Matlab编程与系统仿真基带传输课程设计资料.docx
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Matlab编程与系统仿真基带传输课程设计资料
通信原理课程设计
设
计
报
告
课题名称：
专业班级：
姓名：
学号：
起止时间：
重庆交通大学
信息科学与工程学院
目录
一、课题内容………………………………………………2
二、设计目的………………………………………………2
三、设计要求………………………………………………2
四、实验条件………………………………………………2
五、系统设计………………………………………………2
1、通信系统的原理……………………………………2
2.所设计子系统的原理………………………………3
六、详细设计与编码………………………………………3
1.设计方案……………………………………………3
2.编程工具的选择……………………………………5
3.编码与测试………………………………………5
4.运行结果及分析…………………………………11
七、设计心得
八、参考文献…………………………….……………….13
一、课题内容
基带传输：
欲传送的0、1比特流+码型变换+基带成型网络（采用升余弦滚降系统或者部分响应系统）+信道+码型反变换+0、1比特流。
针对某种码型分析其误码率。
（噪声为加性高斯白噪声）
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，使学生对通信系统的整体概念更加熟悉、了解；
2.培养学生系统设计与系统开发的思想，增添足学生自主学习的兴趣、能力；
3.培养学生利用软件进行通信仿真的能力，提高学生对应用软件的熟练程度；
4.培养学生的独立思考，与同学、老师交流、探讨问题的的能力；
5.培养学生查找相关资料，并对其应用的能力。
三、设计要求
1.一人一组；
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
四、实验条件
计算机、Matlab软件
五、系统设计
1、通信系统的原理
基带传输系统的输入信号是由终端设备编码器产生的脉冲序列，为了使这种脉冲序列适合于信道的传输，一般要经过码型变换器，码型变换器把二进制脉冲序列变为双极性码（AMI码或HDB3码），有时还要进行波形变换，使信号在基带传输系统内减小码间干扰。
当信号经过信道时，由于信道特性不理想及噪声的干扰，使信号受到干扰而变形。
在接收端为了减小噪声的影响，首先使信号进入接收滤波器，然后再经过均衡器，校正由于信道特性（包括接收滤波器在内）不理想而产生的波形失真或码间串扰。
最后在取样定时脉冲到来时，进行判决以恢复基带数字码脉冲。
噪声n（t）
基带传输系统
2.所设计子系统的原理
HDB3编码规则：
1.先将消息代码变换成AMI码，若AMI码中连0的个数小于4,此时的AMI码就是HDB3码;
2.若AMI码中连0的个数大于3,则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一个非0符号（+1或-1）同极性的符号,用表示（+1+,-1-）;
3为了不破坏极性交替反转，当相邻V符号之间有偶数个非0符号时，再将该小段的第1个0变换成+B或-B,符号的极性与前一非零符号的相反，并让后面的非零符号从符号开始再交替变化。
HDB3反编码：
将编码赋值的B和V反转为零，根据编码规则，查找出连续两个0信码，如果相邻的两个信码的极性相同则四个全部转换成0；查找出连续三个0，其相邻的两个信码极性相同，则把0后的一个信码置0。
抽样判决：
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；
六、详细设计与编码
1.设计方案
（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（1，129），使得大于0.5的数值为1，反之，小于则为0。
（2）码型编码：
函数functionhdb3_signal=hdb3（signal）
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；
函数输入信号signal为信源产生的01比特流，输出信号hdb3_signal为产生的不归零的HDB3码。
初始设定V=-1、B=-1，count为连0计数器，遇4连零则置为V：
（4）转换归零码：
函数RZ_signal=RZhdb3（signal,n）：
函数输入信号signal，并将函数转换为双极性的，归零的HDB3码，每bit进行N=16点抽样，首先设定一维数组k=zeros（1,n/2）用来填充每个bit后面的归零部分。
（5）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，滚降因子设定为0.5.
（6）抽样判决：
函数functionsample_signal=sampling（signal,n）
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>0.5，则信号恢复时函数为1，若信号抽样值<-0.5，则信号恢复时信号值设定为-1，其余恢复为0。
注：
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。
（7）码型译码：
函数functionhdb3=hdb3_signal1（fsignal）
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。
将编码赋值的B和V反转为零，根据编码规则，查找出连续两个0信码，如果相邻的两个信码的极性相同则四个全部转换成0；查找出连续三个0，其相邻的两个信码极性相同，则把0后的一个信码置0。
2.编程工具的选择为Matlab
其原因是该软件具有以下特性;
（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
（1）主函数
clc
clearall
a=rand（1,129）;%生成129位随机序列；
n=16;
A=2*round（a）-1;%生成01比特流；
signal1=[];
fori=1:
length（A）
if（A（i）==1）
signal1=[signal1,ones（1,16）];
else
signal1=[signal1,zeros（1,16）];
end
end
figure
subplot（3,1,1）;
plot（signal1,'g'）;%画出01比特流；
title（'初始源信号'）
axis（[0,2064,-0.5,1.5]）;
%HDB3码型变换；
hdb3_signal=hdb3（A）;
signal2=[];
fori=1:
length（hdb3_signal）
if（hdb3_signal（i）==1）
signal2=[signal2,ones（1,16）];
elseif（hdb3_signal（i）==0）
signal2=[signal2,zeros（1,16）];
else
signal2=[signal2,（-1）*ones（1,16）];
end
end
end
subplot（3,1,2）
plot（signal2）%画出转换后的HBD3双极性码；
title（'HBD3双极性码'）
axis（[0,2064,-1.5,1.5]）;
%将HDB3码转换成归零码
RZ_signal=RZhdb3（hdb3_signal,n）;
subplot（3,1,3）
plot（RZ_signal）%画出HBD3归零码；
title（'HDB3归零码'）
axis（[0,2064,-1.5,1.5]）;
figure
subplot（3,1,1）
plot（signal1,'g'）
title（'初始源信号'）
axis（[0,2064,-0.5,1.5]）
%对归零码添加加性高斯白噪声
noiseRZ_signal=noise（RZ_signal）
subplot（3,1,2）
plot（noiseRZ_signal）%画出加入噪声后信号；
title（'加入噪声后信号'）
axis（[0,350,-2,2]）;
%进入升余弦滚将系统
loadNyquist;
filter_signal=filter（Nyquist,1,noiseRZ_signal）
subplot（3,1,3）
plot（filter_signal）%画出通过升余弦滚降系统的信号；
title（'通过升余弦滚降系统信号'）
axis（[0,2064,-1.5,1.5]）;
%对信号进行抽样判决
sample_signal=sampling（filter_signal,n）;
signal3=[];
fori=1:
length（sample_signal）
if（sample_signal（i）==1）
signal3=[signal3,ones（1,16）];
elseif（sample_signal（i）==0）
signal3=[signal3,zeros（1,16）];
else
signal3=[signal3,（-1）*ones（1,16）];
end
end
end
figure
subplot（2,1,1）
plot（signal1,'g'）
title（'初始源信号'）
axis（[0,2064,-0.5,1.5]）;
subplot（2,1,2）
plot（signal3）%画出抽样判决后的信号；
title（'抽样判决后信号'）
axis（[0,2064,-1.5,1.5]）;
%恢复为原01比特流
re_signal=hdb3_signal1（sample_signal）;
signal4=[];
fori=1:
length（A）
if（A（i）==1）
signal4=[signal4,ones（1,16）];
else
signal4=[signal4,zeros（1,16）];
end
end
figure
subplot（2,1,1）
plot（signal1,'g'）
title（'初始源信号'）
axis（[0,2064,-0.5,1.5]）
subplot（2,1,2）
plot（signal4）
title（'HBD3码反编码信号'）
axis（[0,2064,-0.5,1.5]）
s=0;
fori=1:
129
s=s+abs（re_signal（i）-A（i））;
end
WML=s/129
（2）码型编码—转换HDB3码
functionhdb3_signal=hdb3（signal）
B=1;
hdb3_signal=zeros（size（signal））;%初始化输出序列；
count=0;%连0计数器；
k=1;
fori=1:
length（signal）
ifsignal（i）==1%遇1则极性反转；
hdb3_signal（i）=-B;%与之前的一个1的极性相反；
B=hdb3_signal（i）;
count=0;%计数器置0；
else
count=count+1;
ifcount==4%判断满足条件的码型；
count=0;
ifk==1
hdb3_signal（i）=hdb3_signal（i-4）;
k=0;
V=hdb3_signal（i）;
else
hdb3_signal（i）=-V;%遇4连零则置为V
V=hdb3_signal（i）;
ifhdb3_signal（i）*B==1%V与前一个非零符号极性相同
hdb3_signal（i-3）=hdb3_signal（i）;%否则置为B
end
B=hdb3_signal（i）;
end
end
end
end
end
（3）设置归零码
functionRZ_signal=RZhdb3（signal,n）
j=ones（1,n/2）;%0数组；
k=zeros（1,n/2）;%1数组；
RZ_signal=[];
fori=1:
length（signal）
ifsignal（i）==1
RZ_signal=[RZ_signal,j,k];%每个信码先填充n/2个原码型，再填充n/2个0码；
elseifsignal（i）==-1
RZ_signal=[RZ_signal,（-1）*j,k];
else
RZ_signal=[RZ_signal,k,k];
end
end
end
end
（4）噪声函数
functionzs=noise（signal）%信号加入噪声；
noise=sqrt（0.5）/sqrt
（2）*randn（1,length（signal））;
%设置噪声功率W=0.5，根据函数写出噪声；
zs=signal+noise;
end
（4）基带成型网络——升余弦滚降系统
%进入升余弦滚将系统
loadNyquist;
filter_signal=filter（Nyquist,1,noiseRZ_signal）
subplot（3,1,3）
plot（filter_signal）%画出通过升余弦滚降系统的信号；
（6）抽样判决
functionsample_signal=sampling（signal,n）
sample_signal=[];%设定空数组用于存放生成的新信码；
fori=n/2:
n:
length（signal）%设置间隔来取出抽样值；
ifsignal（i）>0.5%当信号抽样值>0.5，则信号恢复时函数为1；
sample_signal=[sample_signal,1];
elseifsignal（i）<-0.5%当信号抽样值<-0.5，则信号恢复时函数为-1；
sample_signal=[sample_signal,-1];
else%其余恢复为0；
sample_signal=[sample_signal,0];
end
end
end
end
（7）码型译码—恢复为01比特流
functionhdb3=hdb3_signal1（fsignal）
AMItemp=[];%先将信号恢复为AMI码；
count=0;%计数器置零；
a=;
fori=1:
length（fsignal）
ifa==0
AMItemp=[AMItemp,0];%将下一码型置零；
a=1;
else
AMItemp=[AMItemp,fsignal（i）];
end
iffsignal（i）==0
count=count+1;
ifcount==2
iffsignal（i-2）==fsignal（i+1）%判断是否为B00V码型；
AMItemp（i-2）=0;%将B置零；
a=0;%将标志a置零，方便下一位译码；
count=0;
end
elseif（count==3）
iffsignal（i-3）==fsignal（i+1）%判断是否为000V码；
a=0;
count=0;
end
end
end
end
end
hdb3=abs（AMItemp）
end
5. 运行结果及分析
源信号，HDB3双极性码，HDB3归零码比较
加入噪声、通过升余弦滚降系统比较
对信号进行抽样判决
码型译码—码型恢复为01比特流
升余弦滤波器
七、设计心得
本次设计你查阅了哪些资料、对通信系统的理解、编程方面等方面的心得体会；本次设计存在哪些有待继续完善的地方，并给出思路。
一开始确定题目，就开始翻阅《通信原理》，在上课的时候对基带系统有过学习，但是没有现在的深刻。
首先将书上的内容重新温习了一遍，然后在网上查阅了相关的资料比如。
虽然之前在Matlab的课程上对软件有一定的了解，并且在结课时完成了通信系统的模拟，包括了2PSK调制与解调，编码与译码等，但是在开始着手这次课程设计的时候，还是有不清楚的地方，花了很长时间才解决掉。
分析了在此次课程设计出现的部分问题和解决方法如下：
1.对于程序整体的把握性太差，刚看到题目时并没有一个完整的思路，逻辑性非常弱，在认真查阅资料后经过一段较长的时间后才开始着手程序的编写，其中也是困难重重，显示了我对对通信工程的基带传输系统的知识掌握度不够，不能熟练的应用。
在软件方面对一些基本的函数并不能熟练的应用，出现了很多失误，导致程序一直出现问题。
2.设计滤波器时，发现了好多问题。
一开始连参数设定都不知道如何进行，此次需要升余弦滚降系统个，在同学的指导下初步完成了滤波器的调制。
3．在画图的时候要考虑观看画出来的图形是否明了，需要根据Matlab的特点，将比特流和转换后的码性都添加了一定的扩展，在后面的抽样判决的时候就要考虑好采样点如何取。
4.HDB3编码和译码时，都出现了不同状况下的错误。
在最开始设计编码的时候，函数在判断出连续4个0信码的时候直接将其设置成0001信码，并没有根据前一个非0码基尼系那个设置，经过不断调试，添加了一个K=1，当K=1则取前一个非0信码相同值，K置零，不再使用，问题就迎刃而解了。
译码的时候在网上查找资料，但是觉得函数不够清晰简洁。
自己着手开始慢慢攻克。
利用count计数器，根据编码规则，查找出连续两个0信码，如果相邻的两个信码的极性相同则四个全部转换成0；查找出连续三个0，其相邻的两个信码极性相同，则把0后的一个信码置0，将count置零，用于下一次寻找。
AMI译码完成取绝对值就转换成原始01比特流了。
5.抽样判决的时候开始设定的是传入函数的信号直接进行判决，并在每个判决出来的码型后面填充相应的1、-1或者0。
在调试的时候却是出现了大问题，后来发现是传入的信号本身就是为了输出图片结果进行填充的信号。
解决关键点在抽样判决的取值上，利用i=n/2:
n:
length（signal），设置抽样间隔，取每个填充码的中间码型值进行判决。
课程设计我再一次感受到了Matlab的强大功能，在面对一个复杂的问题时，分解成一部分一部分的子函数来解决，很方便纠错和修改。
此次也巩固加深了了我对于有关《通信原理》的知识，也让我对知识的应用有了更深一步的理解。
一开始就是丈二的和尚摸不着头脑，一点思路也没有。
在大概理清楚思路后进行程序编写却问题不断。
比如在设计信号的编码、译码时，并不知到从哪里下手。
接着慢慢在网上查资料，询问同学，了解了一个完整的基带传输系统的几个主要内容的实现，熟悉了过后才按题目要求完成此次课程设计。
设计过程中遇到了很多麻烦，状况不断，由于对理论知识的理解不够，很多都是一知半解，掌握的东西不够熟练，程序的使用起来就非常不熟练，导致程序设计和编写的进度缓慢，时间过长。
很多地方又可以是说现学现用的新内容，通过不断地努力和同学的帮助才基本完成本次程序的编写。
还遇到了一些问题，在最后将通过结果来检验自己的程序有没有问题时，其误码率很高，信号的波形图显示出来与源信号相差很大，并不是简介明了，很多地方都是错误的，在返回去修改函数和滤波器的的参数，才使波形图输出平滑的曲线，使其误码率降低。
如此也让我直观的了解认识到影响误码率的因素。
通过此次程序的编写，深刻巩固我的理论知识，开阔了我的知识范围，通过不断查资料、询问同学，使我对所学的知识也得到更好的消化。
懂得怎样使自己所学的学的理论知识同实验实践联系起来，相结合，提高了自己的动手能力，加强了逻辑性的思考和判断。
八、参考文献
1.樊昌信曹丽娜等.通信原理（第七版）[M].国防工业出版社，2014年8月
2.HollyMoore著，高会生，刘童娜译.MATLAB实用教程（第二版）[M].电子工业出版社.2010年1月
3.JohnG.proakis等著,刘树棠译.现代通信系统（Matlab版）（第1版）[M].西安交通大学出版社,
4.唐向宏等著.MATLAB及在电子信息类课程中的应用.电子工业出版社.2008年6月
5.BernardSklar著.徐平平等译.数字通信系-基础与应用（第二版）[M].电子工业出版社.2014年11月
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