會計學1MATLAB基礎與實例進階2023/1/18機械工業出版社Page2第14章MATLAB通信系統仿真數字通信系統基本概念14.1數字調制/解調及其仿真14.2信道編碼/譯碼及其仿真14.3典型數字通信仿真實例14.4第1頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page314.1數字通信系統基本概念第2頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page414.2數字調制/解調及其仿真14.2.1脈沖幅度調制（PAM）信號14.2.2相位調制（PSK）信號14.2.3頻率調制信號14.2.4連續相位調制信號第3頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page51.脈沖幅度調制（PAM）信號第4頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page61.脈沖幅度調制（PAM）信號參數名稱參數值M-arynumber（M維數）4Initialseed（初始化種子）37Sampletime（采樣時間）0.01RandomIntegerGenerator（隨機整數發生器）的主要參數M-PAM調制和解調器的主要參數參數名稱參數值M-arynumber（M維數）4Minimumdistance（最小距離）2Constellationordering（星座順序）Binary第5頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page71.脈沖幅度調制（PAM）信號AWGNChannel（高斯白噪聲信道）的主要參數Discrete-TimeScatterPlotScope（離散時間星座儀）的主要參數參數名稱參數值Initialseed（初始化種子）67Es/No（dB）（信噪比）25Symbolperiod（符號周期）1參數名稱參數值Samplespersymbol（每符號采樣）1Offset（samples）（偏置）0Pointsdisplayed（顯示點數）1000Newpointsperdisplay（每次顯示的新跡）500第6頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page81.脈沖幅度調制（PAM）信號ErrorRateCalculation（誤碼率計算）的主要參數參數名稱參數值Receivedelay（接收延遲）0Computationdelay（計算延遲）0Computationmode（計算模式）EntireframeOutputdata（輸出數據）port第7頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page92.相位調制（PSK）信號第8頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page102.相位調制（PSK）信號M-PSKModulatorBaseband（M-PSK基帶調制器）的主要參數參數名稱參數值M-arynumber（M維數）8Phaseoffset（rad）（相位偏差）pi/8Constellationordering（星座順序）BinaryInputtype（輸入類型）Integer第9頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page113.頻率調制信號第10頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page123.頻率調制信號

BernoulliBinaryGenerator（伯努利二進制隨機數產生器）的主要參數參數名稱參數值Probabilityofazero（0出現的概率）0.5Initialseed（初始化種子）61Sampletime（采樣時間）0.1Frame-basedoutput（基于幀輸出）使能Samplesperframe（每幀采樣數）10M-FSKModulatorBaseband（MFSK基帶調制器）的主要參數參數名稱參數值M-arynumber（M維數）4Inputtype（輸入類型）BitSymbolsetordering（符號順序）BinaryFrequencyseparation（Hz）（頻率間隔）10Phasecontinuity（相位連續性）DiscontinuousSamplespersymbol（每符號采樣數）16第11頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page134.連續相位調制信號第12頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page144.連續相位調制信號GMSKModulatorBaseband（GMSK基帶調制器）的主要參數參數名稱參數值Inputtype（輸入類型）BitBTproduct（BT乘積）0.3Pulselength（symbolintervals）（符號間隔）3Symbolprehistory（符號前史）1Phaseoffset（rad）（相位偏置）0Samplespersymbol（每符號采樣數）16第13頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page1514.3信道編碼/譯碼及其仿真14.3.1線性分組碼14.3.2循環碼14.3.3卷積碼第14頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page161．線性分組碼MATLAB中使用encode、decode可以實現線性分組碼的編譯碼。encode函數的語法形式如下：code=encode(msg,n,k,'linear/fmt',genmat)code=encode(msg,n,k,'cyclic/fmt',genpoly)code=encode(msg,n,k,'hamming/fmt',prim_poly)code=encode(msg,n,k)[code,added]=encode(...)使用encode可以實現線性分組碼、循環碼、漢明碼的編碼。第15頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page171．線性分組碼函數參數的含義如下：msg：信息序列，可以是二進制行或列向量，也可以是二進制矩陣，也可以是十進制行或列向量；n,k：分別為碼長和信息分組長度；fmt'：表示編碼進制數，默認為二進制(binary)；genmat：表示線性分組碼的生成矩陣；genpoly：表示循環碼的生成多項式，可以由函數cyclpoly(n,k)實現；prim_poly：表示采用漢明編碼時的本原多項式，可以由函數gfprimdf(n-k)實現。第16頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page181．線性分組碼【例10-1】encode函數使用示例：采用三種不同的格式（二進制向量、二進制矩陣以及十進制向量）生成（7,4）漢明碼。clc;clearall;closeall;m=3;n=2^m-1;%碼長=7k=2^m-1-m;%信息分組長=4%生成50個信息分組，每個分組k比特msg1=randint(50*k,1,[0,1]);%列向量msg2=vec2mat(msg1,k);%轉換為k維列向量的矩陣msg3=bi2de(msg2)';%轉換為十進制整數的行向量第17頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page191．線性分組碼%生成50個碼字，每個碼字n比特code1=encode(msg1,n,k,'hamming/binary');code2=encode(msg2,n,k,'hamming/binary');code3=encode(msg3,n,k,'hamming/decimal');%判斷三種方法生成的碼字是否相同if(vec2mat(code1,n)==code2&de2bi(code3',n)==code2)disp('Allthreeformatsproducedthesamecontent.')end第18頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page202．循環碼循環碼BCH碼里德-所羅門（RS）碼第19頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page212．循環碼【例encode和

decode函數使用示例：對(15,4)循環碼進行編譯碼。clc;clearall;closeall;n=15;k=4;genpoly=cyclpoly(n,k,'max');

%構造循環碼多項式msg=randint(100,k,[0,1]);

%100個信息分組code=encode(msg,n,k,'cyclic/binary',genpoly);noisycode=rem(code+randerr(100,n,[01;.7.3]),2);%加噪聲newmsg=decode(noisycode,n,k,'cyclic');%譯碼[number,ratio]=biterr(newmsg,msg);%計算誤碼率disp(['Thebiterrorrateis',num2str(ratio)])第20頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page222．循環碼BCH碼bchenc函數的語法形式如下：code=bchenc(msg,n,k)code=bchenc(...,paritypos)這兩個函數可以用于生成

BCH碼，其中msg的數據結構必須為Galoisarray。與bchenc相對應的函數是bchdec，函數的語法形式如下：decoded=bchdec(code,n,k)[decoded,cnumerr,ccode]=bchdec(...)cnumerr：表示與code相對應的糾正的錯誤個數；ccode：表示經過錯誤糾正后的碼字；decoded：表示返回的譯碼結果。第21頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page232．循環碼【例10-4】BCH碼編譯碼仿真示例。clc;clearall;closeall;m=4;n=2^m-1;%碼字長度k=5;%信息符號長度nwords=10;%編碼個數msg=gf(randint(nwords,k));[genpoly,t]=bchgenpoly(n,k);%獲得生成多項式及相應的糾錯能力tt2=t;code=bchenc(msg,n,k);%編碼noisycode=code+randerr(nwords,n,1:t2);%對每個碼字加t2比特錯誤第22頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page242．循環碼[newmsg,err,ccode]=bchdec(noisycode,n,k);%譯碼ifccode==codedisp('Allerrorswerecorrected.')endifnewmsg==msgdisp('Themessagewasrecoveredperfectly.')end第23頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page252．循環碼【例10-5】RS碼編譯碼仿真示例。m=3;%每符號比特數n=2^m-1;k=3;

%碼字長度和信息長度t=(n-k)/2;%rs碼的糾錯能力nw=4;%碼字個數msgw=gf(randint(nw,k,2^m),m);%生成隨機信息符號c=rsenc(msgw,n,k);%編碼noise=(1+randint(nw,n,2^m-1)).*randerr(nw,n,t);cnoisy=c+noise;%加噪聲[dc,nerrs,corrcode]=rsdec(cnoisy,n,k);%譯碼isequal(dc,msgw)&isequal(corrcode,c)%檢測是否譯碼正確第24頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page263．卷積碼poly2trellis函數是將卷積碼的多項式描述轉換為網格描述。函數的語法形式如下：trellis=poly2trellis(ConstraintLength,CodeGenerator)trellis=poly2trellis(ConstraintLength,CodeGenerator,FeedbackConnection)具體參數的函數如下：ConstraintLength：表示k個輸入比特的約束長度；CodeGenerator：表示卷積碼的生成矩陣，使用八進制數表示，生成矩陣表示n個輸出對應于k個輸入的連接；FeedbackConnection：表示反饋編碼器的連接，使用八進制數表示；第25頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page273．卷積碼trellis：函數的返回值是一個網格結構體，網格結構體包含的字段及含義如表所示網格結構體字段維數含義numInputSymbols標量輸入到編碼器的符號個數：

numOutputsymbols標量編碼器輸出的符號個數：

numStates標量編碼器狀態數nextStatesnumStates矩陣當前狀態在當前輸入下的下一狀態outputsnumStates矩陣當前狀態在當前輸入下的輸出第26頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page283．卷積碼convenc函數的語法形式如下：code=convenc(msg,trellis)code=convenc(msg,trellis,puncpat)code=convenc(msg,trellis,...,init_state)[code,final_state]=convenc(...)其中各參數含義如下：msg：待編碼的信息序列，為二進制向量。編碼器的每個輸入符號包含log2(trellis.numInputSymbols)個比特；puncpat：表示打孔(puncture)圖樣，通過打孔可以構造刪除卷積碼，從而獲得更高的碼率；init_state：表示編碼器的初始狀態；final_state：表示編碼結束后編碼器的最終狀態。第27頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page293．卷積碼卷積碼的譯碼采用維特比譯碼，vitdec函數的語法形式如下：decoded=vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype)decoded=vitdec(code,trellis,tblen,opmode,'soft',nsdec)decoded=vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype,puncpat)vitdec函數使用維特比算法進行譯碼，具體各參數含義如下：trellis：指定了該卷積碼的網格圖結構；tblen：表示回溯長度，對于

卷積碼，tblen約為編碼約束長度的5倍；opmode：表示譯碼器的操作模式。第28頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page303．卷積碼卷積碼的譯碼采用維特比譯碼，vitdec函數的語法形式如下：decoded=vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype)decoded=vitdec(code,trellis,tblen,opmode,'soft',nsdec)decoded=vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype,puncpat)vitdec函數使用維特比算法進行譯碼，具體各參數含義如下：trellis：指定了該卷積碼的網格圖結構；tblen：表示回溯長度，對于

卷積碼，tblen約為編碼約束長度的5倍；opmode：表示譯碼器的操作模式。第29頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page313．卷積碼vitdec函數有三種操作模式： 'cont'：假定編碼器開始于全0狀態，譯碼器從最優路徑回溯，延遲tblen個符號后得到譯碼輸出； 'term'：假定編碼器開始和結束狀態都為全0狀態，譯碼器從全0狀態開始回溯譯碼，該模式沒有延時； 'trunc'：假定編碼器開始于全0狀態，譯碼器從最優路徑回溯，該模式沒有延時。dectype：表示維特比譯碼的判決模式：'unquant'：未量化輸入，碼字包含實值輸入；'hard'：采用硬判決算法；'soft'：采用軟判決算法；nsdec：軟判決譯碼算法中的量化比特數。第30頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page323．卷積碼【例10-7】卷積碼的編譯碼仿真示例。clc;clearall;closeall;%編碼數據比特trel=poly2trellis(3,[67]);%定義網格msg=randi([01],1000,1);%隨機數據code=convenc(msg,trel);%卷積編碼tblen=5;%回溯長度%映射"0"比特為1.0，"1"比特為-1.0，同時加高斯白噪聲ucode=real(awgn(1-2*code,3,'measured'));hcode=ucode<0;%硬判決譯碼，轉換為二進制decoded1=vitdec(hcode,trel,tblen,'cont','hard');第31頁/共39頁2023/1/18機械工業出版社Page333．卷積碼%軟判決譯碼，使用量化輸入，采用3比特量化

[x,qcode]=quantiz(ucode,[-.75-.5-.250.25.5.75],7:-1:0);decoded2=vitdec(qcode',trel,tblen,'cont','soft',3);decoded3=vitdec(ucode,trel,tblen,'cont','unquant');%軟判決譯碼，使用非量化輸入%計算誤比特率，譯碼器輸出延遲tblen個符號[n1,r1]=biterr(double(decoded1(tblen+1:end)),msg(1:end-tblen));[n2,r2]=biterr(decoded2(tblen+1:end),m