matlab_HDB3編碼譯碼數(shù)字信號(hào)調(diào)制解調(diào)

1、一、 HDB3碼的編碼和譯碼1、實(shí)驗(yàn)要求：掌握HDB3碼的編碼規(guī)則，利用MATLAB設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)HDB3碼的編碼和譯碼。2、原理簡(jiǎn)述：編碼規(guī)則 :1） 先將消息代碼變換成AMI 碼，若 AMI 碼中連 0 的個(gè)數(shù)小于4,此時(shí)的 AMI 碼就是HDB3 碼;2） 若 AMI 碼中連 0 的個(gè)數(shù)大于3, 則將每 4 個(gè)連 0 小段的第4 個(gè) 0 變換成與前一個(gè)非0 符號(hào) (+1 或 -1) 同極性的符號(hào),用表示 (+1+,-1-);3） 為了不破壞極性交替反轉(zhuǎn)，當(dāng)相鄰符號(hào)之間有偶數(shù)個(gè)非0 符號(hào)時(shí)，再將該小段的第 1 個(gè) 0 變換成 B 或 -B, 符號(hào)的極性與前一非零符號(hào)的相反，并讓后面的非零符號(hào)從

2、符號(hào)開始再交替變化。例如 :消息代碼 :1000010000 11000011AMI 碼:+10000-10000 +1-10000+1-1HDB3 碼：+1000+V-1 000-V +1-1+B00+V-1+1 簡(jiǎn)易編碼方法：原理： HDB3 碼既要包含AMI 的交替特性使輸出無(wú)直流特性，又要不出現(xiàn)四個(gè)以上的連 0 ，因此可以先滿足后者。1）把 "0000" 換為取代節(jié)。規(guī)則：先將 "0000" 分離開來(lái)，第一個(gè)"0000" 直接變?yōu)?"000V" ，然后數(shù)相鄰兩個(gè)"0000"之間 &quo

3、t;1" 的個(gè)數(shù)，奇數(shù)則變?yōu)?quot;000V" ，偶數(shù)則變?yōu)?quot; B00V"。2）更新符號(hào)。根據(jù)教材有： B 總是與其前面的1 或 V 符號(hào)相反， V 總是與前面的1 或 B 相符號(hào)相同，1 總是與前面的V 或 B 符號(hào)相反，就可以編符號(hào)了。例如 :消息代碼： 1000010000 110000110000 00001110000 1中間碼：1000V1000V 11B00V11B00VB00V111000V 1HDB3 碼：+1000+V-1000-V +1-1+B00+V-1+1-B00-V +B00+V-1+1-1000-V +1解碼規(guī)則：1 ）

4、雖然編碼很復(fù)雜，但解碼規(guī)則很簡(jiǎn)單，若3 連 “ 0前”后非零脈沖同極性，則將最后一個(gè)非零元素譯為零，如+1000+1就應(yīng)該譯成 “10000”；若 2 連 “0前”后非零脈沖極性相同，則兩零前后都譯為零，如-100-1 ，就應(yīng)該譯為0000.2 ）再將所有的-1 變換成 +1 后，就可以得到原消息代碼。3、程序運(yùn)行結(jié)果運(yùn)行程序可自定義二進(jìn)制序列，第一個(gè)窗口顯示所輸入的二進(jìn)制碼元，第二個(gè)窗口為 HDB3 編碼后的結(jié)果，最后一個(gè)窗口為解碼后的窗口。4、程序源代碼% ch7example6prog1.m% AMI碼的編碼xn=1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0

5、 1 0;%輸入單極性碼yn=xn;%輸出 yn 初始化num=0;%計(jì)數(shù)器初始化for k=1:length(xn)if xn(k)=1num=num+1;% "1" 計(jì)數(shù)器if num/2 = fix(num/2) %奇數(shù)個(gè) 1 時(shí)輸出 -1,進(jìn)行極性交替yn(k)=1;elseyn(k)=-1;endendend% HDB3 編碼num=0;% 連零計(jì)數(shù)器初始化yh=yn;% 輸出初始化sign=0; %極性標(biāo)志初始化為0V=zeros(1,length(yn);% V脈沖位置記錄變量B=zeros(1,length(yn);% B脈沖位置記錄變量for k=1:le

6、ngth(yn)if yn(k)=0num=num+1;% 連“ 0”個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)if num=4% 如果 4 連“ 0”num=0;% 計(jì)數(shù)器清零yh(k)=1*yh(k-4);% 讓 0000 的最后一個(gè) 0 改變?yōu)榕c前一個(gè)非零符號(hào)相同極性的符號(hào)V(k)=yh(k);% V 脈沖位置記錄if yh(k)=sign% 如果當(dāng)前V 符號(hào)與前一個(gè)V 符號(hào)的極性相同yh(k)=-1*yh(k); %則讓當(dāng)前V 符號(hào)極性反轉(zhuǎn) , 以滿足 V 符號(hào)間相互極性反轉(zhuǎn)要求yh(k-3)=yh(k);% 添加 B 符號(hào) ,與 V 符號(hào)同極性B(k-3)=yh(k);% B 脈沖位置記錄V(k)=yh(k);% V

7、 脈沖位置記錄yh(k+1:length(yn)=-1*yh(k+1:length(yn);% 并讓后面的非零符號(hào)從V 符號(hào)開始再交替變化endsign=yh(k);%記錄前一個(gè)V 符號(hào)的極性endelsenum=0;% 當(dāng)前輸入為“1”則連“0”計(jì)數(shù)器清零endend% 編碼完成re=xn',yn',yh',V',B'% 結(jié)果輸出 : xn AMI HDB3 V&B符號(hào)% HDB3 解碼input=yh;% HDB3 碼輸入decode=input;% 輸出初始化sign=0;% 極性標(biāo)志初始化for k=1:length(yh)if inpu

8、t(k) = 0if sign=yh(k)% 如果當(dāng)前碼與前一個(gè)非零碼的極性相同decode(k-3:k)=0 0 0 0;%則該碼判為V 碼并將 *00V 清零endsign=input(k);% 極性標(biāo)志endenddecode=abs(decode);% 整流error=sum(xn'-decode');% 解碼的正確性檢驗(yàn),作圖subplot(3,1,1);stairs(0:length(xn)-1,xn);axis(0 length(xn) -2 2);subplot(3,1,2);stairs(0:length(xn)-1,yh);axis(0 length(xn)

9、 -2 2);subplot(3,1,3);stairs(0:length(xn)-1,decode);axis(0 length(xn) -2 2);二、數(shù)字帶通系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)1、實(shí)驗(yàn)要求：利用 MATLAB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)字帶通系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)。2、原理簡(jiǎn)述：數(shù)字調(diào)制： 用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波， 把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào) （已調(diào)信號(hào)）的過(guò)程成為數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制的基本原理相同，但數(shù)字信號(hào)有離散取值的特點(diǎn)。因此數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法： 利用模擬調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，即把數(shù)字調(diào)制看成是模擬調(diào)制的特例把數(shù)字基帶信號(hào)當(dāng)成是模擬信號(hào)的特殊情況處理；利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過(guò)開

10、關(guān)鍵控制載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。這種方法稱為鍵控法，比如對(duì)載波的振幅，頻率和相位進(jìn)行鍵控，便可得到振幅鍵控ASK，頻移鍵控FSK和相移鍵控PSK三種基本的數(shù)字調(diào)制方式。振幅鍵控ASK振幅鍵控利用載波的幅度變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而其頻率和初始相位保持不變。在 2ASK中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別為對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息“0”或“ 1”。常用的二進(jìn)制振幅鍵控方式稱為通斷鍵控，2ASK信號(hào)的一般表達(dá)式為其中2ASK有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)和相干解調(diào)，解調(diào)方式如下：非相干解調(diào)方式：帶通濾波器全波整流器低通濾波器抽樣判決器輸出想干解調(diào)方式：帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器輸出頻移鍵控FSK頻移

11、鍵控是利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息。在2FSK中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1 和 f2 兩個(gè)頻率點(diǎn)檢變化。 一個(gè) 2FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加。 其產(chǎn)生方式有兩種：采用模擬調(diào)頻來(lái)實(shí)現(xiàn)也可采用鍵控法實(shí)現(xiàn)，即在二進(jìn)制基帶矩形序列的控制下通過(guò)開關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。但相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。2FSK 信號(hào)的常用解調(diào)方法也采用相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方式。其解調(diào)原理是將2FSK信號(hào)分解為上下兩路2ASK信號(hào)分別進(jìn)行解調(diào)，然后進(jìn)行判決。相移鍵控PSK二進(jìn)制相移鍵控2PSK相移鍵控是利用載波的相位變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在 2PS

12、K中，通常用初始相位 0 和分別表示二進(jìn)制“ 1”和“ 0”。與 2ASK信號(hào)的產(chǎn)生方式相比，只是對(duì) s(t) 的要求不同，在 2ASK中是單極性的，而在 2PSK中是雙極性的基帶信號(hào)。2PSK信號(hào)的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法。二進(jìn)制差分相移鍵控2DPSK2PSK相干解調(diào)時(shí)， 由于載波恢復(fù)中相位有 0、模糊性， 導(dǎo)致解調(diào)過(guò)程出現(xiàn) “反向工作”現(xiàn)象，恢復(fù)出的數(shù)字信號(hào)“ 1”“ 0”倒置，使得 2PSK難以實(shí)際應(yīng)用。而 2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化傳遞數(shù)字信息， 對(duì)于相同的基帶數(shù)字信息序列， 由于初始相位不同， 2DPSK的相位可以不同。也就是說(shuō)， 2DPSK信號(hào)的相位并不直接代表基

13、帶信號(hào)，而前后碼元相對(duì)相位的差才唯一決定信號(hào)符號(hào)。2DPSK信號(hào)的解調(diào)方法為相干解調(diào)（極性比較法）加碼反變換法。其原理為：帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器碼反變換輸出3、程序運(yùn)行結(jié)果2ASK調(diào)制后的信號(hào)以及2ASK解調(diào)后的信號(hào)2PSK基帶信號(hào)， 2PSK調(diào)制后的信號(hào)以及2PSK解調(diào)后的信號(hào)2FSK調(diào)制后的信號(hào)以及使用2FSK解調(diào)后的信號(hào)隨機(jī)產(chǎn)生得二進(jìn)制原始信號(hào)以及2DPSK調(diào)制之后得信號(hào)使用 2DPSK解調(diào)之后的信號(hào)4、程序源代碼2ASKclear all;clear;N=10;% 調(diào)制序列的長(zhǎng)度f(wàn)c=20;% 載波頻率datat=0.01;% 時(shí)域采樣間隔data=1/datat;df=

14、0.01;% 頻率分辨率t=0:datat:N;% 設(shè)每個(gè)碼元長(zhǎng)度為1ms時(shí)間矢量：0：Nm=randint(1,N);% 產(chǎn)生調(diào)制序列fs=1/datat;c=cos(2*pi*fc*t);for i=1:length(m)if(m(i)=1)for j=1:1/datat;ask_pre(j+(i-1)*(1/datat)=1;endelseif(m(i=0)ask_pre(j+(i-1)*(1/datat)=0;endendask_pre=ask_pre,m(i);ask=ask_pre.*c;ask_F,ask,df1=fftseq(ask,datat,df);C,c,df1=ffts

15、eq(c,datat,df);M,ask_pre,df1=fftseq(ask_pre,datat,df);f=0:df1:df1*(length(c)-1)-fs/2;subplot(2,1,1);plot(t,ask_pre(1:length(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí)間ms');title('未調(diào)信號(hào)');ylabel('幅值 ：v');subplot(2,1,2);plot(t,ask(1:length(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí) 間ms');titl

16、e('2ASK信 號(hào) ');ylabel('幅值 ：v');%-%-解調(diào)-%-ask_n=(ask_pre+rand(1,length(ask_pre).*c;% （高斯白噪聲）ask_NF,ask_n,df1=fftseq(ask_n,datat,df);f_strain=8;n_off=floor(f_strain/df1);f=0:df1:df1*(length(ask)-1)-fs/2;n0=floor(fc-8)/df1):floor(fc+8)/df1);BP=zeros(1,length(f);BP(min(n0):max(n0)=ones(1,l

17、ength(n0); %帶通濾波器設(shè)計(jì)BP(length(BP)-max(n0):length(BP)-min(n0)=ones(1,length(n0);H=zeros(1,length(f);H(1:n_off)=2*ones(1,n_off);% 矩形窗截取H(length(f)-n_off+1:length(f)=2*ones(1,n_off);%H(1:n_off)=2*hamming(n_off);%hamning窗截取%H(length(f)-n_off+1:length(f)=2*hamming(n_off);BP1=BP.*ask_F;BPN=BP.*ask_NF;ask_r

18、e1=ifft(BP1);ask_ren1=ifft(BPN);ask_re=2*ask_re1.*c;% 相干解調(diào)法ask_ren=2*ask_ren1.*c; %相干解調(diào)（高斯白噪聲）ask_reF,ask_re,df1=fftseq(ask_re,datat,df);ask_reNF,ask_ren,df1=fftseq(ask_ren,datat,df);D1=H.*ask_reF;DN=H.*ask_reNF;d1=ifft(D1);dn=ifft(DN);fori=1:length(m)% 判決if(d1(i-1)*(1/datat)+(1/(2*datat)>=0.5)決規(guī)

19、則 :d1>0.5=> 1%判m_de(i)=1;d1<0.5=> 0% 否則for j=1:1/datatd11(j+(i-1)*(1/datat)=1;% 為了畫解調(diào)波形需要elseendm_de(i)=0;for j=1:1/datatd11(j+(i-1)*(1/datat)=0;% 為了畫解調(diào)波形需要endendendfori=1:length(m)%判決if(dn(i-1)*(1/datat)+(1/(2*datat)>=0.5)決規(guī)則 :d1>0.5=> 1%判m_den(i)=1;d1<0.5=> 0%否則for j=1:1

20、/datatdnn(j+(i-1)*(1/datat)=1;% 為了畫解調(diào)波形需要elseendm_den(i)=0;for j=1:1/datatdnn(j+(i-1)*(1/datat)=0;% 為了畫解調(diào)波形需要endendendfigure(2);subplot(4,1,1);plot(t,ask(1:length(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí)間 ');title(' 解調(diào)器接收波形');subplot(4,1,2);plot(t,ask_re1(1:length(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel

21、('時(shí)間 ');title(' 經(jīng)過(guò)帶通濾波器波形');subplot(4,1,3);plot(t,d1(1:length(t);axis(0,N,-0.5,2.5);xlabel('時(shí)間 ');title(' 經(jīng)過(guò)低通濾波器波形');subplot(4,1,4);plot(t(1:length(d11),d11);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí)間 ');title(' 經(jīng)過(guò)判決器波形');2FSKclear;N=20;% 調(diào)制序列的長(zhǎng)度f(wàn)c=5;% 載波基頻datat=0

22、.01;% 時(shí)域采樣間隔fs=1/datat;% 頻率分辨率df=0.01% 頻率縮放系數(shù)t=0:datat:N;% 設(shè)每個(gè)碼元長(zhǎng)度為m=randint(1,N);% 產(chǎn)生調(diào)制序列for i=1:length(m)if(m(i)=1)for j=1:1/datat;fsk_f(j+(i-1)*(1/datat)=4;mm(j+(i-1)*(1/datat)=1;1ms時(shí)間矢量： 0：N%1 碼的載波基波倍頻系數(shù)% 為了畫碼元時(shí)域波形需要20hzendelseif(m(i)=0)for j=1:1/datat;fsk_f(j+(i-1)*(1/datat)=1;%0碼的載波基波倍頻系數(shù)5hzmm

23、(j+(i-1)*(1/datat)=0;% 為了畫碼元時(shí)域波形需要endendendif(m(i)=1)nn=4;elsenn=1;endfsk_f=fsk_f,nn;% 使 fsk_f 的長(zhǎng)度與t 相同fsk_c=fsk_f*fc;% 根據(jù)不同的倍頻系數(shù)產(chǎn)生不同的載波頻率c=cos(2*pi*fsk_c.*t);%2fsk 信號(hào)產(chǎn)生C,c,df1=fftseq(c,datat,df);%2fsk 信號(hào)的傅立葉變換MM,mm,df1=fftseq(mm,datat,df);% 基帶信號(hào)的傅立葉變換f=0:df1:df1*(length(mm)-1)-fs/2;% 頻率作圖矢量figure(1

24、);subplot(2,1,1);plot(t,mm(1:length(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí)間ms');title(' 未調(diào)信號(hào) ');ylabel('v');subplot(2,1,2);plot(t,c(1:length(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí)間ms');title('2FSK信號(hào) ');ylabel('v');%-%-解調(diào)-%-B0=fc-2,fc+2;%0 碼頻帶寬B1=fc*4-2,fc*4+2;%1 碼頻帶

25、寬n0=floor(fc-2)/df1):floor(fc+2)/df1);n1=floor(4*fc-2)/df1):floor(4*fc+2)/df1);H0=zeros(1,length(C);H0(min(n0):max(n0)=ones(1,length(n0); %濾波器設(shè)計(jì) (0 碼帶通濾波器 )H0(length(H0)-max(n0):length(H0)-min(n0)=ones(1,length(n0);H1=zeros(1,length(C);H1(min(n1):max(n1)=ones(1,length(n1); %濾波器設(shè)計(jì) (1 碼帶通濾波器 )幅值：幅值：H1

26、(length(H1)-max(n1):length(H1)-min(n1)=ones(1,length(n1);n_off0=fc/df1;n_off1=4*fc/df1;L0=zeros(1,length(C);%(0 碼低通濾波器 )L0(1:n_off0)=2*ones(1,n_off0);L0(length(L0)-n_off0+1:length(L0)=2*ones(1,n_off0);L1=zeros(1,length(C);% %(1 碼低通濾波器L1(1:n_off1)=2*ones(1,n_off1);L1(length(L1)-n_off1+1:length(L1)=2*

27、ones(1,n_off1);C0=C.*H0;C1=C.*H1;m0=ifft(C0);m1=ifft(C1);mm0=abs(m0);% 包絡(luò)檢波mm1=abs(m1);MM0,mm0,df1=fftseq(mm0,datat,df);MM1,mm1,df1=fftseq(mm1,datat,df);MM0=MM0.*L0;MM1=MM1.*L1;mm0=ifft(MM0);mm1=ifft(MM1);)fori=1length(m)%比較器:判決if(abs(m0(i-1)*(1/datat)+(1/(2*datat)>=abs(m1(i-1)*(1/datat)+(1/(data

28、t*2)則:mo>m1 => 0% 判決規(guī)m_de(i)=0;=> 1%否則for j=1:1/datatm_anti(j+(i-1)*(1/datat)=0;% 為了畫解調(diào)波形需要elseendm_de(i)=1;for j=1:1/datatm_anti(j+(i-1)*(1/datat)=1;% 為了畫解調(diào)波形需要endendendm_anti=m_anti,m_de(i);figure(2)subplot(5,1,1);plot(t,m0(1:length(t);xlabel(' subplot(5,1,2);plot(t,m1(1:length(t); xl

29、abel(' subplot(5,1,3);plot(t,mm0(1:length(t);xlabel(' subplot(5,1,4);plot(t,mm1(1:length(t); xlabel('時(shí)間 ');title(' 經(jīng)過(guò)帶通濾波器1 后波形 ');時(shí)間 ');title(' 經(jīng)過(guò)帶通濾波器2 后波形 ');時(shí)間 ');axis(0,N,-0.1,2);title(' 經(jīng)過(guò)低通濾波器時(shí)間 '); axis(0,N,-0.1,2); title('經(jīng)過(guò)低通濾波器1 后波形 '

30、;);2 后波形 ');subplot(5,1,5);plot(t,m_anti(1:length(t); xlabel('時(shí)間 '); axis(0,N,-0.5,1.5); title('經(jīng)過(guò)比較起判決后波形');2PSKclear;N=10;% 調(diào)制序列的長(zhǎng)度f(wàn)c=10;% 載波頻率datat=0.01;% 時(shí)域采樣間隔fs=1/datat;% 頻率分辨率df=0.01% 頻率縮放系數(shù)t=0:datat:N;% 設(shè)每個(gè)碼元長(zhǎng)度為1ms時(shí)間矢量： 0：Nm=randint(1,N);% 產(chǎn)生調(diào)制序列%-%-調(diào)制-%-for i=1:length(m)

31、if(m(i)=1)for j=1:1/datat;psk_p(j+(i-1)*(1/datat)=pi;%1 碼的對(duì)應(yīng)的相位為pi( 采用mm(j+(i-1)*(1/datat)=1;% 為了畫碼元時(shí)域波形需要a 方式 )endelseif(m(i)=0)for j=1:1/datat;psk_p(j+(i-1)*(1/datat)=0;mm(j+(i-1)*(1/datat)=0;%0碼的對(duì)應(yīng)的相位為0( 采用 a 方式 )% 為了畫碼元時(shí)域波形需要endendendif(m(i)=1)nn=pi/2;elsenn=-(pi/2);endpsk_p=psk_p,nn;% 使 p 的長(zhǎng)度與t

32、 相同 ,psk_p為根據(jù)不同碼元產(chǎn)生不同的調(diào)制相位c=cos(2*pi*fc*t+psk_p);%2psk 信號(hào)產(chǎn)生C,c,df1=fftseq(c,datat,df);%2fsk 信號(hào)的傅立葉變換MM,mm,df1=fftseq(mm,datat,df);% 基帶信號(hào)的傅立葉變換f=0:df1:df1*(length(mm)-1)-fs/2;% 頻率作圖矢量subplot(2,1,1);plot(t,mm(1:length(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí)間ms');title(' 未調(diào)信號(hào) ');ylabel('v&#

33、39;);subplot(2,1,2);plot(t,c(1:length(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí)間ms');title('2PSK信號(hào) ');ylabel('v');%-%-解調(diào)-%-carwav=2*cos(2*pi*fc.*t);幅值：幅值：CF,carwav,df1=fftseq(carwav,datat,df);n_off=(fc-1)/df;n0=floor(fc-2)/df1):floor(fc+2)/df1);BP=zeros(1,length(f);BP(min(n0):max(n0)=ones(1,length(n0); %帶通濾波器設(shè)計(jì)BP(length(BP)-max(n0):length(BP)-min(n0)=ones(1,length(n0);H=zeros(1,length(f);H(1:n_off)=2*ones(1,n_off);%低通濾波器設(shè)計(jì)（矩