1、通信傳輸系統仿真摘要：搭建了一個常見的通信傳輸系統，主要模塊包括增量調制、信源編碼、ASK調制以及解調、譯碼等。利用Matlab軟件對整個系統進行了仿真，在接收端成功恢復出了發射信號。關鍵詞：MATLAB，增量調整，AMI，衰落信道1概述1.1系統簡述通信原理的主要內容就是怎樣可靠而有效地實現信息的傳輸。要使這些傳輸方法成為現實，就需要制作出相應的發送設備及接收設備。然后在發送端，我們把欲傳送的信息變換成某種適宜的信號并將之饋入傳輸媒體（電纜，光纜，無線電波等）。在接收端，信號又從媒體饋入接收設備，我們再以同發端相反的過程恢復出原來所發送的信息。根據所學的知識，我們知道在什么樣的情況下應該選擇

2、什么樣的傳輸方式，并能判斷出噪聲，信道，傳輸方式等因素將會怎樣影響對我們來說非常重要的一些通信指標，如信噪比，誤碼率等。1.2主要步驟本通信傳輸系統的MATLAB仿真包括以下內容：單頻正弦波模擬信號經過抽樣（抽樣頻率為Fs=20F）、增量調制、二進制自然編碼、AMI碼型變換基帶傳輸，循環編碼ASK調制后發送到衰落信道，然后經過ASK解調，循環碼譯碼、AMI碼譯碼、數模轉換后恢復出單頻正弦波模擬信號。信源：采用單頻率正弦波；數字化方式：增量調制（DM）；基帶碼：AMI碼；信道碼：循環碼；調制方式：ASK；信道類型：衰落信道。1.3系統框圖要完成整個系統各環節以及整個系統的仿真，最終在接收端或者精

3、確或者近似地再現輸入（信源），計算失真度，并且分析原因。具體的框圖如下圖1所示13。圖1系統框圖2系統原理及實現2.1增量調制增量調制是由PCM發展而來的模擬信號數字化的一種編碼方式，它是PCM的一種特例。增量調制編碼基本原理是指用一位編碼，這一位碼不是表示信號抽樣值的大小，而是表示抽樣幅度的增量特性，即采用一位二進制數碼“1”或“0”來表示信號在抽樣時刻的值相對于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”只是表示信號相對于前一個時刻的增減，不表示信號的絕對值。增量調制最主要的特點就是它所產生的二進制代碼表示模擬信號前后兩個抽樣值的差別(增加

4、、還是減少)而不是代表抽樣值本身的大小，因此把它稱為增量調制。在增量調制系統的發端調制后的二進制代碼1和0只表示信號這一個抽樣時刻相對于前一個抽樣時刻是增加(用1碼)還是減少(用0碼)。收端譯碼器每收到一個1碼，譯碼器的輸出相對于前一個時刻的值上升一個量化階，而收到一個0碼，譯碼器的輸出相對于前一個時刻的值下降一個量化階。增量調制(DM)是DPCM的一種簡化形式。在增量調制方式下,采用1比特量化器,即用1位二進制碼傳輸樣值的增量信息,預測器是一個單位延遲器,延遲一個采樣時間間隔。預測濾波器的分子系數向量是0,1,分母系數為1。當前樣值與預測器輸出的前一樣值相比較,如果其差值大于零,則發1碼,如

5、果小于零則發0碼。增量調制盡管有前面所述的不少優點，但它也有兩個不足：一個是一般量化噪聲問題;另一個是過載噪聲問題。兩者可統一稱為量化噪聲。階梯曲線（調制曲線）的最大上升和下降斜率是一個定值，只要增量和時間間隔t給定，它們就不變。那么，如果原始模擬信號的變化率超過調制曲線的最大斜率，則調制曲線就跟不上原始信號的變化，從而造成誤差。我們把這種因調制曲線跟不上原始信號變化的現象叫做過載現象，由此產生的波形失真或者信號誤差叫做過載噪聲。另外，由于增量調制是利用調制曲線和原始信號的差值進行編碼，也就是利用增量進行量化，因此在調制曲線和原始信號之間存在誤差，這種誤差稱為一般量化誤差或一般量化噪聲。增量調

6、制的流程圖如下圖2所示。圖2增量調制流程圖2.2基帶傳輸AMI碼在實際的基帶傳輸系統中，并不是所有代碼的電波形都能在信道中傳輸。含有直流分量和較豐富低頻分量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。AMI(AlternativeMarkInversion)碼的全稱是信號交替反轉碼，是通信編碼中的一種，為極性交替翻轉碼，分別有一個高電平和低電平表示兩個極性。它的編碼規則是:消息代碼中的0傳輸碼中的0；消息代碼中的1傳輸碼中的+1、-1交替。例如:消息代碼:1010100010111AMI碼:+10-10+1000-10+1-1+1解碼規則是：從收到的符號序列中將所有的-1變換成+1后

7、，就可以得到原消息代碼。AMI碼的特點是:由AMI碼確定的基帶信號中正負脈沖交替，而0電位保持不變；所以由AMI碼確定的基帶信號無直流分量，且只有很小的低頻分量；不易提取定時信號，由于它可能出現長的連0串。2.3信道傳輸碼循環碼由于對信號進行AMI編碼后得到的是有1、-1和0三個電平的數字信號，而對信道循環編碼的輸入只能是兩個電平，因此有必要將AMI編碼后得到的三電平數字序列轉換為二電平。編碼原理比較簡單，1用10表示，-1用01表示，0用11表示即可。經過信源編碼和系統復接后生成的節目傳送碼流，通常需要通過某種傳輸媒介才能到達用戶接收機。傳輸媒介可以是廣播電視系統（如地面電視廣播系統、衛星電

8、視廣播系統或有線電視廣播系統），也可以是電信網絡系統，或存儲媒介（如磁盤、光盤等），這些傳輸媒介統稱為傳輸信道。通常情況下，編碼碼流是不能或不適合直接通過傳輸信道進行傳輸的，必須經過某種處理，使之變成適合在規定信道中傳輸的形式。在通信原理上，這種處理稱為信道編碼（ChannelCoding）循環碼是線性分組碼的一種，所以它具有線性分組碼的一般特性，此外還具有循環性。循環碼是一種無權碼，循環碼編排的特點是相鄰兩個數碼之間符合卡諾圖中的鄰接條件，即相鄰兩個數碼之間只有一位碼元不同，碼元就是組成數碼的單元。循環碼最大的特點就是碼字的循環特性，所謂循環特性是指：循環碼中任一許用碼組經過循環移位后，所得

9、到的碼組仍然是許用碼組。若為一循環碼組，則、還是許用碼組。也就是說，不論是左移還是右移，也不論移多少位，仍然是許用的循環碼組。循環碼編碼原理：有信息碼構成信息多項式，其中最高冪次為k-1；用乘以信息多項式m(x)，得到的，最高冪次為n-1，該過程相當于把信息碼（移位到了碼字德前k個信息位，其后是r個全為零的監督位；用g(x)除得到余式r(x),其次數必小于g(x)的次數，即小于（n-k），將此r(x)加于信息位后做監督位，即將r(x)于相加，得到的多項式必為一碼多項式。糾錯能力：由于循環碼是一種線性分組碼，所以其糾檢錯能力與線性分組碼相當。而線性分組碼的最小距離可用來衡量碼的抗干擾能力，那么一

10、個碼的最小距離就與它的糾檢錯能力有關。定理：對于任一個線性分組碼，若要在碼字內（1）檢測e個錯誤，要求碼的最小距離；（2）糾正t個錯誤，要求碼的最小距離；（3）糾正t個錯誤同時檢測e個錯誤，則要求；由于MATLAB自帶了循環碼的編碼譯碼及等相關函數，下面將其列舉出來：（1）編碼函數encode函數語法：code=encode(msg,N,K,method,opt)（2）譯碼函數decode函數語法：msg=decode（code，N，K，method，opt1,opt2,opt3,opt4）;（3）生成循環碼的生成多項式cyclpoly語法：p=cyclpoly（N,K）;p=cyclpoly

11、（N,K,fd_flag）;2.4ASK調制“幅移鍵控”又稱為“振幅鍵控”，記為ASK。也有稱為“開關鍵控”（通斷鍵控）的，所以又記作OOK信號。ASK是一種相對簡單的調制方式。幅移鍵控（ASK）相當于模擬信號中的調幅，只不過與載頻信號相乘的是二進制數碼而已。幅移就是把頻率、相位作為常量，而把振幅作為變量，信息比特是通過載波的幅度來傳遞的。二進制振幅鍵控（2ASK），由于調制信號只有0或1兩個電平，相乘的結果相當于將載頻或者關斷，或者接通，它的實際意義是當調制的數字信號為“1”時，傳輸載波；當調制的數字信號為“0”時，不傳輸載波。其中s（t）為基帶矩形脈沖。一般載波信號用余弦信號，而調制信號是

12、把數字序列轉換成單極性的基帶矩形脈沖序列，而這個通斷鍵控的作用就是把這個輸出與載波相乘，就可以把頻譜搬移到載波頻率附近。ASK信號，在實際中使用較少，但它是研究各種數字調制技術的基礎。ASK信號是利用代表數字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控（調制）一個連續的載波，有載波輸出時表示發送“1”，無載波輸出時表示發送“0”。ASK信號的產生可以用如下的方法，如圖3所示。ASK信號的一種解調方式，包絡解調法，如下圖圖4所示。圖3 ASK的實現圖4 包絡解調2.5衰落信道在某些有線信道中，特別是在傳輸距離不太遠的情況下，數字基帶信號可以不經過調制和解調過程在信道中直接傳送，這種不使用調制和解調設備

13、而直接傳輸基帶信號的通信系統，我們稱它為基帶傳輸系統。而在另外一些遠距離傳輸的信道，特別是無線信道和光信道中，由于信道中受到各種噪聲和反射漫反射的影響，使得信號產生衰落。數字基帶信號則必須經過調制過程，將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸，相應地，在接收端必須經過解調過程，才能恢復數字基帶信號。我們把這種包括了調制和解調過程的傳輸系統稱為數字載波傳輸系統。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制信號中以模擬最簡單的衰落信道。具體仿真步驟是產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，模擬成一個衰落信道，再將它與調制后的信號相加即可。可以采用瑞利或者萊斯兩

14、種模型進行模擬。瑞利衰落信道是一種無線電信號傳播環境的“統計模型”。這種模型假設信號通過無線信道之后，其信號幅度是隨機的，即“衰落”，并且其包絡服從瑞利分布。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境。瑞利衰落只適用于從發射機到接收機不存在直射信號的情況，否則應使用萊斯衰落信道作為信道模型。3系統仿真3.1增量調制仿真對模擬信號x=sin(2*pi*50*t)進行增量調制。原始模擬信號如圖5所示，進行增量調制后的圖如圖6所示4。圖5原始信號圖6增量調制3.2基帶傳輸AMI碼把增量調制的結果作為輸入，對上述結果進行AMI編碼。編碼后的結果如下，用MATLAB作的

15、圖如圖7所示5。圖7AMI編碼3.3信道傳輸碼循環碼把編好的AMI碼，先進行轉化變成二進制，轉化后的信號如圖8所示。再用（7,4）循環碼進行信道編碼。輸出作的圖如圖9所示6。圖8AMI轉化二進制圖9循環碼3.4ASK調制對循環碼進行調制，調制方式采用ASK。調制結果作的圖如圖10所示。圖10ASK調制3.5衰落信道循環碼經過瑞利衰弱信道后的波形如圖11所示：圖11衰落信道3.6解碼過程解碼包括ASK解碼和循環碼解碼以及AMI解碼。對它們的解碼如下列圖所示：圖12是ASK解碼，圖13是循環碼解碼，圖14是AMI解碼。圖12ASK解碼圖13循環碼解碼圖14AMI解碼3.7數模轉化及失真分析對AMI信號進行數模轉化，還原出模擬信號，信號如圖15所示。對比還原信號和原始信號，分析失真情況。根據誤差表達式，求出每個點對應的誤差值，再求方差即可得到誤差值。總的誤差表達式為：計算可得D=0.83%，在允許的誤差范圍內。因此該通信系統基本滿足在接收端再現輸入信源，仿真成功。圖15還原信號和原始信號4小結本論文主要搭建了一個簡單的通信系統，進而引出模擬調制和解調、編碼與解碼以及通信信道的概念，并運用MATLAB仿真軟件對整個通信系統進行了設計和仿真