通信系統(tǒng)MATLAB仿真解析

1、武漢理工大學(xué)通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名：鄭丁華專(zhuān)業(yè)班級(jí):通信0906班指導(dǎo)教師：蘇 杭工作單位:武漢理工大學(xué)信息學(xué)院題目：通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)初始條件： MATLAB軟件，電腦，通信原理知識(shí)要求完成的主要任務(wù)：1、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)2、學(xué)生要完成整個(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），計(jì)算失真度，并且分析原因。時(shí)間安排:序號(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

2、天3撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告1天合計(jì)2周2指導(dǎo)教師簽名：系主任（或責(zé)任教師）簽名:2013 年1月14日2013年1月14日武漢理工大學(xué)通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)報(bào)告目錄摘要1Abstract 21. 通信系統(tǒng)整體概述32. 各部分原理簡(jiǎn)述42.1. 脈沖編碼調(diào)制（PCM原理 42.2. HDB3 碼原理82.3. 循環(huán)碼編碼原理92.3.1 . RS循環(huán)碼編譯碼原理與特點(diǎn) 92.3.2. 編碼原理： 102.3.3. 譯碼原理：112.4. PSK調(diào)制與解調(diào)原理132.4.1. psk 調(diào)制原理 132.4.2. psk 解調(diào)原理 143. 各部分程序的 MATLAB仿真163.1. PCM編譯碼的

3、 MATLAB仿真163.2. HDB3 碼的 MATLAB序仿真183.3. 循環(huán)碼編譯碼的 MATLA取現(xiàn)203.4. PSK調(diào)制與編碼的 MATLAB仿真224. 整體通信過(guò)程的 MATLAB仿真 245. 結(jié)果分析356. 小結(jié)體會(huì)367. 參考文獻(xiàn)37III武漢理工大學(xué)通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)報(bào)告摘要本文是基于PCM&碼的PSK信號(hào)的MATLA仿真。本文先分析了 PSK系統(tǒng)的 基本調(diào)制解調(diào)方法，用PCM編碼將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)， 在基帶中采 用HDB3碼編碼，信道預(yù)編碼采用循環(huán)碼，在衰落信道中采用PSK調(diào)制技術(shù)，然后用MATLA來(lái)仿真通信系統(tǒng)的整個(gè)過(guò)程。通過(guò)仿真，

4、觀察了調(diào)制解調(diào)過(guò)程中各 個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)域和頻域的波形，并結(jié)合調(diào)制原理，跟蹤分析比較了各種調(diào)制方法的性 能，并通過(guò)比較仿真與理論計(jì)算的性能， 證明了仿真的可靠性。通過(guò)這次的課程 設(shè)計(jì)讓我們加深了對(duì)課本知識(shí)的深入理解，而且也讓我們更加熟練地運(yùn)用MATLA仿真軟件。關(guān)鍵詞：PCk編碼，HDB3循環(huán)碼，PSK MATLAB15AbstractAs we all known ,PSK modulation is the most important part in modern com muni cati on system.Also,the tech no logy of improvi ng PSKmod

5、ulatio n is the most essensial approach to improve the function of modern com muni cati on system.This paper is based on the PCMsod ing, HDB3cod ing. Cyclic coding and MATLAB to ahieve PSK .In this paper ,the method of PSK modulation are introduced firstly , and PCMboding is used to transfer the ana

6、log signal to digitalsignal.Then the M-document in MATLABs used tosimulate.Through observ ing the results of simulatio n,the factors that affect the capability of the PSK and DPSK modulatio n system and the reliability of the simulation models are analyzed.By this curriculum desig n ,we not only mak

7、e a comprehe nsive un dersta nding of the kno wledge in the books,but also being skilled in using the MATLABsimulation software.Key words :PCM codi ng,HDB3 codi ng,Cycle codi ng,PSK,MATLAB1. 通信系統(tǒng)整體概述通信系統(tǒng)通常由信源、信道和信宿構(gòu)成，其中包括模擬信號(hào)的數(shù)字化，基帶 信號(hào)的編碼與解碼，信道編碼與解碼，數(shù)字信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)。一個(gè)典型的通信系統(tǒng)如圖1.1所示：數(shù)字信源圖1.1數(shù)字通信系統(tǒng)模型本課設(shè)要求用

8、MATLA設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單的通信系統(tǒng)，要求采用 PCM編譯碼，基帶 信號(hào)用HDB3碼，信道編譯碼采用循環(huán)碼，調(diào)制方式為 PSK信道為衰落信道。2. 各部分原理簡(jiǎn)述2.1. 脈沖編碼調(diào)制（PCM原理脈沖編碼調(diào)制就是把一個(gè)時(shí)間連續(xù)， 取值連續(xù)的模擬信號(hào)進(jìn)行取樣，變換成 時(shí)間離散的信號(hào)后，在進(jìn)行量化、編碼，變換成時(shí)間離散、取值離散的數(shù)字信號(hào) 的過(guò)程。脈沖編碼調(diào)制包括抽樣、量化、編碼三個(gè)過(guò)程。（1）抽樣模擬信號(hào)通常是在時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)，一在系列離散的點(diǎn)上，對(duì)這種信號(hào) 抽取樣值稱為抽樣。在理論上，抽樣過(guò)程可以看作是用周期性單位沖激脈沖和此 模擬信號(hào)相乘。抽樣結(jié)果得到的是一系列周期性的沖激脈沖，其面積和模擬信號(hào)

9、 的取值成正比。由抽樣定理，只要抽樣脈沖的頻率大于或等于信號(hào)最高頻率的2倍時(shí)，信號(hào)就能被恢復(fù)出來(lái)。所謂抽樣就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行周期性的掃描，把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變?yōu)闀r(shí)間上離 散的信號(hào)。抽樣前后的信號(hào)波形圖如圖2.1所示：匚_/V/ WII1III圖2.1抽樣前后的信號(hào)波形圖但由于實(shí)際的電路不可能產(chǎn)生理想的沖激脈沖，故抽樣的結(jié)果是平頂脈沖, 如圖2.2所示。門(mén)仃1口U圖2.2抽樣示意圖所謂量化就是把抽樣得到的瞬時(shí)值將其幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時(shí)抽樣值用最接近的電平值表示。量化分為均勻量化和非均勻量化。 均勻量化時(shí)，量化間隔是確定的，量化器 的平均輸出信號(hào)量噪比隨量化電平數(shù) M的增大而提高，故這

10、種均勻量化器對(duì)于 小輸入信號(hào)很不利。在非均勻量化時(shí)，量化間隔是隨信號(hào)抽樣值的不同而變化的。 信號(hào)抽樣值小時(shí)，量化間隔也小，信號(hào)抽樣值大時(shí)，量化間隔也變大。故在實(shí)際 應(yīng)用中常采用非均勻量化。設(shè)模擬信號(hào)的抽樣值為m（KT），其中T是抽樣周期，k為整數(shù)。此抽樣值仍 然是一個(gè)取值連續(xù)的變量。若僅用 N個(gè)二進(jìn)制數(shù)字碼元來(lái)代表此抽樣值的大小， 則N個(gè)二進(jìn)制碼元只能代表 M= 2N個(gè)不同的抽樣值。這樣，共有M個(gè)離散電平， 它們稱為量化電平。用這 M個(gè)量化電平表示連續(xù)抽樣值的方法稱為量化。在原 理上，量化過(guò)程可以認(rèn)為是在一個(gè)量化器中完成的。在實(shí)際中，量化過(guò)程常是和后續(xù)的編碼過(guò)程結(jié)合在一起完成的，不一定存在量化

11、器。非均勻量化的實(shí)現(xiàn)方法通常是在進(jìn)行量化之前，先將信號(hào)抽樣值壓縮再進(jìn)行 均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多采用對(duì)數(shù)式壓縮。廣泛采用的兩種對(duì)數(shù)壓 縮律是壓縮律和A壓縮律。（3）編碼所謂編碼就是用一組二進(jìn)制碼組來(lái)表示每一個(gè)固定電平的量化值。然而，實(shí)際上量化是在編碼過(guò)程中完成的，故編碼過(guò)程也稱為模數(shù)變換（A/D ）。最常用的編碼是用二進(jìn)制的符號(hào)，例如“ 0”和“T,表示此離散數(shù)值。在 用電路實(shí)現(xiàn)時(shí)，最常用的是一種方案稱為逐次比較法編碼，其基本原理方框圖如圖2.3所示。此圖示出的是一個(gè)3位編碼器。編碼器的輸入信號(hào)抽樣脈沖值在 0 和7.5之間。它將輸入的信號(hào)模擬抽樣脈沖編成 3位二進(jìn)制編碼c1c2c3

12、.ls>lw,ci =1Isls<lw,ci=0輸入脈沖 抽樣信號(hào)圖2.3編碼電路如圖2.3所示，輸入信號(hào)抽樣脈沖電流Is由保持電路短時(shí)間保持，并各幾個(gè) 稱為權(quán)值電流的標(biāo)準(zhǔn)電流lw逐次比較。每比較一次，得出1位二進(jìn)制碼。權(quán)值 電流lw是在電路中預(yù)先產(chǎn)生的。lw的個(gè)數(shù)決定于編碼的位數(shù)，現(xiàn)在共有三個(gè)不 同的lw值。因?yàn)楸硎玖炕档亩M(jìn)制碼有 3位，即c1c2c3。它們能夠表示8個(gè) 十進(jìn)制數(shù)，從0到7,如表2.1所列。量化值c1c2c30000100120103011量化值c1c2c34100510161107111表2.1編碼表在15折線法中采用的折疊碼有9位。其中第一位c1表示量化值

13、的極性正 負(fù)。后面的8位分為段落碼和段內(nèi)碼兩部分，用于表示量化值的絕對(duì)值。其中第 2到4位（c2c3c4）是段落碼，共計(jì)3位，可以表示8種斜率的段落；其他5位 （c5c9）為段內(nèi)碼，可以表示每一段落內(nèi)的 32種量化電平。段內(nèi)碼代表的 32 個(gè)量化電平是均勻劃分的，所以，這 8位共能表示28 = 256種量化值。在進(jìn)行PCM編碼時(shí)，我國(guó)大陸、歐洲各國(guó)以及國(guó)際間互連時(shí)采用 A壓縮律 及相應(yīng)的13折線法，北美、日本和韓國(guó)等少數(shù)國(guó)家和地區(qū)采用 u壓縮律及15 折線法。A律壓縮先將原信號(hào)進(jìn)行非均勻量化，再進(jìn)行均勻量化。 對(duì)小信號(hào)進(jìn)行 細(xì)致編碼，對(duì)大信號(hào)進(jìn)行粗略編碼，結(jié)果是小信號(hào)的量噪比高，大信號(hào)的量噪比

14、 低。PCM碼由極性碼、段落碼、段內(nèi)碼組成。極性碼位于最高位，若抽樣值為正，貝U極性碼為“1”，若抽樣值為負(fù)，則極性碼為“0” 。段落碼對(duì)應(yīng)于A律 編碼非均勻量化區(qū)間，其編碼方法見(jiàn)表 2.2。表 2.2段落碼的編碼段落序號(hào)段落碼(C2 C 3C 4)量化范圍(量化單位)81111 0 2 4 - 2 0 4 871105 12-10 2 4610 12 5 65 12510 012 82 5 640 116 412 830 103 26 420 0 1163 210 0 0016段內(nèi)碼就是對(duì)段落碼的每個(gè)區(qū)間在進(jìn)行均勻量化，若采用自然二進(jìn)制碼的編碼方式，編碼方法見(jiàn)表2.3。表 2.3段內(nèi)碼的編碼

15、量化間隔段內(nèi)碼(C 5 C 6 C 7C 8)量化間隔段內(nèi)碼(C5 C6C 7 C 8)15111170 11114111060 11013110 150 10 112110 040 10 01110 1130 0 111010 1020 0 10910 0 110 0 0 1810 0 000 0 0 0由此可見(jiàn)，脈沖編碼調(diào)制方式就是一種傳遞模擬信號(hào)的數(shù)字通信方式。PCM編碼的框圖如圖2.4所示：模擬信號(hào)信號(hào) k抽樣保持-1量化器-*編碼器 CM信號(hào)輸出輸入-1沖激脈沖圖2.4 PCM編碼的系統(tǒng)框圖將PCM永沖流解調(diào)為原模擬信號(hào)的過(guò)程即為 PCM譯碼過(guò)程，PCM譯碼過(guò)程是 PCMS碼過(guò)程的逆

16、過(guò)程。其過(guò)程為：（1）按照編碼表將二進(jìn)制的脈沖流還原為對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值。（2）對(duì)照量化表將（1）中的十進(jìn)制的數(shù)值轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的量化電平值。（3）將（2）中得到的平頂脈沖通過(guò)一低通濾波器，得到還原的模擬信號(hào)2.2. HDB3碼原理HDB3 （ 3nd Order High Density Bipolar）碼的全稱是三階高密度雙極性碼。 它是AMI碼的一種改進(jìn)型，改進(jìn)的目的是為了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn)， 使連零的個(gè)數(shù)不超過(guò)三個(gè)。下面先對(duì) AMI碼作簡(jiǎn)要介紹。AMI （ Alternative Mark In version）碼的全稱是傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼，其編碼的規(guī) 則是將消息碼的“ 1 ”（傳號(hào)

17、）交替的變化為“ +1”和“ -1”，而“ 0”（空號(hào)）保 持不變。AMI碼的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有直流成分，且高低頻分量少，能量集中頻率為1/2的碼速處，其編譯碼電路簡(jiǎn)單。但當(dāng)信源中出現(xiàn)長(zhǎng)串的“0”符號(hào)時(shí)，信號(hào)的電平長(zhǎng)時(shí)間不跳變，造成提取定時(shí)信號(hào)的困難。解決長(zhǎng)串“0”碼問(wèn)題的有效方法之一是采用HDB3碼。HDB3碼的編碼規(guī)則是：（1）檢查消息碼中“ 0”的個(gè)數(shù)。當(dāng)“ 0”的數(shù)目小于等于3時(shí)，HDB3 碼與AMI碼一樣，+1與-1交替。（2）當(dāng)連“0”數(shù)目超過(guò)3時(shí)，將每4個(gè)連“0”化作一小節(jié)，定義為 B00V，稱為破壞節(jié)，其中V稱為破壞脈沖，B稱為調(diào)節(jié)脈沖。（3）V與前一個(gè)相鄰的非“ 0”脈沖的極性相同（

18、這就破壞了極性交替的規(guī)則），且相鄰的V碼之間的極性必須交替。V的取值為+1或-1。（4）B的取值可選0, +1, -1，以使V同時(shí)滿足（3）中要求。（5）V碼后面的傳號(hào)極性也要交替。例如：消息碼：1 100000 00011AMI 碼：-1 100000 000-11HDB3碼：-1 1 -B00-V+B00+V -11HDB3碼的編碼雖然比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡(jiǎn)單。從上述的編碼規(guī)則可以 看出，每一個(gè)破壞脈沖V總是與前一個(gè)非“ 0”脈沖同極性（包括B在內(nèi)）。這就 是說(shuō)，從收到的符號(hào)序列中可以容易的找到破壞點(diǎn)V,于是斷定V符號(hào)及其前面的三個(gè)符號(hào)必須是連“ 0”符號(hào)，從而恢復(fù)出四個(gè)連“ 0”碼，再

19、將所有的-1變 成+1后便得到原消息碼。HDB3碼除了具有AMI碼的優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)還將連“ 0”碼限制在三個(gè)以內(nèi)，使 得接收時(shí)能保證定時(shí)信息的提取。因此，HDB3碼是目前應(yīng)用最為廣泛的碼型，A律PCM四次群以下的接口碼型均為 HDB3碼。2.3. 循環(huán)碼編碼原理231 . RS循環(huán)碼編譯碼原理與特點(diǎn)設(shè)C使某(n,k )線性分組碼的碼字集合，如果對(duì)任 C =(Cn,CnN，Co) C ,它的循環(huán)移位C=(Cn/,Cn；,Co,Cn)也屬于C, 則稱該(n,k)碼為循環(huán)碼。該碼在結(jié)構(gòu)上有另外的限制，即一個(gè)碼字任意循環(huán)移位的結(jié)果仍是一個(gè) 有效碼字。其特點(diǎn)是：(1) 可以用反饋移位寄存器很容易實(shí)現(xiàn)編碼和

20、伴隨式的計(jì)算；(2) 由于循環(huán)碼有很多固有的代數(shù)結(jié)構(gòu)，從而可以找到各種簡(jiǎn)單使用 的譯碼辦法。如果一個(gè)(n,k)線性碼具有以下的屬性，則稱為循環(huán)碼：如果n元 組c二c°,G,，Cn是子空間S的一個(gè)碼字，則經(jīng)過(guò)循環(huán)移位得到的 c二Cn,C0,，CnJ也同樣是S中的一個(gè)碼字；或者，一般來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)j次循環(huán) 移位后得到的C(j)=Cn_j,Cn_j 1，Cn/,Co，Ci,，Cn_j也是S中的一個(gè)碼字。RS碼的編碼系統(tǒng)是建立在比特組基礎(chǔ)上的，即字節(jié)，而不是單個(gè)的0和1,因此它是非二進(jìn)制BCH碼，這使得它處理突發(fā)錯(cuò)誤的能力特別強(qiáng)。碼長(zhǎng)：n =2m -1信息段：k二n-2t (t為糾錯(cuò)符號(hào)數(shù))監(jiān)督

21、段：2t = n - k最小碼段：d = 2t 1最小距離為d的本原RS碼的生成多項(xiàng)式為：g(x)=(x- a )(xa 2)(X a 3)(xad) 信息元多項(xiàng)式為：m(x)=m0+m1x+m2x2+mk-1xk-1循環(huán)碼特點(diǎn)有：(1) 循環(huán)碼是線性分組碼的一種，所以它具有線性分組的碼的一般特性，且具有 循環(huán)性，糾錯(cuò)能力強(qiáng)。(2) 循環(huán)碼是一種無(wú)權(quán)碼，循環(huán)碼編排的特點(diǎn)為相鄰的兩個(gè)數(shù)碼之間符合卡諾中 的鄰接條件，即相鄰數(shù)碼間只有一位碼元不同，因此它具有一個(gè)很好的優(yōu)點(diǎn)是它 滿足鄰接條件，沒(méi)有瞬時(shí)錯(cuò)誤(在數(shù)碼變換過(guò)程中，在速度上會(huì)有快有慢，中間 經(jīng)過(guò)其他一些數(shù)碼形式，即為瞬時(shí)錯(cuò)誤)。(3) 碼字的

22、循環(huán)特性，循環(huán)碼中任一許用碼經(jīng)過(guò)牡環(huán)移位后，所得到的碼組仍然 是許用碼組。循環(huán)碼中的生產(chǎn)多項(xiàng)式g(x)的次數(shù)為n-k次，且g(x)的最低位不為“ 0”2.32編碼原理:由信息碼構(gòu)成信息多項(xiàng)式m(x)二叫 g，其中最高幕次為k-1；n kn -k用x 乘以信息多項(xiàng)式m(x)，得到的x m(x)，最高幕次為n-1，該過(guò)程相當(dāng)于 把信息碼(口心，mk， ，m1， m0 )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x m(x)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xm(x)相加，得到的多項(xiàng)式必為一碼多

23、項(xiàng)式。綜上所述，循環(huán)碼的編碼步驟為：(1) 有信息碼構(gòu)成信息多項(xiàng)式m(x)=mk-ixk-1+mo,其中高幕次為k-1。(2) 用xn-k乘上信息多項(xiàng)式m(x)，得最高幕次為n-1，做移位。(3) 用 g(x)除 xn-km(x)得到余式 r(x)。(4) 用xn-km(x)加余式r(x)得到循環(huán)碼。編碼過(guò)程流程圖如圖2.5所示：廠初叢化確定余代:r( x )111( x xn k J確注(幻：c(x)=m(x)xn"lH-r( x )¥1 r-耳儲(chǔ)存 ”圖2.5循環(huán)碼編碼流程圖233.譯碼原理:由接收到的y(x)計(jì)算伴了隨式s(x)。根據(jù)伴隨式s(x)找出對(duì)應(yīng)的估值錯(cuò)誤圖

24、樣。計(jì)算cA(x)=y(x)+eA(x)，得估計(jì)碼字。若cA(x)= c(x)，則譯碼正確，否則錯(cuò)誤。由于g(x)的次數(shù)為n - k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(lái)糾正(7,4)循環(huán)碼中的一位錯(cuò)誤。BCH (7f 4)循壞碼錯(cuò)課圖樣表:錯(cuò)誤圖樣錯(cuò)誤圈樣碼字弊隨式S(Q伴隨式E6(x)=k61000000x2100E5(x)=i&0100000x2+x110E4(x)=x40010000z2

25、+x+l111E3(x)=x3OOOIOOQz+1oilE2(x)=x20000100z2+lW1El(x)xl0000010X010EO(x)-xO00000011001E(x)=O00000000000解碼過(guò)程流程圖如圖2.6示:初始化圖2.6循環(huán)碼解碼流程圖2.4. PSK調(diào)制與解調(diào)原理2.4.1. psk調(diào)制原理2PSK信號(hào)用載波相位的變化來(lái)表征被傳輸信息的狀態(tài)，通常規(guī)定 0相位載 波和n相位載波分別表示傳“1”和傳“ 0”。設(shè)二進(jìn)制單極性碼為an,其對(duì)應(yīng)的雙極性二進(jìn)制碼為 bn,則2PSK信號(hào)的一般 時(shí)域信號(hào)可以表示為：S2psk (t)= 'bn g(t- nTs)cos

26、octn式中bn=-1 (當(dāng)an=0時(shí)，概率為P) bn=1 (當(dāng)an=1時(shí)，概率為1-P)則時(shí)域信號(hào)可以變?yōu)椋篠2psk (t)=-ng(t-nTs)cos ( c£ct+ n)當(dāng)an=0時(shí)S2psk (t)= 'ng(t-nTs)cos ( oct+0)當(dāng)an=1時(shí)由此可知2PSK信號(hào)是一種雙邊帶信號(hào),2PSK信號(hào)的帶寬為：Bps=(? c+Rs)-(? c-Rs)= 2Rs式中Rs為碼元速率。值得注意的是，2PSK碼兀序列的波形與載頻和碼兀持續(xù)時(shí)間之間的關(guān)系有 關(guān)。當(dāng)一個(gè)碼元中包含有整數(shù)個(gè)載波周期時(shí)， 在相鄰碼元的邊界處波形是不連續(xù) 的，或者說(shuō)相位是不連續(xù)的。當(dāng)一個(gè)碼元

27、中包含的載波周期數(shù)比整數(shù)個(gè)周期多半 個(gè)周期時(shí)，則相位連續(xù)。當(dāng)載波的初始相位差90度時(shí)，即余弦波改為正弦波時(shí), 結(jié)果類(lèi)似。以上說(shuō)明，相鄰碼元的相位是否連續(xù)與相鄰碼元的初始相位是否相同 不可混為一談。只有當(dāng)一個(gè)碼元中包含有整數(shù)個(gè)載波周期時(shí)，相鄰碼元邊界處的 相位跳變才是由調(diào)制引起的相位變化16。2PSK信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種。第一種叫相乘法，是用二進(jìn)制基帶不歸 零矩形脈沖信號(hào)與載波相乘，得到相位反相的兩種碼元。第二種方法叫選擇法， 是用此基帶信號(hào)控制一個(gè)開(kāi)關(guān)電路， 以選擇輸入信號(hào)，開(kāi)關(guān)電路的輸入信號(hào)是相 位相差二的同頻載波。這兩種方法的復(fù)雜程度差不多，并且都可以用數(shù)字信號(hào)處 理器實(shí)現(xiàn)。2PSK信

28、號(hào)的調(diào)制原理框圖如圖2.7所示ACOSCO_C ti<a）模擬調(diào)制方法幵關(guān)電路0e_2PSK (t)n> Jiaoj移相<b）鍵控法圖2.7 2PSK信號(hào)的調(diào)制原理框圖2.4.2. psk解調(diào)原理2PSK信號(hào)的解調(diào)方法是相干解調(diào)法。由于 PSK信號(hào)本身就是利用相位傳遞信息的，所以在接收端必須利用信號(hào)的相位信息來(lái)解調(diào)信號(hào)。下圖2-3中給出了一種2PSK信號(hào)相干接收設(shè)備的原理框圖。圖中經(jīng)過(guò)帶通濾波的信號(hào)在相乘器中 與本地載波相乘，然后用低通濾波器濾除高頻分量，在進(jìn)行抽樣判決。判決器是 按極性來(lái)判決的。即正抽樣值判為1,負(fù)抽樣值判為0.2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形如圖 2.4所

29、示.當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180° 倒相時(shí),解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反 ，解調(diào)器輸 出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò).1110 0 1 0 0” zVAaA/yaA?”wwvwx；fAAA/ aaJU圖2.8相干解調(diào)各點(diǎn)波形17武漢理工大學(xué)通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)報(bào)告這種現(xiàn)象通常稱為"倒n "現(xiàn)象.由于在2PSK信號(hào)的載波恢復(fù)過(guò)程中存在著180°的相位模糊,所以2PSK信號(hào)的相干解調(diào)存在隨機(jī)的"倒n "現(xiàn)象，從而使得2PSK方式在實(shí)際中很少采用.2PSK信號(hào)的調(diào)制原理框圖如圖2.9所示：圖2.9 2PSK信號(hào)的解調(diào)原理

30、框圖說(shuō)明：由于PSK信號(hào)的功率譜中無(wú)載波分量，所以必須采用相干解調(diào)的方式。 在相干解調(diào)中，如何得到同頻同相的本地載波是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。只有對(duì)PSK信號(hào)進(jìn) 行非線性變換，才能產(chǎn)生載波分量。2PSK信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器得到有用信號(hào)， 經(jīng)相乘器與本地載波相乘再經(jīng)過(guò)低通濾波器得到低頻信號(hào)v(t)，再經(jīng)抽樣判決得到基帶信號(hào)。353. 各部分程序的MATLA仿真3.1.PCM編譯碼的 MATLA仿真用MATLA進(jìn)行PCM編碼的程序如下所示： clear;clc;N=8;%編碼位數(shù)為8位dt=1/8;由樣時(shí)間間隔en dtime=4;t=O:dt:e ndtime;%寸間范圍設(shè)定由樣for i=1:endtime

31、/dtx(i)=si n(dt*i*pi);enda=-1;b=1; %量化范圍設(shè)定dv=(b-a)/2A7;%量化間隔for i=1:128m(i)=a+i*dv;%量化值endfor i=1:128-1;q(i)=(m(i)+m(i+1)/2;%量化中值endmi nm=mi n( m);%量化for i=1:endtime/dt;for j=1:128-1if (x(i)>=m(j)&&(x(i)<=m(j+1) xq(i)=q(j);xc(i)=j-64+1;elseif x(i)=0xq(i)=0;xc(i)=0;elseif x(i)< minmx

32、q(i)=mi nm;xc(i)=-64+1;endendendstem(xc);grid on;for i=1:endtime/dtif xc(i)<=0%負(fù)極性最高位為0xcc(i)=abs(xc(i);elseif xc(i)>0%正極性最高位為1xcc(i)=(xc(i)+128;endendxpcm=dec2bin(xcc,8); %將量化值轉(zhuǎn)化為0, 1代碼 抽樣圖如圖3.1示：圖3.1原信號(hào)的抽樣圖樣 程序運(yùn)行后得到的PCM序列為：>> xpcm xpcm =1001100100011000100110010001100010101110001011011

33、0101110001011011011110000111011101111000011101111000000001111111100000000111111101111000011101110111100001110111010111000101101101011100010110110011001000110001001100100011000100000010000000010000001000000003.2. HDB3碼的MATLAB!序仿真%HDB碼的編譯碼過(guò)程%俞入為xpcmfor i=1:32ff(8*(i-1)+1:8*i)=xpcm(i,:);end%各得到的PC碼轉(zhuǎn)換為一

34、維序列AMI=; %定義AM碼k=1;%各PC碼轉(zhuǎn)化為AM碼for i=1:endtime/dt*8if ff(i)=dec2bin因?yàn)镻C序列是二進(jìn)制的AMI(i)=(-1)Ak;k=k+1;elseAMI(i)=0;endend%AM碼轉(zhuǎn)換完成%HDB編碼開(kāi)始%僉測(cè)連“0”數(shù)目超過(guò)4的碼元序列%定義破壞節(jié)“ B00V，將第四個(gè)“ 0”標(biāo)記為V,用“ 8”表示for i=1:endtime/dt*8-3if (AMI(i)=0)&&(AMI(i+1)=0)&&(AMI(i+2)=0)&&(AMI(i+3)=0) AMI(i+3)=8;enden

35、d%使V碼元的符號(hào)與前一個(gè)非“ 0”碼元的符號(hào)相同for i=1:endtime/dt*8if AMI(i)=8hdb1(i)=AMI(i-4)/abs(AMI(i-4)*8;elsehdb1(i)=AMI(i);endendhdb2=hdb1;hdb3=hdb2;V=;B=;k=1;%記錄每一個(gè)V碼元的位置for i=1:endtime/dt*8if (hdb2(i)=8)|(hdb2(i)=-8)V(k)=i;k=k+1;endend%加入B碼元，以使序列滿足HDB碼的要求 for i=2:k-1%相鄰兩個(gè)V碼元的極性必須是交替的if hdb3(V(i)*hdb3(V(i-1)>0h

36、db3(V(i)=-hdb3(V(i);%用 B碼兀來(lái)調(diào)整破壞節(jié)，用“ 5”表示hdb3(V(i)-3)=hdb3(V(i)/abs(hdb3(V(i)*5;elseif (hdb3(V(i)*hdb3(V(i-1)<0)&&( hdb3(V(i)-4)*hdb3(V(i)<0) hdb3(V(i)-3)=hdb3(V(i)/abs(hdb3(V(i)*5;endm=1;while hdb3(V(i)+m)=0&&(V(i)+m)v=255m=m+1;end%將后面的碼元正負(fù)翻轉(zhuǎn)if hdb3(V(i)+m)*hdb3(V(i)>0hdb3(V

37、(i)+1:e ndtime/dt*8)=-hdb3(V(i)+1:e ndtime/dt*8);end end%HDB碼譯碼過(guò)程k=1;ihdb3=hdb3;for i=1:endtime/dt*8if hdb3(i)=0if hdb3(i)*k>0 ihdb3(i-3:i)=0;else ihdb3(i)=1;endk=hdb3(i);endend仿真的結(jié)果為：（后面只將PCM碼流中紅色標(biāo)記的部分列了出來(lái)）（1）輸入的PCM碼流為：xpcm =10011001000110001001100100011000101011100010110110101110001011011011110

38、00011101110111100001110111100000000111111110000000011111110111100001110111011110000111011101011100010110110101110001011011001100100011000100110010001100010000001000000001000000100000000(2)AMI碼流為:Colu mns 106 through 1290-101-1010 00-110 0 000000 000-1（3）HDB3碼流為：Colu mns 106through 1290-101-1010 00-1

39、1-500-85008 000-1（4）HDB3譯碼碼流為：Colu mns 106 through 1290 1 011010 00110 0 000000 0001由仿真結(jié)果可知，程序成功的將各PCM碼流依次變,化為AMI 碼、HDB3碼，而且將HDB3碼還原為PCM碼流。3.3. 循環(huán)碼編譯碼的MATLA實(shí)現(xiàn)msg=1,0,1,0,1,1,1,0,0,0,1,0;n=7;k=4;p=cyclpoly(n,k)%循環(huán)碼生成多項(xiàng)式，n=7, k=4code=encode(msg,n,k, 'cyclic' ,p);%編碼函數(shù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行差錯(cuò)編碼recode=decode(co

40、de ,n ,k, 'cyclic' ,p)程序中用到的函數(shù)簡(jiǎn)介如下：(1) encode函數(shù)功能：編碼函數(shù)語(yǔ)法：code=encode(msg,N,K,method,opt)說(shuō)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(yǔ)法： msg=decode(code, N， K，method，opt1,opt2,opt3,opt4);說(shuō)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

41、同。它對(duì)接收到的碼字，按 method指定的方式進(jìn)行 譯碼；optl，opt4是可選項(xiàng)的參數(shù)。(3) cyclpoly 函數(shù)功能：生成循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式 語(yǔ)法：p=cyclpoly (N,K); p=cyclpoly (N,K,fd_flag );說(shuō)明：從 p=cyclpoly ( N,K)中可找到一個(gè)給定碼長(zhǎng)N和信息位長(zhǎng)度K生成多項(xiàng)式p，注意不是任意給定一個(gè)多項(xiàng)式都可以作為生成多項(xiàng)式。程序運(yùn)行的結(jié)果為：msg =101011100010p =1011code :=011101010011101100010recode =101011100010由程序的運(yùn)行結(jié)果可以得到生產(chǎn)多項(xiàng)式為:g(x)

42、=x3 x 1循環(huán)碼的編碼結(jié)果見(jiàn)code中的碼元序列，標(biāo)記為紅色的碼元為原信息碼元，余下的為監(jiān)督碼元。解碼結(jié)果見(jiàn) recode中的碼元3.4. PSK調(diào)制與編碼的MATLA仿真clear,close all ,g=1 0 1 1 0 0 0 0;f=3;贓波頻率t=0:2*pi/99:2*pi;%抽樣頻率cp=；sp=;mod=;bit=;for n=1:length(g); if g(n)=0; die=-o nes(1,100); se=zeros(1,100); else g(n)=1; die=o nes(1,100); se=o nes(1,100); end c=si n( f*t

43、); cp=cp die;%由信息源得到的+1,-1方波mod=mod c;%載波bit=bit se;%原信號(hào)end psk=cp.*mod;subplot(2,1,1);plot(bit, 'Lin eWidth' ,1.5);grid on; title( 'Bi nary Sig nal');axis(0 100*length(g) -2.5 2.5);subplot(2,1,2);plot(psk, 'Lin eWidth' ,1.5);grid on; title('P SK modulatio n');axis(0

44、100*length(g) -2.5 2.5);仿真結(jié)果如圖3.2示：Bi nary Sig nalPSK modulation圖3.2 PSK調(diào)制仿真波形4. 整體通信過(guò)程的MATLA仿真%(* %!信系統(tǒng)過(guò)程的MATLA仿真%(* %PC編碼部分%(*' clear;clc;N=8;%S碼位數(shù)為8位dt=1/16; %由樣時(shí)間間隔en dtime=4;t=O:dt:e ndtime;%寸間范圍設(shè)定由樣for i=1:endtime/dtx(i)=si n(dt*i*pi);endfigure(1);subplot(211);plot(x);grid on;a=-1;b=1; %量化

45、范圍設(shè)定dv=(b-a)/2A7;%量化間隔for i=1:128m(i)=a+i*dv;%量化值endfor i=1:128-1;q(i)=(m(i)+m(i+1)/2;%量化中值endmi nm=mi n( m);%量化for i=1:endtime/dt;for j=1:128-1if (x(i)>=m(j)&&(x(i)<=m(j+1)xq(i)=q(j);xc(i)=j-64+1;elseif x(i)=0xq(i)=0;xc(i)=0;elseif x(i)< minmxq(i)=mi nm;xc(i)=-64+1;endendend subplo

46、t(212); stem(xc); grid on;for i=1:endtime/dtif xc(i)<=0%負(fù)極性最高位為0xcc(i)=abs(xc(i);elseif xc(i)>0%正極性最高位為1xcc(i)=(xc(i)+128;endendxpcm=dec2bin(xcc,8); %將量化值轉(zhuǎn)化為0, 1代碼%i*%Q %i*%Q%HDB碼的編譯碼過(guò)程%i*%Q%俞入為xpcmfor i=1:endtime/dtff(8*(i-1)+1:8*i)=xpcm(i,:);end%各得到的PC碼轉(zhuǎn)換為一維序列realpcm=;for i=1:endtime/dt*8rea

47、lpcm(i)=bi n2dec(ff(i);endfigure(2)subplot(4,1,1);stairs(realpcm);axis(0 15 -2.5 2.5);gridon;title(卩 CM');AMI=; %定義AM碼k=1;%各PC碼轉(zhuǎn)化為AM碼for i=1:endtime/dt*8if ff(i)=dec2bin因?yàn)镻C序列是二進(jìn)制的AMI(i)=(-1)Ak;k=k+1;elseAMI(i)=0;endendsubplot(4,1,2);stairs(AMI);axis(O 15 -2.5 2.5);gridon;title( 'AMI');%

48、disp(AMI);%AM碼轉(zhuǎn)換完成%HDB®碼開(kāi)始%檢測(cè)連“0”數(shù)目超過(guò)4的碼元序列%定義破壞節(jié)“ B00V，將第四個(gè)“ 0”標(biāo)記為V,用“ 8”表示for i=1:endtime/dt*8-3if (AMI(i)=0)&&(AMI(i+1)=0)&&(AMI(i+2)=0)&&(AMI(i+3)=0) AMI(i+3)=2;endend%使V碼元的符號(hào)與前一個(gè)非“ 0”碼元的符號(hào)相同for i=1:endtime/dt*8if AMI(i)=2hdb1(i)=AMI(i-4)/abs(AMI(i-4)*8;elsehdb1(i)=A

49、MI(i);endendhdb2=hdb1;hdb3=hdb2;V=;B=;k=1;%記錄每一個(gè)V碼元的位置for i=1:endtime/dt*8if (hdb2(i)=2)|(hdb2(i)=-2)V(k)=i;k=k+1;endend %加入B碼元，以使序列滿足HDB碼的要求for i=2:k-1%!鄰兩個(gè)V碼元的極性必須是交替的if hdb3(V(i)*hdb3(V(i-1)>0hdb3(V(i)=-hdb3(V(i);%用B碼兀來(lái)調(diào)整破壞節(jié)，用“ 5”表示hdb3(V(i)-3)=hdb3(V(i)/abs(hdb3(V(i)*3; elseif (hdb3(V(i)*hdb3(V(i-1)<0)&&( hdb3(V(i)-4)*hdb3(V(i)<0) hdb3(V(i)-3)=hdb3(V(i)/abs(hdb3(V(i)*3;endm=1;while hdb3(V(i)+m)=0&&(V(i)+m)v=255m=m+1;end%各后面的碼元正負(fù)翻轉(zhuǎn)if hdb3(V(i)+m)*hdb3(