”。借助于第3章幅度調(diào)制的原理，2ask信號可表示為 （8-1）式中，為載波角頻率，為單極性nrz矩形脈沖序列 （8-2）其中，是持續(xù)時間為、高度為1的矩形脈沖，常稱為門函數(shù)；為二進制數(shù)字 （8-3）2ask信號的產(chǎn)生方法（調(diào)制方法）有兩種，如圖8-1所示。圖（a）是一般的模擬幅度調(diào)制方法，不過這里的由式（8-2）規(guī)定；圖（b）是一種鍵控方法，這里的開關(guān)電路受控制。圖（c）給出了及的波形示例。二進制幅度鍵控信號，由于一個信號狀態(tài)始終為0，相當于處于斷開狀態(tài)，故又

36、常稱為通斷鍵控信號（ook信號）。圖8-1 2ask產(chǎn)生原理框圖和示意波形2ask信號解調(diào)的常用方法主要有兩種：包絡(luò)檢波法和相干檢測法。包絡(luò)檢波法的原理方框圖如圖8-2所示。帶通濾波器（bpf）恰好使2ask信號完整地通過，經(jīng)包絡(luò)檢測后，輸出其包絡(luò)。低通濾波器（lpf）的作用是濾除高頻雜波，使基帶信號（包絡(luò)）通過。抽樣判決器包括抽樣、判決及碼元形成器。定時抽樣脈沖（位同步信號）是很窄的脈沖，通常位于每個碼元的中央位置，其重復周期等于碼元的寬度。不計噪聲影響時，帶通濾波器輸出為2ask信號，即，包絡(luò)檢波器輸出為。經(jīng)抽樣、判決后將碼元再生，即可恢復出數(shù)字序列。圖8-2 2ask的包絡(luò)（非相干）解調(diào)

37、原理框圖相干檢測法原理方框圖如圖8-3所示。相干檢測就是同步解調(diào)，要求接收機產(chǎn)生一個與發(fā)送載波同頻同相的本地載波信號，稱其為同步載波或相干載波。利用此載波與收到的已調(diào)信號相乘，輸出為圖8-3 2ask的相干解調(diào)原理框圖經(jīng)低通濾波濾除第二項高頻分量后，即可輸出信號。低通濾波器的截止頻率與基帶數(shù)字信號的最高頻率相等。由于噪聲影響及傳輸特性的不理想，低通濾波器輸出波形有失真，經(jīng)抽樣判決、整形后再生數(shù)字基帶脈沖。雖然2ask信號中確實存在著載波分量，原則上可以通過窄帶濾波器或鎖相環(huán)來提取同步載波，但這會給接收設(shè)備增加復雜性。因此，實際中很少采用相干解調(diào)法來解調(diào)2ask信號。2ask調(diào)制與解調(diào)基于matlab仿真：2ask基于matlab的程序代