点对点数字通信系统设计说明

通信原理三级项目

班级：通信工程2班

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2016年 5月

远距离点对点数字通信系统设计

（燕山大学信息科学与工程学院）

摘要：本文讨论进行了远距离点对点数字通信系统的设计，着重讨论了模拟信号数字化的过程，其中包含了为了提高系统性能进行的信源编码技术和信道编码技术，我采用了HDB3码克服连0问题，利用奇偶监督码和差错重传机制控制误码率。另外，讨论了数字调制技术的实现，本文采用最小频移键控调制和解调技术，并讨论了在高斯白噪声信道条件下的此方法的可靠性和有效性。

关键词：脉冲编码调制，HDB3码，奇偶监督码，MSK调制，高斯白噪声，MATLAB 仿真

目录

1.通信系统概述 (3)

1.1一般通信系统模型 (3)

1.2数字通信系统模型 (4)

1.3远距离语音通信系统 (4)

2.信号数字化 (5)

2.1信号的抽样 (5)

2.1.1抽样定理 (5)

2.1.2脉冲幅度调制PAM (5)

2.2信源编码 (7)

2.2.1十三折线法 (7)

2.2.2脉冲编码调制PCM (9)

2.3信道编码 (10)

2.3.1 HDB3码 (10)

2.3.2奇偶监督码 (11)

3.调制与解调 (11)

3.1 MSK调制 (11)

3.1.1 MSK调制原理 (12)

3.1.2 MSK调制 (13)

3.2 MSK解调 (14)

4.信道描述 (15)

5.系统总体设计 (16)

附录 MATLAB实现代码 (17)

1.通信系统概述

1.1一般通信系统模型

一般作为一个通信系统都由发送端和接收端两部分组成，而发送端则分为信息源和发送设备两部分，接收端与其对应的有接收端和受信者两部分，发送端和接收端之间则是我们信号传输所需要经过的信道，信号在信道中传输时会有噪声的混入，这也是我们的通信系统性能讨论的终点。

图1-1 一般通信系统

信息源是把各种原始消息转换成原始电信号的设备，它通过各种物理转换的方法从自然界中采集信息并把它们转换成相应的电信号，从而便于我们通过电子设备对其进行进一步的处理。受信者则是把接受到的电信号还原成自然界中信息的设备。

发送设备是通过对采集到的原始电信号进行一系列的处理把它变成适合于远距离传输的信号。在模拟传输系统中包括放大、滤波、模拟调制等过程；在数字传输系统中则包含编码、加密、数字调制等过程。接收设备则是上述过程的逆过程，将信道中传输的信号还原成易于处理的直接电信号。

信道是从发送设备到接收设备之间信号传输的物理煤质，分为无线信道和有限信道两大类，每种信道的特点不同，应用场合也不相同。

噪声源是笼统的一个说法，它集中表示分布于通信系统中的各处的噪声。

1.2数字通信系统模型

数字通信系统是通过数字信号来传递信息的通信系统。需要注意的是，这并不代表用于在信道中传输的信号就是数字信号，数字通信系统是通过数字信号来表示要传送的信息，而在传输过程中则还是利用高频调制的模拟信号传输。

图1-2 数字通信系统

信源编码的目的是将信息源采集来的信号进行编码从而提高信息的有效性，对于模拟信号来说则还要完成信号的数字化，即采样、量化、编码的过程，实现模数转换。信源译码则是它的逆过程。

加密和解密的作用是提高信息在传输过程中的安全性，防止或延缓被盗取信息。

信道编码的目的是将数字信号转换成适合于在信道中传输的码，增强抗干扰能力，包括检错纠错能力等。信道译码是其逆过程。

数字调制是将数字信号调制成易于在信道中传输的带通信号，其抗干扰性能是我们讨论的主要方面。数字解调是其逆过程。

数字通信系统具有抗干扰能力强、噪声不积累、传输差错可控、便于处理、易于集成以及保密性好等优点，广泛用于现代通信系统当中。

1.3远距离语音通信系统

本文中我们讨论远距离语音通信系统，系统模型如下图所示。

图1-3 语音通信系统

我们这里信道中的噪声只考虑高斯白噪声，信道也理想化为理想全通信道。

这里我们没有进行加密和解密处理，码型变换中采用了克服连0问题的适合于远距离传输的HDB3码，传输差错控制采用了奇偶监督码来监测差错，采用差错重传的机制来控制误码率，不具备纠错能力。

为了降低误码率，我们的数字调制方式采用了最小频移键控MSK调制，它是2FSK调制的改进，具有包络稳定、相位连续、带宽最小并且严格正交的特性。

语

音

信

号

PCM

编

码

码

型

变

换

MSK

调

制

语

音

信

号

PCM

译

码

码

型

变

换

MSK

解

调

信道

2.信号数字化

2.1信号的抽样

2.1.1抽样定理

语音信号的频带范围大概现在300~3400Hz左右，进行A/D转换的第一步就是对模拟信号进行抽样。理论上要用冲激信号对其进行采样，由于它物理不可实现我们采用窄脉冲抽样，要想能够无失真地恢复原模拟信号，抽样频率必须满足奈奎斯特采样定理，即设模拟信号的最高频率分量为f c，抽样频率f s必须大于等于f c，所以抽样频率要在6800Hz以上。

但在实际中，要想恢复模拟信号就要用到滤波器滤波，实际设计的滤波器频率特性无法达到理想滤波器那样严格的选频特性，所以我们在抽样时要留有一定余量来保证频谱不发生混叠，采样频率f s选择8000Hz为宜，这也是实际电话系统采用的抽样频率。

2.1.2脉冲幅度调制PAM

设语音信号为m(t)，其频谱函数为M(f)，抽样的过程就是用这个信号对一个脉冲载波s(t)（周期窄脉冲，频率为8000Hz）进行幅度调制，它的输出就是时域卷积及频域相乘。它的过程如下图所示。