matlab通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：通信1002班指導(dǎo)教師：工作單位：信息工程學(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軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)目的：通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)電子電路的理解，學(xué)會(huì)對(duì)電路分析計(jì)算以及設(shè)計(jì)。進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，通過(guò)完成綜合設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)及訓(xùn)練，創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)腦動(dòng)手、獨(dú)立開(kāi)展電路實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鍛煉分析、解決電子電路問(wèn)題的實(shí)際本領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)由課本知識(shí)向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；加深對(duì)通信原理的理解，提高學(xué)生對(duì)現(xiàn)代通信系統(tǒng)的全面認(rèn)識(shí),增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。設(shè)計(jì)任務(wù)與要求：1、掌握通信技術(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。2、利用仿真軟件（如Matlab或S

2、ystemView）,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)。3、寫(xiě)好課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。時(shí)間安排: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(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告1天合計(jì)2周指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日目錄摘要IAbstract111序11.1通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介11.2 MATLAB簡(jiǎn)介1設(shè)計(jì)與要求22系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)32.1增量調(diào)制3Manchester碼編解碼4Manchester碼編碼原理42.2.2曼切斯特解碼原理4循環(huán)碼編解碼52.3.1循環(huán)碼的編碼方法62.3.2循環(huán)碼的解碼方法62.4.1 F

3、SK調(diào)制與解調(diào)82FSK調(diào)制的基本原理82FSK的解調(diào)原理9衰落信道113MATLAB仿真及結(jié)果分析133.1實(shí)現(xiàn)方案133.2編碼與調(diào)試143.3仿真結(jié)果及分析144總結(jié)與體會(huì)19參考文獻(xiàn)20附錄21本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表28摘要數(shù)字通信系統(tǒng)，即在信道中傳輸數(shù)字信號(hào)的通信方式，它包括直接將基帶數(shù)字信號(hào)送往信道傳輸?shù)臄?shù)字基帶傳輸，和經(jīng)載波調(diào)制后再送往信道傳輸?shù)臄?shù)字載波傳輸。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，需要將輸入的數(shù)字序列映射為信號(hào)波形在信道中傳輸，此時(shí)信源輸出數(shù)字序列，經(jīng)過(guò)信號(hào)映射后成為適于信道傳輸?shù)臄?shù)字調(diào)制信號(hào)，并在接收端對(duì)應(yīng)進(jìn)行解調(diào)恢復(fù)出原始信號(hào)。MATLAB由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要

4、面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)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(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。本次課程設(shè)計(jì)主要研究了數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)幕靖拍罴皞鬏斶^(guò)程，利用Matlab設(shè)計(jì)完成一個(gè)典型的通信系統(tǒng)。通過(guò)以往對(duì)通信原理的學(xué)習(xí)與研究，設(shè)計(jì)一個(gè)信源數(shù)字化方式為增量調(diào)制，基帶碼為Manchester碼，信道碼為循環(huán)碼，調(diào)制方式為FS

5、K信道類(lèi)型為衰落信道的數(shù)字通信系統(tǒng)，并利用MATLAB勺仿真工具實(shí)現(xiàn)該數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真過(guò)程，最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。關(guān)鍵字：增量調(diào)制、Manchester碼、循環(huán)碼、FSK、衰落信道AbstractDigitalcommunicationsystem,whichtransportsdigitalsignalonitschannel,includesthedigitalbasebandtransmissionandthedigitalcarriertransmissioin.Theformersendsthebasebandsingnaldirectlytothechannelwhilethe

6、latersendsitafterthecarriermodulation.Inadigitalcommunicationsystem,youneedtomaptheinputsequencestodigitalsignalbeforesendingittothechanneltransmission.Aftersignalmapping,thedigitalsequencebecomesuitablefordigitalmodulationsignal.Youcanrestoretheoriginalsignalafterdemulationinthereceivingend.MATLABi

7、sreleasedbytheAmericanmathworkscompanywhichismainlyfacingofscientificcalculation,visualizationandinteractiveprogramdesignofthehigh-techcomputingenvironment.Itcombinesnumericalanalysis,matrixcalculation,scientificdatavisualizationandnonlineardynamicsystemofmodelingandsimulation,andmanyotherstrongfunc

8、tionintegrationinaneasyusedWindowsenvironment.Anditprovidesacomprehensivesolutionforscientificresearch,engineeringdesignandeffectivenumericalcalculationandmanyfieldsofscience.Gettingridofthetraditionalnon-interactiveprogramminglanguage(suchasC,Fortran)editmode,itisonbehalfofthecurrentinternationalsc

9、ientificcomputingsoftwareadvancedlevel.Onthiscoursedesign,Imainlydiscussthebasicconceptsoftransmissionprocessofthedigitalsignaltransmission,anddesignatypicalcommunicationsystemwithMATLAB.Throughthepaststudyandresearchoftheprincipleofthecommunication,Itrytodesignasystem,withDeltaModulationasthedigiti

10、zatioinwayofthesource,Manchestercodeasbasebandcode,circulatecodeaschannelcode,FSKasmodulationway,fadingchannelaschanneltype,andusetheMATLABsimulationtoolstoimplementsystemsimulationprocess.Atlast,Iwillanalysisthesystemoutcome.Keywords:DeltaModulation,Manchestercode,circulatecode,FSK,fadingchannel1.1

11、通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介通信就是信息傳輸或消息傳輸，是從一地向另一地傳遞和交換信息。實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱為通信系統(tǒng)。通常，通信系統(tǒng)中傳輸?shù)南⒖梢苑譃閮深?lèi)：一類(lèi)稱作連續(xù)消息（模擬消息），另一類(lèi)稱作離散消息（數(shù)字消息）。連續(xù)消息是指消息狀態(tài)是連續(xù)的，如連續(xù)變化的語(yǔ)音、圖像等。而離散消息的狀態(tài)是離散取值的，如文字、符號(hào)、數(shù)據(jù)等。與此對(duì)應(yīng)，通信系統(tǒng)也分為兩類(lèi)：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)的基本特征是：它傳送的信號(hào)是“離散”的或數(shù)字的。與模擬通信系統(tǒng)相比數(shù)字通信的主要特點(diǎn)是：（1）抗十?dāng)_能力強(qiáng)。（2）差錯(cuò)可控。（3）易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、加工、

12、變換、存儲(chǔ)，從而形成智能網(wǎng)。因?yàn)樽匀唤绲脑S多信息都是模擬信號(hào)，例如話音、圖像等，為了能用數(shù)字通信系統(tǒng)來(lái)傳送模擬信號(hào)，必須對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，即模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換。所謂模數(shù)轉(zhuǎn)換就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其核心包括：（1）對(duì)模擬信號(hào)在時(shí)域上進(jìn)行抽樣操作，完成時(shí)間上的離散化；（2）對(duì)模擬信號(hào)的抽樣值進(jìn)行量化，完成幅度上的離散化，使幅度變成有限鐘取值。數(shù)模轉(zhuǎn)換是模數(shù)轉(zhuǎn)換的逆過(guò)程，它對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行譯碼和低通濾波等處理，恢復(fù)原模擬信號(hào)。1.2MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB勺名稱源自MatrixLaboratory,它的首創(chuàng)者是在數(shù)值線性代數(shù)領(lǐng)域頗有影響的CleveMoler博士，他也是生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)

13、MATLAB品的美國(guó)Mathworks公司的創(chuàng)始人之一。MATLA昵一種科學(xué)計(jì)算軟件，專門(mén)以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而使其被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作中。MATLAB其它計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言如C,C+玲相比，MATLABS言編程要簡(jiǎn)潔得多，編程語(yǔ)句更加接近數(shù)學(xué)描述，可讀性好，其強(qiáng)大的圖形功能和可視化數(shù)據(jù)處理能力也是其它高級(jí)語(yǔ)言望塵莫及的。對(duì)于具有任何一門(mén)高級(jí)語(yǔ)言基礎(chǔ)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)MATLA十分容易。當(dāng)在實(shí)際電子通信系統(tǒng)中進(jìn)行試驗(yàn)研究比較困難或者根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，仿真技術(shù)就成為必然的選擇。1

14、.3設(shè)計(jì)與要求利用仿真軟件（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)（如圖1所示）。爰送設(shè)備圖1典型的通信系統(tǒng)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。系統(tǒng)信源數(shù)字化方式為增量調(diào)制，基帶碼為Manchester碼,信道碼為循環(huán)碼，調(diào)制方式為FSK信道類(lèi)型為衰落信道的數(shù)字通信系統(tǒng)，并利用MATLAB勺仿真工具實(shí)現(xiàn)該數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真過(guò)程，最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。2系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)2.1增量調(diào)制增量調(diào)制（DeltaModulatioin,DM可以看成是一種最簡(jiǎn)單的DPCM當(dāng)DPCM（統(tǒng)

15、中量化器的量化電平數(shù)為2時(shí)，此DPC賺統(tǒng)就成為增量調(diào)制系統(tǒng)。圖2即為其原理方框圖。圖中預(yù)測(cè)誤差en=Xn-Xn-1被量化成兩個(gè)電平+。和-。值稱為量化臺(tái)階。量化器輸出信號(hào)只取+?；?。因此，可以用一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)來(lái)表示，例如，用“1”表示+,用"0”表小-bo這個(gè)二進(jìn)制符號(hào)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(lái)表示信號(hào)在抽樣時(shí)刻的值相對(duì)丁前一個(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)丁前一個(gè)時(shí)刻的增減，不表示信號(hào)的絕對(duì)值。圖中編碼器輸入模擬信號(hào)為Xn,它與預(yù)測(cè)信號(hào)Xn-1值相減，得到預(yù)測(cè)誤差eno預(yù)測(cè)

16、誤差en被周期為T(mén)s的抽樣沖激序列（t）抽樣。若抽樣值為負(fù)值，則判決輸出電壓+。（用“1"代表），若抽樣值為正值，則判決輸出電壓-。（用“0”代表）。這樣就得到二進(jìn)制輸出數(shù)字信號(hào)。收端譯碼器每收到一個(gè)"1”碼元，則其輸出升高。，每收到一個(gè)"0”碼元，其輸出則下降一個(gè)量化階奇。譯碼器的輸出波形通過(guò)低通濾波器平滑后，就得到十分接近編碼器原輸入的模擬信號(hào)。2.2Manchester碼編解碼2.2.1Manchester碼編碼原理Manchester(曼切斯特碼)乂稱雙向碼，也叫做相位編碼(PE),是一個(gè)同步時(shí)鐘編碼技術(shù)，被物理層使用來(lái)編碼一個(gè)同步位流的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)。常規(guī)碼

17、型的最大缺點(diǎn)就是沒(méi)有定位時(shí)鐘信息。數(shù)字傳輸過(guò)程中缺少定位時(shí)鐘信息，也就無(wú)法識(shí)別收到數(shù)據(jù)位的開(kāi)始與結(jié)束的寬度等，從而在通信過(guò)程中需要其他方式解決同步問(wèn)題。而曼切斯特碼是一種自動(dòng)同步的編碼方式，即時(shí)鐘同步信號(hào)就隱藏在數(shù)據(jù)波形中，這就有效的降低了通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。曼切斯特碼用一個(gè)周期的正負(fù)對(duì)稱方波表示“0”，而用其反相波形表示“T,編碼規(guī)則之一是：“0”碼用“01”兩位碼表示，“T碼用“10”兩位碼表示。例如：消息碼：1100101雙向碼：10100101100110雙向碼是一種雙極性NRZM形，只有極性相反的兩個(gè)電平。它在每個(gè)碼元間隔的中心點(diǎn)都存在電平跳變，所以含有豐富的位定時(shí)信息，切沒(méi)有直流

18、分量，編碼過(guò)程也簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是占用帶寬加倍，使頻帶利用率降低。雙向碼適用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備近距離傳輸，局域網(wǎng)常采用該碼作為傳輸碼型。2.2.2曼切斯特解碼原理曼切斯特解碼是曼切斯特編碼的逆運(yùn)算過(guò)程，也就是必須從曼切斯特碼數(shù)據(jù)流中提取出時(shí)鐘信息，并利用這個(gè)時(shí)鐘去還原得到原二進(jìn)制數(shù)據(jù)的過(guò)程。根據(jù)曼切斯特碼解碼過(guò)程各階段所完成的任務(wù)的不同，可以將曼切斯特碼的解碼過(guò)程分為：起始符的識(shí)別以及獲取同步時(shí)鐘信息、識(shí)別同步數(shù)據(jù)頭、提取數(shù)據(jù)信等3個(gè)階段。2.3循環(huán)碼編解碼循環(huán)碼除了具有線性碼的一般性質(zhì)外，還具有循環(huán)性。循環(huán)性是指任一碼組循環(huán)移位(即將最右端的一個(gè)碼元移至左端，或反之)以后，仍為該碼中的一個(gè)碼組。表1給

19、出了一種(7,3)循環(huán)碼的全部碼組。由此表可以看出這種碼的循環(huán)性。例如，表中第2組碼向右移一位即得到第5組碼；第6組碼向右移一位即得到第7組碼。一般說(shuō)來(lái)，若(a口an.an®是循環(huán)碼的一個(gè)碼組，則循環(huán)移位后的碼組(aa”；.a°a”)(anj3anw.andan/)(a。an-i.a2a)也是該編碼的碼組。表1一種(7,3)循環(huán)碼的全部碼組碼組編號(hào)信息位監(jiān)督位碼組編號(hào)信息位監(jiān)督位¥5兩a3a2aa0a&a5a4a3a2aa0100000005r100P10112001011161011100301011107r110r0101401110018p111二0

20、010為了便丁運(yùn)算，把這樣的碼組中各碼元當(dāng)作是一個(gè)多項(xiàng)式的系數(shù)，即把一個(gè)長(zhǎng)度為n的碼組表小為：T(x)=anaxn4+an_1xnu+.+a1x+a°公式(1)例如，表中的任意一個(gè)碼組可以表示為：T(x)=a6x6a5x5a4x4a3x3a2x2a1xa0其中第7個(gè)碼組可以表小為T(mén)(x)=1x61x50x40x31x20x1=x6x5x21循環(huán)碼是在嚴(yán)密的代數(shù)理論基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，其編碼和解碼設(shè)備都不太復(fù)雜，其特點(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)。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

21、，即相鄰數(shù)碼問(wèn)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)。2) 碼字的循環(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。2.3.1循環(huán)碼的編碼方法在編碼時(shí)，首先要根據(jù)給定的(n,k)值選定生成多項(xiàng)式個(gè)g(x)，即從(xn+1)的因子中選一個(gè)(n-k)次多項(xiàng)式作為g(x)。設(shè)m(x)為信息碼多項(xiàng)式，其次數(shù)小丁k。用xnJ"乘以m(x)，得到的xnm(x)的次數(shù)必定小丁n。用g(x)除xnm(x)，得到余式r(x),r(x)的次數(shù)必定小丁g(x)的次數(shù)，即小

22、丁(n-k)。將此余式r(x)加丁信息位之后作為監(jiān)督位，即將小丁r(x)和xnm(x)相加，得到的多項(xiàng)式必定是一個(gè)碼多項(xiàng)式。以為它必定能被g(x)整除，且商的次數(shù)不大丁(k-1)。根據(jù)上述原理，編碼步驟可歸納為：(1) 用xn乘以m(x)。這一運(yùn)算實(shí)際上是在信息碼后加上(n-k)個(gè)“0”。用g(x)除xnm(x)，得到商Q(x)和余式r(x),即芷(少=Q(x)+冬公式(2)g(x)g(x)編出的碼組T(x)為T(mén)(x)=xn'm(x)+r(x)公式2.3.2循環(huán)碼的解碼方法接收端解碼的要求有兩個(gè)：檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。達(dá)到檢錯(cuò)目的的解碼原理十分簡(jiǎn)單。由丁任意一個(gè)碼組多項(xiàng)式T(x)都應(yīng)該能被生成多

23、項(xiàng)式g(x)整除，所以在接收端可以將接收碼組R(x)用原生多項(xiàng)式g(x)去除。當(dāng)傳輸中未發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，接收碼組與發(fā)送碼組相同，即R(x)=T(x),接收碼組R(x)必定能被g(x)整除;若碼組在傳輸中發(fā)生錯(cuò)誤，貝UR(x)=T(x),R(x)被g(x)除時(shí)可能除不盡而乂余項(xiàng)，既有：R(x)/g(x)=Q(x)+r(x)'g(x)公式(4)因此，可以用余項(xiàng)是否為零來(lái)判別接收碼組中有無(wú)錯(cuò)碼。接收端為了糾錯(cuò)，要求每個(gè)可糾正的錯(cuò)誤圖樣必須與一個(gè)特定余式有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。這里，錯(cuò)誤圖樣是指錯(cuò)誤矩陣E中的各種具體取值的圖樣，余式是指接收碼組R(x)被生成多項(xiàng)式g(x)除所得的余式。只有存在上述一一對(duì)應(yīng)

24、的關(guān)系時(shí)，才可能從余式唯一地決定錯(cuò)誤圖樣，從而糾正錯(cuò)碼。糾錯(cuò)可按以下步驟進(jìn)行：(1) 用生成多項(xiàng)式g(x)除接收碼組R(x)，得出余式r(x)；(2) 按余式r(x)，用查表的方法或通過(guò)某種計(jì)算得到錯(cuò)誤圖樣E(x)(3) 從R(x)中減去E(x),得到已經(jīng)糾正錯(cuò)碼的原發(fā)送碼組T(x)。2.4FSK調(diào)制與解調(diào)數(shù)字信號(hào)的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸。為了使數(shù)字信號(hào)在帶通中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號(hào)與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字調(diào)制。在接收端天能改過(guò)解調(diào)器把帶通信號(hào)還原成數(shù)字基帶信號(hào)的過(guò)程叫做數(shù)字解調(diào)。利用數(shù)字信

25、號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過(guò)開(kāi)關(guān)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，這種方法就成為鍵控法。二進(jìn)制頻移鍵控2FSKM是利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息。2.4.12FSK調(diào)制的基本原理在2FSK中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在fl和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)問(wèn)變化。故其表達(dá)式為:發(fā)送1時(shí)發(fā)送0時(shí)Acos(、tL)e2fsk(t)=Acos(2t*n)典型波形如圖3所示。由圖可見(jiàn)，2FSK信號(hào)的波形可以看成是兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加，因此，2FSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式乂可寫(xiě)成：(t)="ang(tnTs)cos(、tn)-nang(t-nTs)cos(2tf)-n公式e2FSK公式%和8n分別是第n個(gè)信號(hào)碼元(

26、1或0)的初始相位。在頻移鍵控中,甲n和危不攜帶信息,通常可令和色為零，因此，2FSK信號(hào)的表達(dá)式可以簡(jiǎn)化為:公式e2fsk(t)=s(t)cos、ts2(t)cos2t其中§(t)='ang(tnTs)n公式(8)公式s2(t)=ang(t_nTs)n(a)2FSK信號(hào)(b)5|Q)cos曲t(c)J：(f)cos(w2r圖32FSK信號(hào)的時(shí)間波形在二進(jìn)制基帶矩形脈沖序歹0的控制下通過(guò)開(kāi)關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通，使其在每一個(gè)碼元Ts期間輸出或f2兩個(gè)載波之一，即可產(chǎn)生2FSK信號(hào)，如圖4所示。鍵控法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)，室友電子開(kāi)關(guān)在兩個(gè)獨(dú)立的頻率源直接轉(zhuǎn)換而成，

27、故相鄰碼元直接的相位不一定連續(xù)。圖4鍵控法產(chǎn)生2FSK信號(hào)的原理圖2.4.22FSK的解調(diào)原理2FSK信號(hào)的常用解調(diào)方法是非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）和相干解調(diào)。其解調(diào)原理是將2FSK信號(hào)分解為上下兩路2ASK喜歡分別進(jìn)行解調(diào)，然后進(jìn)行判決。判決規(guī)則應(yīng)與調(diào)制規(guī)則相呼應(yīng)，調(diào)制時(shí)若規(guī)定“1”符號(hào)對(duì)應(yīng)載波頻率&,則接收時(shí)上支路的樣值較大，應(yīng)判為“1”；反之則判為“0”0圖5非相干解調(diào)框圖圖6相干解調(diào)框圖2.5垠:洛信道瑞利衰落信道是一種無(wú)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(guò)無(wú)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。瑞利衰落能有效描述存在能夠大量散射無(wú)線電信號(hào)的障

28、礙物的無(wú)線傳播環(huán)境。若傳播環(huán)境中存在足夠多的散射，則沖激信號(hào)到達(dá)接收機(jī)后表現(xiàn)為大量統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的隨機(jī)變量的疊加，根據(jù)中心極限定理，則這一無(wú)線信道的沖激響應(yīng)將是一個(gè)高斯過(guò)程。如果這一散射信道中不存在主要的信號(hào)分量，通常這一條件是指不存在直射信號(hào)（LoS）,則這一過(guò)程的均值為0,且相位服從0到2兀的均勻分布。即，信道響應(yīng)的包絡(luò)服從瑞利分布。設(shè)隨機(jī)變量R,丁是其概率密度函數(shù)為：PR（r）=；廠巧氣r>0若信道中存在一主要分量，例如直射信號(hào)（LoS）,則信道響應(yīng)的包絡(luò)服從萊斯分布,對(duì)應(yīng)的信道模型為萊斯衰落信道。通常將信道增益以等效基帶信號(hào)表示，即用一復(fù)數(shù)表示信道的幅度和相位特性。由此瑞利衰落即可由這

29、一復(fù)數(shù)表示，它的實(shí)部和虛部服從丁零均值的獨(dú)立同分布高斯過(guò)程。0.20-40-6Tim與second?5Q*71015202530K-»»sEO-E豈楊一£竺D一窖崖圖7最大多普勒頻移為10Hz的瑞利衰落信道Tims,secondsnEH01¥LL.魚(yú)野00豐WOM一置*X圖8大多普勒頻移為100Hz的瑞利衰落信道圖9瑞利衰落信道的自相關(guān)函數(shù)，其多普勒頻移為10Hz瑞利衰落模型適用丁描述建筑物密集的城鎮(zhèn)中心地帶的無(wú)線信道。密集的建筑和其他物體使得無(wú)線設(shè)備的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間沒(méi)有直射路徑，而且使得無(wú)線信號(hào)被衰減、反射、折射、衍射。瑞利衰落屆丁小尺度的衰落效應(yīng)

30、，它總是疊加丁如陰影、衰減等大尺度衰落效應(yīng)上。信道衰落的快慢與發(fā)射端和接收端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的大小有關(guān)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致接收信號(hào)的多普勒頻移。圖中所示即為一固定信號(hào)通過(guò)單徑的瑞利衰落信道后，在1秒內(nèi)的能量波動(dòng)，這一瑞利衰落信道的多普勒頻移最大分別為10Hz和100H乙在GSM1800MHZ載波頻率上，其相應(yīng)的移動(dòng)速度分別為約6千米每小時(shí)和60千米每小時(shí)。特別需要注意的是信號(hào)的“深衰落”現(xiàn)象，此時(shí)信號(hào)能量的衰減達(dá)到數(shù)千倍，即3040分貝。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(kāi)平方，即得到一個(gè)小的加性噪聲

31、，模擬成一個(gè)衰落信道，再將它與調(diào)制后的信號(hào)相加即可。3MATLAB仿真及結(jié)果分析3.1實(shí)現(xiàn)方案通過(guò)以上對(duì)實(shí)現(xiàn)方案的分析，得到方案流程圖:圖10方案流程圖3.2編碼與調(diào)試程序設(shè)計(jì)中，將各個(gè)功能封裝成子函數(shù)，經(jīng)主函數(shù)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。(1) y=DM(x,t)實(shí)現(xiàn)增量調(diào)制；(2) y=demoDM(x,t)實(shí)現(xiàn)增量解調(diào)；y=manchester(x,t)實(shí)現(xiàn)曼切斯特編碼，“1”碼用“10”兩位碼表示，“0”碼用“01”兩位碼表示；(3) y=mcstdecoder(x)實(shí)現(xiàn)曼切斯特譯碼；(4) y=XH(x)實(shí)現(xiàn)(7,4)實(shí)現(xiàn)循環(huán)編碼；y=demoXH(x)實(shí)現(xiàn)(7,4)實(shí)現(xiàn)循環(huán)譯碼；y,bit

32、=FSK(x,f1,f2,fs)實(shí)現(xiàn)FSK調(diào)制，y為調(diào)制信號(hào)，bit為調(diào)制信號(hào)的二進(jìn)制波形，x為輸入信號(hào)，f1為輸入“0”碼時(shí)載波的頻率，f2為輸入“1”碼時(shí)載波的頻率，fs為采樣頻率；y,bits=demoFSK(x,f1,f2,fs)實(shí)現(xiàn)FSK解調(diào)；3.3仿真結(jié)果及分析原始信號(hào)波形如圖11所示：原始信號(hào)經(jīng)抽樣后進(jìn)行增量調(diào)制，調(diào)制波形如下:圖12增量調(diào)制信號(hào)波形將得到的信號(hào)進(jìn)行基帶曼切斯特編碼，得到的信號(hào)如下:10.5-QLIUUULJUUUUULJLJUUUUUUUUUUUuULJUUUUUUUUUUULJUUUUUULIiniiiii01Q|2030405Q|EO70BO90100圖13

33、曼切斯特編碼后波形基帶編碼后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行信道循環(huán)編碼，得到波形如下:圖14信道循環(huán)編碼后的波形經(jīng)過(guò)信道編碼后,得到波形如下:對(duì)信號(hào)進(jìn)行2FSK調(diào)制，在再送入衰落信道進(jìn)行傳輸,圖15信道循環(huán)編碼后波形圖16通過(guò)衰落信道后的信號(hào)接收端接收到信號(hào)后，先對(duì)信號(hào)進(jìn)行FSK«調(diào)，得到波形如下:圖17FSK解調(diào)后波形對(duì)FSK«調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行信道譯碼，得到波形如下:循環(huán)解舄圖18信道譯碼后波形最后對(duì)信號(hào)進(jìn)行增量解調(diào),得到原始信號(hào)的抽樣值如下:圖20解碼后原始信號(hào)的抽樣值使用MATLAIB勺cftool工具，擬合解碼后得到的抽樣值，恢復(fù)出原始信號(hào)，波形如下:圖21輸出信號(hào)對(duì)比輸入信號(hào)和輸出信

34、號(hào)的波形，輸出信號(hào)存在一定的失真，通過(guò)程序中計(jì)算失真度的函數(shù)計(jì)算出失真度為0.2433。這是由丁系統(tǒng)中采用的增量調(diào)制，而增量調(diào)制體統(tǒng)中存在量化噪聲。產(chǎn)生量化噪聲的原因有兩個(gè)。第一個(gè)是由丁編碼、譯碼是用階梯波形去近似表示模擬信號(hào)波形，有階梯本身的電壓突跳產(chǎn)生失真。這是增量調(diào)制的基本量化噪聲，它伴隨著信號(hào)永遠(yuǎn)存在，只要有信號(hào)，就有這種噪聲。第二個(gè)原因是信號(hào)變化過(guò)快引起失真，這種失真成為過(guò)載量化噪聲。它發(fā)生在輸入信號(hào)斜率的絕對(duì)值過(guò)大時(shí)。由丁當(dāng)抽樣頻率和量化臺(tái)階一定是，階梯波的最可能斜率是一定的。若信號(hào)上升的斜率超過(guò)階梯波的最大可能斜率，則階梯波的上升速度剛不是信號(hào)的上升速度,就會(huì)發(fā)生過(guò)載量化噪聲。4

35、總結(jié)與體會(huì)為了做好這次課程設(shè)計(jì)，我溫習(xí)了專業(yè)書(shū)通信原理，特別是認(rèn)真復(fù)習(xí)了這次課程設(shè)及涉及到的內(nèi)容，如增量調(diào)制、基帶編碼、信道編碼等知識(shí)。這時(shí)候，我對(duì)于這次要做的數(shù)字通信系統(tǒng)有了一個(gè)總體的認(rèn)識(shí)。做好專業(yè)知識(shí)方面的準(zhǔn)備后，我開(kāi)始在網(wǎng)上查閱資料、到圖書(shū)館查看相關(guān)書(shū)籍。MATLAB我以前就接觸過(guò)，所以這次運(yùn)用起來(lái)不是很難，只是比以前的多運(yùn)用了一些編碼以及信道方面的函數(shù)。當(dāng)開(kāi)始做這個(gè)系統(tǒng)的仿真時(shí)，也沒(méi)有遇到太大的困難。但通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),我還是學(xué)到了很多新知識(shí),也再一次領(lǐng)略到了MATLAB勺強(qiáng)大功能。以前學(xué)習(xí)通信原理時(shí)，知識(shí)比較分立，沒(méi)有把各章知識(shí)申聯(lián)起來(lái)。這個(gè)課程設(shè)計(jì)恰恰是要做到這一點(diǎn)，需要把以前的知

36、識(shí)都申聯(lián)起來(lái)，形成一個(gè)整體。從信號(hào)的產(chǎn)生、抽樣、基帶編碼、信道編碼、調(diào)制到接受端的解調(diào)、信道譯碼、基帶譯碼，從而得到原始輸入信號(hào)，這需要有一個(gè)系統(tǒng)而全面的思想?？偠灾?，通過(guò)這一星期的努力，我鞏固了我的專業(yè)知識(shí)，增強(qiáng)了對(duì)MATLAB勺操作能力，提高了自己查閱資料以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題改正問(wèn)題的能力。1 參考文獻(xiàn)樊昌信，曹麗娜.通信原理（第六版）.北京：國(guó)防工業(yè)出版社.2007劉泉.通信電子線路.武漢理工大學(xué)出版社.2004年9月孫屹.Matlab通信仿真開(kāi)發(fā)手冊(cè)M.國(guó)防工業(yè)出版社.2005.1陳懷琛等.MATLA吸在電子信息課程中的應(yīng)用.電子工業(yè)出版社.2007年附錄%主函數(shù)%/*fs=6000;dt=

37、1/fs;N=200;long=N;n=0:N-1;t=n*dt;fc=300;y1=sin(2*pi*fc*t)+cos(2*pi*150*t);figure(1);plot(t,y1);title('源信號(hào)時(shí)間函數(shù)波形')*/%設(shè)定米樣頻率%設(shè)定步長(zhǎng)%點(diǎn)數(shù)%截止時(shí)間%時(shí)間函數(shù)的頻率%時(shí)間函數(shù)%繪制時(shí)間函數(shù)圖象%/*/*對(duì)信號(hào)進(jìn)行增量調(diào)制*%調(diào)用增量調(diào)制函數(shù)dmy=DM(y1,t);figure(2);subplot(2,1,1);plot(t,y1,'-o');axis(0100*dt-22);title('抽樣信號(hào)');subplot(2,

38、1,2);stairs(dmy);axis(0length(dmy)-12);title('增量調(diào)制');%/*對(duì)編碼后的信號(hào)進(jìn)行基帶編碼-曼徹斯特編碼*/t_dm=0:length(dmy);%給出相應(yīng)的時(shí)間序歹0對(duì)編碼后的信號(hào)進(jìn)行信道編碼-循環(huán)碼*/mcsty=manchester(dmy,t_dm);M=max(mcsty);m=min(mcsty);figure(3);stairs(mcsty);gridon;axis(0,length(mcsty)+3,m-0.1,M+0.1);title('曼切斯特編碼');%/*l=length(mcsty)d=;

39、fori=1:length(mcsty)d=dmcsty(i);mcsty=d;cycy=XH(mcsty);figure(4);stairs(cycy);gridon;axis(0length(cycy)-0.21.2);title('循環(huán)編碼');%/*對(duì)編碼后的信號(hào)進(jìn)行2FSK調(diào)制*/fs_fsk=10;f1=5;f2=10;fsky=FSK(cycy,f1,f2,fs_fsk);figure(5);%已調(diào)信號(hào)波形，線寬1.5,顯示網(wǎng)格plot(fsky,'LineWidth',1.5);gridon;title('FSK已調(diào)信號(hào)');ax

40、is(0length(fsky)-1.51.5);發(fā)送信號(hào)進(jìn)入衰落信道*/%假設(shè)無(wú)多普勒頻移%/*fd=0;%瑞利衰落信道%信號(hào)通過(guò)瑞利衰落信道td=1/fs;chan=rayleighchan(td,fd)rayli=filter(chan,fsky);figure(6);plot(abs(rayli)title('進(jìn)入衰落信道后的波形')axis(0length(rayli)/700.25);%/*對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行FSK解調(diào)*/dfsk,bits=demoFSK(rayli,f1,f2,fs_fsk);figure(9)plot(bits,'LineWidth&#

41、39;,1.5);title('FSK解調(diào)信號(hào)');gridon;信道譯碼-循環(huán)糾錯(cuò)和譯碼*/axis(0,length(dfsk),-2.5,2.5);%/*dcycy=demoXH(dfsk);figure(10)stairs(dcycy);axis(0length(dcycy)+3-0.51.2);title('循環(huán)解碼');%/*基帶譯碼-曼徹斯特譯碼*/dmcsty=mcstdecoder(dcycy);figure(11);stairs(dmcsty);axis(0length(dmcsty)+5-0.51.5);title('曼切斯特譯碼&

42、#39;);%/*對(duì)信號(hào)進(jìn)行增量解調(diào)*/demodm=demoDM(dmcsty,t);figure(12);n=0:50;stem(demodm,'fill');axis(0length(demodm)-1.51.5);title('增量解調(diào)');%/*len=length(dmcsty);errornum=0;fori=1:lenif(dmcsty(i)=dmy(i)errornum=errornum+1;endenddisp('誤碼率為');errornum/len計(jì)算誤碼率和失真度*/%/*da=0;fori=1:length(t)dc=

43、(y1(i)-demodm(i)A2/length(t);da=da+dc;enddisp('失真度為');da計(jì)算失真度*/%f函數(shù)%/*functioncodeout=DM(x,t)delta=0.2;D(1+length(t)=0;fork=1:length(t)e(k)=x(k)-D(k);e_q(k)=delta*(2*(e(k)>=0)-1);D(k+1)=x(k);codeout(k)=(e_q(k)>0);%增量調(diào)制%量化階距%預(yù)測(cè)器初始狀態(tài)%誤差信號(hào)%量化器輸出%延遲器狀態(tài)更新%編碼輸出%/*functionxr=demoDM(x,t)delta=

44、0.2;Dr(1+length(t)=0;Dr(1)=0.2;fork=1:length(t)eq(k)=delta*(2*x(k)-1);xr(k)=eq(k)+Dr(k);Dr(k+1)=xr(k);end%增量解調(diào)%解碼端預(yù)測(cè)器初始狀態(tài)%解碼%延遲器狀態(tài)更新codeout=reshape(codeout',1,length(codeout);*%/*%曼切斯特編碼%輸入“偶%輸出“1例碼%輸入W%輸出“0倆碼%循環(huán)編碼%循環(huán)碼生成多項(xiàng)式%對(duì)信號(hào)進(jìn)行差錯(cuò)編碼*functiony=manchester(x,t)fori=1:length(x)if(x(i)=1)y(2*i-1)=1;

45、y(2*i)=0;elseif(x(i)=0)y(2*i-1)=0;y(2*i)=1;endendend%/*functiondemcst=mcstdecoder(x)%曼切斯特譯碼t=300;forn=1:length(x)/2if(x(2*n-1)=1&&x(2*n)=0)demcst(n)=1;elseif(x(2*n-1)=0&&x(2*n)=1)demcst(n)=0;endendend%/*functioncode=XH(x)n=7;k=4;p=cyclpoly(n,k);code=encode(x,n,k,'cyclic',p);c

46、ode=reshape(code',1,length(code);%/*functionrecode=demoXunHuan(code)%循環(huán)譯碼n=7;k=4;p=cyclpoly(n,k);recode=decode(code,n,k,'cyclic',p);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行譯碼recode=reshape(recode',1,length(recode);%/*functionmod,bit=FSK(g,f1,f2,fs)t=linspace(0,1,fs);dmod=;bit=;%FSK調(diào)制%0到1等分成fs個(gè)數(shù)%鍵控法實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)FSK調(diào)制forn=1:length(g);ifg(n)=0;c=cos(2*pi*f1*t);se=zeros(1,fs);elseg(n)=1;c=cos(2*pi*f2*t);