1、13級通信工程專業“通信原理”課程設計任務書一、 課題名稱 基帶通信過程仿真二、課程設計內容本課題使用Matlab仿真軟件，利用Matlab集成環境下的M文件編寫程序來模擬和仿真簡單的通信過程，主要包括采樣量化編碼、信道編碼、信道解碼、數模轉換輸出，最后集成各個模塊。最后根據輸出的相應信號的時域波形和頻域波形或仿真結果，來判斷通信的質量，并分析誤差存在的原因。三、課程設計目的（1）綜合應用Matlab編程與系統仿真、信號與系統、現代通信原理等多門課程知識，建立通信系統的整體概念；（2）培養系統設計與系統開發的思想；（3）培養利用軟件進行通信仿真的能力；（4）熟悉Matlab文件中M文件的使用方

2、法，包括函數、原理和使用的方法。四、設計要求 （1）8-9個同學一組，在Matlab環境下完成對通信系統各部分仿真程序的設計與調試，對通信過程整體有較深入的理解；（2）組員深入理解自己仿真部分的原理的基礎，提出仿真方案，畫出對應的子系統的原理框圖；（3）完成仿真程序的編制，運行仿真程序；（4）組長負責各模塊的集成，并對本組系統總結。（5）完成課設報告，程序分組打包。五、分組安排 學號末兩位%8=1，信號抽樣 學號末兩位%8=2，3，信號量化，編碼 學號末兩位%8=4，信道編碼（HDB3） 學號末兩位%8=5，信道解碼 學號末兩位%8=6，7，信號數模轉換 學號末兩位%8=0， 各模塊仿真結果分

3、析，集成各模塊 1-8號，9-16號，17-24號，25-32號一組，33,34,35號每個人跟一個組。每組選出一個組長。六、時間安排 （1）上機時間：十八周： 禮拜一：上午 禮拜二：下午 禮拜三：下午 禮拜四：下午 禮拜五：上午 十九周： 禮拜一：下午 禮拜二：下午 （2）其他時間自己在寢室或圖書館查找資料、代碼設計、完成課設報告 目 錄1. 數字基帶傳輸系統的描述12. 數字基帶信號傳輸系統的組成13. 基帶傳輸常用碼型23.1對傳輸碼的要求23.2常用傳輸碼型34.HDB3碼編碼34.1 HDB3碼編碼規則34.2 HDB3碼編碼流程圖44.3 HDB3碼譯碼規則55. 代碼闡述及圖片5

4、6. 心得體會87. 附錄98. 評分表11基帶通信過程仿真-信道編碼1. 數字基帶傳輸系統的描述數字基帶傳輸系統，是不經載波調制而直接傳輸數字基帶信號的系統，常用于傳輸距離不太遠的情況下。數字處理的靈活性使得數字傳輸系統中傳輸的數字信息既可以是來自計算機等數據終端的各種數字信號，也可以來自模擬信號經數字化處理后的脈沖編碼信號，這些數字信號所占據的頻譜是從零頻或很低頻率開始，稱為數字基帶信號。在某些具有低通特性的有線信道中，特別是在傳輸距離不太遠的情況下，基帶信號可以不經過載波調制而直接進行傳輸。這類系統稱為數字基帶傳輸系統。對于基帶傳輸系統的研究非常有意義。第一，在利用對稱電纜構成的近程數據

5、通信系統中廣泛采用了這種傳輸方式；第二，隨著數字通信技術的發展，基帶傳輸方式也有迅速發展的趨勢，目前它不僅用于低速數據傳輸，也用于高速數據傳輸；第三，基帶傳輸系統的許多問題也是帶通傳輸系統必須考慮的問題；第四，任何一個采用線性調制的帶通傳輸系統，可以等效為一個基帶傳輸系統來研究。2. 數字基帶信號傳輸系統的組成圖1 數字基帶信號傳輸系統（1）信道信號形成器（發送濾波器）：壓縮輸入信號頻帶，把傳輸碼變換成適宜于信道傳輸的基帶信號波形。（2）信道：信道的傳輸特性一般不滿足無失真傳輸條件，因此會引起傳輸波形的失真。另外信道還會引入噪聲n(t)，并假設它是均值為零的高斯白噪聲。（3）接收濾波器： 它用

6、來接收信號，濾除信道噪聲和其他干擾，對信道特性進行均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。（4）抽樣判決器：對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復或再生基帶信號。（5）同步提取：用同步提取電路從接收信號中提取定時脈沖 圖2 數字基帶信號傳輸系統傳輸過程（a）輸入基帶信號；（b）進行碼型變換后的波形；（c）對（a）而言進行碼型及波形的變換，適合在信道中傳輸；（d）信道輸出信號；（e）接受濾波器輸出波形；（f）位定時同步脈沖；（g）恢復的信息。3. 基帶傳輸常用碼型3.1對傳輸碼的要求（1）不含直流，且低頻分量盡量少；（2）應含有豐富的定時信息，以便于從接收碼流中提取定時信號；（3）功率譜主瓣寬

7、度窄，以節省傳輸頻帶；（4）不受信息源統計特性的影響，即能適應于信息源的變化； （5）具有內在的檢錯能力，即碼型應具有一定規律性，以便利用這一規律性進行宏觀監測。（6）編譯碼簡單，以降低通信延時和成本。3.2常用傳輸碼型（1） AMI碼：傳號交替反轉碼，將消息碼的“1”(傳號)交替地變換為“+1”和“-1”，而“0”(空號)保持不變。（2） HDB3碼：它是AMI碼的一種改進型，改進目的是為了保持AMI碼的優點而克服其缺點，使連“0”個數不超過3個。 （3） 雙向碼：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“1”。“0”碼用“01”兩位碼表示，“1”碼用“10 ”兩位

8、碼表示。 （4） 差分雙相碼：為了解決雙相碼因極性反轉而引起的譯碼錯誤，可以采用差分碼的概念。每個碼元中間的電平跳變用于同步，而每個碼元的開始處是否存在額外的跳變用來確定信碼。有跳變則表示二進制“1”，無跳變則表示二進制“0”。（5） 密勒碼：單個“0”時，在碼元持續時間內不出現電平躍變，且與相鄰碼元的邊界處也不躍變，連“0”時，在兩個“0”碼的邊界處出現電平躍變，即00”與“11”交替。（6） CMI碼：傳號反轉碼，“1”碼交替用“1 1”和“0 0”兩位碼表示；“0”碼固定地用“01”表示。（7） 塊編碼：有nBmB碼，nBmT碼等。4.HDB3碼編碼4.1 HDB3碼編碼規則（1）檢查消

9、息碼中“0”的個數。當連“0”數目小于等于3時，HDB3碼與AMI碼一樣，+1與-1交替；（2）連“0”數目超過3時，將每4個連“0”化作一小節，定義為B00V，稱為破壞節，其中V稱為破壞脈沖，而B稱為調節脈沖；（3）V與前一個相鄰的非“0”脈沖的極性相同(這破壞了極性交替的規則，所以V稱為破壞脈沖)，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； （4）B的取值可選0、+1或-1，以使V同時滿足（3）中的兩個要求； （5）V碼后面的傳號碼極性也要交替。 4.2 HDB3碼編碼流程圖開始接收信號等待編碼 否收到信號？ 是是否為1？ 是 否1.計數器自增，方便之后判斷2.當前取值為0

10、1.取前一個非零值 的相反數2.保存當前非零值3.計數器清零計數器清零取下一位值連零數為4？ 是 否最后一個V=最后一個非零值？不進行操作是 否B00V形式000V形式4.3 HDB3碼譯碼規則每一個破壞脈沖V總是與前一非“0”脈沖同極性(包括B在內)。這就是說，從收到的符號序列中可以容易地找到破壞點V，于是也斷定V符號及其前面的3個符號必是連“0”符號，從而恢復4個連“0”碼，再將所有-1變成+1后便得到原消息代碼。5. 代碼闡述及圖片function y=HDB3(x) %HDB3碼% 輸入x為信息代碼，輸出y為相應的HDB3碼x=0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1

11、 1 0 0 0 0 0 0 1 0; %單極性碼n=length(x);本段程序中，用x數組保存所需要編碼的數據，來測試程序是否正確，在總程序中，該段HDB3編碼程序用來編碼接收到的已抽樣、量化、編碼后的信號，獲取這段數據的長度。y=zeros(1,n); %存HDB3碼last_y=-1; %設定初始值，并記錄非零值（前一個）last_v=-1;num=0; %計數器,記連0個數用y來保存判斷后的HDB3碼，初始化為一個零矩陣，last_y保存的內容為最后一個出現的非零值，last_v保存的是最后一個出現的V值，num為連零計數器，初始化為0。for i=1:n if(x(i)=1) %判

12、斷1還是0 y(i)=-last_y; %如果是1，則與前一個非零值的相反值 last_y=y(i); %記錄 num=0; %計數器清零else y(i)=0; %否則是0 num=num+1; %計數加1 end 判斷語句，如果這個值為1，則正負交替，如果這個值為0，則保存0，并進行連零計數，如果連零數為4，則進行接下來的判斷，否則編碼規則和AMI碼相同。 if(num=4) %計數，如果連零為4，則用V替代 if(last_y=last_v) %如果最新非零值與前一個V相同，非零值的后一個V就會出現沖突，要通過B來修正 y(i-3)=-last_y; %B和V同號 y(i)=y(i-3)

13、; %V last_y=y(i); %保存最后一個y last_v=y(i); %保存最后一個V else y(i)=last_y; %如果沒有發生沖突，則普通的000V last_y=y(i); last_v=y(i); end num=0; endend如果連零數為4，說明需要進行后續操作，否則會造成編碼錯誤，具體規則在上面已經介紹，如果最后一個V值和最后一個非零值同號相等，則說明當前的連零變化會出現錯誤，本次的破壞脈沖會和前一個破壞脈沖沖突，為了消除沖突，需要轉變為B00V的形式，B與V同號，這樣既保證了V的極性與之前一個非零值相同，又保證了當前破壞脈沖和前一個破壞脈沖相反，完成后將最后

14、一個V值和最后一個非零值保存。如果沒有沖突，則直接形成000V的形式，V與前一個非零脈沖值相同，完成編碼。subplot(2,1,1); %原始信號波形stairs(0:length(x)-1,x,LineWidth,3); %階梯加粗線條set(gca,Xtick,0:1:length(x),Ytick,0,1); %坐標axis(0 length(x) -2 2);grid on; %網格subplot(2,1,2); %HDB3碼波形stairs(0:length(x)-1,y,LineWidth,3); %階梯加粗線條set(gca,Xtick,0:1:length(x),Ytick,

15、-1,0,1); %坐標axis(0 length(x) -2 2)grid on; %網格本段為顯示波形函數，subplot用來設定圖形位置，stairs用來描繪階梯形線條，通過LineWidth來選擇3號線條，用set來設置坐標值，通過axis來限定橫、縱坐標范圍，第一個圖形為原始信號波形，第二個圖形為HDB3編碼后的波形，grid on為打開網格。圖3 原始信號波形及HDB3編碼波形6. 心得體會本次通信原理的課程設計我們進行了基帶通信過程仿真的程序編譯，在仿真過程中有許多分支，老師安排我們每一個人或兩個人完成一個模塊，最后結合起來完成一個整體模塊。我負責的模塊為信道編碼，要通過HDB3

16、碼對已經抽樣、量化、編碼好的信號進行信道編碼，在之前學習的知識中我們已經知道，信號要傳輸，就必須要轉化為適合在信道中傳輸的碼型，而HDB3碼就是非常理想的碼型，它除了具有一般傳輸碼應有的特點，如不含直流、定時信息豐富、編譯碼簡單等特征外，還可以克服AMI碼的缺點，是信道編碼的理想選擇。想要編寫出HDB3碼的程序，首先要了解它的編碼規則，由于之前在課堂上已經學習過相關知識，所以理論并不是很難。在一般情況下，HDB3碼的編碼規則和AMI碼相同，只有當連零數為4時，HDB3碼會用破壞脈沖來代替連零，這也有效改善了AMI碼的不足。當連零數為4時，連零要變為000V或B00V的形式進行傳輸，當可以滿足V

17、與前一個V極性相反且與前一個非零值極性相同時，直接傳輸000V，如果不能滿足與前一個V極性相同，則傳輸B00V，B與V極性相同，這樣即可消除矛盾，正確傳輸。在編寫程序時，幾乎沒有遇到太大的問題，只是對MATLAB的語句不熟悉，因為MATLAB編寫程序俄語句和C語言不太相同，所以很多東西邊寫出來出現報錯，需要根據書本修改，在繪制圖形時，繪圖函數也不熟練，都需要翻書才能使用，雖然程序順利編寫，但是自身明顯感覺對MATLAB這個軟件的使用還相當不熟練，這是在今后的學習中要加強的。近兩周的課設時間很快就過去了，這門課設的結束也意味著寒假的到來，在這門課設中也發現了自己的很多不足，也意識到了本學期自己還

18、有很多知識沒有掌握好，這都需要繼續學習，在未來的學習中，還得更加努力，爭取學到更多知識。7. 附錄function y=HDB3(x) %HDB3碼% 輸入x為信息代碼，輸出y為相應的HDB3碼x=0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0; %單極性碼n=length(x);y=zeros(1,n); %存HDB3碼last_y=-1; %設定初始值，并記錄非零值（前一個）last_v=-1;num=0; %計數器,記連0個數for i=1:n if(x(i)=1) %判斷1還是0 y(i)=-last_y; %如果是1，則與前一個非零值的相反值 last_y=y(i)