差分码数字信号解密仿真.docx

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差分码数字信号解密仿真

目录

1引言.........................................................3

1.1课程设计的目的.............................................3

1.2课程设计的步骤.............................................4

1.3设计平台...................................................4

2基本原理.....................................................5

2.1Simulink工作环境..........................................5

（1）模型库....................................................5

（2）设计仿真模型..............................................6

（3）运行仿真..................................................6

2.2差分码加密与解密..........................................6

3系统设计.....................................................7

3.1差分码数字信号加密.........................................7

（1）差分码加密部分............................................7

（2）差分码加密部分参数设置....................................7

（3）差分码数字信号加密部分仿真................................9

3.2差分码数字信号解密........................................10

（1）差分码解密部分...........................................10

（2）差分码解密部分参数设置...................................10

（3）差分码数字信号解密部分仿真...............................12

3.3加入高斯噪声的差分码数字信号解密..........................13

（1）差分码加入高斯噪声.......................................13

（2）高斯噪声参数设置1........................................13

（3）加入噪声后的波形1........................................14

（4）高斯噪声参数设置2........................................14

（5）加入噪声后的波形2........................................15

4仿真电路分析与总结...........................................16

5结束语.......................................................16

6参考文献.....................................................17

差分码数字信号解密仿真

学生姓名：

指导老师：

摘要本课程设计主要运用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台设计进行差分码数字信号解密仿真。

在本次课程设计中先产生差分码，根据数字信号加密解密原理构建加密解密电路，从Simulink工具箱中找所各元件，合理设置好参数并运行，其中可以通过不断的修改优化得到需要信号，之后加入高斯噪声，并分析对信号的影响，最后通过对输出码型的分析得出差分码解密系统仿真是否成功。

关键词Simulink；差分码；加密解密

1引言

本次课程设计主要运用MATLAB软件，在Simulink平台下建立仿真模型。

实现差分码数字信号解密过程，通过分析比较加密前与解密后信号的码型，理解差分码解密原理。

再加入高斯噪声，观察对波形的影响，并对其进行分析总结。

1.1课程设计目的

通信原理是通信工程专业的一门骨干的专业课，是通信工程专业后续专业课的基础。

掌握通信原理课程的知识可使学生打下一个坚实的专业基础，可提高处理通信系统问题能力和素质。

由于通信工程专业理论深、实践性强，做好课程设计，对学生掌握本专业的知识、提高其基本能力是非常重要的。

通信课程设计的目的是为了学生加深对所学的通信原理知识理解，培养学生专业素质，提高利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后的专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。

使学生能比较扎实地掌握本专业的基础知识和基本理论，掌握数字通信系统及有关设备的分析、开发等基本技能，受到必要工程训练和初步的科学研究方法和实践训练，增强分析和解决问题的能力，了解本通信专业的新发展。

1.2课程设计的步骤

（1）构建差分码生成电路，并用示波器观察原码与生成的差分码。

（2）以差分码为输入，构建加密电路电路，并用示波器观察调制前后的信号波形。

（3）再以加密差分码为输入，构建解密电路，并用示波器观察调制前后的信号波形。

（4）再以解密差分码为输入，构建还原原码电路，并用示波器观察比较解密之后的原码与加密之前的原码。

（5）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。

1.3设计平台

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。

在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。

Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。

为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI），这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

Simulik是MATLAB软件的扩展，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。

所谓模型化图形输入是指Simulik提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。

2基本原理

2.1Simulink工作环境

（1）模型库

在MATLAB命令窗口输入“simulink”并回车，就可进入Simulink模型库单击工具栏上的按钮也可进入Simulik模块库按功能进行分为以下8类子库：

Continuous（连续模块）Discrete（离散模块）Function&Tables（函数和平台模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Signals&Systems（信号和系统模块）Sinks（接收器模块）Sources（输入源模块）用户可以根据需要混合使用歌库中的模块来组合系统，也可以封装自己的模块，自定义模块库、从而实现全图形化仿真。

Simulink模型库中的仿真模块组织成三级树结构Simulink子模型库中包含了Continous、Discontinus等下一级模型库Continous模型库中又包含了若干模块，可直接加入仿真模型。

图2-1simulink模型库

（2）设计仿真模型

在MATLAB子窗口或Simulink模型库的菜单栏依次选择“File”—“New”—“Model”，即可生成空白仿真模型窗口

图2-2仿真模型窗口

（3）运行仿真

点击仿真模型窗口上方“Startsimulation”进行仿真。

2.2差分码加密与解密

将信源产生的二进制数字消息和一个周期很长的伪随机序列模2相加，这样就能将消息变成不可理解的另一个序列。

将这种加密序列在信道中传输，被他人窃听后也不可理解其内容。

在接收端必须加上一同样的伪随机序列，才能恢复为原发送消息。

因为将此序列模2加入两次，就等于为加入。

图2-3利用伪随机序列加密的原理

3系统设计

3.1差分码数字信号加密

（1）差分码加密部分

打开simulink工具箱，点击file图标，选择新建中的model，新建一个仿真空白模型，将差分码加密所需要的模块拖入空白模型中。

下图中BernoulliBinaryGenerator模块为原码生成模块，PNSequenceGenerator模块为伪随机码生成模块，Scope为示波器模块，XOR为异或模块，UnitDelay为时延模块。

调制模型图如下图所示：

图3-1差分码数字信号加密模型图

（2）差分码加密部分参数设置

原码生成模块的参数设置

图3-2原码生成模块的参数设置

伪随机序列生成模块参数设置

图3-3伪随机序列生成模块参数设置

时延模块参数设置

图3-4时延模块参数设置

异或模块参数设置

图3-5异或模块参数设置

（3）差分码数字信号加密部分仿真

图3-6差分码数字信号加密部分仿真

第一段为原码的波形图，第二段为差分码的波形图，第三段为随机码加密之后的波形图。

3.2差分码数字信号解密

（1）差分码解密部分

打开simulink工具箱，点击file图标，选择新建中的model，新建一个仿真空白模型，将差分码加密所需要的模块拖入空白模型中。

下图中BernoulliBinaryGenerator模块为原码生成模块，PNSequenceGenerator模块为伪随机码生成模块，Scope为示波器模块，XOR为异或模块，UnitDelay为时延模块。

调制模型图如下图所示：

图3-7差分码数字信号加密模型图

（2）差分码解密部分参数设置

原码生成模块的参数设置

图3-8原码生成模块的参数设置

伪随机序列生成模块参数设置

图3-9伪随机序列生成模块参数设置

时延模块参数设置

图3-10时延模块参数设置

异或模块参数设置

图3-11异或模块参数设置

（3）差分码数字信号解密部分仿真

图3-12差分码数字信号解密部分仿真

第一段为原码的波形图，第二段为差分码的波形图，第三段为随机码加密之后的波形图，第四段为解密之后的差分码波形，第五段为还原的原码波形。

3.3加入高斯噪声的差分码数字信号解密

高斯噪声是指它的概率密度函数服从高斯分布（即正态分布）的一类噪声。

在理想信道调制与解调的基础上，在调制信号上加入高斯噪声，把Simulink噪声源下的高斯噪声模块（GaussianNoiseGenerator）加入到模型中。

模型、噪声参数设置与波形图如下：

（1）差分码加入高斯噪声

图3-13差分码加入高斯噪声

（2）高斯噪声参数设置1

图3-14高斯噪声参数设置1

（3）加入噪声后的波形1

图3-15加入噪声后的波形1

第一段为原码的波形图，第二段为差分码的波形图，第三段为随机码加密加噪声之后的波形图，第四段为抽样判决之后的加密波形，第五段为解密之后的差分码波形，第六段为还原的原码波形。

（4）高斯噪声参数设置2

图3-16高斯噪声参数设置1

（5）加入噪声后的波形2

图3-17加入噪声后的波形2

第一段为原码的波形图，第二段为差分码的波形图，第三段为随机码加密加噪声之后的波形图，第四段为抽样判决之后的加密波形，第五段为解密之后的差分码波形，第六段为还原的原码波形。

如图3-14,3-16所示，噪声的方差分别为0.01与0.1，当方差为0.01时，由图3-15可以看到能够完全恢复原码，当方差为0.1时，由图3-16可以看到不能够恢复原码。

4仿真电路分析与总结

4.1结果分析

经过对加密前原码与解密之后的还原码进行比较发现，在噪声较小时通过与伪随机码做模2和可以进行加密并可以成功解密出原码，在噪声较大时则无法解密出原码。

实验达到了目的，基本成功。

4.2异常处理

在本次课程设计运用了MATLAB软件下Simulink建立工作模型，在仿真的过程中遇到了各种不同的问题，通过自己的探索和在老师和同学的帮助下总算得以解决，总结分析分析如下：

（1）运行后如没有出现波形、出现多路波形的混合或是出现波形的幅度过小或过大，可以点击Scope菜单栏的或者点击鼠标右键，选择Axesproperties即可对坐标进行调整。

（2）若码型较少可选择Simulation—ConfigurationParameters更改Stoptime。

并双击Scope点击Parameters更改Timerange，并使两个参数相同。

（3）在整个仿真过程中，各模块的参数设置十分重要，一定要设置合适的参数，才会得出所需要的信号。

5结束语

经过为期两周的课程设计，在同学和老师的帮助下我顺利的完成了任务。

不同于在教室里上的理论，这次的课程设计需要将我们平时所学习的知识运用到实践之中，将知识学以致用。

因为是以所学理论为基础，所以在课程设计的过程中，我又重温了数字信号加密与解密等知识，更加熟悉了MATLAB里的Simulink工具箱，学会了独立建立模型，分析加密与解密结果，加入噪声之后的情况，通过自己不断地调试，更好的理解加入噪声对信道的影响。

通过这次课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了实际操作能力，综合素质也得到了提高，进一步加深了了我们对专业的认识和激发了我们对专业的兴趣。

参考文献

[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理.北京：

国防工业出版社，2006

[2]达新宇．通信原理实验与课程设计．北京：

北京邮电大学出版社，2003

[3]徐远明.MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用.西安：

西安电子科技大学出版社，2005

[4]张化光,孙秋野.MATLAB/Simulink实用教程.北京：

人民邮电出版社，2009

[5]姚俊，马松辉.Simulink建模与仿真基础.北京：

西安电子科技大学出版社，2002

[6]邓华．MATLAB通信仿真及应用实例详解．北京：

国防工业出版社，2003