现代通信原理课程设计实践报告

目录一、课题内容………………………………………………1二、设计目的………………………………………………1三、设计要求………………………………………………1四、实验条件………………………………………………2五、系统设计………………………………………………2六、详细设计与编码………………………………………61.设计方案…………………………………………62.编程工具的选择…………………………………123.编码与测试………………………………………124.运行结果及分析…………………………………20七、设计心得……………………………………………….23八、参考文献……………………………………………….251信道一、课题内容基带传输：欲传送的01比特流+码型变换（HDB3码）+基带成型网络（采用升余弦滚降系统）++码型反变换+01比特流。二、设计目的1.综合应用《Matlab编程与系统仿真》、《信号与系统》、《现代通信原理》等多门课程知识，使学生建立通信系统的整体概念；2.培养学生系统设计与系统开发的思想；3.培养学生利用软件进行通信仿真的能力；4.培养学生独立动手完成课题设计项目的能力；5.培养学生查找相关资料的能力。三、设计要求1.每人独立完成一个题目2.对通信系统有整体的较深入的理解，深入理解自己仿真部分的原理的基础，画出对应的通信子系统的原理框图3.提出仿真方案；4.完成仿真软件的编制5.仿真软件的演示6.提交详细的设计报告2四、实验条件计算机、Matlab软件、相关资料五、系统设计数字基带传输系统（1）概念：未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或者很低频率开始，称为数字基带信号；不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，称为数字基带传输系统；（2）数字基带传输的研究的意义：第一：在利用对称电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用这种传输方式；第二：数字基带传输方式迅速发展，不仅应用于低速数据传输，而且还用于告诉数据传输；第三：基带传输系统的许多问题也是带通传输系统必须考虑的问题；第四：任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效为一个基带传输系统来研究。（3）基带传输码型：在实际的基带传输系统中，对传输码型的要求：①不含直流分量。且低频分量尽量少；②应含有丰富的定时信息，以便于从接受码流中提取定时信号；③功率谱的主瓣宽度窄，以节省传输频带；④不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；⑤具有内在的检错能力，即码型应具有一定的规律性，以便宏观监测；3⑥编译码简单，已降低通信延时和成本。基地传输常用码型：AMI码（传号交替反转码）、HDB3码（三阶高密度双极性码）、双相码、差分双相码、密勒码、CMI码（传号反转码）、块编码等。A.其中本次设计采用的HDB3码，a.HDB3码编码规则：①1——交替变换为+1，-1②0——连0小于等于3,则用0电平表示连0大于3,则用特定码组替换B00V或000V③任意两个V之间B的个数为奇数b.示例：b.HDB3码的特点：①有检错能力②解决了连“0”时位定时信息提取困难③无直流分量④B码和V码各自保持极性交替变化，以确保无直流分量⑤可能存在误码扩散的问题⑥（欧洲系列）PCM一、二、三次群接口码型10110000000111000000B+B-0B+000V+000B-B+B-00V-00B+4（4）数字基带信号传输码系统组成：①信道形成器：其功能产生适合于信道传输的基带信号波形②信道：是允许基带信号通过的媒介，通常为有线信道，如双绞线、同轴电缆等，其传输特性一般不满足无失真传输条件；③接受滤波器：用来接收信号，尽可能滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决；④抽样判决器：则在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻对接受器的输出波形进行抽样判决，以恢复基带信号；⑤同步提取：用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接受信号中提取，位定时的准确与否将直接影响判决效果⑥基带传输总特性：H(w)=Gr(w)C(w)GR(w)若假设信道传输函数C(w)=1，于是基带系统的传输特性变为H(w)=Gr(w)GR(w)（5）无码间串扰的传输特性的设计：基带脉冲输入信道信号形成器Gr(w)信道C(w)))接收滤波器GR(w)抽样判决同步提取基带脉冲输出噪声基带成型网络5①理想低通特性信号带宽最小的波形—理想低通信号的主要缺点a.工程上难以实现；b.尾部衰减慢（冲激响应h(t)波形收敛速度较慢，拖尾以1/t速率衰减，当存在定时误差时会带来比较大的干扰）②升余弦滚降特性)(Re)()(sssctTHTtSath)1(||,0)1(||)1(|)]},(2sin[1{2)1(||,)(ssssssssTTTTTTTTH222/41)/cos()()(sssTtTtTtsathsT2sT0sTsT20H()2s2sh(t))(sTtSa6升余弦滚降信号的波形与频谱：传输带宽：频带利用率：全升余弦系统；六、详细设计与编码1.设计方案(可以画出编程的流程图，阐述设计思路等)实验流程:h(t)sTsT02s2s00信源码型编码（HDB3）信道信号形成器信道接受滤波器升余弦滚降系统抽样判决码型译码signalfiltersignalsamplesignalhdb3_signalssignalH()srB21)/(12HzBaudBrss17设计思路：（1）信源：生成欲传送的01比特流，将个数N作为函数的输入；使用函数rand（1，N），使得大于某个特定值的数值为1，反之，小于则为0。注：因本实验采用HDB3码作为基带传输码型，所以使用0.75作为0和1的分界线，这样可以生成低密度的01比特流，使得在程序运行的时候，只通过连续的少量bit就可以HDB3的编码与译码的正确性。（2）码型编码：将生成的01比特流作为码型转换函数的输入，函数输出为码型转换后的HDB3基带传输码型；函数functionhdb3NRZ_signal=hdb3NRZ(signal)：函数输入信号signal为信源产生的01比特流，输出信号hdb3NRZ_signal为产生的不归零的HDB3码。初始设定Last_V=-1、Last_B=-1，count为连0计数器，遇4连零则置为V,i=1，流程图如下1：函数functionhdb3_signal=hdb3(signal,n)：函数输入信号signal为函数hdb3NRZ产生的不归零的HDB3码，函数输出hdb3_signal为进行双极性的，归零的HDB3码，每bit进行N=16点抽样，首先设定一维数组a0=zeros（1，N/2），作用是用来填充每个bit抽样之后的归零部分。流程图如下2：8ilength(signal)signal(i)=1？count=4?i=i+1NYYhdb3NRZ_signal(i)=-Last_BLast_B=hdb3NRZ_signal(i)count=0Ncount=count+1hdb3NRZ_signal(i)=-Last_VLast_V=hdb3NRZ_signal(i)count=0Last_V*Last_B=-1?YYNNhdb3NRZ_signal(i-3)=hdb3NRZ_signal(i)last_B=hdb3NRZ_signal(i-3)Yhdb3NRZ_signal(i)=0码型编码functionhdb3NRZ_signal=hdb3NRZ(signal)9（3）升余弦滚降系统：将HDB3码作为滤波器的输入，函数输出系统输出信号；利用滤波器设计器FDATool设计Nyquist滤波器，其中参数设定：比特传输速率Rb=16b/s，每bit抽样点数N=16，滚降因子Rolloff=0.5,其中抽样速率fs=256Hz,Nyquist带宽Band=8Hz；a1=[a1,signal(i)]jj=jj+1ilength（signal）jj=1jjN/2？hdb3_signal=[hdb3_signal,a1,a0]i=i+1i=1YYNN码型编码functionhdb3_signal=hdb3(signal,n)10（4）抽样判决：将系统输出信号作为判决器函数的输入，进行抽样判决；选择每bit的中心抽样进行抽样，当信号抽样值某个特定值，则信号恢复时函数为1，若信号抽样值-某个特定值，则信号恢复时信号值设定为-1，其余恢复为0.一般判定值不设定为0，因为若有噪声等对信号进行干扰，导致系统输出信号不是理想的。（5）码型译码：将抽样判决后的信号作为函数的输入，进行码型反变换，函数输出为恢复了的欲传送的01比特流。编写程序时，首先进行设定标记Last_V、Last_B（初始设定默认为-1，与码型编码相对应），设定输入信号为signal，码型译码后的信号ssignal，其中N为每bit抽样点数其函数程序流程图如下：11signal(i)=1orsignal(i)=-1ssignal(j)=1signal(i)*Last_B=1？ssignal(j)=0signa(i)l*Last_V=-1？ssignal(j-3)=0Last_V=signal(i)j=j+1;i=i+NNYYLast_B=signal(i)NYN码型译码ilength(signal)NY122.编程工具的选择本次仿真使用MatlabMATLAB具有以下几个特点：（1）友好的工作平台和编程环境（2）简单易用的程序语言（3）强大的科学计算机数据处理能力（4）出色的图形处理功能（5）应用广泛的模块集合工具箱（6）实用的程序接口和发布平台（7）应用软件开发（包括用户界面）3.编码与测试（写出源代码，分析核心代码的功能）A,源代码（1）主函数：clc;clearall;N=100;%生成的bit个数n=16;%每个bit的抽样点数%生成欲传送的01比特流signal=signalsource(N);%码型变换——HDB3码hdb3_signal=hdb3(signal,n);%滤波——升余弦滚降系统filtersignal=filter_Nyquist(hdb3_signal);%抽样判决samplesignal=sampling(filtersignal,n);13%码型反变换ssignal=reverse_hdb3(samplesignal,n);%画图函数draw(N,n,signal,hdb3_signal,filtersignal,samplesignal,ssignal);（2）信源：functionsignal=signalsource(N)%函数输出signal为欲传送的01比特流%函数输入N为欲生成的01比特流个数signal=rand(1,N)0.75;%生成低密度的个数为N的01比特流（3）码型编码—HDB3码①functionhdb3NRZ_signal=hdb3NRZ(signal)%hdb3NRZ_signal=hdb3NRZ(signal)%函数输入signal为单极性不归零的01码%函数输出hdb3RZ_signal不归零的HDB3码last_V=-1;last_B=-1;hdb3NRZ_signal=zeros(size(signal));%初始化输出序列count=0;%连0计数器fori=1:length(signal)ifsignal(i)==1%遇1则极性反转hdb3NRZ_signal(i)=-last_B;%与之前的一个1的极性相反last_B=hdb3NRZ_signal(i);14count=0;elsecount=count+1;ifcount==4count=0;hdb3half_signal(i)=-last_V;%遇4连零则置为Vlast_V=hdb3NRZ_signal(i);ifhdb3NRZ_signal(i)*last_B==-1%V