【文章內(nèi)容簡介】 因此，上式可以改寫為 2PSK信號(hào)的調(diào)制原理框圖如圖25所示，其中控制鍵控的s(t)是雙極性的二進(jìn)制碼。圖25 2PSK信號(hào)的調(diào)制原理框圖解調(diào)原理2PSK信號(hào)的解調(diào)方法是相干解調(diào)法。由于PSK信號(hào)本身就是利用相位傳遞信息的，所以在接收端必須利用信號(hào)的相位信息來解調(diào)信號(hào)。下圖26中給出了一種2PSK信號(hào)相干接收設(shè)備的原理框圖。圖中經(jīng)過帶通濾波的信號(hào)在相乘器中與本地載波相乘，然后用低通濾波器濾除高頻分量，在進(jìn)行抽樣判決。判決器是按極性來判決的。即正抽樣值判為1，負(fù)抽樣值判為0.圖26 psk調(diào)制解調(diào)原理框圖2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形如圖27所示. 當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180176。倒相時(shí),解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反,解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。圖26 2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)波形圖另外，本次課程設(shè)計(jì)中要求使用衰落信道,我們采用較為簡單的瑞利衰落信道，在無線通信信道環(huán)境中，電磁波經(jīng)過反射折射散射等多條路徑傳播到達(dá)接收機(jī)后，總信號(hào)的強(qiáng)度服從瑞利分布。 同時(shí)由于接收機(jī)的移動(dòng)及其他原因，信號(hào)強(qiáng)度和相位等特性又在起伏變化， 故稱為瑞利衰落。瑞利衰落中最簡單的模型就是兩個(gè)獨(dú)立高斯噪聲矢量模的平方開方，即是產(chǎn)生的瑞麗衰落信道模型，在MATLAB軟件中很容易實(shí)現(xiàn)。3方案設(shè)計(jì)驗(yàn)證 PCM編譯碼方案設(shè)計(jì)脈沖編碼調(diào)制電路的軟件仿真主要由三個(gè)部分組成，即抽樣、量化和編碼三個(gè)過程。其軟件編碼的流程圖如圖31所示。按照流程圖即可設(shè)計(jì)出比較理想的脈沖編碼調(diào)制代碼。圖31 PCM編碼流程圖PCM譯碼即為編碼的逆過程，其譯碼的流程圖如圖32所示。圖32 PCM譯碼流程圖 循環(huán)碼編譯碼方案設(shè)計(jì)循環(huán)碼的編譯碼原理相對(duì)復(fù)雜，但是MATLAB軟件中有可以直接對(duì)二進(jìn)制序列進(jìn)行編譯碼的函數(shù)，分別為encode編碼函數(shù)和decode譯碼函數(shù)，它們的用法如下：1）encode函數(shù)功能：編碼函數(shù)語法：code=encode(msg,N,K,method,opt)說明：用method指定的方法完成糾錯(cuò)編碼。其中msg代表信息碼元，是一個(gè)K列矩陣，N是編碼后的碼字長度；K是信息位的長度；opt是有些編碼方式需要的參數(shù)。2）decode函數(shù)功能：譯碼函數(shù)語法：msg=decode（code，N，K，method，opt1,opt2,opt3,opt4）。 說明：這個(gè)函數(shù)對(duì)接收到的碼字進(jìn)行譯碼，恢復(fù)出原始的信息，譯碼參數(shù)和方式必須和編碼時(shí)采用的嚴(yán)格相同。它對(duì)接收到的碼字，按method指定的方式進(jìn)行譯碼；opt1，…，opt4是可選項(xiàng)的參數(shù)。利用這兩個(gè)函數(shù)可以很方便的實(shí)現(xiàn)循環(huán)碼的編譯碼，使用(7，4)碼進(jìn)行編解碼，循環(huán)碼編碼時(shí)，函數(shù)變量中的method應(yīng)為cyclic。 HDB3編譯碼方案設(shè)計(jì)HDB3碼的編碼原則為：首先將原始的0、1序列轉(zhuǎn)換為AMI序列；然后把“0000”換為取代節(jié)，即先將“0000”分離開來，第一個(gè)“0000”直接變?yōu)椤?000”，然后數(shù)相鄰兩個(gè)“0000”之間“1”的個(gè)數(shù)，奇數(shù)則變?yōu)椤?00V”，偶數(shù)則變?yōu)椤癇00V”；最后再更新符號(hào)，原則是：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。其編碼的流程圖如圖33所示。圖33 HDB3編碼流程圖HDB3碼的譯碼規(guī)則很簡單，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1001，就應(yīng)該譯為0000；再將所有的1變換成+1后，就可以得到原消息代碼。其譯碼流程圖如圖34所示。圖34 HDB3譯碼流程圖 PSK調(diào)制解調(diào)方案設(shè)計(jì)由于本次數(shù)字通信系統(tǒng)的基帶碼采用的是HDB3碼，HDB3碼是三階的雙極性嗎，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制序列是三進(jìn)制，因此如果采用簡單的2PSK無法實(shí)現(xiàn)PSK的調(diào)制與解調(diào)，需要對(duì)原始的PSK調(diào)制方法加以改進(jìn)，使之成為3PSK才可以實(shí)現(xiàn)調(diào)制。其中數(shù)字碼元中的1對(duì)應(yīng)著PSK調(diào)制信號(hào)中的0相位，0對(duì)應(yīng)著900相位，1對(duì)應(yīng)著1800相位，分別對(duì)載波實(shí)現(xiàn)調(diào)制。調(diào)制模塊的流程圖如圖35所示。圖35 三進(jìn)制PSK調(diào)制流程圖3PSK的解調(diào)與2PSK解調(diào)方式相同，均可以采用相干解調(diào)的方法來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解調(diào)。其解調(diào)的流程圖如圖35所示。圖35 PSK解調(diào)流程圖 瑞利衰落信道方案設(shè)計(jì)瑞利衰落信道是一種無線電信號(hào)傳播環(huán)境的統(tǒng)計(jì)模型。這種模型假設(shè)信號(hào)通過無線信道之后，其信號(hào)幅度是隨機(jī)的，即“衰落”，并且其包絡(luò)服從瑞利分布。在MATLAB軟件中有可以產(chǎn)生瑞利衰落信道的函數(shù)即rayleignchan函數(shù)，用此函數(shù)便可以產(chǎn)生一個(gè)簡單的瑞利衰落信道，該函數(shù)的用法可以參考一下MATLAB軟件查閱，此處不再贅述。4 基于MATLAB的系統(tǒng)仿真分析 MATLAB軟件介紹Matlab是一種解釋性執(zhí)行語言，具有強(qiáng)大的計(jì)算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡單，擴(kuò)充便，尤其是世界上有成千上萬的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過程中擴(kuò)充Matlab的功能，使其成為了巨大的知識(shí)寶庫?？梢院敛豢鋸埖恼f，哪怕是你真正理解了一個(gè)工具箱，那么就是理解了一門非常重要的科學(xué)知識(shí)。科研工作者通?？梢酝ㄟ^Matlab來學(xué)習(xí)某個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)，這就是Matlab真正在全世界推廣開來的原因。目前的Matlab版本已經(jīng)可以方便的設(shè)計(jì)漂亮的界面，它可以像VB等語言一樣設(shè)計(jì)漂亮的用戶接口，同時(shí)因?yàn)橛凶钬S富的函數(shù)庫（工具箱），所以計(jì)算的功能實(shí)現(xiàn)也很簡單，進(jìn)一步受到了科研工作者的歡迎。另外，,Matlab和其他高級(jí)語言也具有良好的接口，可以方便的實(shí)現(xiàn)與其他語言的混合編程，進(jìn)一步拓寬了Matlab的應(yīng)用潛力?？梢哉f，Matlab已經(jīng)也很有必要成為大學(xué)生的必修課之一，掌握這門工具對(duì)學(xué)習(xí)各門學(xué)科有非常重要的推進(jìn)作用。Matlab是一種交互式的、以矩陣為基礎(chǔ)的軟件開發(fā)環(huán)境,它用于科學(xué)和工程的計(jì)算與可視化。Matlab的編程功能簡單,并且很容易擴(kuò)展和創(chuàng)造新的命令與函數(shù)。應(yīng)用Matlab可方便地解決復(fù)雜數(shù)值計(jì)算問題。另外，Matlab的圖形界面功能GUI（Graphical User Interface）能為仿真系統(tǒng)生成一個(gè)人機(jī)交互界面，便于仿真系統(tǒng)的操作。因此，Matlab在通信系統(tǒng)仿真中得到了廣泛應(yīng)用，本文也選用該工具對(duì)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 PCM編譯碼模塊仿真分析首先是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，本課程設(shè)計(jì)選取的模擬信號(hào)的頻率為120HZ,選取的抽樣頻率為1000HZ，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的不失真抽樣，其抽樣結(jié)果如圖32所示。由抽樣結(jié)果可以看出，抽樣結(jié)果比較理想，符合理論情況。、圖41 模擬信號(hào)抽樣結(jié)果模擬信號(hào)的量化與編碼過程主要由軟件的程序代碼控制，采用十三折線法的原理進(jìn)行編碼，編碼的結(jié)果如圖42所示。 量化后編碼的結(jié)果為：量化后的信號(hào)：A =+003 *Columns 1 through 7 編碼的前60：code =Columns 1 through 600 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 經(jīng)計(jì)算驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)編碼正確，取編碼的第一個(gè)數(shù)計(jì)算一下誤差，其中01111000對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制信號(hào)為1504，%，比較符合理想情況。圖42PCM編碼結(jié)果 PCM譯碼模塊仿真分析根據(jù)譯碼原理圖編寫響應(yīng)的MATLAB代碼，可以得到譯碼的結(jié)果如下所示，其中原始模擬信號(hào)量化后的信號(hào)為st,經(jīng)過pcm解碼后的信號(hào)為s。模擬信號(hào)量化值：st= Columns 1 through 16 PCM譯碼：s = Columns 1 through16 比較編譯碼前后的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)存在一定的誤差，%，誤差在可以接受的范圍內(nèi)，譯碼算是比較成功。 循環(huán)碼編碼模塊仿真分析下面給出一個(gè)例子可以更直觀地理解循環(huán)碼的編譯碼過程。編譯碼程序代碼如下：code=[1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 ] %原始序列m=4。n=7。k=3。p=cyclpoly(n,k)。xunhuan=encode(code,n,k,39。cyclic39。,p) %編碼過程recode=decode(xunhuan,n,k,39。cyclic39。,p) %譯碼過程運(yùn)行的結(jié)果為：原始序列：code=1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1循環(huán)碼序列：xunhuan= 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1解碼序列：recode=1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1