通信原理報(bào)告數(shù)字基帶信號(hào)HDB3碼型編碼轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)

1、通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：數(shù)字基帶信號(hào)HDB3馬型編碼轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)專業(yè)班級(jí)：姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:設(shè)計(jì)任務(wù)要求：仿真實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶通信系統(tǒng)信源輸入 2424 位二進(jìn)制序列產(chǎn)生 HDBHDB3 3碼，通過高斯白噪聲信道，接收端濾波、解碼的時(shí)域圖及頻譜圖。以矩形波為例，要現(xiàn)輸入 2424 位二進(jìn)制序列產(chǎn)生 AMAMI I碼，HDB3HDB3 碼，接收端濾波、解碼上述碼型摘要HDB3HDB3 碼全稱三階高密度雙極性碼（英語(yǔ):HighDensityHighDensityBipolarofOrder3BipolarofOrder3,簡(jiǎn)稱：HDB3HDB3 碼）是一種適用于基帶傳輸?shù)木幋a方式，它是為了克服 AM

2、IAMI 碼的缺點(diǎn)而由現(xiàn)的，具有能量分散，抗破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)。HDB3HDB3 碼實(shí)行轉(zhuǎn)換一般分為三個(gè)步驟，先將消息碼轉(zhuǎn)換 AMIAMI 碼然后加“V V”, ,接著加“B B”，這幾部我們可以使用 C C 語(yǔ)言進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn) HDB3HDB3 馬的編碼與轉(zhuǎn)換，同時(shí)加深對(duì)通信系統(tǒng)工作原理的了解，我們采用了 MATLAMATLA 歆件進(jìn)行編碼仿真，同時(shí)學(xué)習(xí)掌握 MATLAMATLA 敢件的基礎(chǔ)使用。關(guān)鍵詞：AMIAMI 碼；HDB3HDB3 碼；編碼；解碼；MATLABMATLAB 仿真目錄1 1 . .設(shè)計(jì)原理 4 41.11.1HDB3HDB3 碼的介紹 4 41.21.2HDB3HD

3、B3 碼的編碼轉(zhuǎn)換規(guī)則 5 51.31.3HDB3HDB3 碼的解碼轉(zhuǎn)換規(guī)則 5 51.41.4HDB3HDB3 碼的軟件程序設(shè)計(jì) 6 62 2 .MATLA.MATLA 瞰件仿真結(jié)果及其分析 10102.12.1MATLABMATLAB 軟件的介紹 10102.22.2仿真結(jié)果圖示 12122.32.3仿真結(jié)果分析 15153 3 . .設(shè)計(jì)總結(jié)及心得體會(huì) 22224 4 . .參考文獻(xiàn) 22225 5 . .致 2323正文1.設(shè)計(jì)原理1.1HDB3碼的介紹HDB3 碼即三階高密度雙極性碼（英語(yǔ):HighDensityBipolarofOrder3,簡(jiǎn)稱:HDB3 碼）是一種適用于基帶傳輸

4、的編碼方式，“三階”通俗講就是最多 3 個(gè)連 0碼元，“高密度雙極性”就是沒有直流分量，不會(huì)連續(xù)出現(xiàn)+1 或-1,它是為了克服 AMI碼的缺點(diǎn)而出現(xiàn)的，具有能量分散，抗破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)。三階高密度雙極性碼用于所有層次的歐洲 E-carrier系統(tǒng),HDB3 碼將 4 個(gè)連續(xù)的0位元取代成000V或B00V。這個(gè)做法可以確保連續(xù)的相隔單數(shù)的一般 B 記號(hào)。1.2HDB3的編碼轉(zhuǎn)換規(guī)則HDB3碼的編碼規(guī)則主要分為3步:1.先將消息代碼變換成 AMI 碼，若 AMI 碼中連 0 的個(gè)數(shù)小于 4,此時(shí)的 AMI 碼就是HDB3 碼；2.若 AMI碼中連 0的個(gè)數(shù)大于等于 4,則將每 4個(gè)連 0小段的第

5、4個(gè) 0變換成與前一個(gè)非 0 符號(hào)（+1 或-1）同極性的符號(hào)，用表示（+V,-V+V,-V）; ;1.1 .為了不破壞極性交替反轉(zhuǎn)，當(dāng)相鄰 V 符號(hào)之間有偶數(shù)個(gè)非 0 符號(hào)時(shí)，再將該小段的連 0 碼元段的第 1 個(gè) 0 變換成+B 或-B,B 的符號(hào)與前一非零符號(hào)的相反，并讓后面的非零符號(hào)從符號(hào)開始再交替變化。例如：消息代碼：100001000011000011AMI 碼：+10000-10000+1-10000+1-1HDB3 碼:+1000+V-1000-V+1-1+B00+V-1+1HDB3 碼：+1000+1-1000-1+1-1+100+1-1+11.31.3 HDB3HDB3 碼

6、的解碼轉(zhuǎn)換規(guī)則雖然編碼很復(fù)雜，但解碼規(guī)則很簡(jiǎn)單，就是把原來(lái)的取代節(jié)（4 個(gè)連零）找到即可，若 3 連0前后非零脈沖同極性，則將最后一個(gè)非零元素譯為零，如+1000+1 就應(yīng)該譯成10000”,否則不用改動(dòng)；若 2 連0前后非零脈沖極性相同，則兩零前后都譯為零，如-100-1,就應(yīng)該譯為 0000,否則也不用改動(dòng)。再將所有的-1 變換成+1 后，就可以得到原消息代碼。例如:HDB3:0+100-1000-1+1000+1-1+1-100-1+100-1譯碼：010010000100001100000010011.41.4 HDB3HDB3 碼的軟件程序設(shè)計(jì)HDB3 碼編碼程序主要包含 3 個(gè)部分

7、：消息碼與 AMI 碼的轉(zhuǎn)換，加“訓(xùn)力口“B”HDB3HDB3 碼程序譯碼部分主要是從收到的符號(hào)序列中找到破壞極性交替的點(diǎn)，從而斷定符號(hào)及其前面的 3 個(gè)符號(hào)必是連 0 符號(hào)，從而恢復(fù) 4 個(gè)連碼，再將所有的-1 變換成+1 后，就可以得到原消息代碼尋找破壞極性點(diǎn)恢復(fù)連零碼-1-1 正化當(dāng)程序完成 HDB3 的編碼與解碼后，就是對(duì) HDB3 碼進(jìn)行加噪聲與濾波處理,接著是圖像方波輸出部分，完整源程序如下：源程序:clc;clearall;xn=100001100000101000001010;%輸入單極性碼yn=xn;%輸出 yn 初始化HDB3 碼num=0;%計(jì)數(shù)器初始化fork=1:le

8、ngth(xn)ifxn(k)=1num=num+1;%1計(jì)數(shù)器ifnum/2=fix(num/2)%奇數(shù)個(gè) 1 時(shí)輸出-1,進(jìn)行極性交替yn(k)=1;elseyn(k)=-1;endendend%AMI 編碼完成 num=0;%連零計(jì)數(shù)器初始化yh=yn;%輸出初始化sign=0;%極性標(biāo)志初始化為 0V=zeros(1,length(yn);%V 脈沖位置記錄變量B=zeros(1,length(yn);%B 脈沖位置記錄變量fork=1:length(yn)ifyn(k)=0num=num+1;%連“0”個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)ifnum=4%如果 4 連“0”num=0;%計(jì)數(shù)器清零yh(k)=1*

9、yh(k-4);%讓 0000 的最后一個(gè) 0 改變?yōu)榕c前一個(gè)非零符號(hào)相同極性的符號(hào)V(k)=yh(k);%V 脈沖位置記錄ifyh(k)=sign%如果當(dāng)前 V 符號(hào)與前一個(gè) V 符號(hào)的極性相同yh(k)=-1*yh(k);%則讓當(dāng)前 V 符號(hào)極性反轉(zhuǎn)，以滿足 V 符號(hào)間相互極性反轉(zhuǎn)要求yh(k-3)=yh(k);%添加 B 符號(hào)，與 V 符號(hào)同極性AMI碼編碼部分HDB3碼編碼部分B(k-3)=yh(k);%B 脈沖位置記錄V(k)=yh(k);%V 脈沖位置記錄yh(k+1:length(yn)=-1*yh(k+1:length(yn);%讓后面的非零符號(hào)從 V 符號(hào)開始再交替變化end

10、sign=yh(k);%記錄前一個(gè) V 符號(hào)的極性endelsenum=0;%當(dāng)前輸入為“1”則連“0”計(jì)數(shù)器清零endend%編碼完成re=xn,yn,yh,V,B;b=xn;t=0:0.001:0.999;g=b(ceil(24*t+0.01);subplot(611);plot(t,g)axis(01.2-1.21.2)title(信源);am=yh;t=0:0.001:0.999;ami=am(ceil(24*t+0.01);subplot(612);plot(t,ami)axis(01.2-1.21,2)title(信源);f=150;a=yh;t=0:0,001:0.999;m=a

11、(ceil(24*t+0.01);st=m;subplot(613);plot(t,st)axis(01.2-1.21,2)title(HDB3 信號(hào))%加高斯噪聲.len=length(st);std_val=0.2;j=std_val*randn(1,len);%加入高斯噪聲nst=st+j;subplot(614)plot(t,nst)axis(01.2-1.21,2);title(高斯 HBD3 信號(hào),)%低通濾波器設(shè)計(jì)wp=2*pi*2*f*0.5;ws=2*pi*2*f*0.9;Rp=2;As=45;N,wc=buttord(wp,ws,Rp,As,s);B,A=butter(N,

12、wc,s);%低通濾波h=tf(B,A);%轉(zhuǎn)換為傳輸函數(shù)dst=lsim(h,nst,t);subplot(615)plot(t,dst)axis(01.2-1.21.2);title（經(jīng)過低通濾波器后的信號(hào)）;input=yh;%HDB3 碼輸入decode=input;%輸出初始化sign=0;%極性標(biāo)志初始化fork=1:length(yh)ifinput(k)=0ifsign=yh(k)%如果當(dāng)前碼與前一個(gè)非零碼的極性相同 decode(k-3:k)=0000;%則該碼判為 V 碼并將*00V 清零endsign=input(k);%極性標(biāo)志end低通濾波與譯碼部分enddecode

13、=abs(decode);u=decode;t=0:0.001:0.999;v=u(ceil(24*t+0.01);subplot(616);plot(t,v)axis(01.2-1.21.2)title(信源);%頻譜觀察Y=fft(st,1024);Z=fftshift(Y);Pyy=Z.*conj(Z)/(1024);f=1000*(0:1000)/(1024);figure(2);plot(f,Pyy(1:1001);axis(400600,055);title(HDB3 頻譜圖);xlabel(頻率 f(Hz);Y=fft(decode,1024);Z=fftshift(Y);Pyy

14、=Z.*conj(Z)/(1024);f=1000*(0:1000)/(1024);figure(3);plot(f,Pyy(1:1001);axis(400600,00.05);title(解碼頻譜圖,);xlabel(頻率 f(Hz);由于這個(gè)課程設(shè)計(jì)是以組為單位的，我主要負(fù)責(zé)譯碼的部分，下面是譯碼的程序input=yh;%HDB 刎輸入decode=input;%輸出初始化sign=0;%極性標(biāo)志初始化fork=1:length(yh)ifinput(k)=0ifsign=yh(k)%如果當(dāng)前碼與前一個(gè)非零碼的極性相同decode(k-3:k)=0000;%則該碼判為 V 碼并將*00V

15、 清零endendenddecode=abs(decode);sign=input(k);%極性標(biāo)志2.2. MATLABMATLAB 軟件仿真結(jié)果及其分析2.12.1MATLABMATLAB 軟件的介紹MATLAB 是一種用于數(shù)據(jù)可視化、算法開發(fā)、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境。除了繪制函數(shù)/數(shù)據(jù)圖像、矩陣運(yùn)算等常用功能外，MATLAB 還可用來(lái)創(chuàng)建用戶界面及與調(diào)用其它語(yǔ)言（包括 C,C+和 FORTRAN）編寫的程序。MATLAB 有一系列的工具，這些工具可供用戶使用 MATLAB 的函數(shù)和文件，其中許多工具是圖形界面。包括 MATLAB 桌面和歷史命令窗口、編輯器和調(diào)

16、試器、命令窗口、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏Matlab 它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)，是一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語(yǔ)言，。用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，或者編寫好一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用程序后再一起運(yùn)行。新版本的 MATLAB 語(yǔ)言是基于最為流行的C+語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，但是更具要包容性，因此語(yǔ)法特征與 C+語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合人們對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。而且這種語(yǔ)言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB 能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。MATLAB 擁有大量計(jì)算算法。其擁

17、有 600 多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的滿意成果，而且經(jīng)過了優(yōu)化和容錯(cuò)處理。通常情況下，用它來(lái)代替底層編程語(yǔ)言是可行的，如 C 和C+。在計(jì)算要求相同的情況下，使用 MATLAB 的編程工作量和時(shí)間會(huì)大大減少。Matlab 可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高級(jí)的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫和表達(dá)式作圖。可用于科學(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的 MATLAB 對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了完善，讓它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能。盡管 MATLAB 主要用于數(shù)值運(yùn)算，但利用為數(shù)眾多的附加工具箱（Toolbox）它也適合不同

18、領(lǐng)域的應(yīng)用，比如圖像處理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、信號(hào)處理與通訊、金融建模和分析等。提供了一個(gè)可視化開發(fā)環(huán)境，常用于系統(tǒng)模擬、動(dòng)態(tài)/嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等方面。由于 MATLAB 具有高效的數(shù)值計(jì)算及符號(hào)計(jì)算功能，能使用戶從繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析中解脫出來(lái)和具有完備的圖形處理功能，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果和編程的可視化，因此我們選擇它來(lái)進(jìn)行此次課程設(shè)計(jì)的仿真軟件。2.22.2仿真結(jié)果圖示圖 1 從上往下圖形依次是信源波形圖、AMI 碼波形圖、HDB3 碼波形圖、經(jīng)過高斯白噪聲信道的 HDB3 碼圖形、經(jīng)過接收端濾波的 HDB3 碼解碼圖形。圖 2 2白 Q0 片 W 門4/圖|園|口頻率f(Hs)圖 3 為 HDB3

19、碼頻譜圖2.32.3仿真結(jié)果分析根據(jù) AMI 和 HDB3 的編碼規(guī)則，圖中的 AMI 和 HDB3 碼的編碼與其是一致的。信道是方差為 0.2,均值為 0 的高斯白噪聲信道。 經(jīng)過低通濾波后的波形通過閾值為 0.3 的抽樣判決得出的二進(jìn)制序列的消息碼與信源基本一致。下圖的圖 3,圖 4,圖 5 分別為 HDB3,接收端，信宿的頻譜，由圖中可以看出編碼出來(lái)的 HDB3 和濾波后的 HDB3 碼所含低頻分量少，無(wú)直流分量；適合在信道傳輸。驪 j 率 f(Hz)頓率f(Hz)圖 6數(shù)據(jù) 2將高斯信道的方差改為 0.05,判決器的閾值依然是 0.3,各個(gè)碼型的時(shí)域圖如下:3 曲那詡頻率 f(Hz)頻率 f(Hz)分析：因?yàn)閷⒃肼暤膹?qiáng)度變小了，所以在高斯白噪聲信道的 HDB3 碼的噪聲強(qiáng)度有所減弱。閾值為 0.3 的判決器能將其還原出完整的信源。其他的 AMI 碼，HDB3 碼的編碼實(shí)現(xiàn)無(wú)改變。數(shù)據(jù) 3:將高斯信道的方差改為 0.6,判決器的閾值是 0.3,各個(gè)碼型的時(shí)域圖如下：圖 11須軍f(Hz