matlab通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計

1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級：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)計初始條件：MATLAB軟件平臺設(shè)計目的：通過課程設(shè)計，使學(xué)生加強對電子電路的理解，學(xué)會對電路分析計算以及設(shè)計。進一步提高分析解決實際問題的能力，通過完成綜合設(shè)計型和創(chuàng)新性實驗及訓(xùn)練，創(chuàng)造一個動腦動手、獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析、解決電子電路問題的實際本領(lǐng)，實現(xiàn)由課本知識向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；加深對通信原理的理解，提高學(xué)生對現(xiàn)代通信系統(tǒng)的全面認識,增強學(xué)生的實踐能力。設(shè)計任務(wù)與要求：1、掌握通信技術(shù)的基本原理，掌握實驗的設(shè)計、電路調(diào)試與測量的方法。2、利用仿真軟件（如Matlab或S

2、ystemView）,或硬件實驗系統(tǒng)平臺上設(shè)計完成一個典型的通信系統(tǒng)。3、寫好課程設(shè)計任務(wù)書。時間安排:設(shè)計內(nèi)容所用時間1根據(jù)設(shè)計任務(wù)，分析電路原理，確定實驗方案2天2根據(jù)實驗條件進行電路的測試，并對結(jié)果進行分析7天3撰寫課程設(shè)計報告1天合計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)簡介11.2 MATLAB簡介1設(shè)計與要求22系統(tǒng)的功能設(shè)計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19參考文獻20附錄21本科生課程設(shè)計成績評定表28摘要數(shù)字通信系統(tǒng)，即在信道中傳輸數(shù)字信號的通信方式，它包括直接將基帶數(shù)字信號送往信道傳輸?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)字序列映射為信號波形在信道中傳輸，此時信源輸出數(shù)字序列，經(jīng)過信號映射后成為適于信道傳輸?shù)臄?shù)字調(diào)制信號，并在接收端對應(yīng)進行解調(diào)恢復(fù)出原始信號。MATLAB由美國mathworks公司發(fā)布的主要

4、面對科學(xué)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(xué)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(xué)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(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)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進水平。本次課程設(shè)計主要研究了數(shù)字信號傳輸?shù)幕靖拍罴皞鬏斶^程，利用Matlab設(shè)計完成一個典型的通信系統(tǒng)。通過以往對通信原理的學(xué)習(xí)與研究，設(shè)計一個信源數(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勺仿真工具實現(xiàn)該數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真過程，最后對系統(tǒng)進行分析。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梢苑譃閮深悾阂活惙Q作連續(xù)消息（模擬消息），另一類稱作離散消息（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)變化的語音、圖像等。而離散消息的狀態(tài)是離散取值的，如文字、符號、數(shù)據(jù)等。與此對應(yīng)，通信系統(tǒng)也分為兩類：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)字通信的主要特點是：（1）抗十?dāng)_能力強。（2）差錯可控。（3）易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計算機技術(shù)對信號進行處理、加工、

12、變換、存儲，從而形成智能網(wǎng)。因為自然界的許多信息都是模擬信號，例如話音、圖像等，為了能用數(shù)字通信系統(tǒng)來傳送模擬信號，必須對模擬信號進行數(shù)字化，即模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換。所謂模數(shù)轉(zhuǎn)換就是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，其核心包括：（1）對模擬信號在時域上進行抽樣操作，完成時間上的離散化；（2）對模擬信號的抽樣值進行量化，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)換的逆過程，它對接收到的數(shù)字信號進行譯碼和低通濾波等處理，恢復(fù)原模擬信號。1.2MATLAB簡介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

13、MATLAB品的美國Mathworks公司的創(chuàng)始人之一。MATLA昵一種科學(xué)計算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB高性能的數(shù)值計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)計算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計工作中。MATLAB其它計算機高級語言如C,C+玲相比，MATLABS言編程要簡潔得多，編程語句更加接近數(shù)學(xué)描述，可讀性好，其強大的圖形功能和可視化數(shù)據(jù)處理能力也是其它高級語言望塵莫及的。對于具有任何一門高級語言基礎(chǔ)的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)MATLA十分容易。當(dāng)在實際電子通信系統(tǒng)中進行試驗研究比較困難或者根本無法實現(xiàn)時，仿真技術(shù)就成為必然的選擇。1

14、.3設(shè)計與要求利用仿真軟件（如Matlab或SystemView）,或硬件實驗系統(tǒng)平臺上設(shè)計完成一個典型的通信系統(tǒng)（如圖1所示）。爰送設(shè)備圖1典型的通信系統(tǒng)完成整個系統(tǒng)各環(huán)節(jié)以及整個系統(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勺仿真工具實現(xiàn)該數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真過程，最后對系統(tǒng)進行分析。2系統(tǒng)的功能設(shè)計2.1增量調(diào)制增量調(diào)制（DeltaModulatioin,DM可以看成是一種最簡單的DPCM當(dāng)DPCM（統(tǒng)

15、中量化器的量化電平數(shù)為2時，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)測誤差en=Xn-Xn-1被量化成兩個電平+。和-。值稱為量化臺階。量化器輸出信號只取+?；?。因此，可以用一個二進制符號來表示，例如，用“1”表示+,用"0”表小-bo這個二進制符號表示抽樣幅度的增量特性，即采用一位二進制數(shù)碼“1”或“0”來表示信號在抽樣時刻的值相對丁前一個抽樣時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”只是表示信號相對丁前一個時刻的增減，不表示信號的絕對值。圖中編碼器輸入模擬信號為Xn,它與預(yù)測信號Xn-1值相減，得到預(yù)測誤差eno預(yù)測

16、誤差en被周期為Ts的抽樣沖激序列（t）抽樣。若抽樣值為負值，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）。這樣就得到二進制輸出數(shù)字信號。收端譯碼器每收到一個"1”碼元，則其輸出升高。，每收到一個"0”碼元，其輸出則下降一個量化階奇。譯碼器的輸出波形通過低通濾波器平滑后，就得到十分接近編碼器原輸入的模擬信號。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),是一個同步時鐘編碼技術(shù)，被物理層使用來編碼一個同步位流的時鐘和數(shù)據(jù)。常規(guī)碼

17、型的最大缺點就是沒有定位時鐘信息。數(shù)字傳輸過程中缺少定位時鐘信息，也就無法識別收到數(shù)據(jù)位的開始與結(jié)束的寬度等，從而在通信過程中需要其他方式解決同步問題。而曼切斯特碼是一種自動同步的編碼方式，即時鐘同步信號就隱藏在數(shù)據(jù)波形中，這就有效的降低了通信系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度。曼切斯特碼用一個周期的正負對稱方波表示“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電平。它在每個碼元間隔的中心點都存在電平跳變，所以含有豐富的位定時信息，切沒有直流

18、分量，編碼過程也簡單，缺點是占用帶寬加倍，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算過程，也就是必須從曼切斯特碼數(shù)據(jù)流中提取出時鐘信息，并利用這個時鐘去還原得到原二進制數(shù)據(jù)的過程。根據(jù)曼切斯特碼解碼過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程分為：起始符的識別以及獲取同步時鐘信息、識別同步數(shù)據(jù)頭、提取數(shù)據(jù)信等3個階段。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(即將最右端的一個碼元移至左端，或反之)以后，仍為該碼中的一個碼組。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。一般說來，若(a口an.an®是循環(huán)碼的一個碼組，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信息位監(jiān)督位碼組編號信息位監(jiān)督位¥5兩a3a2aa0a&a5a4a3a2aa0100000005r100P10112001011161011100301011107r110r0101401110018p111二0

20、010為了便丁運算，把這樣的碼組中各碼元當(dāng)作是一個多項式的系數(shù)，即把一個長度為n的碼組表小為：T(x)=anaxn4+an_1xnu+.+a1x+a°公式(1)例如，表中的任意一個碼組可以表示為：T(x)=a6x6a5x5a4x4a3x3a2x2a1xa0其中第7個碼組可以表小為T(x)=1x61x50x40x31x20x1=x6x5x21循環(huán)碼是在嚴密的代數(shù)理論基礎(chǔ)上建立起來的，其編碼和解碼設(shè)備都不太復(fù)雜，其特點有：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，糾錯能力強。循環(huán)碼是一種無權(quán)碼，循環(huán)碼編排的特點為相鄰的兩個數(shù)碼之間符合卡諾中的鄰接條件

21、，即相鄰數(shù)碼問只有一位碼元不同，因此它具有一個很好的優(yōu)點是它滿足鄰接條件，沒有瞬時錯誤(在數(shù)碼變換過程中，在速度上會有快有慢，中間經(jīng)過其他一些數(shù)碼形式，即為瞬時錯誤)。2) 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。2.3.1循環(huán)碼的編碼方法在編碼時，首先要根據(jù)給定的(n,k)值選定生成多項式個g(x)，即從(xn+1)的因子中選一個(n-k)次多項式作為g(x)。設(shè)m(x)為信息碼多項式，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，得到的多項式必定是一個碼多項式。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)。這一運算實際上是在信息碼后加上(n-k)個“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(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：檢錯和糾錯。達到檢錯目的的解碼原理十分簡單。由丁任意一個碼組多項式T(x)都應(yīng)該能被生成多

23、項式g(x)整除，所以在接收端可以將接收碼組R(x)用原生多項式g(x)去除。當(dāng)傳輸中未發(fā)生錯誤時，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)生錯誤，貝UR(x)=T(x),R(x)被g(x)除時可能除不盡而乂余項，既有：R(x)/g(x)=Q(x)+r(x)'g(x)公式(4)因此，可以用余項是否為零來判別接收碼組中有無錯碼。接收端為了糾錯，要求每個可糾正的錯誤圖樣必須與一個特定余式有一一對應(yīng)關(guān)系。這里，錯誤圖樣是指錯誤矩陣E中的各種具體取值的圖樣，余式是指接收碼組R(x)被生成多項式g(x)除所得的余式。只有存在上述一一對應(yīng)

24、的關(guān)系時，才可能從余式唯一地決定錯誤圖樣，從而糾正錯碼。糾錯可按以下步驟進行：(1) 用生成多項式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某種計算得到錯誤圖樣E(x)(3) 從R(x)中減去E(x),得到已經(jīng)糾正錯碼的原發(fā)送碼組T(x)。2.4FSK調(diào)制與解調(diào)數(shù)字信號的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸。為了使數(shù)字信號在帶通中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，以使信號與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號控制載波，把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制。在接收端天能改過解調(diào)器把帶通信號還原成數(shù)字基帶信號的過程叫做數(shù)字解調(diào)。利用數(shù)字信

25、號的離散取值特點通過開關(guān)鍵控載波，從而實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，這種方法就成為鍵控法。二進制頻移鍵控2FSKM是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。2.4.12FSK調(diào)制的基本原理在2FSK中，載波的頻率隨二進制基帶信號在fl和f2兩個頻率點問變化。故其表達式為:發(fā)送1時發(fā)送0時Acos(、tL)e2fsk(t)=Acos(2t*n)典型波形如圖3所示。由圖可見，2FSK信號的波形可以看成是兩個不同載頻的2ASK信號的疊加，因此，2FSK信號的時域表達式乂可寫成：(t)="ang(tnTs)cos(、tn)-nang(t-nTs)cos(2tf)-n公式e2FSK公式%和8n分別是第n個信號碼元(

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?？闪詈蜕珵榱?，因此，2FSK信號的表達式可以簡化為: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(b)5|Q)cos曲t(c)J：(f)cos(w2r圖32FSK信號的時間波形在二進制基帶矩形脈沖序歹0的控制下通過開關(guān)電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通，使其在每一個碼元Ts期間輸出或f2兩個載波之一，即可產(chǎn)生2FSK信號，如圖4所示。鍵控法產(chǎn)生的2FSK信號，室友電子開關(guān)在兩個獨立的頻率源直接轉(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信號的原理圖2.4.22FSK的解調(diào)原理2FSK信號的常用解調(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信號分解為上下兩路2ASK喜歡分別進行解調(diào)，然后進行判決。判決規(guī)則應(yīng)與調(diào)制規(guī)則相呼應(yīng)，調(diào)制時若規(guī)定“1”符號對應(yīng)載波頻率&,則接收時上支路的樣值較大，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線電信號傳播環(huán)境的統(tǒng)計模型。這種模型假設(shè)信號通過無線信道之后，其信號幅度是隨機的，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線電信號的障

28、礙物的無線傳播環(huán)境。若傳播環(huán)境中存在足夠多的散射，則沖激信號到達接收機后表現(xiàn)為大量統(tǒng)計獨立的隨機變量的疊加，根據(jù)中心極限定理，則這一無線信道的沖激響應(yīng)將是一個高斯過程。如果這一散射信道中不存在主要的信號分量，通常這一條件是指不存在直射信號（LoS）,則這一過程的均值為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（LoS）,則信道響應(yīng)的包絡(luò)服從萊斯分布,對應(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，它的實部和虛部服從丁零均值的獨立同分布高斯過程。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)中心地帶的無線信道。密集的建筑和其他物體使得無線設(shè)備的發(fā)射機和接收機之間沒有直射路徑，而且使得無線信號被衰減、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運動速度的大小有關(guān)。相對運動導(dǎo)致接收信號的多普勒頻移。圖中所示即為一固定信號通過單徑的瑞利衰落信道后，在1秒內(nèi)的能量波動，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)的移動速度分別為約6千米每小時和60千米每小時。特別需要注意的是信號的“深衰落”現(xiàn)象，此時信號能量的衰減達到數(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)制信號中以模擬最簡單的衰落信道。具體仿真步驟是產(chǎn)生兩個隨機信號取絕對值的平方相加再開平方，即得到一個小的加性噪聲

31、，模擬成一個衰落信道，再將它與調(diào)制后的信號相加即可。3MATLAB仿真及結(jié)果分析3.1實現(xiàn)方案通過以上對實現(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)計中，將各個功能封裝成子函數(shù)，經(jīng)主函數(shù)調(diào)用，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。(1) y=DM(x,t)實現(xiàn)增量調(diào)制；(2) y=demoDM(x,t)實現(xiàn)增量解調(diào)；y=manchester(x,t)實現(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)實現(xiàn)曼切斯特譯碼；(4) y=XH(x)實現(xiàn)(7,4)實現(xiàn)循環(huán)編碼；y=demoXH(x)實現(xiàn)(7,4)實現(xiàn)循環(huán)譯碼；y,bit

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

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

34、號的波形，輸出信號存在一定的失真，通過程序中計算失真度的函數(shù)計算出失真度為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。第一個是由丁編碼、譯碼是用階梯波形去近似表示模擬信號波形，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，它伴隨著信號永遠存在，只要有信號，就有這種噪聲。第二個原因是信號變化過快引起失真，這種失真成為過載量化噪聲。它發(fā)生在輸入信號斜率的絕對值過大時。由丁當(dāng)抽樣頻率和量化臺階一定是，階梯波的最可能斜率是一定的。若信號上升的斜率超過階梯波的最大可能斜率，則階梯波的上升速度剛不是信號的上升速度,就會發(fā)生過載量化噪聲。4

35、總結(jié)與體會為了做好這次課程設(shè)計，我溫習(xí)了專業(yè)書通信原理，特別是認真復(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。這時候，我對于這次要做的數(shù)字通信系統(tǒng)有了一個總體的認識。做好專業(yè)知識方面的準備后，我開始在網(wǎng)上查閱資料、到圖書館查看相關(guān)書籍。MATLAB我以前就接觸過，所以這次運用起來不是很難，只是比以前的多運用了一些編碼以及信道方面的函數(shù)。當(dāng)開始做這個系統(tǒng)的仿真時，也沒有遇到太大的困難。但通過這次課程設(shè)計,我還是學(xué)到了很多新知識,也再一次領(lǐng)略到了MATLAB勺強大功能。以前學(xué)習(xí)通信原理時，知識比較分立，沒有把各章知識申聯(lián)起來。這個課程設(shè)計恰恰是要做到這一點，需要把以前的知

36、識都申聯(lián)起來，形成一個整體。從信號的產(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，這需要有一個系統(tǒng)而全面的思想?？偠灾?，通過這一星期的努力，我鞏固了我的專業(yè)知識，增強了對MATLAB勺操作能力，提高了自己查閱資料以及發(fā)現(xiàn)問題改正問題的能力。1 參考文獻樊昌信，曹麗娜.通信原理（第六版）.北京：國防工業(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通信仿真開發(fā)手冊M.國防工業(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('源信號時間函數(shù)波形')*/%設(shè)定米樣頻率%設(shè)定步長%點數(shù)%截止時間%時間函數(shù)的頻率%時間函數(shù)%繪制時間函數(shù)圖象%/*/*對信號進行增量調(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');subplot(2,

38、1,2);stairs(dmy);axis(0length(dmy)-12);title('增量調(diào)制');%/*對編碼后的信號進行基帶編碼-曼徹斯特編碼*/t_dm=0:length(dmy);%給出相應(yīng)的時間序歹0對編碼后的信號進行信道編碼-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');%/*對編碼后的信號進行2FSK調(diào)制*/fs_fsk=10;f1=5;f2=10;fsky=FSK(cycy,f1,f2,fs_fsk);figure(5);%已調(diào)信號波形，線寬1.5,顯示網(wǎng)格plot(fsky,'LineWidth',1.5);gridon;title('FSK已調(diào)信號');ax

40、is(0length(fsky)-1.51.5);發(fā)送信號進入衰落信道*/%假設(shè)無多普勒頻移%/*fd=0;%瑞利衰落信道%信號通過瑞利衰落信道td=1/fs;chan=rayleighchan(td,fd)rayli=filter(chan,fsky);figure(6);plot(abs(rayli)title('進入衰落信道后的波形')axis(0length(rayli)/700.25);%/*對接收到的信號進行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');gridon;信道譯碼-循環(huán)糾錯和譯碼*/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;);%/*對信號進行增量解調(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)測器初始狀態(tài)%誤差信號%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)碼生成多項式%對信號進行差錯編碼*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);%對信號進行譯碼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個數(shù)%鍵控法實現(xiàn)輸入信號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);