通信系统学科基础课群综合训练

武汉理工大学《通信系统课群综合训练与设计》课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目:通信系统学科基础课群综合训练初始条件：PC机一台、Matlab软件要求完成的主要任务:掌握以下各种电路与通信技术的基本原理，掌握实验的设计、电路调试与测量的方法。1.培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，通过独立思考﹑深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。2.通过对实验电路的分析计算，了解简单实用电路的分析方法和工程设计方法。3.掌握示波器，频谱仪，失真度仪的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。设计内容：模拟信源(模拟话音)数字化方式基带码信道码调制方式信道解调信道解码基带解码数模转换自己构造一时间函数PCMMiller码汉明码ASKAWGN与发送端对应时间安排：1根据设计任务，分析电路原理，确定实验方案2天2根据实验条件进行电路的测试，并对结果进行分析7天3撰写课程设计报告1天指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《通信系统课群综合训练与设计》目录摘要....................................................IABSTRACT................................................II1课程设计要求...........................................12数字通信系统模型.......................................23通信系统原理...........................................43.1PCM编译码原理.......................................43.2MILLER编译码原理....................................83.3汉明码..............................................93.4二进制幅移键控（2ASK）调制与解调原理................133.5AWGN信道...........................................144系统仿真分析..........................................155总结..................................................23参考文献................................................24附录:程序..............................................25武汉理工大学《通信系统课群综合训练与设计》I摘要通信的目的是传输信息。通信系统的作用就是将信息从信源发送到一个或多个目的地。对于电通信来说，首先要把消息转变成电信号，然后经过发送设备，将信号送入信道，在接收端利用接收设备对接收信号作相应的处理后，送给信宿再转换为原来的消息。数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，数字通信涉及的技术问题很多，其中主要有信源编码与译码、信道编码与译码、数字调制与解调、同步以及加密与解密等。本次课程设计主要是利用Matlab仿真软件设计完成一个典型的通信系统。按照此次课程设计的要求，将一模拟话音信号经过数字化，信源编码，信道编码，数字调制后再经过相应的解码调制后，得到原始信号。其中数字化方式为PCM编码，基带码为Miller码，信道码为汉明码，数字调制方式为ASK调制，信道为AWGN信道。按照这一流程利用Matlab的脚本语句编写出各系统模块，然后按照逆过程实现信号的解调与解码，最后对系统进行分析。关键字：通信系统，ASK仿真，PCM仿真，Miller码仿真，汉明码仿真武汉理工大学《通信系统课群综合训练与设计》IIAbstractThepurposeofcommunicationisthetransmissionofinformation.Theroleofcommunicationsystemsthatsendinformationfromthesourcetooneormoredestinations.Forelectricalcommunication,themessageshouldfirstconvertedintoelectricalsignals,andthenthroughthetransmissiondevice,thesignalisfedintothechannel,thereceiverusesthereceivingapparatuscorrespondingtothereceivedsignalprocessing,andthensenttothesinkintotheoriginalmessage.ThecourseisprimarilydesignedusingMatlabsimulationsoftwaredesignedtocompleteatypicalcommunicationsystem.Afterthecourseinaccordancewiththedesignrequirements,ananalogvoicesignalwillbedigitized,sourcecoding,channelcoding,digitalmodulationandthenthroughthecorrespondingdecodingmodulation,theoriginalsignal.WayinwhichthedigitalPCMencodedbasebandcodeMillercodes,Hammingcodechannel,digitalmodulationofASKmodulation,thechannelisAWGN.InaccordancewiththisprocesstouseMatlabscriptstatementtowriteeachsystemmodule,andthenfollowthereverseprocesstoachievedemodulationanddecodingsignalstheendofthesystemforanalysis.Keywords：Communicationsystems,ASKsimulation,PCMsimulation,Millercodesimulation，Hammingcodesimulation武汉理工大学《通信系统课群综合训练与设计》11课程设计要求要求：掌握以上各种电路与通信技术的基本原理，掌握实验的设计、电路调试与测量的方法。1.培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，通过独立思考﹑深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。2.通过对实验电路的分析计算，了解简单实用电路的分析方法和工程设计方法。3.掌握示波器，频谱仪，失真度仪的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。武汉理工大学《通信系统课群综合训练与设计》22数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，数字通信涉及的技术问题很多，其中主要有信源编码与译码、信道编码与译码、数字调制与解调、同步以及加密与解密等。1）信源编码与译码信源编码有两个基本功能：一是提高信息传输的有效性，即通过某种数据压缩技术设法减少码元数目和降低码元速率。码元速率决定传输所占的带宽，而传输带宽反映了通信的有效性。二是完成模/数转换，即当信息源给出的是模拟信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字话传输。信源译码是信源编码的逆过程。2）信道编码与译码信道编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力。数字信号在信道传输时受到噪声等影响后将会引起差错。为了减小差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰码”。接收端的信道译码器按相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。3）加密与解密在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为地将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫加密。在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息。4）数字调制与解调数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。基本的数字调制方式有振幅键控、频移键控、绝对相移键控、相对相移键控。在接收端可以采用相干解调或者非相干解调还原数字基带信号。对高斯噪声下的信号检测，一般采用相关器或匹配滤波器来实现。5）同步同步是使收发两端的信号在时间上保持一致，是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的前提条件。按照同步的功用不同，分为载波同步、位同步、群同步和网同步。数字通信系统的特点有：武汉理工大学《通信系统课群综合训练与设计》3（1）抗干扰能力强，且噪声不积累（2）传输差错可控（3）便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储。（4）利于集成，是通信设备微型化，重量轻。（5）易于加密处理，且保密性好。武汉理工大学《通信系统课群综合训练与设计》43通信系统原理3.1PCM编译码原理3.1.1PCM概述脉冲编码调制（PCM）简称脉码调制，它是一种用二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。由于这种通信方式抗干扰能力强，因此在光钎通信、数字微波通信、卫星通信中均获得了极为广泛的运用。PCM信号的形成是模拟信号经过“抽样、量化、编码”三个步骤实现的。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。根据CCITT的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A律和μ律方式，我国采用了A律方式，由于A律压缩实现复杂，常使用13折线法编码。3.1.2抽样所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。在一个频带限制在），（hf0内的时间连续信号)(tf，如果以hf21的时间间隔对它进行抽样，那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号。或者说，如果一个连续信号)(tf的频谱中最高频率不超过hf，当抽样频率hf2fs时，抽样后的信号就包含原连续的全部信息。这就是抽样定理。3.1.3量化方式从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。量化器Q输出L个量化值ky，k=1，2，3，…，L。ky常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度x落在kx与1kx之间时，量化器输出电平为ky。这个量化过武汉理工大学《通信系统课群综合训练与设计》5程可以表达为：LkxQxQyyxxkkk,...,3,2,1,}{)(1（式3-1）这里kx称为分层电平或判决阈值。通常kkkxx1称为量化间隔。量化后的抽样信号于量化前的抽样信号相比较，当然有所失真，且不再是模拟信号。这种失真在接收端还原模拟信号是变现为噪声，并称为量化噪声。量化噪声的大小取决于把样值分级“取整”的方式，分的级数越多，即量化极差或间隔越小，量化噪声也越小。模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。由于均匀量化存在的主要缺点是：无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当信号()mt较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样的话化信噪比就难以达到给定的要求。通常，把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，可见，对于弱信号时，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔