通信系統(tǒng)MATLAB仿真

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)書學(xué)生姓名： 鄭丁華 專業(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

2、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： 2013 年 1 月 14日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 2013 年 1 月 14日I目錄摘要1Abstract21.通信系統(tǒng)整體概述32.各部分原理簡述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92.3.1RS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MATLAB仿真163.2.HDB3碼的MAT

3、LAB程序仿真183.3.循環(huán)碼編譯碼的MATLAB實(shí)現(xiàn)203.4.PSK調(diào)制與編碼的MATLAB仿真224.整體通信過程的MATLAB仿真245.結(jié)果分析356.小結(jié)體會(huì)367.參考文獻(xiàn)3739摘要本文是基于PCM編碼的PSK信號(hào)的MATLAB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MATLAB來仿真通信系統(tǒng)的整個(gè)過程。通過仿真，觀察了調(diào)制解調(diào)過程中各個(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，并通過比較仿真與理論計(jì)算的性能

4、，證明了仿真的可靠性。通過這次的課程設(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MATLAB仿真軟件。關(guān)鍵詞：PCM編碼，HDB3，循環(huán)碼，PSK，MATLABAbstractAs we all known ,PSK modulation is the most important part in modern communication system.Also,the technology of improving PSK modulation is the most essensial approach to improve the function of modern

5、 communication system.This paper is based on the PCM coding, HDB3 coding,Cyclic coding and MATLAB to ahieve PSK .In this paper ,the method of PSK modulation are introduced firstly，and PCM coding is used to transfer the analog signal to digital signal.Then the M-document in MATLAB is used to simulate

6、.Through observing the results of simulation,the factors that affect the capability of the PSK and DPSK modulation system and the reliability of the simulation models are analyzed.By this curriculum design ,we not only make a comprehensive understanding of the knowledge in the books,but also being s

7、killed in using the MATLAB simulation software.Key words :PCM coding,HDB3 coding,Cycle coding,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：圖1.1 數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源 信 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)字信宿編碼信道本課設(shè)要求用MATLAB設(shè)計(jì)一簡單的通信系統(tǒng)，要求采用PCM編譯碼，基帶信號(hào)用H

8、DB3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)的過程。脈沖編碼調(diào)制包括抽樣、量化、編碼三個(gè)過程。（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)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

9、能被恢復(fù)出來。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： 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。 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

10、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)字碼元來代表此抽樣值的大小，則N個(gè)二進(jìn)制碼元只能代表M=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，量化過程常是和后續(xù)的編碼過程結(jié)合在一起完成的，不一定存在量化器。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

11、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程中完成的，故編碼過程也稱為模數(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“1”，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.保持電路比較器記憶電路輸入脈沖抽樣信號(hào)恒流源c1c2c3Is>Iw,ci =1Is<Iw,ci=0IsIw圖2.3編碼電路如圖2.3所示，輸入信號(hào)

12、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Iw逐次比較。每比較一次，得出1位二進(jìn)制碼。權(quán)值電流Iw是在電路中預(yù)先產(chǎn)生的。Iw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Iw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。表2.1編碼表量化值c1c2c3量化值c1c2c300004100100151012010611030117111 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

13、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位共能表示種量化值。在進(jìn)行PCM編碼時(shí)，我國大陸、歐洲各國以及國際間互連時(shí)采用A壓縮律及相應(yīng)的13折線法，北美、日本和韓國等少數(shù)國家和地區(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，則極性碼為“”，若抽樣值為負(fù)，則極性碼為“”。段落碼對(duì)應(yīng)于A律編碼非均勻量化區(qū)間，其編碼方

14、法見表2.2。表2.2段落碼的編碼段落序號(hào)段落碼（CCC）量化范圍（量化單位） 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，編碼方法見表2.3。表2.3段內(nèi)碼的編碼量化間隔段內(nèi)碼（）量化間隔段內(nèi)碼（CCCC）由此可見，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)輸入抽樣保持量化器編碼器PCM信號(hào)輸出沖激脈沖 圖 2.4 PCM編碼的系統(tǒng)框圖將PCM脈沖流解調(diào)為原模擬信號(hào)的過程即為PCM譯碼過程，PCM譯碼過程是PCM編碼過程的逆過程。其過程為：（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

15、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)不超過三個(gè)。下面先對(duì)AMI碼作簡要介紹。AMI（Alternative Mark Inversion）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)）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)是沒有直流成分，且高低頻分量少，

16、能量集中頻率為1/2的碼速處，其編譯碼電路簡單。但當(dāng)信源中出現(xiàn)長串的“0”符號(hào)時(shí)，信號(hào)的電平長時(shí)間不跳變，造成提取定時(shí)信號(hào)的困難。解決長串“0”碼問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（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，

17、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 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 AMI碼： -1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 1HDB3碼： -1 1 -B 0 0 -V +B 0 0 +V -1 1HDB3碼的編碼雖然比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡單。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，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)

18、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2.3.1RS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，它的循環(huán)移位也屬于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元組是子空間

19、S的一個(gè)碼字，則經(jīng)過循環(huán)移位得到的也同樣是S中的一個(gè)碼字；或者，一般來說，經(jīng)過j次循環(huán)移位后得到的也是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：信息段： （t為糾錯(cuò)符號(hào)數(shù)）監(jiān)督段：最小碼段：最小距離為d的本原RS碼的生成多項(xiàng)式為：g(x)=(x-)(x-2)(x-3)(x-d-2)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)碼是一種無權(quán)碼，循環(huán)碼編排的

20、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，沒有瞬時(shí)錯(cuò)誤（在數(shù)碼變換過程中，在速度上會(huì)有快有慢，中間經(jīng)過其他一些數(shù)碼形式，即為瞬時(shí)錯(cuò)誤）。(3)碼字的循環(huán)特性，循環(huán)碼中任一許用碼經(jīng)過牡環(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”。2.3.2.編碼原理：由信息碼構(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)

21、,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。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-1xk-1+m0，其中高冪次為k-1。（2）用xn-k乘上信息多項(xiàng)式m(x)，得最高冪次為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。編碼過程流程圖如圖2.5所示：圖 2.5 循環(huán)碼編碼流程圖2.3.3.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)誤圖樣。計(jì)算c(x)=y(x)+e

22、(x)，得估計(jì)碼字。若c(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?？梢灾?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。解碼過程流程圖如圖2.6示：初始化否存儲(chǔ)c(x)由S(x)確定錯(cuò)誤圖樣E(x)S(x)=0，無誤碼誤碼由R(x)確定S(x)：糾錯(cuò)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

23、載波相位的變化來表征被傳輸信息的狀態(tài)，通常規(guī)定0相位載波和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)cosct 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)? S2psk（t）= g(t-nTs)cos（ct+） 當(dāng)an=0時(shí) S2psk（t）= g(t-nTs)cos（ct+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:B2PSK=（c+Rs）-（c-Rs）= 2Rs 式中

24、Rs為碼元速率。值得注意的是，2PSK碼元序列的波形與載頻和碼元持續(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，或者說相位是不連續(xù)的。當(dāng)一個(gè)碼元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)果類似。以上說明，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

25、法叫選擇法，是用此基帶信號(hào)控制一個(gè)開關(guān)電路，以選擇輸入信號(hào)，開關(guān)電路的輸入信號(hào)是相位相差的同頻載波。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信號(hào)的調(diào)制原理框圖如圖2.7所示圖 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。判決器是按極性來判決的。即正抽樣值判為1，負(fù)抽樣值判為0.2

26、PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形如圖 2.4 所示. 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).圖 2.8 相干解調(diào)各點(diǎn)波形 這種現(xiàn)象通常稱為"倒"現(xiàn)象.由于在2PSK信號(hào)的載波恢復(fù)過程中存在著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"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：帶通濾波相乘低通濾波抽樣判決本地載波提取V（t）定時(shí)脈沖cost2PSK解調(diào)器圖 2.9 2PSK信號(hào)的解調(diào)原理框圖說

27、明：由于PSK信號(hào)的功率譜中無載波分量，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)。3.各部分程序的MATLAB仿真3.1.PCM編譯碼的MATLAB仿真用MATLAB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;%抽樣時(shí)間間隔endtime=4;t=0:dt:endtime;%時(shí)間范圍設(shè)定%抽樣for i=1:endtime/dt x(i)

28、=sin(dt*i*pi);enda=-1;b=1;%量化范圍設(shè)定dv=(b-a)/27;%量化間隔for i=1:128 m(i)=a+i*dv;%量化值endfor i=1:128-1; q(i)=(m(i)+m(i+1)/2;%量化中值endminm=min(m);%量化for i=1:endtime/dt; for j=1:128-1 if(x(i)>=m(j)&&(x(i)<=m(j+1) xq(i)=q(j); xc(i)=j-64+1; elseif x(i)=0 xq(i)=0; xc(i)=0; elseif x(i)<minm xq(i)=

29、minm; xc(i)=-64+1; end endendstem(xc);grid on;for i=1:endtime/dt if xc(i)<=0 %負(fù)極性最高位為0 xcc(i)=abs(xc(i); elseif xc(i)>0 %正極性最高位為1 xcc(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：>> xpcmxpcm =100110011010111010111100110000001011110010101110

30、10011001100000010001100000101101001110110011111100111011001011010001100000000000100110011010111010111100110000001011110010101110100110011000000100011000001011010011101100111111001110110010110100011000000000003.2.HDB3碼的MATLAB程序仿真%HDB3碼的編譯碼過程%輸入為xpcmfor i=1:32 ff(8*(i-1)+1:8*i)=xpcm(i,:);end%將得到的PCM碼轉(zhuǎn)

31、換為一維序列AMI=;%定義AMI碼k=1;%將PCM碼轉(zhuǎn)化為AMI碼for i=1:endtime/dt*8 if ff(i)=dec2bin(1)%因?yàn)镻CM序列是二進(jìn)制的 AMI(i)=(-1)k; k=k+1; else AMI(i)=0; endend%AMI碼轉(zhuǎn)換完成%HDB3編碼開始 %檢測(cè)連“0”數(shù)目超過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*8-3 if (AMI(i)=0)&&(AMI(i+1)=0)&&(AMI(i+2)=0)&&(AMI(i+3)=0)

32、 AMI(i+3)=8; 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*8 if AMI(i)=8 hdb1(i)=AMI(i-4)/abs(AMI(i-4)*8; else hdb1(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*8 if (hdb2(i)=8)|(hdb2(i)=-8) V(k)=i; k=k+1; endend %加入B碼元，以使序列滿足HDB3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

33、 if hdb3(V(i)*hdb3(V(i-1)>0 hdb3(V(i)=-hdb3(V(i); %用B碼元來調(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; end m=1; while hdb3(V(i)+m)=0&&(V(i)+m)<=255 m=m+1; end %將后面的碼

34、元正負(fù)翻轉(zhuǎn) if hdb3(V(i)+m)*hdb3(V(i)>0 hdb3(V(i)+1:endtime/dt*8)=-hdb3(V(i)+1:endtime/dt*8); end end %HDB3碼譯碼過程k=1;ihdb3=hdb3;for i=1:endtime/dt*8 if hdb3(i)=0 if hdb3(i)*k>0 ihdb3(i-3:i)=0; else ihdb3(i)=1; end k=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）（1） 輸入的PCM碼流為：xpcm =10011001101011101011

35、11001100000010111100101011101001100110000001000110000010110100111011001111110011101100101101000110000000000010011001101011101011110011000000101111001010111010011001100000010001100000101101001110110011111100111011001011010001100000000000（2） AMI碼流為：Columns 106 through 129 0 -1 0 1 -1 0 1 0 0 0 -1 1 0

36、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 （3） HDB3碼流為：Columns 106through 129 0 -1 0 1 -1 0 1 0 0 0 -1 1 -5 0 0 -8 5 0 0 8 0 0 0 -1 （4） HDB3譯碼碼流為：Columns 106 through 129 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 由仿真結(jié)果可知，程序成功的將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MATLAB實(shí)現(xiàn)msg=1,0,1,0,1,1,1,0,0,0,1,0;n=7

37、;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(code,n,k,'cyclic',p)程序中用到的函數(shù)簡介如下： （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是編碼后的碼字長度；K是信息位的長度；opt是有些編碼方式需要的參數(shù)。（2）decode函數(shù) 功能：譯碼函

38、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，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。 語法：p=cyclpoly（N,K）; p=cyclpoly（N,K,fd_flag）;說明：從p=cyclpoly（N,K）中可找到一個(gè)給定碼長N和信息位長度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

39、 = 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0p = 1 0 1 1code = 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0recode = 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0由程序的運(yùn)行結(jié)果可以得到生產(chǎn)多項(xiàng)式為：循環(huán)碼的編碼結(jié)果見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recode中的碼元。3.4.PSK調(diào)制與編碼的MATLAB仿真clear,close all,g=1 0 1 1 0 0 0 0;f=3; %載波頻率t=0:2*pi/99:2*pi; %抽樣頻率cp=;sp=;mod=;bit

40、=; for n=1:length(g); if g(n)=0; die=-ones(1,100); se=zeros(1,100); else g(n)=1; die=ones(1,100); se=ones(1,100); end c=sin(f*t); 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,'LineWidth',1.5);grid on;title('Binary Signal');axis(0 1

41、00*length(g) -2.5 2.5);subplot(2,1,2);plot(psk,'LineWidth',1.5);grid on;title('PSK modulation');axis(0 100*length(g) -2.5 2.5);仿真結(jié)果如圖3.2示：圖3.2 PSK調(diào)制仿真波形4.整體通信過程的MATLAB仿真%*%通信系統(tǒng)過程的MATLAB仿真%*%PCM編碼部分%*%clear;clc;N=8;%編碼位數(shù)為8位dt=1/16;%抽樣時(shí)間間隔endtime=4;t=0:dt:endtime;%時(shí)間范圍設(shè)定%抽樣for i=1:endt

42、ime/dt x(i)=sin(dt*i*pi);endfigure(1);subplot(211);plot(x);grid on;a=-1;b=1;%量化范圍設(shè)定dv=(b-a)/27;%量化間隔for i=1:128 m(i)=a+i*dv;%量化值endfor i=1:128-1; q(i)=(m(i)+m(i+1)/2;%量化中值endminm=min(m);%量化for i=1:endtime/dt; for j=1:128-1 if(x(i)>=m(j)&&(x(i)<=m(j+1) xq(i)=q(j); xc(i)=j-64+1; elseif x

43、(i)=0 xq(i)=0; xc(i)=0; elseif x(i)<minm xq(i)=minm; xc(i)=-64+1; end endendsubplot(212);stem(xc);grid on; for i=1:endtime/dt if xc(i)<=0 %負(fù)極性最高位為0 xcc(i)=abs(xc(i); elseif xc(i)>0 %正極性最高位為1 xcc(i)=(xc(i)+128; endendxpcm=dec2bin(xcc,8);%將量化值轉(zhuǎn)化為0，1代碼%*%*%HDB3碼的編譯碼過程%*%輸入為xpcmfor i=1:endtime/

44、dt ff(8*(i-1)+1:8*i)=xpcm(i,:);end%將得到的PCM碼轉(zhuǎn)換為一維序列realpcm=;for i=1:endtime/dt*8realpcm(i)=bin2dec(ff(i);endfigure(2)subplot(4,1,1);stairs(realpcm);axis(0 15 -2.5 2.5);grid on;title('PCM');AMI=;%定義AMI碼k=1;%將PCM碼轉(zhuǎn)化為AMI碼for i=1:endtime/dt*8 if ff(i)=dec2bin(1)%因?yàn)镻CM序列是二進(jìn)制的 AMI(i)=(-1)k; k=k+1;

45、else AMI(i)=0; endendsubplot(4,1,2);stairs(AMI);axis(0 15 -2.5 2.5);grid on;title('AMI');%disp(AMI);%AMI碼轉(zhuǎn)換完成%HDB3編碼開始 %檢測(cè)連“0”數(shù)目超過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*8-3 if (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*8 if AMI(i)=2 hdb1(i)=AMI(i-4)/abs(AMI(i-4)*8; else hdb1(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*8 if (hdb2(i)=2)