1、通信工程專業(yè)通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)研究報(bào)告Matlab實(shí)現(xiàn)HDB3碼的編解碼過(guò)程學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：所在學(xué)院： 專業(yè)班級(jí)： 2018年7月信息技術(shù)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 電氣與信息 院 通信工程 專業(yè) 通信S17 級(jí)，學(xué)號(hào) 姓名 一、課程設(shè)計(jì)課題：Matlab實(shí)現(xiàn)HDB3碼的編解碼過(guò)程 二、課程設(shè)計(jì)工作日自 2018 年 6 月 25 日至 2018 年 7 月 5 日三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn)： 信息館 四、 程設(shè)計(jì)任務(wù)要求： 1.課題來(lái)源:指定教師指定題目2.目的意義:數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸是數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分。在數(shù)字通信中，有些場(chǎng)合可不經(jīng)過(guò)載波調(diào)制和解調(diào)過(guò)程，而對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行直

2、接傳輸。采用AMI碼的信號(hào)交替反轉(zhuǎn)，有可能出現(xiàn)四連零現(xiàn)象，這不利于接收端的定時(shí)信號(hào)提取。而HDB3碼因其無(wú)直流成份、低頻成份少和連0個(gè)數(shù)最多不超過(guò)三個(gè)等特點(diǎn)，而對(duì)定時(shí)信號(hào)的恢復(fù)十分有利，并已成為CCITT協(xié)會(huì)推薦使用的基帶傳輸碼型之一。3.基本要求:a.掌握HDB3編解碼原理。b.對(duì)HDB3編解碼進(jìn)行仿真模型設(shè)計(jì)。c.有系統(tǒng)框圖，電路原理圖，軟件流程圖，模擬仿真結(jié)果圖。課程設(shè)計(jì)評(píng)審表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)： 簽字： 日期： Matlab實(shí)現(xiàn)HDB3碼的編解碼過(guò)程概述 ：數(shù)字信號(hào)的傳輸方式按其在傳輸中對(duì)應(yīng)的信號(hào)的不同可分為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)和數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)。在數(shù)字通信中,選擇合適在信道中傳輸?shù)拇a型是

3、十分重要的,常用的傳輸碼型是AMI碼，但當(dāng)原信碼出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”串時(shí)，信號(hào)的電平長(zhǎng)時(shí)間不調(diào)變時(shí)，造成提取定時(shí)信號(hào)的困難。解決連“0”碼問(wèn)題的有效方法之一是采用HDB3碼。HDB3碼（三階高密度碼）是比較常用的信道傳輸碼型, HDB3碼具有較強(qiáng)的檢錯(cuò)能力，當(dāng)數(shù)據(jù)序列用HDB3碼傳輸時(shí)，若傳輸過(guò)程中出現(xiàn)單個(gè)誤碼，其極性交替變化規(guī)律將受到破壞，因而在接收端根據(jù)HDB3碼這一獨(dú)特規(guī)律特性，可檢出錯(cuò)誤并糾正錯(cuò)誤，同時(shí)HDB3碼方便提取位定時(shí)信息。第一部分 原理介紹（一）HDB3編碼解碼原理HDB3碼：三階高密度雙極性碼。 HDB3碼與二進(jìn)制序列的關(guān)系： (1)二進(jìn)制信號(hào)序列中的“0”碼在HDB3碼中仍編為

4、“0”碼，二進(jìn)制信號(hào)中“1”碼，在HDB3碼中應(yīng)交替地成+1和-1碼，但序列中出現(xiàn)四個(gè)連“0”碼時(shí)應(yīng)按特殊規(guī)律編碼（引入傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼的“破壞點(diǎn)”V碼）； (2)二進(jìn)制序列中四個(gè)連“0”按以下規(guī)則編碼：信碼中出現(xiàn)四個(gè)連“0”碼時(shí)，要將這四個(gè)連“0”碼用000V或B00V取代節(jié)來(lái)代替(B和V也是“1”碼，可正、可負(fù))。這兩個(gè)取代節(jié)選取原則是，使任意兩個(gè)相鄰v脈沖間的傳號(hào)數(shù)為奇數(shù)時(shí)選用000V取代節(jié)，偶數(shù)時(shí)則選用B00V取代節(jié)。（二）在實(shí)際的傳輸系統(tǒng)中，并不是所有的代碼電氣波形都可以信道中傳輸。含有直流分量和較豐富的單極性基帶波形就不適宜在低頻傳輸特性差的信道中傳輸，因?yàn)樗锌赡茉斐尚盘?hào)的嚴(yán)重的畸

5、變。在傳輸碼（或稱線路碼）的結(jié)構(gòu)將取決于實(shí)際信道特性和系統(tǒng)的工作條件。通常，傳輸碼的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有以下的特性：1.相應(yīng)的基帶信號(hào)無(wú)直流分理，且低頻分量少:2.便于從信號(hào)中提取定時(shí)信息：3.信號(hào)中高頻分應(yīng)盡量少以節(jié)省傳輸頻帶并減少碼間串?dāng)_。4.不受信號(hào)源統(tǒng)計(jì)特性影響，即能適應(yīng)于信息源變化：5.具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力，傳輸?shù)拇a型應(yīng)具有一定的規(guī)律性，以便利用這一規(guī)律性進(jìn)行宏觀監(jiān)測(cè)：6.編譯碼設(shè)備要盡可能簡(jiǎn)單，等等。滿足以上特性的傳輸碼型種類繁多，這里使用HDB3。要了解HDB3碼的編碼規(guī)則，首先要知道AMI碼的構(gòu)成規(guī)則，AMI碼就是把單極性脈沖序列中相鄰的“1”碼(即正脈沖)變?yōu)闃O性交替的正、負(fù)脈沖。將“0

6、”碼保持不變，把“1”碼變?yōu)?1、-1交替的脈沖。如：AMI碼：-10000 +10000-1 +10000-1 +1HBD3碼（3nd Order High Density Bipolar）的全稱是三階高密度雙極性碼，它是AMI碼的一種改進(jìn)型，改進(jìn)目的是為了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn)，使連“0”個(gè)數(shù)不超過(guò)3個(gè)。其編碼規(guī)則：a.檢查消息碼中連“0”的個(gè)數(shù)。當(dāng)連“0”數(shù)目小于等于3時(shí)，HBD3碼與AMI碼一樣（“1”交替的變換為“+1”和“-1”，“0”保持不變）。b.當(dāng)連“0”數(shù)目超過(guò)3時(shí)，將每4個(gè)連“0”化作一小節(jié)，定義為“B00V稱為破壞節(jié)，其中V稱為破壞脈沖，而B(niǎo)稱為調(diào)節(jié)脈沖；c.V

7、與前一個(gè)相鄰的非“0”脈沖的極性相同（這破壞了極性交替的規(guī)則，所以V稱破壞脈沖），并且要求相鄰的V碼之間極性必須交替。V的取值為“+1”或“-1”；d.B的取值可選0、+1或-1，以使V同時(shí)滿足兩個(gè)要求；e.V碼后面的傳號(hào)碼極性也要交替。例如：消息碼： 1 000 0 1 000 0 1 1 000 0 000 0 1 1AMI碼： -1 000 0 +1 000 0 -1+1 000 0 000 0 -1+1HDB3碼：-1 000-V +1 000+V -1+1-B00-V +B00+V -1+1其中的B脈沖和V脈沖與1脈沖波形相同，用V或B表示的目的是為了示意其中的該非“0”碼是由原信碼

8、的“0”變換而來(lái)的。當(dāng)相鄰兩個(gè)V碼之間有奇數(shù)個(gè)“1”碼時(shí)，能保證V碼滿足要求，B取“0”；當(dāng)相鄰兩個(gè)V碼之間有偶數(shù)個(gè)“1”碼時(shí)，不能保證V碼極性交替，B取“+1”或“-1”，B碼的符號(hào)與前相鄰“1”相反，而其后面的V碼與B碼極性相同。第二部分 MATLAB編程仿真M文件調(diào)用函數(shù)functionyn,decode=HDB3(xn)yn=xn;num=0;for k=1:length(xn) if xn(k)=1 num=num+1; if num/2 = fix(num/2) yn(k)=1; else yn(k)=-1; end endend num=0; yh=yn; sign=0; V=z

9、eros(1,length(yn); B=zeros(1,length(yn);for k=1:length(yn) if yn(k)=0 num=num+1; if num=4 num=0; yh(k)=1*yh(k-4); V(k)=yh(k); if yh(k)=sign yh(k)=-1*yh(k); yh(k-3)=yh(k); B(k-3)=yh(k); V(k)=yh(k); yh(k+1:length(yn)=-1*yh(k+1:length(yn); end sign=yh(k); end else num=0; endend re=xn,yn,yh,V,B; input=y

10、h; decode=input; sign=0; for k=1:length(yh) if input(k) = 0 if sign=yh(k) decode(k-3:k)=0 0 0 0; end sign=input(k); endenddecode=abs(decode); error=sum(xn-decode); subplot(3,1,1);stairs(0:length(xn)-1,xn);axis(0 length(xn) -2 2);subplot(3,1,2);stairs(0:length(xn)-1,yh);axis(0 length(xn) -2 2);subplo

11、t(3,1,3);stairs(0:length(xn)-1,decode);axis(0 length(xn) -2 2);M文件運(yùn)行程序xn=1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1;yn=HDB3(xn);(運(yùn)行效果圖)第三部分 設(shè)計(jì)過(guò)程和體會(huì)通過(guò)這兩周的通信原理課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，我復(fù)習(xí)了MATLAB編程語(yǔ)言的基本概念、語(yǔ)法、語(yǔ)義和數(shù)據(jù)類型的使用特點(diǎn)，加深了對(duì)課堂所學(xué)理論知識(shí)的理解，掌握了運(yùn)用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本思想和方法，更重要的是培養(yǎng)了自己的自學(xué)能力。因?yàn)檫@是我們第二次接觸MATLAB編程語(yǔ)言，在編寫(xiě)程序以及調(diào)試的過(guò)程中遇到了很多困難，但是我

12、通過(guò)去圖書(shū)館查找資料，請(qǐng)教同學(xué)老師，再自己一點(diǎn)點(diǎn)改善程序，最終編寫(xiě)出一個(gè)比較完善的程序，實(shí)現(xiàn)了所有要求功能，這是最值得我欣慰的一點(diǎn)。 以下是我的幾點(diǎn)切身感受： （一）編寫(xiě)程序需要一個(gè)清醒的頭腦，明確的思路，同時(shí)也要有耐心毅力。剛拿到程序設(shè)計(jì)課題時(shí)，我感覺(jué)一片茫然，因?yàn)樵谥暗男盘?hào)處理學(xué)習(xí)中，只是在一些例題中接觸過(guò)MATLAB語(yǔ)言，甚至沒(méi)有看過(guò)一些基礎(chǔ)的書(shū)籍，更沒(méi)有上過(guò)課，所以初次遇到一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，感覺(jué)無(wú)從下手。這是由于自己對(duì)MATLAB的模塊設(shè)計(jì)不夠理解，同時(shí)對(duì)MATLAB的基本語(yǔ)句一無(wú)所知，不過(guò)通過(guò)請(qǐng)教老師懂得了首先要設(shè)計(jì)guide目錄，再根據(jù)用戶輸入,執(zhí)行swtich語(yǔ)句，在每個(gè)case后

13、調(diào)用一個(gè)函數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)要求的功能，這樣一下子豁然開(kāi)朗，掌握了基本設(shè)計(jì)思路之后，后面的編程就順利多了。至此，我真真體會(huì)到清晰地思路對(duì)成功編寫(xiě)一個(gè)程序的重要性。 當(dāng)然成功編寫(xiě)一個(gè)程序絕非易事，之前，我總以為程序能夠正常運(yùn)行，就代表著編程成功，后來(lái)我才發(fā)現(xiàn)我大錯(cuò)特錯(cuò)了。我用了三天時(shí)間，完成了程序的編寫(xiě)、改錯(cuò)，但我立刻發(fā)現(xiàn)盡管程序能夠正常運(yùn)行，部分功能卻不完善，甚至不能實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)一次又一次調(diào)試、修改又修改，一點(diǎn)一點(diǎn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并改正，我才真正發(fā)現(xiàn)編程遠(yuǎn)沒(méi)有想象中的簡(jiǎn)單。它需要的不僅是清晰地編程思路、編程技巧，還需要有耐心有毅力，不要放棄。（二）我們?cè)诖髮W(xué)需要學(xué)習(xí)的不僅是基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)，更重要的是一種學(xué)習(xí)

14、能力。正如老師所說(shuō)學(xué)習(xí)是終生的，因此學(xué)習(xí)能力也就能讓我們受益終生。由于課堂時(shí)間有限，MATLAB課程只能靠我們自學(xué)，然而guide畫(huà)圖功能我們必須用到，因此只能通過(guò)自習(xí)，實(shí)踐也證明我們是有自學(xué)的潛能的，通過(guò)自學(xué)課本，不理解的知識(shí)，通過(guò)查找資料，請(qǐng)教老師，最終掌握知識(shí)，因此，這次課程設(shè)計(jì)時(shí)間培養(yǎng)了我們的自學(xué)能力。（三）要學(xué)會(huì)向他人請(qǐng)教，與他人合作。在編程過(guò)程中，我遇到了許多問(wèn)題，通過(guò)查找資料也未能找到原因，每次我想老師請(qǐng)教，老師總能不厭其煩地一點(diǎn)點(diǎn)講解。有時(shí)，老師為了幫我在那幾百行的程序中找到問(wèn)題，花上一個(gè)多小時(shí)，這讓我非常感動(dòng)。大學(xué)中的老師是每個(gè)大學(xué)生的好資源，他的博學(xué)、重教，向他們請(qǐng)教會(huì)有很大收獲。在編程過(guò)程中，我與我組成員共同討論，為對(duì)方查找錯(cuò)誤，提示建議，在這個(gè)過(guò)程中我收獲甚多，也培養(yǎng)了自己的合作精神。 （四）要學(xué)會(huì)總結(jié)，提高。在編程過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)自己的程序還有很多地方可以完善。程序的界面可以做得更加人性化，這樣使用戶使用更加方便，畫(huà)圖函數(shù)也還可以改進(jìn)，例如：在使用figure分圖顯示的時(shí)候，我盡量選擇部分圖，都在一個(gè)figure中顯示，這樣既符合了，老師的要求