通信原理课程设计循环码

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录 1、课程设计目的本次课程设计我们所做的课题是一个以（7,4）循环码为信道编码的2PSK信号调制解调的CDIO项目，这就要求我们需要完成信道编码、信号的调制解调以及误码率分析等问题。通过我们对这次CDIO二级项目的学习和理解，综合运用课本中所学到的理论知识完成一个以香农编码为信源编码、（7,4）循环码为信道编码的2PSK信号调制解调的课程设计。以及锻炼我们查阅资料、方案比较、团结合作的能力。学会了运用MATLAB编程来实现2PSK调制解调过程，并且输出其调制及解调过程中的波形，并且讨论了其调制和解调效果，增强了我们的动手能力，为以后学习和工作打下了基础。2、课程

2、设计原理2.1通信原理通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者) ，它的一般模型如图1所示。信息源调制器信道解调器受信者噪声源 图2-1通信系统一般模型从消息传输角度看,数字通信系统包括了两个重要交换,即消

3、息与数字基带信号之间的交换,数字基带信号与信道信号之间的交换.通常前一种交换由发收端设备完成.而后一种交换则由调制和解调完成.图2-2数字通信系统模型 数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。数字调制技术的两种方法：利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调

4、制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况处理；利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法，一般包括振幅键控（ASK）、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)。本次课程设计采用的是相移键控（PSK）基本的调制方式。 图2-3 相应的信号波形的示例2.2二进制相移键控（2PSK）调制原理数字调相：如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，它们应处于同相状态；如果其中一个开始得迟了一点，就可能不同相了。如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为反相。一般把信号振荡一次（一周

5、）作为360度。如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180度，也就是反相。当传输数字信号时，1码控制发0度相位，0码控制发180度相位。载波的初始相位就有了移动，也就带上了信息。相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为(t)=Acost+) 其中，表示第n个符号的绝对相位：= 因此，上式可以改写为 图2-4 2PSK信号的时间波形下图为2PSK调制原理框图，s(t)为双极性码。码形变换乘法器双极性不归零e2psk(t)coscts(t)图a模拟调制法180移

6、相cosct开关电路e2psk(t)图b 键控法图2-5 2PSK信号的调制原理框图2.3 解调原理2PSK信号的解调方法是相干解调法。由于PSK信号本身就是利用相位传递信息的，所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。下图给出了一种2PSK信号相干接收设备的原理，首先经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0.2PSK信号相干解调各点时间波形如图 4 所示. 当恢复的相干载波产生180倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调器输出数字基带信号全部出错。这种现象

7、通常称为倒现象或“反相工作”.由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180的相位模糊,所以2PSK信号的相干解调存在随机的倒现象,从而使得2PSK方式在实际中很少采用.图2-6 2PSK的相干解调原理图图2-7 相干解调中各点波形图由最佳判决门限分析可知，在发送“1”符号和发送“0”符号概率相等时，最佳判决门限b* = 0。此时，发“1”而错判为“0”的概率为同理，发送“0”而错判为“1”的概率为 故2PSK信号相干解调时系统的总误码率为在大信噪比条件下，上式可近似为2.4循环码编码原理由信息码构成信息多项式，其中最高幂次为k-1；用乘以信息多项式m(x)，得到的，最高幂次为n-1，该过程相

8、当于把信息码（，）移位到了码字的前k个信息位，其后是r个全为零的监督位；用g(x)除得到余式r(x),其次数必小于g(x)的次数，即小于（n-k），将此r(x)加于信息位后做监督位，即将r(x)与相加，得到的多项式必为一个码多项式。2.4.1循环编码步骤简述如下1）由信息码构成信息多项式 ,其中高幂次为k-1。2）用乘上信息多项式m(x)，得最高幂次为n-1，做移位。3）用g(x)除得到余式r(x)。4)用加r(x),得到一个码多项式。2.4.2编码过程流程图图2-8编码流程图2.5译码原理：2.5.1译码步骤简述1） 由接收到的码组y(x)计算伴随式s(x)。2） 根据伴随式s(x)找出对应

9、的估值错误图样。3） 计算c(x)=y(x)+e(x)，得估计码字。若c(x)= c(x)，则译码正确，否则错误。由于g(x) 的次数为n - k 次，g(x) 除E(x) 后得余式（即伴随式）的最高次数为n-k-1次，故S(x) 共有2n-k 个可能的表达式，每一个表达式对应一个错误格式。可以知道(7,4）循环码的S(x) 共有2(7-4) = 8个可能的表达式，可根据错误图样表来纠正(7,4）循环码中的一位错误。2.5.2解码流程图初始化由R(x)确定S(x)：S(x)=0，无误码误码由S(x)确定错误图样E(x)纠错存储c(x)图2-9解码流程图2.6纠检错能力由于循环码是一种线性分组码

10、，所以其纠检错能力与线性分组码相当。而线性分组码的最小距离可用来衡量码的抗干扰能力，那么一个码的最小距离就与它的纠检错能力有关。定理： 对于任一个线性分组码，若要在码字内（1） 检测个错误，要求码的最小距离；（2） 纠正个错误，要求码的最小距离；（3） 纠正个错误同时检测个错误，则要求；循环码的译码分检错译码与纠错译码两类。在无记忆信道上，对码字c，差错图案和接收向量的多项式描述为 定义的伴随多项式为 由于所以 由此可见，则一定有差错产生，或说满足的差错图样产生，它满足。循环码的检错译码即是计算并判断是否为02.7高斯信道高斯信道是一个射频通信信道，其包含了各种频率的特定噪声频谱密度的的特征，

11、从而导致了信道中错误的任意分布。常指加权高斯白噪声(AWGN)信道。这种噪声假设为在整个信道带宽下功率谱密度(PDF)为常数，并且振幅符合高斯概率分布。信号经过高斯信道会受到加性干扰的影响。2.8程序调用函数介绍MATLAB中提供了循环码的编解码、2PSK调制解调函数和不同通信信道模型函数，本程序直接调用进行编程。1、Randint 函数功能：用于产生基质的均匀分布的随机整数语法：Randint(M,N)说明： 生成的（M,N）矩阵的随机二进制数字，”0”和”1”出现的概率相等。2、encode函数功能：编码函数语法：code=encode(msg,N,K,hamming)说明：该函数对二进制

12、信息msg进行汉明编码，K为信息位长度，N为码字长度。msg是一个K列矩阵。3、decode函数功能：译码函数语法：rcvcode=decode(code,N,K,hamming)说明：该函数对接受码字进行译码，恢复出原始信息，译码参数及方式必须和编码时采用的完全相同。4、dmod函数功能：调制函数语法：fskout=dmod(signal,Fc,Fd,Fs,psk,M)说明：该函数可以对输入的数字信号进行2PSK调制，Fs为系统的采样频率，Fc为载波频率，Fd为码元速率。5、ddemod函数功能：调制函数语法：y=ddemod(signal,Fc,Fd,Fs,psk,M)说明：该函数可以对输

13、入的2PSK信号进行解调，Fs为系统的采样频率，Fc为载波频率，Fd为码元速率。6、awgn函数功能：高斯白噪声信道模型语法：y = awgn(x,SNR,SIGPOWER)说明：在信号x中加入高斯白噪声。信噪比SNR以dB为单位。x的强度假定为0dBW。如果x是复数，就加入复噪声。如果SIGPOWER是数值，则其代表以dBW为单位的信号强度；如果SIGPOWER为measured，则函数将在加入噪声之前测定信号强度。7. Figure函数功能：使编号为N的图形窗口成为当前图形窗口，即图形窗口处于可视状态。如果窗口N不存在，则将创建一个句柄为N的图形窗口。语法：Figure（N）8. Titl

14、e 函数功能：用于标注所画图形等，在当前坐标系顶部加一个文本串string，作为该图形的标题。语法：Title(string)9. Subplot函数功能：该函数是将多个图画到一的平面上的工具。其中，m表示是图排列成m行，n表示是图排列成n列，p表示图所在的位置，p=1表示从左到右，从上到下的第一个图。语法：Subplot（m,n,p）或者Subplot（m n p）10. Stem函数功能：stem该函数用于绘制离散序列11. Snr函数功能：信噪比12. Semilogy函数语法：Semilogy（）功能：X轴为线性刻度，Y轴为对数刻度13. Symerr功能：计算符号误差数和符号误差率1

15、4. hold on功能：是当前轴及图形保持而不被刷新，准备接受此后将绘制15.Xlabel(text) Ylabel(text)功能：给当前X轴或Y轴标注文本标志16.axis(xmin,xmax,ymin,ymax)功能：对当前二维图形对象的X轴Y轴进行标定。3、仿真结果及分析图3-1 仿真结果.图形分析：码元总长为7，信息位数为4图3.1中（1）为随机产生的二进制信源序列【0 0 1 0】；（2）为经过（7，4）循环编码后得到的图形，编码为【0 0 1 0 1 1 0】和验证结果相符；（3）为载波频率fc=50HZ,码元频率fd=25HZ,抽样频率fs=500HZ的编码序列经2PSK调制

16、后得到的图形；（4）为经信道加入高斯白噪声后的调制信号图形，其中信噪比为4；（5）为2PSK相干解调后的图形，与调制前的图形相同；（6）为经循环译码后的图形，与信源序列相同。由此证明建立的模型是正确的。图3-2理论值与仿真值的比较图形分析：该图为信噪比范围为-620dB，信号幅度为0.001的仿真值与理论值的比较图，其中，纵轴为误码率，横轴为信噪比，由图可知，信噪比越大，误码率越小。仿真值经过多次的循环编码，误码率最终变为零。 图3-3 加循环编码前后比较图形图形分析：由两图比较，加循环编码编译的仿真值比未加循环编码的仿真值的误码率小。4、课程设计总结本次课程设计我做的课题是以（7,4）循环码

17、为信道编码的2PSK信号的调制解调，并且通过运用Matlab语言进行实现，通过这次CDIO课程设计，让我重新复习了2PSK的调制与解调技术，并通过（7,4）循环码的实现让我也加深了对信道编码的理解，与此同时，在程序的运行和实现的一遍又一遍的重复中，也让我基本熟悉掌握了Matlab的使用方法。通过这次的练习，不仅让我加深了对课本内容的理解，让课本内容与实践相结合，更重要的是又让我提高了动手与思考的能力。这也是我在以后的的学习和生活中所需要和慢慢培养的。通过这次课程设计，我们学会了很多，收获了很多，并且加强了我们的自主能力、动手能力和独立思考、团结协作的能力。5、参考文献1 樊昌信 曹丽娜通信原理

18、（第六版）国防工业出版社,2006.22 曹雪红 张宗橙信息论与编码？（第二版）清华大学出版社,2009.23 李 环 任 波 华宇宁通信系统仿真设计与应用电子工业出版社,2009.34 陈 萍现代通信实验系统的计算机仿真国防工业出版社,2003.45 唐向宏等 MATLAB及在电子信息类 电子工业出版社,2010.6、附录1、2PSK及循环码编译代码clearclcclose Alln=7; % 码长7位，信息位4位k=4; p=cyclpoly(n,k,all); %产生生成码多项式H,G=cyclgen(n,p(1,:); %产生监督矩阵H，生成矩阵max=4;MSG=randint(1

19、,max); %长度为max的随机二进制序列subplot(3,2,1);stem(MSG);title(信源序列);C=rem(MSG*G,2) %信道编码后的码字subplot(3,2,2);stem(C);title(循环编码序列);Fc=50;Fd=25;Fs=500;y=dmod(C,Fc,Fd,Fs,psk,2);subplot(3,2,3);stem(y);title(2PSK调制后信号);snr=4;s=awgn(y,4,measured)subplot(3,2,4);stem(s);title(2PSK加入噪声后信号)Y=ddemod(s,Fc,Fd,Fs,psk,2); %

20、解调subplot(3,2,5);stem(Y);title(2PSK解调后信号);gg=decode(Y,7,4, cyclic code /fmt); %译码subplot(3,2,6);stem(gg);title(循环码译码后信号);2、真实值与仿真值比较snrdB_min=-6;snrdB_max=20; %设置信噪比取值的上下限：dB为单位A=0.001; %信号幅度snr_dB=-6:20; %信噪比范围（单位分贝）snr=10.(snr_dB./10); %信噪比（由分贝转化而来 10lg(SNR)=SNR_dB）snr2=A.2./(2*snr); %信号幅度为a时的噪声功率

21、%计算理论值for i=1:length(snr_dB) psk_pe=0.5*erfc(sqrt(0.5*A.2./snr2); %PSK解调时的误码率endsemilogy(snr_dB,psk_pe,.m);hold on;for j=snrdB_min:1:snrdB_maxmax=10000;x=randint(1,max); %随机生成一个二进制序列n=max/4;z=zeros(n,4);for i=1:nt=x(4*i-3:4*i) ;%把信号分成4个一组，4个进行编码a(i,:)=t;endcc=encode(a,7,4, cyclic code /fmt) %循环码Fc=4

22、0;Fd=20;Fs=100; %Fs为系统的采样频率，Fc为载波频率，Fd为码元速率fsfcfd.y=dmod(cc,Fc,Fd,Fs,psk,2); %2psk调制s=awgn(y,j,measured); %噪声Y=ddemod(s,Fc,Fd,Fs,psk,2); %解调gg=decode(Y,7,4, cyclic code /fmt); %循环译码errornum,error_ratio=symerr(a,gg);errornumerror_ratiosemilogy(j,error_ratio,.);hold on;axis(-6,20,1/1e7,1);endxlabel(SN

23、R_dB);ylabel(BER); legend(理论值,仿真值); %End of script file.3、加循环码编译前后的比较%未加循环码编译代码snrdB_min=-6;snrdB_max=20; %设置信噪比取值的上下限：dB为单位for j=snrdB_min:1:snrdB_maxmax=10000;x=randint(1,max);%随机生成一个二进制序列n=max/4;Fc=50;Fd=25;Fs=100;%Fs为系统的采样频率，Fc为载波频率，Fd为码元速率fsfcfd.y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,psk,2);%2psk调制s=awgn(y,j,measur

24、ed);%噪声Y=ddemod(s,Fc,Fd,Fs,psk,2);%解调errornum,error_ratio=symerr(x,Y);errornumerror_ratiosemilogy(j,error_ratio,.m);hold on;axis(-6,20,1/1e7,1);endxlabel(SNR_dB);ylabel(BER); legend(未加循环码编译码的仿真值); %End of script file.%加循环码编译代码snrdB_min=-6;snrdB_max=20; %设置信噪比取值的上下限：dB为单位for j=snrdB_min:1:snrdB_maxma

25、x=10000;x=randint(1,max);%随机生成一个二进制序列n=max/4;z=zeros(n,4);for i=1:nt=x(4*i-3:4*i);%把信号分成4个一组，4个进行编码a(i,:)=t;endcc=encode(a,7,4,cyclic/fmt) %循环编码Fc=50;Fd=25;Fs=100;%Fs为系统的采样频率，Fc为载波频率，Fd为码元速率fsfcfd.y=dmod(cc,Fc,Fd,Fs,psk,2);%2psk调制s=awgn(y,j,measured);%噪声Y=ddemod(s,Fc,Fd,Fs,psk,2);%解调gg=decode(Y,7,4,cyclic code/fmt);%循环译码errornum,error_ratio=symerr(a,gg);errornumerror_ratiosemilogy(j,error_ratio,.);hold on;axis(-6,20,1/1e7,1);endxlabel(SNR_dB);ylabel(BER); legend(加循环码编译码仿真值); %End of script file.课程设计评 语课程设计成 绩指导教师（签字） 年 月 日专心-专注-专业