1、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System View）,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 X2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Abstract II1. 設(shè)計(jì)任務(wù)12. 實(shí)驗(yàn)電路原理

2、分析22.1增量調(diào)制原理22.2 Miller 碼原理 32. 3循環(huán)碼原理32.4 PSK 原理32. 5衰落信道原理43. 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析54. 總結(jié)105. 參考文獻(xiàn)10附錄11一個(gè)典型的數(shù)字通信系統(tǒng)包括信源，發(fā)送設(shè)備，信道，接收設(shè)備，信宿。其屮發(fā)送 設(shè)備包括編碼與調(diào)制，接收設(shè)備包括解調(diào)和譯碼。本文采用增量調(diào)制進(jìn)行數(shù)字化，對(duì)信源 采用Miller碼進(jìn)行編碼，采用PSK進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，同時(shí)對(duì)衰落信道進(jìn)行循環(huán)編解碼，從而 設(shè)計(jì)一個(gè)典型的通信系統(tǒng)模型。MATLAB是MathWorks公司推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件，其強(qiáng)大的 計(jì)算和圖形功能使其在科學(xué)計(jì)算和工程領(lǐng)域贏得了眾多的用戶o

3、 MATLAB是-種編程語言 和可視化工具，它能對(duì)數(shù)據(jù)以圖形的方式顯示出來，使數(shù)據(jù)間的關(guān)系明了。關(guān)鍵詞：增量調(diào)制，Miller碼，循環(huán)碼，PSK,衰落信道AbstractA typical digital communication system including source, the sending device, channel, receiving device, the sink. Wherein the coding and modulation transmission apparatus comprising, a receiving apparatus includes a

4、 demodulation and decoding. In this paper, the digital delta modulation of the source code using the Miller encoding using PSK modulation and demodulation, while the fading channel codec cycle to design a typical communication system model.Math Works MATLAB is a high-performance company launched num

5、erical computation and visualization software, its powerful computing and graphics capabilities make it in scientific computing and engineering fields has won many users. MATLAB is a programming language and visualization tools, the data can be displayed graphically, so that the relationship between

6、 the data and clear.Keywords: delta modulation , Miller codes, cyclic codes , PSK, fading channeII1設(shè)計(jì)任務(wù)利用Matlab設(shè)計(jì)完成一個(gè)典型的通信系統(tǒng)（如圖1所示）。首先是要具有信源，信源 包括模擬和數(shù)字信號(hào)兩種。其次，輸入信號(hào)經(jīng)過編碼，在通過某種調(diào)制方式送入信道。在 傳輸信道屮由于加丄了噪聲的干擾，因此，輸出信號(hào)先進(jìn)過解調(diào)，再進(jìn)行譯碼，最終在接 收端收到原始的輸入信號(hào)。|發(fā)送設(shè)備圖1典型的通信系統(tǒng)其中:信源為正弦信號(hào)，數(shù)字化方式為増量調(diào)制, 基帶碼為Mi Iler碼， 信道碼為循環(huán)碼，調(diào)制方式為

7、PSK,信道類型為衰落信道。2.實(shí)驗(yàn)電路原理分析2.1增量調(diào)制原理增量調(diào)制是由PCM發(fā)展而來的模擬信號(hào)數(shù)字化的一種編碼方式，它是PCM的一利呻寺例。 增量調(diào)制編碼基木原理是指用一位編碼，這一位碼不是表示信號(hào)抽樣值的大小，而是表示 抽樣幅度的增量特性，即采用一位二進(jìn)制數(shù)碼“1”或“0”來表示信號(hào)在抽樣吋刻的值相 對(duì)于前一個(gè)抽樣吋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)于前一個(gè)時(shí)刻的增減，不表示信號(hào)的絕對(duì)值。增量調(diào)制最主要的特點(diǎn)就是它所產(chǎn)生的二進(jìn)制代碼表示模擬信號(hào)前后兩個(gè)抽樣值的 差別（增加、還是減少）而不是代表抽樣值本身的大小，因此把

8、它稱為增量調(diào)制。在增量調(diào) 制系統(tǒng)的發(fā)端調(diào)制后的二進(jìn)制代碼1和0只表示信號(hào)這一個(gè)抽樣吋刻相對(duì)于前一個(gè)抽樣吋 刻是增加（用1碼）還是減少（用0碼）。收端譯碼器每收到一個(gè)1碼，譯碼器的輸出相對(duì)于 前一個(gè)吋刻的值上升一個(gè)量化階，而收到一個(gè)0碼，譯碼器的輸出相對(duì)于前一個(gè)時(shí)刻的值 下降一個(gè)量化階。增量調(diào)制（DM）是DPCM的一種簡(jiǎn)化形式。在增量調(diào)制方式下，采用1比特量化器，即用1 位二進(jìn)制碼傳輸樣值的增量信息，預(yù)測(cè)器是一個(gè)單位延遲器，延遲一個(gè)采樣時(shí)可問隔。預(yù)測(cè) 濾波器的分子系數(shù)向量是0,1,分母系數(shù)為U半前樣值與預(yù)測(cè)器輸出的前一樣值相比較, 如果其差值大于零，則發(fā)1碼,如果小于零則發(fā)0碼。增量調(diào)制系統(tǒng)框圖

9、如圖2所示，其屮 量化器是一個(gè)零值比較器，根據(jù)輸入的電平極性,輸出為5 ,預(yù)測(cè)器是一個(gè)單位延遲器，其 輸出為前一個(gè)采樣吋刻的解碼樣值，編碼器也是一個(gè)零值比較器，若其輸入為負(fù)值，則編碼 輸出為0,否則輸出為1。解碼器將輸入1, 0符號(hào)轉(zhuǎn)換為5 ,然后與預(yù)測(cè)值相加后得出解碼 樣值輸出，同時(shí)也作為預(yù)測(cè)器的輸入。圖2增量調(diào)制原理框圖2.2 Miller碼原理Miller碼也稱延遲調(diào)制碼，是一種變形雙向碼。其編碼規(guī)則：對(duì)原始符號(hào)“1”碼元起 始不躍變，中心點(diǎn)出現(xiàn)躍變來表示,即用10或01表示。對(duì)原始符號(hào)“0”則分成單個(gè)“0” 還是連續(xù)“0”予以不同處理；單個(gè)“0”時(shí)，保持0前的電平不變，即在碼元邊界處電

10、平 不躍變，在碼元屮間點(diǎn)電平也不躍變；對(duì)于連續(xù)“0” ,則使連續(xù)兩個(gè)“0”的邊界處發(fā)生 電平躍變。2. 3循環(huán)碼原理在線性分組碼屮，有一種重要的碼稱為循環(huán)碼。它是在嚴(yán)密的代數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)上建立 起來的。這種碼的編碼和解碼都不太復(fù)雜，而且檢(糾)錯(cuò)能力較強(qiáng)。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)一位以后，仍為該碼組屮的 一個(gè)碼組。循環(huán)碼的編碼原理如下：在編碼下，首先要根據(jù)給定的(m k)值選定生成多項(xiàng)式g (x),即從(xF+1)的因子屮選擇一個(gè)(nk)次多項(xiàng)式作為g (x)o由于所有碼多項(xiàng)T (x)都可以被g (x)整除。根據(jù)這條原則，就可以對(duì)給定的信息位進(jìn)行編

11、碼，設(shè)m (x) 為信息碼多項(xiàng)式，其次數(shù)小于k。用xFk乘m(x),得到的xAn-k*m(x)的次數(shù)必定小于門。 用g(x)除xAn-k*m(x),得到余式r(x), r (x)的次數(shù)必定小于g (x)的次數(shù)，即小于(n-k)o 將此余式r(x)加于信息位Z后作為監(jiān)督位，即將r(x)和xAn-k*m(x)相加，得到的多項(xiàng)式必 定是一個(gè)碼多項(xiàng)式。循環(huán)碼的解碼原理為：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)的的解 碼原理十分簡(jiǎn)單。由于任一個(gè)碼組多項(xiàng)式T(x)都應(yīng)該能被生成多項(xiàng)式g(x)整除，所以在接 收端可以將接收碼組R(x)用原生成多項(xiàng)式g(x)去除。當(dāng)傳輸屮未發(fā)生錯(cuò)誤吋，接收碼組與 發(fā)送碼

12、組相同，即R(x)=T(x),故接收碼組R(x)必定能被g(x)整除 若碼組在傳輸過程屮發(fā) 生錯(cuò)誤，則R(x)不等于T(x), R(x)被g(x)除時(shí)可能除不盡而有余項(xiàng)，即有R(x)/g(x)=Q(x)+r(x)/g(x)公式(1)2. 4 PSK原理相位偏移調(diào)制，乂稱移和鍵控(PSK, Phase Shift Keying)是一種利用相位差界的信 號(hào)來傳送資料的調(diào)制方式。該傳送信號(hào)必須為正交信號(hào)，其基底更須為單位化信號(hào)。一個(gè) 信號(hào)所代表的數(shù)學(xué)公式：公式(2)+一般調(diào)制信號(hào)的改變部份可分為幅度A (ASK用)、相位 (PSK用)及頻率人(FSK 用)三種。其屮PSK即利用相位差異來產(chǎn)生的調(diào)制方

13、式。當(dāng)發(fā)送數(shù)字“0”吋，用和位“0” 表示，當(dāng)發(fā)送數(shù)字“1”時(shí)，用相位“刀”表示。因此已調(diào)信號(hào)只是代表調(diào)制信號(hào)的相位 變換，而不是信代表號(hào)本身。2. 5衰落信道原理瑞利衰落信道(Rayleigh fading channel)是一種無線電信號(hào)傳播環(huán)境的“統(tǒng)計(jì)模型 (statistical model) n。這種模型假設(shè)信號(hào)通過無線信道之后，其信號(hào)幅度(amplitude)是隨 機(jī)的，即“衰落(fading) n ,并且其包絡(luò)(envelope)服從瑞利分布(Rayleigh distribution)。這-信道模型能夠描述由電離層和對(duì)流層反射的短波信道，以及建筑物密集的城市環(huán) 境。瑞利衰落丿I

14、適用于從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)不存在直射信號(hào)(LoS, Line of Sight)的情況， 否則應(yīng)使用萊斯衰落信道(Ricean fading channel)作為信道模型。瑞利衰落能有效描述存在能夠大量散射無線電信號(hào)的障礙物的無線傳播環(huán)境。若傳播環(huán)境 屮存在足夠多的散射，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)屮心極限定理，則這-無線信道的沖激響應(yīng)將是一個(gè)高斯過程。如果這一散射信道屮 不存在主要的信號(hào)分量，通常這-條件是指不存在直射信號(hào)(LoS),則這-過程的均值 為0,且相位服從0到幺刀的均勻分布。即，信道響應(yīng)的包絡(luò)服從瑞利分布。若信道屮存在一主要分量，例如直射信號(hào)(Lo

15、S),則信道響應(yīng)的包絡(luò)服從萊斯分彳IJ, 對(duì)應(yīng)的信道模型為萊斯衰落信道。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。圖屮所示即為一固定信號(hào)通過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100Hz,在 GSM 1800MHz的載波頻率上，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。193.實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析輸入信號(hào)為正弦信號(hào)，經(jīng)過增量調(diào)制后，變換為二進(jìn)制序列，如下圖3所示。圖3增量調(diào)制0.002 0.004

16、 0.006 0.0080.01 0.012 0.014 0.016 0.0180.02將經(jīng)過增量調(diào)制以后的信號(hào)再進(jìn)行Miller編碼，有編碼規(guī)則可知，此吋輸岀的Miller 編碼信號(hào)的長(zhǎng)度是輸入信號(hào)的2倍，見下圖4。密勒編碼信號(hào)圖4 Miller編碼本次課程設(shè)計(jì)屮，采用循環(huán)編碼作為信道編碼，且Mat lab提供專門的產(chǎn)生循環(huán)碼的函 數(shù)，因此利用已經(jīng)提供的函數(shù)，可得出此時(shí)設(shè)計(jì)屮循環(huán)編碼信號(hào)如下圖5所示。循環(huán)編碼信號(hào)圖5循環(huán)編碼信號(hào)信號(hào)經(jīng)過循環(huán)編碼以后，要進(jìn)行PSK調(diào)制。輸入信號(hào)作為基帶信號(hào)被加載在高頻載波 上，利用相位變化進(jìn)行調(diào)制，輸出結(jié)果如下圖6所示。二進(jìn)制信號(hào)序列2PSK調(diào)制信號(hào)2 050

17、01000150020002500300035004000圖6 2PSK編碼調(diào)制信道為衰落信道，由下圖7可知，信號(hào)在進(jìn)入該衰落信道Z后，輸出信號(hào)的幅度減小, 相位也發(fā)生了畸變。信源信號(hào)00.20.40.60.811.21.41.61.82-1圖7瑞利衰落信道此時(shí)，信號(hào)完成了所有的調(diào)制過程，信號(hào)從信道小傳輸出來，接收端要收到和信源信 號(hào)一樣的接收信號(hào)，則必需對(duì)信道輸出信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，如下圖8,是信號(hào)經(jīng)過2PSK解調(diào) 之后的波形。圖8 2PSK解調(diào)信號(hào)經(jīng)過2PSK解調(diào)Z后的信號(hào)再進(jìn)行循環(huán)解碼，如下圖9所示。循環(huán)解碼信號(hào)圖9循環(huán)解碼信號(hào)輸岀循環(huán)解碼信號(hào)還耍經(jīng)過Miller譯碼，如下圖10所示。Mill

18、e譯碼信號(hào)2 illitit1.5 -10.5 -0 - -0.5 -1-15 2IIiIII1| 00.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02圖10 Miller譯碼信號(hào)輸出最終,Miller譯碼信號(hào)要經(jīng)過增量解調(diào)才能恢復(fù)成原始信號(hào)，如下圖11所示。信源信號(hào)圖13增量解碼輸出信號(hào)由丄述一系列圖屮，我們可以看出原始輸入信號(hào)在經(jīng)過增量調(diào)制，Miller編碼，循環(huán) 調(diào)制，2PSK調(diào)制，衰落信道，2PSK解調(diào)，循環(huán)解調(diào)，Miller譯碼以及增量解調(diào)Z后，接 收到的信號(hào)基本丄能還原成原始的輸入信號(hào)。當(dāng)然在整個(gè)信息傳輸過程傳輸屮，不可避免 地會(huì)產(chǎn)生細(xì)

19、微的誤差，增量調(diào)制解調(diào)，2PSK的調(diào)制解調(diào)過程都會(huì)引起信號(hào)發(fā)生吋延等崎 變，造成誤差的產(chǎn)生，在設(shè)計(jì)過成功屮我們應(yīng)當(dāng)通過多次試驗(yàn)選擇最佳結(jié)果。4.總結(jié)5.參考文獻(xiàn)附錄MATLAB程序代碼：%信源Ts=le-3;t=0:Ts:20*Ts;x=sin (2*pi*50*t);%增量調(diào)制delta=O . 2;%量化階距D(l + length(t) )=0;%預(yù)測(cè)器初始狀態(tài)for k=l:length(t)e (k) =x (k) -D (k) ;%誤差信號(hào)e_q (k) =delta* (2* (e (k) = 0) -1);鳥量化器輸dlD(k + l)=e_q(k)+D(k) ;%延遲器狀態(tài)更

20、新y (k) = (e_q (k) 0) ;%編碼輸出endfigure (1)subplot (2,1,1);plot (t, X, 1-o 1 );axis ( 0 20*Ts -2 2);subplot (2,1,2);stairs (t z y);axis ( 0 20*Ts -2 2);title (增量調(diào)制信號(hào)J;%Mi丄丄Gt 編斤馬m=length(y);Miller=zeros(1/2 *m);f=0;d=l;for i=l:mif y(i)=1Miller(2*i-l)=f;Miller(2*i)=not(f);f=not (f);d=l;elseif d=lMiller(

21、2*i-l)=f;Miller (2*i)=f;d=0;elsef=not (f);Miller (2*i-l)=f;Miller (2*i)=f; d=0;endend endTs=le-3;t=0:Ts:41*Ts;figure(2)stairs(t,Miller);axis ( 0 41*Ts -1 2);title (T密勒編碼信號(hào)，);%循環(huán)編碼-n=7;m=4;%循環(huán)碼生成多項(xiàng)式，n=7, k=4咎編碼函數(shù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行差錯(cuò)編碼k=3;p=cyclpoly(n,k);code = encode(Miller,n,k, 1 cyclic 1,p)figure(3)Ts=le-3;t=0

22、:Ts:97*Ts;stairs(t,code);axis ( 0 97*Ts -1 2);title循環(huán)編碼信號(hào)J );%PSK編碼cp=；%modl=;f=4*pi;t=0:2*pi/199:2*pi;for n=l:length(code)if code(n)=0A=zeros (1,200) ; %每個(gè)值200個(gè)點(diǎn)elseif code(n)=1A=ones (lz 200);endcp= cp A ; %s(t),碼元寬度200%c=cos (f*t) ; %載波信號(hào)%modl= modi c ; %與$ (t)等長(zhǎng)的載波信號(hào)變?yōu)榫仃囆问絜ndfigure (4);subplot (

23、2,1,1);plot (cp);grid on;axis ( 0 4000 -2 2 ) ; title (1 進(jìn)制信號(hào)序列);cm=;mod=;for n=l:length(code)if code(n)=0B=ones(1,200);c=cos (f *t )；令載波信號(hào)elseif code(n)=1B=ones (1,200);c=cos (f *t+pi) ； %載波信號(hào)endcm= cm B;咎碼兀寬度200mod= mod c ; %與s(t)等長(zhǎng)的載波信號(hào)endre=mod; % 調(diào)制subplot(2,1,2);plot(re);grid on;axis ( 0 4000

24、-2 2 ) ; title ( PSK調(diào)制信號(hào) T ；%figure (5);%subplot (2f1f1);plot (abs(fft(cp);%axis ( 0 4000 0 800 ) ; title (1 原始信號(hào)頻譜 J;%subplot(2,1,2);plot (abs (fft (re);%axis ( 0 4000 0 800 ) ;title(!2PSK 信號(hào)頻譜 T ；%衰落信道LengthOfSigna 1 = 1 ength (re) ; %信號(hào)長(zhǎng)度(最好大丁兩倍fc)fm=51;%最大多普勒頻移fc=510; %載波頻率delay=O 31 71 109 173

25、251;power=0 -1 -9 -10 -15 -20; %dBy_in= zeros (1, delay (6) ) re ;%為時(shí)移補(bǔ)冬y_out = zeros (1, LengthOf Signal) ;%用于信號(hào)輸出for i=l:6f=l :2*fm-l; $通頻帶長(zhǎng)度 yl=0.5./( (1-( (f-fm) /fm) . A2) . A (1/2) ) /pi； % 多普勒功率譜(基帶) Sf=zeros(1rLengthOfSignul);Sfl=yl;%多普勒濾波器的頻響Sf (fc-fm+1: fc+fm-1) =yl;咎基帶映射到載波頻率上xl=randn(1,L

26、engthOfSignal);x2=randn(1,LengthOfSignal);nc=ifft (fft (xl + i*x2) .*sqrt (Sf) ) ; %同相分量x3=randn(1,LengthOfSignal);x4=randn(1f LengthOSignm丄);ns=if fx3 + i*x4 ) . *sqrt (Sf) ) ; $正交分量r0= (real (nc) + j*real (ns) ) ; %瑞利信號(hào)r=abs (rO) ; %瑞利信號(hào)幅值y_out=y_out+r.*y_in(delay(6)+l-delay(i):delay(6)+LengthOfSi

27、gnal-delay(i)*10 (power(i)/20);end;figure (5);subplot (2 W );plot (re (delay (6) +1: LengthOf Signal) ) ; %公除時(shí)延造成的空白信號(hào)title (1信源信號(hào)1 );subplot (2,1,2);plot(y_out(delay(6)+1:LengthOfSignal);title (，經(jīng)過衰落信道后輸出的信號(hào),);%PSK解調(diào)t=0:2*pi/199:2*pi;f3=4*pi;mod2=;for n=l:length(y_out)/200c2=cos (f 3*t) ; %載波信號(hào)mod2

28、= mod2 c2 ; %與s(t)等長(zhǎng)的載波信號(hào)變?yōu)榫仃囆问絜ndrel=mod2 . *y_out;咎同步解調(diào)務(wù)低通信號(hào)濾波器fp=100;fs=300;rp=3;rs=20;fn=11025;ws = fs/ (fn/2) ; wp=fp/ (fn/2) ; %計(jì)算歸一化角頻率n, wn =buttord (wp, ws, rpz rs) ; %計(jì)算階數(shù)和截止頻率b, a =butter (nz wn) ; %vfH ( z)jt = filter( bmrel);坯抽樣判決for m=l:length(y_out)if jt(m)=0jt(m)=0;%if mod2(mz 200)=0%outputl (fix(m/200)+l)=jt(m-100);%endendendfigure (6)subplot (211);plot (jt);grid onaxis ( 0 4000 -2 2);%nn=l;m5=100;D_PSK=;while m5length(jt)if jt(m5)=0D_PSK=D_PSK 0;elseif jt(m5)=1D_PSK=D_PSK 1;end% nn=nn+l;m5=m5+200;end