【文章內(nèi)容簡介】 可分為數(shù)字基帶信號(hào)和模擬基帶信號(hào)，相應(yīng)地，信源也分為數(shù)字信源和模擬信源。發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來，即將信源產(chǎn)生的原始電信號(hào)（基帶信號(hào)）變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)在需要頻譜搬移的場合，調(diào)制是最常見的變換方式；對(duì)傳輸數(shù)字信號(hào)來說，發(fā)送設(shè)備又常常包含信源編碼和信道編碼等。信道是指信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，可以是有線的，也可以是無線的，甚至還可以包含某些設(shè)備。圖中的噪聲源，是信道中的所有噪聲以及分散在通信系統(tǒng)中其它各處噪聲的集合。在接收端，接收設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備相反，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號(hào)來。信宿是將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。 我做的是通信系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)：數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真。其基本框圖如下：數(shù)字調(diào)制信源編碼信道編碼量化抽樣模擬信號(hào)抽信道噪聲數(shù)字濾波器模擬信號(hào)抽樣判決信道譯碼信源譯碼 數(shù)字通信系統(tǒng)基本框圖 我負(fù)責(zé)獨(dú)立完成以上各部分。 所設(shè)計(jì)子系統(tǒng)的原理現(xiàn)在更詳細(xì)說明以上數(shù)字通信系統(tǒng)的原理。(1)模擬信號(hào)為原始的信源信號(hào)。(2)抽樣是將上述的時(shí)間和幅值都連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散幅值連續(xù)的信號(hào)。(3)量化是將上述的時(shí)間離散幅值連續(xù)的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散幅值離散的信號(hào)。(4)信源編碼是將上述量化后的值編碼成0、1比特流的形式，并且可以減少冗余，提高效率。(5)信道編碼是為了提高傳輸可靠性。(6)數(shù)字調(diào)制是將上述0、1比特流轉(zhuǎn)換成適合在通信信道中傳輸?shù)牟ㄐ巍?7)信道是信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，信?hào)在信道中傳輸時(shí)經(jīng)常會(huì)有噪聲的干擾。(8)數(shù)字濾波器是將調(diào)制并加有噪聲的信號(hào)，去除噪聲，并且解調(diào)后形成方波形式的信號(hào)。(9)抽樣判決是將方波形號(hào)轉(zhuǎn)換成0、1比特流。(10)信道譯碼是信道編碼的反過程。(11)信源譯碼是信道編曲碼的反過程。(12)最后還原成模擬信號(hào)。 詳細(xì)設(shè)計(jì)與編碼 設(shè)計(jì)方案經(jīng)過我的思考，再加上查閱了大量資料后，有了以下編程設(shè)計(jì)思路。產(chǎn)生模擬信源并得到抽樣信號(hào)線性分組碼編碼通過13折線得到轉(zhuǎn)換后的值 數(shù)字調(diào)制通過編碼子函數(shù)進(jìn)行量化和編碼主函數(shù)數(shù)字濾波器BPSK子函數(shù)抽樣判決通過A侓公式反轉(zhuǎn)成原始模擬信號(hào)信道譯碼 編程設(shè)計(jì)思路在主函數(shù)中，先產(chǎn)生一個(gè)模擬信號(hào)，再經(jīng)過抽樣后得到抽樣值，將抽樣值通過13拆線法轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)值，將轉(zhuǎn)換后的值經(jīng)過量化和編碼后得到0、1比特流，再經(jīng)過信道譯碼，再經(jīng)過BPSK調(diào)制，再人為加入一些噪聲，再通過數(shù)字濾波器將噪聲和載波濾掉，取出直流分量，得到方波波形。再經(jīng)過抽樣判決后得到0、1比特流，再經(jīng)過線性分組碼譯碼，最后經(jīng)過信源譯碼，再經(jīng)過A侓公式反轉(zhuǎn)成原始模擬信號(hào)，畫出各階段的波形。 編碼與測試調(diào)試過程： 將各個(gè)子程序和主程序都放入MATLAB的工作空間中，點(diǎn)擊Debug → Run運(yùn)行程序。 MATLAB界面在 這次通信系統(tǒng)仿真編程中，我遇到了很多問題，例如在利用13折線進(jìn)行數(shù)值變轉(zhuǎn)時(shí)，需要考慮歸一化問題，并且考慮到在第一象限和第三象限的情況基本相同，只是符號(hào)相反，所以只需考慮一段，那么在進(jìn)行運(yùn)算是得先把原來的值的符號(hào)位保存，再在變換后的值上添加符號(hào)值。還有在對(duì)連續(xù)幅值進(jìn)行量化時(shí)，我也犯了一些思路上的混亂，導(dǎo)致我在調(diào)試的時(shí)候出現(xiàn)錯(cuò)誤，但當(dāng)我反復(fù)一遍遍檢查，發(fā)現(xiàn)只是在取值端點(diǎn)上沒有弄好，當(dāng)我改后就好了。還有在編碼時(shí)，一開始不知怎么的老是前幾個(gè)數(shù)編出來只有六位，我又上那塊去找原因，發(fā)現(xiàn)又是在取值邊界上的問題，我改后這個(gè)問題也解決了。在進(jìn)行BPSK調(diào)制時(shí)，出現(xiàn)了相位模糊的問題，我在抽樣判決后，人為的進(jìn)行取反，就得到了正確的0、1比特流。在信源譯碼的時(shí)候要注意的是，取的量化電平及值要和發(fā)送端事約定好，以便在接收到0、1比特流后能夠正確譯出量化值，在量化值恢復(fù)成原始抽樣值時(shí)，我采用的是A律反解法，此時(shí)的A律曲線和13拆線很接進(jìn)，為了觀查它們的近似度，我在發(fā)送端和接收端分別用了13折線和A律公試。 .3 運(yùn)行結(jié)果與分析先得到原始模擬信號(hào)如下圖： 原始模擬信號(hào)將此模擬信號(hào)按每周期取32個(gè)點(diǎn)抽樣，得到以下圖形： 抽樣信號(hào)將抽樣后的量化值進(jìn)行二進(jìn)制編碼，第八位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)量化值，將得到的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行信道編曲碼，得到如下圖形： 信道編碼后的信號(hào)經(jīng)過BPSK調(diào)制后的信號(hào)和在調(diào)制后的信號(hào)中加入噪聲有如下圖形： 數(shù)字調(diào)制后的信號(hào)（值得引起注意的是，，1比特的相位表示用pi/2）在接收端用一個(gè)與調(diào)制后的波同頻的相干波與接收到的信號(hào)相乘后得到以下圖形： 與相干波相乘后的波形經(jīng)過數(shù)字低通濾波器濾除噪聲和載波后的波形如下圖： 低通濾波后的信號(hào)（值得引起注意的是在BPSK調(diào)制中會(huì)出現(xiàn)相位模糊問題，在些處是通過在抽樣判決時(shí)加以處理，使其能夠正確譯碼輸出）通過信道譯碼后的圖形如下： 信道譯碼信號(hào)將信道譯碼后的信號(hào)，分為八位二進(jìn)制位一組一組的，再將其恢復(fù)成十進(jìn)制數(shù)，到對(duì)應(yīng)段去找取值，即恢復(fù)原始信號(hào)的量化值，再將其值通過A律公式反解出原始信號(hào)的抽樣值，畫出如下圖形： 反解出的原始信號(hào)的抽樣值圖形將上圖用平滑的曲線邊接起來，再標(biāo)注上抽樣點(diǎn)則得到如下圖形： 經(jīng)過仿真后的圖通過將原始信號(hào)與接收端得到的信號(hào)進(jìn)行比較，可見信號(hào)恢復(fù)情況良好，只是在信號(hào)經(jīng)過系統(tǒng)后，稍有些延時(shí)。結(jié)束語通過這次實(shí)驗(yàn)，我收獲不少，以通信原理更加了解，尤其是對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)更深刻了解了他的工作流程。在這次課程設(shè)計(jì)中，一開始的預(yù)期工作就是查資料，我一般通過查閱課本書，和在網(wǎng)上查找一些相關(guān)資料，在這過程中我覺得做一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)應(yīng)該是我力所能及的，于是我又查閱了很多資料后，在頭腦中慢慢程顯出了數(shù)字通信系統(tǒng)的基本構(gòu)架，然后在理清楚了基本框架后，我就開始一步步的設(shè)計(jì)子程序，然后編寫一些測試的數(shù)據(jù)看是否可行，按照這樣的進(jìn)程，我整整在寢室待了兩天，一直在想，一直在編程，錯(cuò)了又改，改了又編，一點(diǎn)點(diǎn)累積起來，最后終于形成了一個(gè)完整的程序。但是在編寫了完整的主程序后，要將一個(gè)個(gè)子程序銜接起來，也出了一點(diǎn)點(diǎn)小差錯(cuò)，比如是數(shù)據(jù)不對(duì)，越過數(shù)組范圍之類的問題，還有就是有一次我竟然畫出了一些比特流，中間全零兩邊正常，但卻恢復(fù)得挺好，我百思不得其解，一遍遍的看程序，最后發(fā)現(xiàn)自己犯了個(gè)低級(jí)錯(cuò)誤，即帶錯(cuò)參數(shù)了。再有就是有一段時(shí)間我一運(yùn)行程序，前幾個(gè)圖都畫出來了，可就是接下來的圖畫不出來，而且MATLAB‘死機(jī)了’，我檢查了好多遍程序都不知道哪兒出錯(cuò)了，直到有一次我不管它，讓它運(yùn)行去，我去干別的一小會(huì)，等我回來時(shí)一看，在MATLAB里的Command Window里打印了好多好多的數(shù)，我這才愰然大悟我錯(cuò)在哪兒了，原來我忘記了我用數(shù)用錯(cuò)了，唉，這才知道如果我細(xì)心點(diǎn)該多好呀。還有就是在編程的時(shí)候一定要注意一些邊界取值問題，不然也會(huì)出錯(cuò)。在整個(gè)通信系統(tǒng)仿真快要完成時(shí)，我對(duì)整個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)了解得很深刻，那體系結(jié)構(gòu)牢牢記在我大腦里了。最后我就一遍遍檢查每個(gè)子函數(shù)看看如何使之更加完善，在接收端和發(fā)送端只能通過經(jīng)過信道傳輸進(jìn)行信息的傳遞（不能通過函數(shù)值的傳遞方式來使接收端得到某些信息），并在接收端和發(fā)送端規(guī)定好一定的協(xié)議，通過協(xié)議和接收到的信號(hào)，才能完整的恢復(fù)原始信號(hào)。做完這個(gè)通信系統(tǒng)仿真后，我思考了一個(gè)問題，我這個(gè)程序在一開始的時(shí)候做了歸一化處理，雖然在接收端恢復(fù)的信號(hào)的原始信號(hào)幾乎一模一樣，但是如果我產(chǎn)生的信號(hào)不是幅值大于1,雖然接收端恢復(fù)的信號(hào)的原始信號(hào)形狀幾乎一模一樣，但是幅值總還是在1以內(nèi)。這個(gè)問題我想了很久，暫時(shí)還沒想到如何解決這個(gè)問題。不過從總體上來講，我已經(jīng)盡力而為了，做到這個(gè)程度還是令自己感到欣慰的。因?yàn)橥ㄟ^這次課程設(shè)計(jì)我也學(xué)到了不少東西，學(xué)生就是以學(xué)習(xí)為資本，學(xué)著了就沒白做，當(dāng)然學(xué)習(xí)是無止盡的，在以后的學(xué)習(xí)中，我會(huì)保持良好的學(xué)習(xí)態(tài)度，以及繼續(xù)提高我的思考設(shè)計(jì)能力！致謝在論文完成之際，我要感謝身邊的每一個(gè)曾經(jīng)幫助過我的人。他們使我在此期間不會(huì)感到是一個(gè)人在奮斗，當(dāng)然我的論文有他們一份功勞。首先感謝導(dǎo)師朱老師的悉心指導(dǎo)，使我受益匪淺。不僅從學(xué)習(xí)的知識(shí)方面，而且從學(xué)習(xí)的態(tài)度方面，她要求我們做程序要有自己的想法，并且能夠做出屬于自己的東西，在此向朱老師致以最高的敬意和衷心的感謝。同時(shí)感謝一起奮斗的同學(xué)們，我們經(jīng)常在一塊討論我們所做的內(nèi)容，相互交流，增加知識(shí)，拓寬問題解決的渠道，使