通信原理三級-文檔資料

1、1遠距離通信系統(tǒng)設計遠距離通信系統(tǒng)設計匯報人：匯報人：2目錄目錄/Contents總體設計方案總體設計方案Work content信源編碼信源編碼 /譯碼譯碼數(shù)字調(diào)制解數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式調(diào)方式信道編碼信道編碼 /譯碼譯碼遠距離點對遠距離點對點數(shù)字通信點數(shù)字通信系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)仿真及性能分析性能分析013 第一部分第一部分總體設計方案總體設計方案01l設計方案要求設計方案要求l點對點點對點數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)l方案分析方案分析l Simulink4要求設計一個從要求設計一個從 A 地到地到 B 地的語音地的語音或數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。或數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。！Simulink 是是 MATLAB 最重要的組最重

2、要的組件之一件之一,它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和仿真和 綜合分析的集成環(huán)境。綜合分析的集成環(huán)境。屬于遠距離點對點的通信系統(tǒng)屬于遠距離點對點的通信系統(tǒng), 可可以使用數(shù)字通信系統(tǒng)以使用數(shù)字通信系統(tǒng), 采用數(shù)字調(diào)采用數(shù)字調(diào)制方式制方式, 信道采用加性高斯白噪聲信道采用加性高斯白噪聲信道信道,不考慮多徑信道。不考慮多徑信道。數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)學信號來數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)學信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)傳遞信息的通信系統(tǒng), 其中主要由其中主要由信源編碼與譯碼、信道編碼與譯信源編碼與譯碼、信道編碼與譯碼、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)、同步與加碼、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)、同步與加密等。密等。1234第一部分

3、第一部分 總體設計方案總體設計方案5點對點通信系統(tǒng)圖點對點通信系統(tǒng)圖6 第二部分第二部分信源編碼信源編碼 /譯碼譯碼lPCM 編碼編碼/譯碼譯碼信源編碼信源編碼 /譯碼簡介譯碼簡介lPCM編譯碼整體027信源編碼信源編碼 PCM 編碼編碼編碼過程為將模擬信號經(jīng)抽樣、壓縮、量化、編碼編碼過程為將模擬信號經(jīng)抽樣、壓縮、量化、編碼,將其轉(zhuǎn)換為數(shù)將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號字信號PCM 原理框圖原理框圖信源編碼有兩個功能信源編碼有兩個功能:一是提高信息傳輸?shù)挠行砸皇翘岣咝畔鬏數(shù)挠行?即通過某種數(shù)據(jù)壓縮技術設法減少碼元數(shù)目和降低即通過某種數(shù)據(jù)壓縮技術設法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率。碼元速率。 碼元速率決定傳

4、輸所占的帶寬碼元速率決定傳輸所占的帶寬, 而傳輸帶寬反映了通信的有效性。二是完成模數(shù)轉(zhuǎn)換而傳輸帶寬反映了通信的有效性。二是完成模數(shù)轉(zhuǎn)換,考慮到項目要求為該通信系統(tǒng)需傳送語音考慮到項目要求為該通信系統(tǒng)需傳送語音, 所以采用國際通用語音編碼方式所以采用國際通用語音編碼方式 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制(PCM )8該模塊由該模塊由 sine wave(正弦信號發(fā)生器正弦信號發(fā)生器 ) 、 Zero-Order Hold(零階保持器零階保持器) 、 Saturation (限幅器限幅器) 、 Relay (繼電模塊繼電模塊) 、 Abs (絕對值模塊絕對值模塊) 、 A- Law Compressor

5、(A 率壓縮器率壓縮器) 、 Gain (增益模塊增益模塊) 、 Quantizer (量化器量化器) 、 Integer to Bit Converter(整數(shù)點轉(zhuǎn)換器整數(shù)點轉(zhuǎn)換器) 、 Mux (復用器復用器) 、 To Frame(裝幀裝幀器器) 、 Buffer (緩沖器緩沖器) 、 Scope (示波器示波器)組成組成,實現(xiàn)實現(xiàn) PCM 編碼功能。編碼功能。PCM編碼編碼 Simulink 仿真設計方案仿真設計方案設置設置 sine wave(正弦信號發(fā)生器正弦信號發(fā)生器 ) 的相的相關參數(shù)關參數(shù), 幅度為幅度為 1, 角頻率為角頻率為 200*pi, 抽樣抽樣時間間隔定為時間間隔定

6、為 1/8000s。 設置設置 Gain 的的增益參數(shù)為增益參數(shù)為 127。 其它采用默認參數(shù)即其它采用默認參數(shù)即 可可,然后進行仿真然后進行仿真,觀察示波器的波形如下觀察示波器的波形如下圖圖 由由下下圖可知圖可知,示波器輸出結果的示波器輸出結果的上部分波形為上部分波形為 PCM 編碼輸出編碼輸出結果結果,為二進制為二進制 序列序列, 下半部分下半部分波形為原輸入的正弦信號波形。波形為原輸入的正弦信號波形。 從而可知從而可知, 該該 PCM 系統(tǒng)模塊能系統(tǒng)模塊能實實 現(xiàn)模擬信號數(shù)字化的功能?，F(xiàn)模擬信號數(shù)字化的功能。9PCM譯碼譯碼 Simulink 仿真設計方案仿真設計方案該模塊由該模塊由 B

7、uffer(緩沖器緩沖器 ) 、 Reshape (成形器成形器) 、 Relay (繼電繼電模塊模塊) 、 Abs (絕對值模塊絕對值模塊) 、 A- Law Expander (A 率擴張器率擴張器) 、 Gain (增益模塊增益模塊) 、 Bit to Integer Converter (點整數(shù)轉(zhuǎn)換器點整數(shù)轉(zhuǎn)換器) 、 DeMux (分用器分用器) 、 Analog Filter Design (模擬低模擬低 通濾波器通濾波器 ) 、 Product (相乘器相乘器 )組成組成 ,實現(xiàn)實現(xiàn) PCM 譯碼功能。譯碼功能。將將 PCM 編碼系統(tǒng)圖的輸出端連編碼系統(tǒng)圖的輸出端連接至接至 PC

8、M 譯碼系統(tǒng)圖的輸入端譯碼系統(tǒng)圖的輸入端, 從而來測試該從而來測試該 PCM 編譯碼的性編譯碼的性能能,10經(jīng)經(jīng) PCM 編碼模塊和編碼模塊和 PCM 譯碼模譯碼模塊輸出后的波形塊輸出后的波形, 波形呈鋸齒狀波形呈鋸齒狀, 近近似呈平滑正弦波形。似呈平滑正弦波形。 從而可直觀從而可直觀地得到該地得到該 PCM 編譯碼具有良好的編譯碼具有良好的模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換能力模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換能力11 第三部分第三部分數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式0312數(shù)字通信系統(tǒng)選取數(shù)字通信系統(tǒng)選取 BPSK 作為其數(shù)字調(diào)制方式作為其數(shù)字調(diào)制方式添添關鍵字關鍵字仿真結果仿真結果添加添加關鍵字關鍵字添加添加關鍵字關鍵字BPS

9、K 調(diào)制解調(diào)仿真系統(tǒng)主調(diào)制解調(diào)仿真系統(tǒng)主要采用要采用 Bernoullibinary Generator 、 BPSK 調(diào)制模調(diào)制模 塊、塊、 AWGN(加性高斯白噪加性高斯白噪聲信道聲信道 ) 、 BPSK 解調(diào)模塊、解調(diào)模塊、誤碼率分析器、顯示模塊組誤碼率分析器、顯示模塊組 成。從而實現(xiàn)對成。從而實現(xiàn)對 BPSK 調(diào)制調(diào)制解調(diào)的性能分析測試。解調(diào)的性能分析測試。設置設置 Bernoullibinary Generator 采樣時間為采樣時間為 0.01, ; 設置設置 AWGN 的采樣的采樣時間時間 為為 0.02,信噪比為信噪比為 5dB ;其它參數(shù)采用默認參數(shù)其它參數(shù)采用默認參數(shù),然后

10、開始仿真然后開始仿真,通過觀通過觀察顯示察顯示 模塊第一項的數(shù)字可得模塊第一項的數(shù)字可得:BPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真后測得的誤碼率為調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真后測得的誤碼率為 0.19196%。 從而可得從而可得, BPSK 和和 QPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實際仿真所測得誤調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實際仿真所測得誤碼率相差無幾碼率相差無幾,都都 可作為數(shù)字通信系統(tǒng)的調(diào)制方式。可作為數(shù)字通信系統(tǒng)的調(diào)制方式。13 第四部分第四部分信道編碼信道編碼 /譯碼譯碼0414信道編碼的目的是增強數(shù)字信號的抗干擾能力。信道編碼的目的是增強數(shù)字信號的抗干擾能力。 數(shù)字信號在信道傳輸時收到數(shù)字信號在信道傳輸時收到 噪聲等影響后將會引噪聲等影

11、響后將會引起差錯。起差錯。 為了減少差錯為了減少差錯, 信道編碼器對傳輸?shù)男畔⒋a元按一信道編碼器對傳輸?shù)男畔⒋a元按一 定的規(guī)則加入保護成分定的規(guī)則加入保護成分(監(jiān)督元監(jiān)督元) ,組成所組成所謂的謂的“抗干擾編碼抗干擾編碼“。接收端的信道。接收端的信道 譯碼器按照相應的你規(guī)則進行解碼譯碼器按照相應的你規(guī)則進行解碼, 從中發(fā)現(xiàn)錯誤或糾正錯誤從中發(fā)現(xiàn)錯誤或糾正錯誤, 提高通信系統(tǒng)的可靠性。提高通信系統(tǒng)的可靠性。信道編碼方式信道編碼方式漢明碼漢明碼(7,4)：為了測試采用哈明碼作為信道編碼為了測試采用哈明碼作為信道編碼方式的數(shù)字通信系統(tǒng)的性能方式的數(shù)字通信系統(tǒng)的性能,設計設計由由 Bernoullib

12、inary Generator、 BPSK 調(diào)制模塊、漢明編碼模塊、調(diào)制模塊、漢明編碼模塊、 AWGN(加性高斯白噪聲信道加性高斯白噪聲信道 ) 、 BPSK 解調(diào)模塊、解調(diào)模塊、 漢明解碼模塊、漢明解碼模塊、 緩沖器、緩沖器、 Ubuffer (并串變換器并串變換器) 、 緩沖器、誤碼率分析器、顯示模塊緩沖器、誤碼率分析器、顯示模塊組成的系統(tǒng)。組成的系統(tǒng)。設置哈明編碼模塊產(chǎn)生設置哈明編碼模塊產(chǎn)生(7,4)碼碼;緩沖器參數(shù)設置為緩沖器參數(shù)設置為 7;其它設置參數(shù)其它設置參數(shù)同同3.3的設置參數(shù)。然后開始仿真的設置參數(shù)。然后開始仿真,由誤碼率分析器的結果可得用哈由誤碼率分析器的結果可得用哈明碼作

13、為信道明碼作為信道 編碼方式的通信系統(tǒng)仿真測試的誤碼率為編碼方式的通信系統(tǒng)仿真測試的誤碼率為 0。15 第五部分第五部分仿真及性能分析仿真及性能分析0516根據(jù)上面的討論根據(jù)上面的討論, 本項目所設計的遠距離點對點數(shù)字通信系統(tǒng)中信源編譯碼本項目所設計的遠距離點對點數(shù)字通信系統(tǒng)中信源編譯碼 采用采用 PCM 編譯碼編譯碼, 信道編譯碼采用漢明碼信道編譯碼采用漢明碼 (7,4) 編譯碼編譯碼, 數(shù)字調(diào)制方式選用數(shù)字調(diào)制方式選用 BPSK , 信道信道采用加性高斯白噪聲信道。采用加性高斯白噪聲信道。為了測試設計的點對點數(shù)字通信系統(tǒng)的性能為了測試設計的點對點數(shù)字通信系統(tǒng)的性能,設計由正弦信號發(fā)生器、設

14、計由正弦信號發(fā)生器、 PCM 編碼模塊編碼模塊 (2.3中自行封裝的子模塊中自行封裝的子模塊) 、 PCM 譯碼模塊譯碼模塊 (2.3中自行封裝的子模塊中自行封裝的子模塊) 、 BPSK 調(diào)制調(diào)制模塊、漢明編碼模塊、模塊、漢明編碼模塊、 AWGN(加性高斯白噪聲信道加性高斯白噪聲信道 ) 、 BPSK 解調(diào)模塊、解調(diào)模塊、 漢明解碼漢明解碼模塊、緩沖器、模塊、緩沖器、 Ubuffer (并串變換器并串變換器) 、誤碼率分析器、顯示模塊、誤碼率分析器、顯示模塊.示波器組成的系統(tǒng)。示波器組成的系統(tǒng)。17仿真結果：仿真結果：設置設置 sine wave(正弦信號發(fā)生器正弦信號發(fā)生器 ) 的相的相關參數(shù)關參數(shù), 幅度為幅度為 1, 角頻率為角頻率為 200*pi, 抽抽樣時間間隔定為樣時間間隔定為 1/8000; AWGN 中抽樣中抽樣時間間隔設置為時間間隔設置為 2/8000, 信噪比為信噪比為 10dB ; 其它設置同其它設置同 4.3,然后開始仿真然后開始仿真,由誤碼率分析器的結果可得所設計的點由誤碼率分析器的結果可得所設計的點對點數(shù)對點數(shù) 字通信系統(tǒng)仿真后測得的誤碼率字通信系統(tǒng)仿真后測得的誤碼率為為 0.0575%。示波器顯示波形如下圖。示波器顯示波形如下圖。上圖波形中上半部分為原始上