差分曼彻斯特编码的设计与仿真

课程设计Ⅰ设计说明书差分曼彻斯特编码的设计与仿真学生姓名侯莹学号1118064060班级网络1102班成绩指导教师李征数学与计算机科学学院2013年9月11日课程设计任务书2013—2014学年第一学期课程设计名称：课程设计I课程设计题目：查分曼彻斯特编码的设计与仿真完成期限：自2013年9月2日至2013年9月13日共2周设计内容：1.任务说明：设计一个差分曼彻斯特编码模型。在掌握了差分曼彻斯特编码的基本规则基本原理后，在MATLAB环境下用程序语言实现差分曼彻斯特编码功能，具体实现了C差分曼彻斯特编码仿真过程。即对二进制序列（例如：110010111）的基带信号进行差分曼彻斯特编码，编码成更适合与基带信道传输的基带信号。2.要求：1）理解差分曼彻斯特编码的基本原理，构建系统的基本原理框图；2）掌握曼彻斯特编码特点：比曼彻斯特编码的变化要少，传输速度快；3）根据通信原理，设计出各个模块的参数；4）熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台，用MATLAB/Simulink实现差分曼彻斯特编码；5）对于仿真结果的处理和理论分析结论应该一致，而且仿真应符合理论。6）在老师的指导下，独立完成课程设计并按要求编写课程设计报告书。3.参考资料【1】张水英，徐伟强.通信原理及MATLAB/Simulink仿真.人民邮电出版社，2012【2】刘卫国.MATLAB程序设计教程.北京:中国水利水电出版社,2005【3】邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析.北京:清华大学出版社,2008【4】张化光,刘鑫蕊,孙秋野.MATLAB/SIMULINK实用教程.北京:人民邮电出版社,2009【5】樊昌信,曹丽娜.通信原理.北京:国防工业出版社,2008指导教师：李征教研室负责人：课程设计评阅评语：指导教师签名：年月日摘要设计一个通信系统，该系统可实现差分曼彻斯特编码仿真的功能。可对信源提供的任意随机信号进行差分曼彻斯特编码，操作界面较简单，易于设计与分析。本系统采用MATLAB运行环境下的Simulink仿真平台，用模型的形式实现了差分曼彻斯特编码。该模型结构清晰，功能明确，效果明显，易于检验及纠错，易于被用户所接受。通过此次设计使开发人员对MAYLAB开发工具及查分曼彻斯特编码的特点有了进一步的了解，积累更多的实践经验。关键词：差分曼彻斯特编码；MATLAB；系统模型4目录1课题描述..................................................................12需求分析..................................................................23相关技术介绍..............................................................34概要设计..................................................................45仿真模型设计..............................................................56结果分析..................................................................67设计中遇到的问题及解决方法...............................................78总结......................................................................9参考文献……………………………………………………………………………………….10171课题描述1.1课题介绍设计了一个仿真系统模型，采用MATLAB的运行环境，实现了差分曼彻斯特编码的功能。差分曼切斯特和曼切斯特编码是原理基本相同的两种编码，后者是前者的改进。他们的特征是在传输的每一位信息中都带有位同步时钟，因此一次传输可以允许有很长的数据位。曼切斯特编码的每个比特位在时钟周期内只占一半，当传输“1”时，在时钟周期的前一半为高电平，后一半为低电平；而传输“0”时正相反。这样，每个时钟周期内必有一次跳变，这种跳变就是位同步信号。差分曼切斯特编码比曼切斯特编码的变化要少，因此更适合与传输高速的信息，被广泛用于宽带高速网中。然而，由于每个时钟位都必须有一次变化，所以这两种编码的效率仅可达到50%左右。1.2课题目的及要求该模型的总体目标是通过该模型的实施，可以让操作者对差分曼彻斯特编码的有着进一步具体的认识。实施过程中，力争做到以下几点：1）具有较高的可靠性和实用性；2）模型易于检验和纠错；3）使用方便，易学易用；1.3课题目标本次课题设计的目标是使设计者对开发工具MATLAB有着进一步的认识和了解，以及对差分曼彻斯特编码的相关知识有更深的掌握与运用。172需求分析2.1运行环境MATLAB环境下的Simulink仿真平台。2.2课题分析本次课程设计目的是加深对差分曼彻斯特码及MATLAB/Simulink的了解，真正意义上了解差分曼彻斯特编码的特点及其在通信这一领域中的重要作用。即什么是差分曼彻斯特编码，与曼彻斯特编码有何联系和区别，差分曼彻斯特的编码规则是什么，怎么在MATLAB环境下建立它的仿真模型等一系列问题。还需要解决在实践中遇到的实际问题及在构建MATLAB仿真模型时涉及问题。2.3功能需求根据本次课程设计所提的要求，该模型的功能主要包括以下个部分：1)可在要求的运行环境下成功运行该模型；2）可利用示波器观察前信号变化前后的信号波形；3）可对模型内模块的参数进行适当修改；2.4用户特点掌握MATLAB编程基础及通信原理基础。173相关技术介绍3.1MATLAB:MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。其基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用。3.2Simulink：Simulink是Matlab软件下的一个附加组件，是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的MATLAB软件包。支持连续、离散以及两者混合的线性和非线性系统，同时它也支持具有不同部分拥有不同采样率的多种采样速率的仿真系统。其主要功能是实现动态系统建模、方针与分析，可以预先对系统进行仿真分析，按仿真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数，进行动态仿真并观看输出结果，针对输出结果进行分析和比较。3.3差分曼彻斯特编码3.3.1简介差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的一种改进，保留了曼彻斯特编码作为“自含时钟编码”的优点，仍将每比特中间的跳变作为同步之用，但是每比特的取值则根据其开始处是否出现电平的跳变来决定。其原理是：每一位中间都有一个跳变，每位开始时有跳变表示“0”，无跳变表示“1”。位中间跳变表示时钟，位前跳变表示数据。其优点是：时钟、数据分离，便于提取。3.3.2示意图174概要设计4.1模型组成部分1.二进制信源：随机产生单极性不归零吗；2.发送滤波器：滤除干扰信号，抵抗噪声；3.高斯信道：定性或定量的评价误码率；4.匹配滤波器：有效地接收信号能量而抑制干扰的输出功率；5.采样：采集模拟信号的样本；4.2模型编码步骤框图信源随机产生单极性不归零码对该随机码进行滤波，排除噪声的干扰对该码进行差分码编码对该码进行曼彻斯特码编码采集该模拟信号的样本175仿真模型设计5.1仿真模型图5.2运行结果176结果分析6.1差分曼彻斯特码编码规则：从上图可看出差分曼彻斯特码的编码规则，即：1.每个单位周期内，以1/2周期的时刻处，分为高低两个等时长电平。有两种：上升（先高后低）或下降（先低后高）。2.数据流的二进制编码中，第一个数据位是1，则编码为下降。0则相反。3.数据流的二进制编码中，其它数据位，则根据此位跟前一位的电平比较。相同则编码为不跳变（跟上一位后半部分一样）。不同则相反。6.2差分曼彻斯特码特点：在信号为开始时不改变信号极性，表示逻辑“1”；在信号为开始时改变信号极性，表示逻辑“0”。当比特为1时，前T/2比特位的电平与上一个比特位的后T/2的比特位的电平相同；当比特为0时，前T/2比特位的电平与上一个比特位的后T/2比特位的电平相反。177设计中遇到的问题及解决方法1.刚开始设计时对基本概念的不熟练，所以设计过程进行的并不顺利，但在咨询老师及查阅相关资料后，用自己的方式理解了相关概念，得以让本次课程设计顺利的进行下去；2.课本上没有明确的差分曼彻斯特编码规则，所以对差分码和曼彻斯特编码的结合的方法比较模糊，但在查看了相关资料及小组讨论后，我们用自己的理解总结出了差分曼彻斯特编码的编码规则，对后期仿真模型的建立起了决定性最用；3.在使用MATLAB模型建立工具时，对参数设置不太清楚，使模型无法达到预计的结果，但经过查询相关书籍后，很快的将模型设计与差分曼彻斯特编码的理论知识结合在一起，完成了本次任务。178总结作为一名网络工程专业的大三学生，我觉得做通信原理课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。通过这次课程设计，我从中学到了很多。第一，让我对差分曼彻斯特编码原理及MATLAB设计工具有了进一步的了解。差分曼彻斯特码又叫数字双相码，每个时钟中间都有一次跳变这个跳变作同步之用。第二，通过这次课程设计，我认识到了完成一项课程设计工作不但需要你对知识的掌握和理解，还有作为同一个课题小组之间的相互配合，相互协作，合理分配各自的工作任务，共同努力来解决课程设计当中的种种困难，开拓创新能力的目的。第三，通过这次课程设计,让我对说明书的模板有了更清晰的了解，加深了我思想中对文章模范化的概念，对我一年后的毕业论文也起了轮廓性作用。这将会变成我们在大学生活中获得的又一笔巨大的财富。我们真切地体验了软件项目管理技能和方法，熟悉了软件工具与环境，把课堂学习的理论知识很好的在实践中运用了起来。我们小组成员之间合作默契，奋斗虽是艰苦的，但收获是快乐的。我们相信，在大家的不懈努力之下目标一定可以达成，我们也将在学习数据库及其他网络编程语言的道路上更加进步17参考文献【1】张水英，徐伟强.通信原理及MATLAB/Simulink仿真.人民邮电出版社，2012【2】刘卫国.MATLAB程序设计教程.北京:中国水利水电出版社,2005【3】邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析.北京:清华大学出版社,2008【4】张化光,刘鑫蕊,孙秋野.MATLAB/SIMULINK实用教程.北京:人民邮电出版社,2009【5】樊昌信,曹丽娜.通信原理.北京:国防工业出版社,2008