《通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計》課程設(shè)計任務(wù)書學生姓名：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：工作單位：xx理工大學題目:通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計初始條件1．MATLAB軟件2．硬件實驗系統(tǒng)平臺課程設(shè)計的目的通過課程設(shè)計，使學生加強對電子電路的理解，學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，提高學生對現(xiàn)代通信系統(tǒng)的全面認識，增強學生的實踐能力。課程設(shè)計要求要求：掌握以上各種電路與通信技術(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。1.培養(yǎng)學生根據(jù)需要選學參考書，查閱手冊，圖表和文獻資料的自學能力，通過獨立思考﹑深入鉆研有關(guān)問題，學會自己分析解決問題的方法。2.通過對實驗電路的分析計算，了解簡單實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法。3.掌握示波器，頻譜儀，失真度儀的正確使用方法，學會簡單電路的實驗調(diào)試和整機指標測試方法，提高動手能力。時間安排：序號設(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（或責任教師）簽名：年月日目錄摘要 3Abstract 41課程設(shè)計任務(wù) 52設(shè)計原理 62.1實驗原理框圖 62.2數(shù)字化方式：PCM基本原理 72.2.1抽樣 72.2.2量化 72.2.3編碼 102.3基帶碼：miller碼 112.4信道碼：漢明碼 112.4.1漢明碼編碼原理 112.4.2漢明碼糾錯原理 122.4.3漢明碼matlab函數(shù)介紹 132.5頻帶調(diào)制2FSK原理分析 142.5.12FSK信號的產(chǎn)生 142.5.2FSK信號的調(diào)制方法 152.5.3FSK解調(diào)的方法 162.6衰落信道 19摘要在數(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。所以本論文主要研究了數(shù)字信號的傳輸?shù)幕靖拍罴皵?shù)字信號傳輸?shù)膫鬏斶^程和如何用MATLAB軟件仿真設(shè)計數(shù)字傳輸系統(tǒng)。首先介紹了本課題的理論依據(jù)，包括數(shù)字通信，數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的組成及數(shù)字信號的傳輸過程。然后按照仿真過程基本步驟用MATLAB的仿真工具實現(xiàn)了數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真過程，對系統(tǒng)進行了分析。本課程設(shè)計完成整個系統(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），并計算失真度。整個設(shè)計流程包括模擬信號數(shù)字化，即PCM編碼，Miller碼，基帶編碼，采用漢明碼型，頻帶調(diào)制，采用FSK調(diào)制，通過衰落信道，到接收設(shè)備，并進行解調(diào)解碼并恢復(fù)原始信號的過程，考驗我們對MATLAB編程的掌握程度。關(guān)鍵詞：PCM、Miller碼、漢明碼、FSK、衰落信道AbstractIndigitalcommunicationsystem,needtheinputdigitalsequencemapforsignaltransmissioninthechannel,thesourceoutputdigitalsequence,aftersignalaftermappingbecomesuitableforchanneltransmissionofdigitalmodulationsignals,andatthereceivingendcorrespondingtoresumetheoriginalsignaldemodulation.SothisthesismainlystudiesthedigitalsignaltransmissionofthebasicconceptandthedigitalsignaltransmissiontransmissionprocessandhowtouseMATLABsimulationsoftwaretodesigndigitaltransmissionsystem.Thefirstinterfaceintroducedthistopictheoreticalbasis,includingdigitalcommunication,digitalbasebandtransmissionsystemcompositionanddigitalsignaltransmissionprocess.AccordingtothesimulationprocessandbasicstepsoftheMATLABsimulationtoolstoimplementthedigitalbasebandtransmissionsystem'sprocess,thesystemisanalyzed.Thecourseisdesignedtocompletethewholesystemandeachlinkofthewholesystemsimulation,andfinallyatthereceivingendorsimilaroraccuratereproductionoftheinput(source),andthedegreeofdistortion.Thewholedesignprocessincludinganalogsignaldigital,namelyPCMcoding,Miller,basebandcode,usinghammingcode,frequencymodulation,utilizeFSKmodulator,throughthefadingchannel,tothereceivingequipment,anddemodulationdecodingandrestoretheoriginalsignalprocess,totestourMATLABprogrammingknowledge.Keywords:PCM、Miller-code、Hamming-code、FSKmodulation、fadingchannel1課程設(shè)計任務(wù)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。信源：自己構(gòu)造一時間函數(shù)，數(shù)字化方式:PCM，基帶碼:Miller碼，信道碼:漢明碼，調(diào)制方式:FSK，信道類型:衰落信道；解調(diào)，信道解碼，基帶解碼，數(shù)模轉(zhuǎn)換的過程與輸入端對應(yīng)。圖1.1典型的通信系統(tǒng)與上圖對應(yīng)，信息源首先經(jīng)過PCM數(shù)字化在經(jīng)過Miller碼進行基帶編碼和漢明碼信道得到原信號的二進制碼，由于先進行漢明碼編碼不改變碼字的極性二Miller碼會改變碼字極性所以在后來的設(shè)計中先進行漢明碼再進行Miller碼，對于整個信號只要解碼與編碼的過程相對應(yīng)就是一樣的；然后再進過FSK調(diào)制，由于是有極性的Miller碼，進行FSK調(diào)制頗為復(fù)雜，接著進入衰落信道；再到接受設(shè)備經(jīng)過解調(diào)再譯碼后模數(shù)轉(zhuǎn)換得到原始信號。2設(shè)計原理2.1實驗原理框圖模擬信源數(shù)字調(diào)制信道編碼基帶編碼模數(shù)轉(zhuǎn)換模擬信源數(shù)字調(diào)制信道編碼基帶編碼模數(shù)轉(zhuǎn)換信道信道數(shù)字解調(diào)信道解碼模擬信源數(shù)模轉(zhuǎn)換基帶解碼數(shù)字解調(diào)信道解碼模擬信源數(shù)模轉(zhuǎn)換基帶解碼圖2.1通信系統(tǒng)的原理框圖模數(shù)轉(zhuǎn)換中有三個基本過程：抽樣、量化、編碼。根據(jù)編碼的不同有幾種調(diào)制方法，如脈沖振幅調(diào)制（PAM），脈沖編碼調(diào)制（PCM），差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM），增量調(diào)制?；鶐鬏?shù)某Ｓ么a型有AMI碼，HDB3碼，PST碼，曼徹斯特碼，密勒碼，CMI碼。信道編碼的常用編碼有漢明碼，卷積碼，循環(huán)碼，BCH碼。常見的數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控（ASK），頻移鍵控（FSK），相移鍵控（PSK）。常見的信道有加性高斯白噪聲信道，多徑衰落信道。根據(jù)題目要求，數(shù)字化方式為增量調(diào)制，基帶碼為AMI碼，信道碼為循環(huán)碼，數(shù)字調(diào)制方式為ASK調(diào)制，信道為衰落信道，則有以下原理框圖：模擬信源Miller編碼漢明編碼FSK調(diào)制PCM調(diào)制模擬信源Miller編碼漢明編碼FSK調(diào)制PCM調(diào)制衰落信道衰落信道Miller解碼FSK解調(diào)漢明解碼模擬信源PCM解調(diào)Miller解碼FSK解調(diào)漢明解碼模擬信源PCM解調(diào) 圖2.2實驗原理框圖2.2數(shù)字化方式：PCM基本原理脈沖編碼調(diào)制（PCM）簡稱脈碼調(diào)制，它是一種用二進制數(shù)字代碼來代替連續(xù)信號的抽樣值，從而實現(xiàn)通信的方式。由于這種通信方式抗干擾能力強，因此在光釬通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信中均獲得了極為廣泛的運用。PCM信號的形成是模擬信號經(jīng)過“抽樣、量化、編碼”三個步驟實現(xiàn)的。分別完成時間上離散、幅度上離散、及量化信號的二進制表示。根據(jù)CCITT的建議，為改善小信號量化性能，采用壓擴非均勻量化，有兩種建議方式，分別為A律和μ律方式，我國采用了A律方式，由于A律壓縮實現(xiàn)復(fù)雜，常使用13折線法編碼。2.2.1抽樣所謂抽樣，就是對模擬信號進行周期性掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號。該模擬信號經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當包含原信號中所有信息，也就是說能無失真的恢復(fù)原模擬信號。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。在一個頻帶限制在（0，fh）內(nèi)的時間連續(xù)信號f（t），如果以1/2fh的時間間隔對它進行抽樣，那么根據(jù)這些抽樣值就能完全恢復(fù)原信號?；蛘哒f，如果一個連續(xù)信號f（t）的頻譜中最高頻率不超過fh，當抽樣頻率fS≥2fh時，抽樣后的信號就包含原連續(xù)的全部信息。這就是抽樣定理。2.2.2量化從數(shù)學上來看，量化就是把一個連續(xù)幅度值的無限數(shù)集合映射成一個離散幅度值的有限數(shù)集合。如圖3.1所示量化器Q輸出L個量化值，k=1，2，3，…，L。常稱為重建電平或量化電平。當量化器輸入信號幅度落在與之間時，量化器輸出電平為。這個量化過程可以表達為：（2-1）這里稱為分層電平或判決閾值。通常稱為量化間隔。量化后的抽樣信號于量化前的抽樣信號相比較，當然有所失真，且不再是模擬信號。這種失真在接收端還原模擬信號是變現(xiàn)為噪聲，并稱為量化噪聲。量化噪聲的大小取決于把樣值分級“取整”的方式，分的級數(shù)越多，即量化極差或間隔越小，量化噪聲也越小。模擬信號的量化分為均勻量化和非均勻量化。由于均勻量化存在的主要缺點是：無論抽樣值大小如何，量化噪聲的均方根值都固定不變。因此，當信號較小時，則信號量化噪聲功率比也就很小，這樣的話化信噪比就難以達到給定的要求。通常，把滿足信噪比要求的輸入信號取值范圍定義為動態(tài)范圍，可見，對于弱信號時，均勻量化時的信號動態(tài)范圍將受到較大的限制。為了克服這個缺點，實際中，往往采用非均勻量化。非均勻量化是根據(jù)信號的不同區(qū)間來確定量化間隔的。對于信號取值小的區(qū)間，其量化間隔也??；反之，量化間隔就大。它與均勻量化相比，有兩個突出的優(yōu)點。首先，當輸入量化器的信號具有非均勻分布的概率密度（實際中常常是這樣）時，非均勻量化器的輸出端可以得到較高的平均信號量化噪聲功率比；其次，非均勻量化時，量化噪聲功率的均方根值基本上與信號抽樣值成比例。因此量化噪聲對大、小信號的影響大致相同，即改善了小信號時的量化信噪比。實際中，非均勻量化的實際方法通常是將抽樣值通過壓縮再進行均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多采用對數(shù)式壓縮。廣泛采用的兩種對數(shù)壓縮律是壓縮律和A壓縮律。美國采用壓縮律，我國和歐洲各國均采用A壓縮律，因此，PCM編碼方式采用的也是A壓縮律。所謂A壓縮律也就是壓縮器具有如下特性的壓縮律：A律：（2-2）式中，x為歸一化輸入，y為歸一化輸出，A、μ為壓縮系數(shù)。A律壓擴特性是連續(xù)曲線，A值不同壓擴特性亦不同，在電路上實現(xiàn)這樣的函數(shù)規(guī)律是相當復(fù)雜的。實際中，往往都采用近似于A律函數(shù)規(guī)律的13折線（A=87.6）的壓擴特性。這樣，它基本上保持了連續(xù)壓擴特性曲線的優(yōu)點，又便于用電路實現(xiàn)，本設(shè)計中所用到的PCM編碼正是采用這種壓擴特性來進行編碼的。實際中A律常采用13折線近似如圖2.3所示圖2.3A律13折線其具體分法如下:先將X軸的區(qū)間[0，1]一分為二，其中點為1/2,取區(qū)間[1/2,1]作為第八段;區(qū)間[0,1/2]再一分為二，其中點為1/4,取區(qū)間[1/4,1/2]作為第七段;區(qū)間[0,1/4]再一分為二，其中點為1/8,取區(qū)間[1/8,1/4]作為第六段;區(qū)間[0,1/8]一分為二，中點為1/16,取區(qū)間[1/16,1/8]作為第五段;區(qū)間[0,1/16]一分為二，中點為1/32,取區(qū)間[1/32,1/16]作為第四段;區(qū)間[0,1/32]一分為二，中點為1/64,取區(qū)間[1/64,1/32]作為第三段;區(qū)間[0,1/64]一分為二，中點為1/128,區(qū)間[1/128,1/64]作為第二段;區(qū)間[0,1/128]作為第一段。然后將Y軸的[0,1]區(qū)間均勻地分成八段，從第一段到第八段分別為[0,1/8],(1/8,2/8],(2/8,3/8],(3/8,4/8],(4/8,5/8],(5/8,6/8],(6/8,7/8],(7/8,1]，分別與X軸對應(yīng)。2.2.3編碼所謂編碼就是把量化后的信號變換成代碼，其相反的過程稱為譯碼。當然，這里的編碼和譯碼與差錯控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。量化后的抽樣信號在一定的取值范圍內(nèi)僅有有限個可取的樣值，且信號正、負幅度分布的對稱性使正、負樣值的個數(shù)相等，正、負向的量化級對稱分布。若將有限個量化樣值的絕對值從小到大依次排列，并對應(yīng)的依次賦予一個十進制數(shù)字代碼，在碼前以“+”、“—”號為前綴，來區(qū)分樣值的正負，則量化后的抽樣信號就轉(zhuǎn)化為按抽樣時序排列的一串十進制數(shù)字碼流，即十進制數(shù)字信號。把量化的抽樣信號變換成給定字長的二進制碼流的過程為編碼。目前國際上普遍采用8位非線性編碼。例如PCM30/32路終端機中最大輸入信號幅度對應(yīng)4096個量化單位(最小的量化間隔稱為一個量化單位)在4096單位的輸入幅度范圍內(nèi)，被分成256個量化級，因此須用8位碼表示每一個量化級。用于13折線A律特性的8位非線性編碼的碼組結(jié)構(gòu)如表2-1所示：表2-18位非線性編碼的碼組結(jié)構(gòu)極性碼段落碼段內(nèi)碼M1M2M3M5M6M其中，第1位碼M1的數(shù)值“1”或“0”分別代表信號的正、負極性，稱為極性碼。從折疊二進制碼的規(guī)律可知，對于兩個極性不同，但絕對值相同的樣值脈沖，用折疊碼表示時，除極性碼M1不同外，其余幾位碼是完全一樣的。因此在編碼過程中，只要將樣值脈沖的極性判出后，編碼器便是以樣值脈沖的絕對值進行量化和輸出碼組的。這樣只要考慮13折線中對應(yīng)于正輸入信號的8段折線就行了。用M2至M4位表示段落碼，它的8種可能狀態(tài)來分別代表8個段落的起點電平。其它四位表示段內(nèi)碼，它的16種可能狀態(tài)來分別代表每一段落的16個均勻劃分的量化級。這樣處理的結(jié)果，8個段落被劃分成128個量化級。2.3基帶碼：miller碼Miller碼也稱延遲調(diào)制碼，是一種變形雙向碼。Miller碼編碼規(guī)則：對原始符號“1”碼元起始不躍變，中心點出現(xiàn)躍變來表示，即用10或01表示。對原始符號“0”則分成單個“0”還是連續(xù)“0”予以不同處理；單個“0”時，保持0前的電平不變，即在碼元邊界處電平不躍變，在碼元中間點電平也不躍變；對于連續(xù)“02.4信道碼：漢明碼漢明碼（HammingCode）是一種能夠自動檢測并糾正一位錯碼的線性糾錯碼，即SEC（SingleErrorCorrecting）碼，用于信道編碼與譯碼中，提高通信系統(tǒng)抗干擾的能力。2.4.1漢明碼編碼原理一般來說，若漢明碼長為n，信息位數(shù)為k，則監(jiān)督位數(shù)r=n-k。若希望用r個監(jiān)督位構(gòu)造出r個監(jiān)督關(guān)系式來指示一位錯碼的n種可能位置，則要求（2-3）下面以（7，4）漢明碼為例說明原理：設(shè)漢明碼（n,k）中k=4，為了糾正一位錯碼，由式（2-3）可知，要求監(jiān)督位數(shù)r≥3。若取r=3,則n=k+r=7。我們用來表示這7個碼元，用的值表示3個監(jiān)督關(guān)系式中的校正子，則的值與錯誤碼元位置的對應(yīng)關(guān)系可以規(guī)定如表2-2所列。表2-2校正子和錯碼位置的關(guān)系錯碼位置錯碼位置001101010110100111011000無錯碼則由表2-2可得監(jiān)督關(guān)系式：（2-4）（2-5）（2-6）在發(fā)送端編碼時，信息位的值決定于輸入信號，因此它們是隨機的。監(jiān)督位、、應(yīng)根據(jù)信息位的取值按監(jiān)督關(guān)系來確定，即監(jiān)督位應(yīng)使式（2-5）~式（2-7）中、、的值為0（表示編成的碼組中應(yīng)無錯碼）可以通過這個得到監(jiān)督位及監(jiān)督矩陣，得到（2-7）（2-8）Q為P的轉(zhuǎn)置，將Q的左邊加上一個k×k階單位方陣，就構(gòu)成一個矩陣GG稱為生成矩陣，因為由它可以產(chǎn)生整個碼組，即有式(2-9)，即漢明碼的編碼原理。（2-9）2.4.2漢明碼糾錯原理當數(shù)字信號編碼成漢明碼形式后在信道中傳輸，由于信道中噪聲的干擾，可能由于干擾引入差錯，使得接收端收到錯碼，因此在接收端進行漢明碼糾錯，以提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力及可靠性。一般來說接收碼組與A不一定相同。若設(shè)接收碼組為一n列的行矩陣B，即（2-10）則發(fā)送碼組和接收碼組之差為（2-11）E就是傳輸中產(chǎn)生的錯碼行矩陣（2-12）若ei=0，表示接收碼元無錯誤，若ei=1，則表示該接收碼元有錯。式（2-12）可改寫成（2-13）若E=0，即接收碼組無錯,則，將它代人式（2-7），該是仍成立，即有（2-14）當接收碼組有錯時，E≠0，將B帶入式（2-7）后，該式不一定成立。在未超過檢錯能力時，式（2-17）不成立。假設(shè)此時式（2-14）的右端為S,即（2-15）將代入式（2-15），可得（2-16）由式（2-7）可知，所以（2-17）此處S與前面的有著一一對應(yīng)關(guān)系，則S能代表錯碼位置。因此，糾錯原理即，接收端收到碼組后按式（2-15）計算出S,再根據(jù)表2-3判斷錯碼情況，進行差錯糾正。2.4.3漢明碼matlab函數(shù)介紹MATLAB中提供了漢明碼的編碼和譯碼函數(shù)，本程序直接調(diào)用進行編程。=1\*GB3①encode函數(shù)功能：編碼函數(shù)語法：code=encode(msg,N,K,’hamming’)說明：該函數(shù)對二進制信息msg進行漢明編碼，K為信息位長度，N為碼字長度。msg是一個K列矩陣。=2\*GB3②decode函數(shù)功能：譯碼函數(shù)語法：rcvcode=decode(code,N,K,’hamming’)說明：該函數(shù)對接受碼字進行譯碼，恢復(fù)出原始信息，譯碼參數(shù)及方式必須和編碼時采用的完全相同。2.5頻帶調(diào)制2FSK2.5.12FSK信號的產(chǎn)生2FSK是利用數(shù)字基帶信號控制在波的頻率來傳送信息。例如，1碼用頻率f1來傳輸，0碼用頻率f2來傳輸，而其振幅和初始相位不變。故其表示式為（2-18）式中，假設(shè)碼元的初始相位分別為和；和為兩個不同的碼元的角頻率；幅度為A為一常數(shù)，表示碼元的包絡(luò)為矩形脈沖。2FSK信號的產(chǎn)生方法有兩種：模擬法，即用數(shù)字基帶信號作為調(diào)制信號進行調(diào)頻。如圖2.4（a）所示。（2）鍵控法，用數(shù)字基帶信號及其反相分別控制兩個開關(guān)門電路，以此對兩個載波發(fā)生器進行選通。如圖2.4（b）所示。這兩種方法產(chǎn)生的2FSK信號的波形基本相同，只有一點差異，即由調(diào)頻器產(chǎn)生的2FSK信號在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)的，而鍵控法產(chǎn)生的2FSK信號，則分別有兩個獨立的頻率源產(chǎn)生兩個不同頻率的信號，故相鄰碼元的相位不一定是連續(xù)的。(a)(b)圖2.42FSK信號產(chǎn)生原理圖由鍵控法產(chǎn)生原理可知，一位相位離散的2FSK信號可看成不同頻率交替發(fā)送的兩個2ASK信號之和，即（2-19）其中是脈寬為的矩形脈沖表示的NRZ數(shù)字基帶信號。其中，為的反碼，即若，則；若，則。2.5.2FSK信號的調(diào)制方法 移頻鍵控(FSK)：用數(shù)字調(diào)制信號的正負控制載波的頻率。當數(shù)字信號的振幅為正時載波頻率為f1，當數(shù)字信號的振幅為負時載波頻率為f2。有時也把代表兩個以上符號的多進制頻率調(diào)制稱為移頻鍵控。移頻鍵控能區(qū)分通路，但抗干擾能力不如移相鍵控和差分移相鍵控。他的主要調(diào)制方法有以下兩種:方法一：用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調(diào)頻。模擬調(diào)頻器模擬調(diào)頻器圖2.52FSK信號的產(chǎn)生(一)方法二:鍵控法載波發(fā)生器載波發(fā)生器載波發(fā)生器載波發(fā)生器鍵控法是利用矩形脈沖來控制開關(guān)電路對兩個不同獨立頻率源進行選通。2.5.3FSK解調(diào)的方法常見的FSK解調(diào)方法有兩種:相干解調(diào)法與非相干解調(diào)法.現(xiàn)在我將對這兩種解調(diào)方法做具體分析。（1）相干解調(diào)法FSK信號可以采用兩個乘法檢測器進行相干檢測。原理如下圖所示圖2.7FSK信號的相干檢測原理圖因為線性變換的階數(shù)變化不影響結(jié)果，所以圖中乘法器輸出端的LPF組被一個低通濾波器代替。發(fā)送的信號分別為：，(2-20)(2-21)公式(2-20)和公式(2-21)分別表示數(shù)據(jù)1或數(shù)據(jù)2時的發(fā)送信號.其中頻移量為,當時,接收機輸入端的信號為FSK信號加上高斯噪聲.相干檢測的優(yōu)點在于性能比非相干檢測好.然后采用相干采用檢測時必須可以獲取相干參量.這些相干參量一般從包含噪聲的輸入信號中獲取,因此它們也受噪聲的影響.這些因素都將使誤碼率比用前面的公式中得到的結(jié)果要高.提取截波參量的電路往往比較復(fù)雜且價格昂貴.所以我們也愿意忍受稍差一點的性能而采用非相干電路以降低價格.（2）非相干解調(diào)法中心頻率為中心頻率為f1的帶通濾波器中心頻率為f2的帶通濾波器包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器抽樣判決器FSK輸入抽樣脈沖輸出圖2.8FSK解調(diào)的非相干檢測原理圖輸入端信號有FSK信號加上功率譜密度為的高斯白噪聲組成。圖中帶通濾波器的帶寬為。假定頻率偏移量足夠大，于是和頻譜的重疊部分可以忽略。通過計算下列公式可得誤碼率:(2-22)當接收機輸入端只有信號的時候,若發(fā)送的數(shù)據(jù)為1,加法器的輸入為。因為對稱性以及上下邊帶接收機輸出噪聲的相似性，所以最優(yōu)門限為。同樣，在給定的條件下的條件概率密度函數(shù)與給定的條件下的條件概率密度函數(shù)也相似。即(2-23)將(2-53)的結(jié)果帶入(2-52),可得其誤碼率為:(2-24)如圖2.12所示,當上邊帶輸出大于下邊帶的輸出時,為正定信號.于是(2-25)對應(yīng)于接收機輸入端為數(shù)據(jù)0加噪聲的情形,我們知道上邊帶帶通濾波器的輸出僅為高斯噪聲(無信號).于是上邊帶通道包絡(luò)檢波器的輸出服從瑞利分布的噪聲.另一方面,下通道輸出具有萊斯分布,因為下邊帶通道的包絡(luò)檢波器的輸入端為正弦信號加上噪聲.因此經(jīng)過計算可以知道誤碼率為:(2-26)通過積分表可以查出,對于FSK信號的非相干檢測,誤碼率為:(2-27)其中每比特的平均能量為并且。是輸入噪聲的功率譜密度，是每個帶通濾波器的等效帶寬?？梢运愕氖剑?-37）是滿足無碼間串擾的最小濾波器帶寬的情形。比較FSK信號的相干檢測和FSK信號的非相干檢測的誤碼性能，我們看到，當誤碼率小于時，F(xiàn)SK信號的非相干檢測僅需比相干檢測高1dB的信噪比（）。因為不需要產(chǎn)生影響和提取參考信號，所以FSK信號的非相干檢測接收機比FSK信號相干檢測接收機簡單得多，于是在實際系統(tǒng)中，幾乎所有FSK信號接收機都是使用非相干檢測的。2.6衰落信道瑞利衰落信道（Rayleighfadingchannel）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，表現(xiàn)為“衰落”特性，并且多徑衰落的信號包絡(luò)服從瑞利分布。由此，這種多徑衰落也稱為瑞利衰落。這一信道模型能夠描述由電離層和對流層反射的短波信道，以及建筑物密集的城市環(huán)境。瑞利衰落只適用于從發(fā)射機到接收機不存在直射信號的情況，否則應(yīng)使用萊斯衰落信道作為信道模型。假設(shè)經(jīng)反射（或散射）到達接收天線的信號為N個幅值和相位均隨機的且統(tǒng)計獨立的信號之和。信號振幅為r,相位為,則其包絡(luò)概率密度函數(shù)為P(r)=(r0)（2-28）相位概率密度函數(shù)為：P()=1/2（）（2-29）3仿真結(jié)果3.1原始信號在仿真中構(gòu)造的原始時間函數(shù)為：xt=sin(2*pi*120*t)，時域區(qū)間以0.01為間隔采樣取點N個。圖3-1原始信號3.2PCM編碼仿真對原始信號進行PCM編碼，采取八位均勻量化。編碼結(jié)果如下：圖3-2PCM編碼序列由于采用八位均勻量化，即原來一個買重采樣信號用八位BIT數(shù)表示。3.3MIller編碼仿真圖3-3Miller編碼序列3.4Hamming編碼信號圖3-4Hamming編碼序列漢明編碼由生成矩陣生成，本次設(shè)計采用（7，4）漢明碼編碼規(guī)則。3.5FSK調(diào)制信號圖3-5ASK調(diào)制序列3.6衰落信號處理圖3-6AWGN處理3.7FSK解調(diào)信號圖3-7ASK解調(diào)信號本設(shè)計采用非相干解調(diào)，即包絡(luò)解調(diào)。調(diào)制信號先通過一個LPF包絡(luò)解調(diào)濾波器：signal3=filter(num1,1,signal2)，然后進行中值峰區(qū)判定。閾值設(shè)為0.5。3.8Hanmming解碼信號圖3-8Hamming解碼信號Hamming解碼結(jié)果對比原信號正確無誤。3.9Miller解碼信號圖3-9Miller解碼信號Miller解碼結(jié)果對比原信號正確無誤。3.10PCM解碼信號圖3-10PCM解碼序列在該例子中信號正?；謴?fù)，N=125,noise=7。并且信噪比為7的時候，誤碼率為0。推廣到一般情況，當信噪比小于5，出現(xiàn)信噪比急劇下降。4總結(jié)在這次課程設(shè)計中，我通過多方面地查找搜集資料，對PCM調(diào)制、Miller碼，漢明碼、FSK調(diào)制解調(diào)以及衰落信道都進行深入理解分析，對通信系統(tǒng)的，成功地通過對MATLAB7.0的運用完成了對通信系統(tǒng)的仿真實現(xiàn)。在這次課程設(shè)計中，我主要學習了如何通過MATLAB程序進行通信系統(tǒng)的仿真，對任意的信號進行信源編碼，信道編碼，通過信道，再經(jīng)過相應(yīng)的解碼來恢復(fù)原信號。通過仿真，更加深刻的理解了通信原理中學到的信源編碼、信道編碼、調(diào)制等的相關(guān)理論知識，對這些知識點有了進一步的掌握，對通信系統(tǒng)的流程更有了宏觀的把握。通過本次課程設(shè)計，我學到很多東西，提高了我們的邏輯思維能力，使我們在matlab仿真的分析與設(shè)計上有了很大的進步。加深了我對通信系統(tǒng)的認識，進一步增進了對其原理及仿真方法實現(xiàn)的了解。在編寫程序時，遇到很多不能仿真的東西，通過查閱參考書和網(wǎng)絡(luò)到，解決了仿真的問題。不是每一個模塊找到程序之后就可以讓整個通信系統(tǒng)都能仿真出來，而是要進行融合，才能讓仿真得以實現(xiàn)，所以對各個函數(shù)的理解及運用都要弄清楚。在讀懂編寫修改程序的過程中，讓我更加了解了整個通信系統(tǒng)的工作原理并且通過仿真分析加深了對原理的理解，體會到了理論與實際的相結(jié)合。5參考文獻[1]JohnG.Proakis.通信系統(tǒng)工程（第二版）[m].北京：電子工業(yè)出版社.2007[2]孫青卉，董廷山.通信技術(shù)基礎(chǔ)[m].北京：人民郵電出版社.2008[3]樊昌信,曹麗娜.通信原理（第六版）.北京：國防工業(yè)出版社.2006.[4]達新宇，陳樹新，王瑜，林家薇.通信原理教程[m].北京：北京郵電大學出版社.2005[5]張平.matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用.北京航空航天大學出版社.2007[6]劉泉.《通信電子線路》.武漢理工大學出版社.2004年9月附錄clearclcT=0.001;t=-0.01:T:0.01;fs=1000;sdt=1/fs;t1=-0.01:sdt:0.01;xt=sin(2*pi*120*t);st=sin(2*pi*120*t1);figuresubplot(3,1,1)plot(t,xt)title('原始信號');gridonsubplot(3,1,2)stem(t1,st,'.')title('抽樣信號')gridon%PCM量化編碼sMax=max(abs(st));n=length(st);M=max(st)A=(st/M)*2048;code=zeros(n,8);fori=1:nifA(i)>=0code(i,1)=1;elsecode(i,1)=0;endifabs(A(i))>=0&&abs(A(i))<16code(i,2)=0;code(i,3)=0;code(i,4)=0;step=1;start=0;elseifabs(A(i))>=16&&abs(A(i))<32code(i,2)=0;code(i,3)=0;code(i,4)=1;step=1;start=16;elseifabs(A(i))>=32&&abs(A(i))<64code(i,2)=0;code(i,3)=1;code(i,4)=0;step=2;start=32;elseifabs(A(i))>=64&&abs(A(i))<128code(i,2)=0;code(i,3)=1;code(i,4)=1;step=3;start=64;elseifabs(A(i))>=128&&abs(A(i))<256code(i,2)=1;code(i,3)=0;code(i,4)=0;step=4;start=128;elseifabs(A(i))>=256&&abs(A(i))<512code(i,2)=1;code(i,3)=0;code(i,4)=1;step=5;start=256;elseifabs(A(i))>=512&&abs(A(i))<1024code(i,2)=1;code(i,3)=1;code(i,4)=0;step=6;start=512;elseifabs(A(i))>=1024&&abs(A(i))<=2048code(i,2)=1;code(i,3)=1;code(i,4)=1;step=7;start=1024;endB=floor((abs(A(i))-start)/step);t=dec2bin(B,4)-48;code(i,5:8)=t(1:4);endcode1=reshape(code',1,8*n);figure(2)stem(code1)title('PCM編碼信號')axis([150,01.5])%MillerCodingmiller=Millercoding(code1);miller;figure(3)stem(miller)title('Miller編碼信號')axis([150,01.5])%HammingCode(7,4)hamming=Hammingcoding(miller);figure(4)stem(hamming)title('Hamming編碼信號')axis([150,01.5])%FSKModulationfc1=2000;%信號為0時的頻率fc1fc2=5000;%信號為1時的頻率fc2fb=1000;%波特率ffs=32000;%采樣頻率64kHz(中頻采樣定理)fsflag_k=1;[fsksig,fs,fb,fc1,fc2]=fsk(hamming,fs,fb,fc1,fc2,flag_k);%fsk調(diào)制l_fsksig=length(fsksig)%24n*fs/fb%噪聲Raylei=Rayleighchannel(fsksig);%幅值放大，加噪聲figure(6)stairs(Raylei)title('加噪聲后信號')axis([17002000,-1.51.5])%FSKDemodulation[newCode,x_p]=fskdet(fsksig,fs,fb,fc1,fc2,flag);%fsk解調(diào)l_newCode=length(newCode)%24n%HammingDecodehammingde=Hammingdecoding(newCode);figure(8)subplot(2,1,1)stem(miller)title('理論信號（Miller編碼信號）')axis([150,01.5])subplot(2,1,2)stem(hammingde,'r')title('Hamming解碼信號')axis([150,01.5])fprintf('Hamming解碼信號誤碼個數(shù):')errornum2=biterrornum(hammingde,miller)%MillerDecodingmillerde=Millerdecoding(hammingde);millerde;figure(9)subplot(2,1,1)stem(code1)title('理論信號(PCM編碼信號)')axis([150,01.5])subplot(2,1,2)stem(millerde,'r')title('Miller解碼信號')axis([150,01.5])fprintf('Hamming解碼信號誤碼個數(shù):')errornum3=biterrornum(millerde,code1)%PCMDecodingnewSignal=PCM_DE(millerde,sMax);%正弦信號figure(10)plot(newSignal);zoomxon;title('newSignal');%不同信噪比誤碼率計算sn=abs(millerde-code1);fprintf('系統(tǒng)誤碼率：')BER=errornum3/length(code1)子程序：functionMiller=Millercoding(x)m=length(x);Miller=zeros(1,2*m);f=0;d=1;fori=1:m%若原碼為1，則交替為10或者01ifx(i)==1Miller(2*i-1)=f;Miller(2*i)=not(f);f=not(f);d=1;%若原碼為0else%前一個碼為1ifd==1Miller(2*i-1)=f;Miller(2*i)=f;d=0;%前一個碼為0elsef=not(f);Miller(2*i-1)=f;Miller(2*i)=f;d=0;endendendreturn;functionf=Hammingcoding(code)n=length(code);N=fix(n/4);G=[1000111;0100110;0010101;0001011];a=zeros(1,4);b=zeros(1,7);hamming=zeros(1,7*N);fori=1:Nforj=1:4a(j)=code((i-1)*4+j);endb=mod(a*G,2);forj=1:7hamming((i-1)*7+j)=b(j);endendf=hamming;function[y1,fs,fb,fc1,fc2]=fsk(x,fs,fb,fc1,fc2,flag);%%%x:bitstream;%%(fs:samplingfre;fb:bitrate;fc:carrierfre)%%y:已調(diào)信號%%%ifnargin<5;fc2=2.5;end;ifnargin<4;fc1=2;end;ifnargin<3;fb=1;end;ifnargin<2;fs=32;end;ifnargin<1;x=[0011100101100010];end;T=length(x)/fb;m=fs/fb;dt=1/fs;t=0:dt:T-dt;xx=2*reshape(repmat(x',1,m)',1,length(x)*m)-1;%RecPulse(x,m,2);%基帶信號y1=(xx>=0).*sin(2*pi*fc1*t)+(xx<0).*sin(2*pi*fc2*t);%FS%圖像%ifflag==1;figure(2)subplot(211);plot(t,y1,t,xx*.5,[0T],[00],'b:');title('Signalafterfsk');n=length(y1);y=fft(y1)/n;y=abs(y(1:fix(n/2)))*2;I=find(y<1e-04);y(I)=1e-04;%x=20*log10(x);f1=m/n;f=0:f1:(length(y)-1)*f1;subplot(212);plot(f,y,'r');gridon;title('fskSpectrum');xlabel('f/kHz');zoomxon;set(gcf,'num','off','name',['FSKmodulation',blanks(10)]);end;function[y_out]=Rayleighchannel(SignalInput)LengthOfSignal=length(SignalInput);%信號長度(最好大于兩倍fc)fm=51;%最大多普勒頻移fc=510;%載波頻率delay=[03171109173251];power=[0-1-9-10-15-20];%dBy_in=[zeros(1,delay(6))SignalInput];%為時移補零y_out=zeros(1,LengthOfSignal);%用于信號輸出fori=1:6f=1:2*fm-1;%通頻帶長度y=0.5./((1-((f-fm)/fm).^2).^(1/2))/pi;%多普勒功率譜（基帶）Sf=zeros(1,LengthOfSignal);Sf1=y;%多普勒濾波器的頻響Sf(fc-fm+1:fc+fm-1)=y;%基帶映射到載波頻率上x1=randn(1,LengthOfSignal);x2=randn(1,LengthOfSignal);nc=ifft(fft(x1+i*x2).*sqrt(Sf));%同相分量x3=randn(1,LengthOfSignal);x4=randn(1,LengthOfSignal);ns=ifft(fft(x3+i*x4).*sqrt(Sf));%正交分量r0=(real(nc)+j*real(ns));%瑞利信號r=abs(r0);%瑞利信號幅值y_out=y_out+r.*y_in(delay(6)+1-delay(i):delay(6)+LengthOfSignal-delay(i))*10^(power(i)/20);end;function[xn,x]=fskdet(y,fs,fb,fc1,fc2,flag);%%Usage:FSK解調(diào)(相干解調(diào)方式)%%%y:FSKwave;%%(fs:samplingfre;fb:bitrate;fc:carrierfre)%%x:解調(diào)輸出碼流；xn:解調(diào)輸出脈沖信號波形%%%ifnargin<5;fc2=2.5;end;ifnargin<4;fc1=2.0;end;ifnargin<3;fb=1;end;ifnargin<2;fs=32;end;%%dt=1/fs;n=length(y);t=(0:n-1)*dt;[b,a]=butter(4,2*fb/fs);[b1,a1]=cheby1(3,.5,2*fc1/fs,'high');y1=filtfilt(b1,a1,y).*sin(2*pi*fc1*t);y1=filtfilt(b,a,y1);[b2,a2]=cheby1(3,.5,2.5*fc1/fs,'high');y2=filtfilt(b2,a2,y).*sin(2*pi*fc2*t);y2=filtfilt(b,a,y2);%判決%m=fs/fb;N=n/m;n=(.75:1:N)*m;%N--碼元數(shù)；m--每個碼元的采樣點數(shù)x=y1-y2;xn=(sign(x(n))+1)/2;%圖像%ifflag==1figure(3)%InputFSK%subplot(211);plot(t,y);title('Inputchannelsignal');%解調(diào)后脈沖波形%subplot(212);plot(t,x,t,sign(x)*.3);c='bbbbbbbbrrrrrrrr';set(gca,'ygrid','on');v=axis;fori=1:N;%碼符號(1/0)ci=rem(i,16);ci=ci+(ci==0)*16;ci=c(ci);text((2*i-1)*m*dt/2,v(4)*.8,int2str(xn(i)),...'color',ci,'hor','center');end;title('codeafterfskdemodulation');set(gcf,'num','off','name',['FSKdemodulation',blanks(10)]);end;zoomxon;functiong=Hammingdecoding(code)N=fix(length(code)/7);b=zeros(1,7);hammingde=zeros(1,4*N);H=[1110100;1101010;1011001];%監(jiān)督矩陣fori=1:NE=zeros(1,7);forj=1:7b(j)=code((i-1)*7+j);endS=mod(b*H',2);m=0;forj=1:7ifS==H(:,j)'m=1;E(j)=1;%檢出錯，E相應(yīng)位置1endendb=mod(b-E,2);forj=1:4hammingde((i-1)*4+j)=b(j);endendg=hammingde;functiondemiller=Millerdecoding(x)m=length(x);demiller=zeros(1,m/2);fori=1:2:mifx(i)==x(i+1)demiller((i+1)/2)=0;elsedemiller((i+1)/2)=1;endendfunctionS=PCMdecoding(Range,code)s=0;fori=1:7s=s+code(i+1)*(2^(7-i));ends=s/128*2;ifcode(1)==0s=s*(-1);endS=s;functionS=PCM_DE(code_lin,sMax)%將8*N行1列的矩陣轉(zhuǎn)換為N行8列矩陣code=zeros(length(code_lin)/8,8);i=1;j=1;form=1:length(code_lin)ifj>8i=i+1;j=1;endcode(i,j)=code_lin(m);j=j+1;%m=m+1;end%code_n=codek=zeros(1,length(code_lin)/8);sCode=size(code,1);%求出輸入碼組的個數(shù)a=[0,16,32,64,128,256,512,1024];%段落起點值b=[1,1,2,4,8,16,32,64];%每段的最小量化間隔c=[0,1.5:15.5];%段內(nèi)碼平均值form=1:sCodet1=code(m,1);%取符號t2=code(m,2)*4+code(m,3)*2+code(m,4)+1;%判斷段落位置t3=code(m,5)*8+code(m,6)*4+code(m,7)*2+code(m,8);%判斷段內(nèi)位置ift3==0%段內(nèi)碼為零時k(m)=a(t2)/2048*sMax;elsek(m)=(a(t2)+b(t2)*c(t3))/2048*sMax;%還原出量化后的電平值end%判斷符號位ift1==0S(m)=-k(m);elseS(m)=k(m);endendS=S';End本科生課程設(shè)計成績評定表姓名性別男專業(yè)、班級通信班課程設(shè)計題目：課程設(shè)計答辯或質(zhì)疑記錄：成績評定依據(jù)：最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)教師簽字：年月日基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣