通信系统课程设计
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指导教师签名： 年 月 日
系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
摘要
在数字通信系统中，需要将输入的数字序列映射为信号波形在信道中传输，此时信源输出数字序列，经过信号映射后成为适于信道传输的数字调制信号，并在接收端对应进行解调恢复出原始信号。本论文主要研究了数字信号的传输的基本概念及数字信号传输的传输过程和如何用MATLAB软件仿真设计数字传输系统。首先介绍了本课题的理论依据，包括数字通信，数字基带传输系统的组成及数字信号的传输过程。然后按照仿真过程基本步骤用MATLAB的仿真工具实现了数字基带传输系统的仿真过程，对系统进行了分析。
图3 13折线示意图
由于分成128个量化级，故有7位二进制码（27＝128），又因为Y轴有正值和负值之分，需加一位极性码，故共有8位二进制码。
3.1.3编码（Coding）
量化后的抽样信号在一定的取值范围内仅有有限个可取的样值，且信号正、负幅度分布的对称性使正、负样值的个数相等，正、负向的量化级对称分布。若将有限个量化样值的绝对值从小到大依次排列，并对应地依次赋予一个十进制数字代码（例如，赋予样值0的十进制数字代码为0），在码前以“＋”、“－”号为前缀，来区分样值的正、负，则量化后的抽样信号就转化为按抽样时序排列的一串十进制数字码流，即十进制数字信号。简单高效的数据系统是二进制码系统，因此，应将十进制数字代码变换成二进制编码。根据十进制数字代码的总个数，可以确定所需二进制编码的位数，即字长。这种把量化的抽样信号变换成给定字长的二进制码流的过程称为编码。
(9) 抽样判决是将方波形号转换成0、1比特流。
(10) 信道译码是信道编码的反过程，采用循环码进行译码。
(11) 信源译码是信源编码的反过程，采用Mancheswk.baidu.comer码进行译码。
(12) 最后还原成模拟信号。
3.子系统设计
3.1脉冲编码调制（PCM）
脉冲编码调制（PCM）就是把一个时间连续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字信号后在信道中传输。脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。
课程设计任务书
学生姓名：专业班级：
指导教师：工作单位：
题目:通信系统课群综合训练与设计
初始条件：MATLAB 软件，电脑，通信原理知识
要求完成的主要任务:
1、利用仿真软件（如Matlab或SystemView），或硬件实验系统平台上设计完成一个典型的通信系统
2、学生要完成整个系统各环节以及整个系统的仿真，最终在接收端或者精确或者近似地再现输入（信源），计算失真度，并且分析原因。
发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式；对传输数字信号来说，发送设备又常常包含信源编码和信道编码等。
信道是指信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。
MATLAB与其它计算机高级语言如C，C++等相比，MATLAB语言编程要简洁得多，编程语句更加接近数学描述，可读性好，其强大的图形功能和可视化数据处理能力也是其它高级语言望尘莫及的。对于具有任何一门高级语言基础的学生来说，学习MATLAB十分容易。当在实际电子通信系统中进行试验研究比较困难或者根本无法实现时，仿真技术就成为必然的选择。
关键词：PCM调制、曼彻斯特码、循环码、ASK、衰落信道
Abstract
In digital communication system, need to input digital sequence is mapped to the signal in the channel transmission, the sequence of digital signal source output, after mapping to be suitable for the transmission of digital modulation signal, and the receiving end corresponding to resume the original signal demodulation. So this paper mainly studies the digital signal transmission and the basic concept of digital signal transmission process and how to use MATLAB software simulation design of digital transmission system. First introduced the subject of the theoretical basis, including digital communication, digital baseband transmission system and digital signal transmission process. Then according to the simulation process basic steps of using MATLAB simulation tool to achieve the digital baseband transmission system simulation process, has carried on the system analysis.
(5) 信道编码是为了提高传输可靠性，信道码采用循环码进行编码。
(6) 数字调制是将上述0、1比特流转换成适合在通信信道中传输的波形，调制方式为ASK调制。
(7) 信道是信号传输的通道，信号在信道中传输时经常会有噪声的干扰。
(8) 数字滤波器是将调制并加有噪声的信号，去除噪声，并且解调后形成方波形式的信号。
在接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。
信宿是将复原的原始电信号转换成相应的消息。
2.2
此次课程设计是通信系统中的一种系统：数字通信系统的仿真。其基本框图如图2所示：
抽
图2 通信系统基本原理框图
其中：(1) 模拟信号为原始的信原信号，采取自己构造以时间函数。
为使量化噪声尽可能小而所需码位数又不太多，通常采用非均匀量化的方法进行量化。 非均匀量化根据幅度的不同区间来确定量化间隔，幅度小的区间量化间隔取得小，幅度大的区间量化间隔取得大。
非均匀量化的实现方法有两种：一种是北美和日本采用的μ律压扩，一种是欧洲和我国采用的A律压扩。
在PCM-30/32通信设备中，采用A律13折线的分段方法，具体是：Y轴均匀分为8段，每段均匀分为16份，每份表示一个量化级，则Y轴一共有16×8＝128个量化级。；X轴采用非均匀划分来实现非均匀量化的目的，划分规律是每次按二分之一来进行分段。13折线示意图如图3所示：
数字通信系统的基本特征是：它传送的信号是“离散”的或数字的。与模拟通信系统相比数字通信的主要特点是：（1）抗干扰能力强。（2）差错可控。（3）易于与各种数字终端接口，用现代计算机技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。因为自然界的许多信息都是模拟信号，例如话音、图像等，为了能用数字通信系统来传送模拟信号，必须对模拟信号进行数字化，即模数转换和数模转换。
在实际的PCM设备中，量化和编码是一起进行的。通信中采用高速编码方式。
所谓模数转换就是将模拟信号转换成数字信号，其核心包括：（1）对模拟信号在时域上进行抽样操作，完成时间上的离散化；（2）对模拟信号的抽样值进行量化，完成幅度上的离散化，使幅度变成有限钟取值。数模转换是模数转换的逆过程，它对接受到的数字信号进行译码和低通滤波等处理，恢复原模拟信号。模拟信号数字化中最常用的方法就是脉冲编码调制（PCM）。
1.2
MATLAB的名称源自Matrix Laboratory，它的首创者是在数值线性代数领域颇有影响的Cleve Moler博士，他也是生产经营MATLAB产品的美国Mathworks公司的创始人之一。
MATLAB是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而使其被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作中。
量化噪声随量化级数的增多和级差的缩小而减小。量化级数增多即样值个数增多，就要求更长的二进制编码。因此，量化噪声随二进制编码的位数增多而减小，即随数字编码信号的速率提高而减小。自然界中的声音非常复杂，波形极其复杂，通常我们采用的是脉冲代码调制编码，即PCM编码。PCM通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。
量化后的抽样信号与量化前的抽样信号相比较，当然有所失真，且不再是模拟信号。这种量化失真在接收端还原模拟信号时表现为噪声，并称为量化噪声。量化噪声的大小取决于把样值分级“取整”的方式，分的级数越多，即量化级差或间隔越小，量化噪声也越小。
量化误差：量化后的信号和抽样信号的差值。量化误差在接收端表现为噪声，称为量化噪声。量化级数越多误差越小，相应的二进制码位数越多，要求传输速率越高，频带越宽。
(2) 抽样是将上述的时间和幅值都连续的模拟信号转换成时间离散幅值连续的信号。
(3) 量化是将上述的时间离散幅值连续的抽样信号转换成时间离散幅值离散的信号，抽样量化采用脉冲编码调制（PCM）。
(4) 信源编码是将上述量化后的值编码成0、1比特流的形式，并且可以减少冗余，提高效率，基带码采用Manchester码进行编码。
Key words:PCM modulation, Manchester codes, cyclic codes, ASK, fadingchanne
1.
1.1通信系统简介
通信就是信息传输或消息传输，是从一地向另一地传递和交换信息。实现信息传递所需的一切设备和传输媒质的总和称为通信系统。
通常，通信系统中传输的消息可以分为两类：一类称作连续消息（模拟消息），另一类称作离散消息（数字消息）。连续消息是指消息状态是连续的，如连续变化的语音、图像等。而离散消息的状态是离散取值的，如文字、符号、数据等。与此对应，通信系统也分为两类：模拟通信系统和数字通信系统。
2.系统
2.1
通信的目的是传递消息，通信系统是一个以传递消息为目地的系统，通信系统的一般模型如下：
图1 通信系统一般模型
图中，信源的作用是把待传输的消息转换成原始电信号，如电话系统中电话机可看成是信源。信源输出的信号称为基带信号。所谓基带信号是指没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是信号频谱从零频附近开始，具有低通形式，。根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号，相应地，信源也分为数字信源和模拟信源。
3.1.1
抽样是把模拟信号以其信号带宽2倍以上的频率提取样值，变为在时间轴上离散的抽样信号的过程。例如，话音信号带宽被限制在0.3～3.4kHz内，用8kHz的抽样频率（fs），就可获得能取代原来连续话音信号的抽样信号。对一个正弦信号进行抽样获得的抽样信号是一个脉冲幅度调制（PAM）信号。对抽样信号进行检波和平滑滤波，即可还原出原来的模拟信号。
抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理，离散信号才可以完全代替连续信号。低通连续信号抽样定理内容：一个频带限制在 赫内的时间连续信号 ,若以 的间隔对它进行等间隔抽样，则 将被所得到的抽样值完全确定。语音信号经过抽样变成一种脉冲幅度调制（PAM）信号。
3.1.2量化（Quantizing）
把幅度连续变化的模拟量变成用有限位二进制数字表示的数字量的过程称为量化。即：抽样信号虽然是时间轴上离散的信号，但仍然是模拟信号，其样值在一定的取值范围内，可有无限多个值。显然，对无限个样值一一给出数字码组来对应是不可能的。为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取整”，使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。
系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
摘要
在数字通信系统中，需要将输入的数字序列映射为信号波形在信道中传输，此时信源输出数字序列，经过信号映射后成为适于信道传输的数字调制信号，并在接收端对应进行解调恢复出原始信号。本论文主要研究了数字信号的传输的基本概念及数字信号传输的传输过程和如何用MATLAB软件仿真设计数字传输系统。首先介绍了本课题的理论依据，包括数字通信，数字基带传输系统的组成及数字信号的传输过程。然后按照仿真过程基本步骤用MATLAB的仿真工具实现了数字基带传输系统的仿真过程，对系统进行了分析。
图3 13折线示意图
由于分成128个量化级，故有7位二进制码（27＝128），又因为Y轴有正值和负值之分，需加一位极性码，故共有8位二进制码。
3.1.3编码（Coding）
量化后的抽样信号在一定的取值范围内仅有有限个可取的样值，且信号正、负幅度分布的对称性使正、负样值的个数相等，正、负向的量化级对称分布。若将有限个量化样值的绝对值从小到大依次排列，并对应地依次赋予一个十进制数字代码（例如，赋予样值0的十进制数字代码为0），在码前以“＋”、“－”号为前缀，来区分样值的正、负，则量化后的抽样信号就转化为按抽样时序排列的一串十进制数字码流，即十进制数字信号。简单高效的数据系统是二进制码系统，因此，应将十进制数字代码变换成二进制编码。根据十进制数字代码的总个数，可以确定所需二进制编码的位数，即字长。这种把量化的抽样信号变换成给定字长的二进制码流的过程称为编码。
(9) 抽样判决是将方波形号转换成0、1比特流。
(10) 信道译码是信道编码的反过程，采用循环码进行译码。
(11) 信源译码是信源编码的反过程，采用Mancheswk.baidu.comer码进行译码。
(12) 最后还原成模拟信号。
3.子系统设计
3.1脉冲编码调制（PCM）
脉冲编码调制（PCM）就是把一个时间连续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字信号后在信道中传输。脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。
课程设计任务书
学生姓名：专业班级：
指导教师：工作单位：
题目:通信系统课群综合训练与设计
初始条件：MATLAB 软件，电脑，通信原理知识
要求完成的主要任务:
1、利用仿真软件（如Matlab或SystemView），或硬件实验系统平台上设计完成一个典型的通信系统
2、学生要完成整个系统各环节以及整个系统的仿真，最终在接收端或者精确或者近似地再现输入（信源），计算失真度，并且分析原因。
发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式；对传输数字信号来说，发送设备又常常包含信源编码和信道编码等。
信道是指信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。
MATLAB与其它计算机高级语言如C，C++等相比，MATLAB语言编程要简洁得多，编程语句更加接近数学描述，可读性好，其强大的图形功能和可视化数据处理能力也是其它高级语言望尘莫及的。对于具有任何一门高级语言基础的学生来说，学习MATLAB十分容易。当在实际电子通信系统中进行试验研究比较困难或者根本无法实现时，仿真技术就成为必然的选择。
关键词：PCM调制、曼彻斯特码、循环码、ASK、衰落信道
Abstract
In digital communication system, need to input digital sequence is mapped to the signal in the channel transmission, the sequence of digital signal source output, after mapping to be suitable for the transmission of digital modulation signal, and the receiving end corresponding to resume the original signal demodulation. So this paper mainly studies the digital signal transmission and the basic concept of digital signal transmission process and how to use MATLAB software simulation design of digital transmission system. First introduced the subject of the theoretical basis, including digital communication, digital baseband transmission system and digital signal transmission process. Then according to the simulation process basic steps of using MATLAB simulation tool to achieve the digital baseband transmission system simulation process, has carried on the system analysis.
(5) 信道编码是为了提高传输可靠性，信道码采用循环码进行编码。
(6) 数字调制是将上述0、1比特流转换成适合在通信信道中传输的波形，调制方式为ASK调制。
(7) 信道是信号传输的通道，信号在信道中传输时经常会有噪声的干扰。
(8) 数字滤波器是将调制并加有噪声的信号，去除噪声，并且解调后形成方波形式的信号。
在接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。
信宿是将复原的原始电信号转换成相应的消息。
2.2
此次课程设计是通信系统中的一种系统：数字通信系统的仿真。其基本框图如图2所示：
抽
图2 通信系统基本原理框图
其中：(1) 模拟信号为原始的信原信号，采取自己构造以时间函数。
为使量化噪声尽可能小而所需码位数又不太多，通常采用非均匀量化的方法进行量化。 非均匀量化根据幅度的不同区间来确定量化间隔，幅度小的区间量化间隔取得小，幅度大的区间量化间隔取得大。
非均匀量化的实现方法有两种：一种是北美和日本采用的μ律压扩，一种是欧洲和我国采用的A律压扩。
在PCM-30/32通信设备中，采用A律13折线的分段方法，具体是：Y轴均匀分为8段，每段均匀分为16份，每份表示一个量化级，则Y轴一共有16×8＝128个量化级。；X轴采用非均匀划分来实现非均匀量化的目的，划分规律是每次按二分之一来进行分段。13折线示意图如图3所示：
数字通信系统的基本特征是：它传送的信号是“离散”的或数字的。与模拟通信系统相比数字通信的主要特点是：（1）抗干扰能力强。（2）差错可控。（3）易于与各种数字终端接口，用现代计算机技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。因为自然界的许多信息都是模拟信号，例如话音、图像等，为了能用数字通信系统来传送模拟信号，必须对模拟信号进行数字化，即模数转换和数模转换。
在实际的PCM设备中，量化和编码是一起进行的。通信中采用高速编码方式。
所谓模数转换就是将模拟信号转换成数字信号，其核心包括：（1）对模拟信号在时域上进行抽样操作，完成时间上的离散化；（2）对模拟信号的抽样值进行量化，完成幅度上的离散化，使幅度变成有限钟取值。数模转换是模数转换的逆过程，它对接受到的数字信号进行译码和低通滤波等处理，恢复原模拟信号。模拟信号数字化中最常用的方法就是脉冲编码调制（PCM）。
1.2
MATLAB的名称源自Matrix Laboratory，它的首创者是在数值线性代数领域颇有影响的Cleve Moler博士，他也是生产经营MATLAB产品的美国Mathworks公司的创始人之一。
MATLAB是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而使其被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作中。
量化噪声随量化级数的增多和级差的缩小而减小。量化级数增多即样值个数增多，就要求更长的二进制编码。因此，量化噪声随二进制编码的位数增多而减小，即随数字编码信号的速率提高而减小。自然界中的声音非常复杂，波形极其复杂，通常我们采用的是脉冲代码调制编码，即PCM编码。PCM通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。
量化后的抽样信号与量化前的抽样信号相比较，当然有所失真，且不再是模拟信号。这种量化失真在接收端还原模拟信号时表现为噪声，并称为量化噪声。量化噪声的大小取决于把样值分级“取整”的方式，分的级数越多，即量化级差或间隔越小，量化噪声也越小。
量化误差：量化后的信号和抽样信号的差值。量化误差在接收端表现为噪声，称为量化噪声。量化级数越多误差越小，相应的二进制码位数越多，要求传输速率越高，频带越宽。
(2) 抽样是将上述的时间和幅值都连续的模拟信号转换成时间离散幅值连续的信号。
(3) 量化是将上述的时间离散幅值连续的抽样信号转换成时间离散幅值离散的信号，抽样量化采用脉冲编码调制（PCM）。
(4) 信源编码是将上述量化后的值编码成0、1比特流的形式，并且可以减少冗余，提高效率，基带码采用Manchester码进行编码。
Key words:PCM modulation, Manchester codes, cyclic codes, ASK, fadingchanne
1.
1.1通信系统简介
通信就是信息传输或消息传输，是从一地向另一地传递和交换信息。实现信息传递所需的一切设备和传输媒质的总和称为通信系统。
通常，通信系统中传输的消息可以分为两类：一类称作连续消息（模拟消息），另一类称作离散消息（数字消息）。连续消息是指消息状态是连续的，如连续变化的语音、图像等。而离散消息的状态是离散取值的，如文字、符号、数据等。与此对应，通信系统也分为两类：模拟通信系统和数字通信系统。
2.系统
2.1
通信的目的是传递消息，通信系统是一个以传递消息为目地的系统，通信系统的一般模型如下：
图1 通信系统一般模型
图中，信源的作用是把待传输的消息转换成原始电信号，如电话系统中电话机可看成是信源。信源输出的信号称为基带信号。所谓基带信号是指没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是信号频谱从零频附近开始，具有低通形式，。根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号，相应地，信源也分为数字信源和模拟信源。
3.1.1
抽样是把模拟信号以其信号带宽2倍以上的频率提取样值，变为在时间轴上离散的抽样信号的过程。例如，话音信号带宽被限制在0.3～3.4kHz内，用8kHz的抽样频率（fs），就可获得能取代原来连续话音信号的抽样信号。对一个正弦信号进行抽样获得的抽样信号是一个脉冲幅度调制（PAM）信号。对抽样信号进行检波和平滑滤波，即可还原出原来的模拟信号。
抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理，离散信号才可以完全代替连续信号。低通连续信号抽样定理内容：一个频带限制在 赫内的时间连续信号 ,若以 的间隔对它进行等间隔抽样，则 将被所得到的抽样值完全确定。语音信号经过抽样变成一种脉冲幅度调制（PAM）信号。
3.1.2量化（Quantizing）
把幅度连续变化的模拟量变成用有限位二进制数字表示的数字量的过程称为量化。即：抽样信号虽然是时间轴上离散的信号，但仍然是模拟信号，其样值在一定的取值范围内，可有无限多个值。显然，对无限个样值一一给出数字码组来对应是不可能的。为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取整”，使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。