通信原理课程设计

通信原理课程设计姓名学号班级目录一、 目录2二、 任务书3三、 具体内容及要求43.1题目一 4题目内容 4设计思想或方法4实现的功能或方法4程序流程图 4程序代码 5仿真框图 5模块描述及参数设置5结果运行 10结果分析 113.2 题目二11题目内容11设计思想或方法11程序流程图12程序代码 13仿真框图 13模块描述及参数设置14结果运行20结果分析203.3题目三20题目内容20设计思想或方法20程序流程图21程序代码21结果运行23结果分析2323四、心得与体会23五、参考文献通信原理课程设计任务书一、目的和要求：要求学生在熟练掌握MATLAB和s imulink仿真使用的基础上，学会通信仿真 系统的基本设计与调试。并结合通信原理的知识，对通信仿真系统进行性能分析。二、实验环境PC机、Matlab/Simulink三、具体内容及要求 试用Matlab/Simulink研究BPSK在加性高斯白噪声信道下的误码率性能与信 噪比之间的关系； 试用Matlab/Simulink研究BPSK+信道编码（取汉明码）在加性高斯白噪声信 道下的误码率性能与信噪比之间的关系；分析不同码率对误码率性能的影 响。（3）试用Matlab编程实现HDB3码的编解码过程，并画出1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 00 0 0 0 0 1 0的原始、编码和解码图形。四、提交设计报告内容包括： 系统的基本原理框图以及每一个模块的作用； 系统Simulink仿真过程中，每一个用到的模块中主要参数的意义； 仿真系统参数的设定和设定的依据； 仿真系统参数改变时，给仿真结果带来的影响（如高斯白噪声信道的信噪比增加，则误 码率减小）； 仿真程序（需要加注释）。 仿真的结果（波形，误码率等）。五、主要参考文献及资料邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析.清华大学出版社2008年 李贺冰等，Simulink通信仿真教程，国防工业出版社，2006年5月。3.1、题目一3.1.1、题目内容试用Matlab/Simulink研究BPSK在加性高斯白噪声信道下的误码率性能与 信噪比之间的关系；3.1.2、设计思想或方法先用Simulink建立BPSK在加性高斯白噪声信道（无突发干扰）下的仿真模型， 设置好每个模块的参数，编写主程序实现BPSK的输入，在程序运行过程中调用 BPSK仿真模型，然后用BitErrorRate取在加性高斯白噪声信道下的误码率，最 后画出BPSK在加性高斯白噪声信道下的误码率性能与信噪比之间的关系。3.1.3、实现的功能说明通过调用已建立的BPSK在加性高斯白噪声信道（无突发干扰）下的仿真模 型，利用Matlab编程分析BPSK在加性高斯白噪声信道（无突发干扰）的误码 率性能。3.1.4、程序流程图以信呼”高圻三噪击信道申的SNK为横轴，误玛率3.1.5. 程序代码x=0:20;y=x；hold off;%取消原来的图M=2for i=1:length(x)SNR=x(i); %信道的信噪比依次取x中的元素simuntitledl); %运行仿真程序，得到的误比特率保存在工作区变量BitErrolTRatey(i)=mean(BitErrorRate); %计算BitErrorRate的平均值作为本次仿真的误 比特率Endsemilogy(x,y, k , LineWidth,2); %对尸取对数画图hold on;xlabel(高斯白噪声信道中的SNR);ylabel(误码率);title( BPSK的误码率曲线);hold on;grid on; %画网格3.1.6、仿真框图Eawh-aTd日口 isbamc3.1.7、模块描述及参数设置Random Integer Generator (随机整数发生器)模块描述：采用该模块产生随机的二进制随机信号作为系统的信源。模块参数：Initial seed:随机数种子，不同的随机数种子通常产生不同的序列。Sample time：抽样时间，表示输出序列中每个二进制符号的持续时间。Frame-based outputs:选种表示输出为帧格式，否则输出数据流。Samples per frame:只有当 Frame-based outputs 选种后才可编辑此参 数，它表示输出一帧中包含的抽样点数。此处表示1帧由10000个比 特组成。Output data type :输出数据类型。W Source Block Parametens: Random Integer Ge.Random Integer Generator (mask) (link)Gene rat 已 randcim uniformly distribut ed integers in. the range Oj M-l旦 where M is the JIary iildtlId巳匚Far：dJTLetersM-ary rLuntber:冒Initial seed:37Sample fijiie:0.0001J Frame-based out put sSamples per frame:10000Output datadoubleOKCaricel Help LdBPSK Modulator Baseband (BPSK基 带调制器)模块参数：Phase offset(rad):相位偏移 piFunction Block Parameters: BPSK McdulatorBaeband 卜 决 |BPSK Modulator BasebandModulat e the inpirt signal using t he binary phase sliift keying method.Ma顼 Data TypesPar ajnetetsPhase offset(rad); pi/8View Const ellaticm.OKCancel Help ApplyAWGN Channel (高斯信道)模块描述：最简单的信道，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。模块参数：Initial seed:随机数种子，不同的随机数种子通常产生不同的序列。SNR :信噪比。Input signal power,referenced to 1 ohm：输入信号功率，参考 1 欧姆。际 Function Block karameters: AWGN Ch-annelAWGN Channel (niask) (link)Add e G au33 iait no is e + o t he inpu-t signal- The inpu-t signal can be real o r cumplx. This b Id ck suppo rt s mult icharirLcL processing.V/lien using either of the varL：mce iriocles with comp lex input the varzL：ince values are equally divided :ajriong the real :md iinaginary cojiLpunerLts of tEie input signal.Param.et ersInput p-roccssing: Coluimts as cltaimcl3 (f rajne based)Initial seed: 67Mode: Signal to noise ratio (SNE)SNFL (dB) = NRInput signal power referenced to 1 o1_ljtl (wat+ s):零Cancel Help | ApplyBPSK Demodulator Baseband (BPSK基带解调器)模块参数：Phase offset(rad):相位偏移Function Block Parameters: BPSK Demodulator Baseband 1Error Rate Calculation （误码率计算）模块描述：通过比较传输数据和接收数据来计算误码率，模块的输出数据是长度 为n的向量，其中每个元素的意义分别是：误码率或误比特率、总的 错误个数、总的参加比较的符号或比特数。模块参数：Receive delay:指定接收方滞后发送的抽样点数，即接收的第几个值对 应发送的第一个值。Computation delay :指定开始比较时模块忽略的抽样点数。Computation mode :指定模块是比较全部还是输入数据。Output data:指定计算结果是输出到工作区还是端口。Selector （信号选择器）模块描述：选择或重组信号，对输入矢量的元素进行有选择的输出。选择第一个，则输出误码率；选择第二个，则输出误码个 数；选择第三个，则输出全部码数。模块参数：Number of input dimensions:输入维数。Index mode:索引模式，该模块默认从一开始的（one-based）oInput port size:输入口大小。To Workspace（将输出数据写入到Matlab的工作空间）模块描述：将其输出写入工作空间。模块将其输出写入到一个由模块Variable name参数命名的矩阵或结构中。模块参数：Variable name:写入工作区间的数据名称，默认为simout。Limit data points to last:模块最多可以保留的数据个数，顽表示无穷 大。Decimation :写入数据的抽样频率，即每隔多少抽样点输入一个值。Sample time :写入数据的抽样时间，默认值为-1，表示与上一模块抽 样时间相同。Save format:将仿真输出保存到工作空间的格式，该模块是将输出保 存为为数组形式。旧 Sfnk Block Parameters: To3.1. 8运行结果日PSK的误码率曲线1 o-5liiiiiiii012345& 7S 9高斯白噪声信道中的邹R、结果分析在信道高斯白噪声的干扰下，数字调制系统的误码率取决于信噪比，BPSK的误 码率随着信噪比的增大而减小。32、题目二3.2.1、题目内容试用Matlab/Simulink研究BPSK+信道编码（取汉明码）在加性高斯白噪声信 道下的误码率性能与信噪比之间的关系；分析不同码率对误码率性能的影响。3.2.2、设计思想或方法先用Simulink建立BPSK在加性高斯白噪声信道（无突发干扰）下的仿真 模型，信道编码及解码方式，采用汉明码进行处理，设置好每个模块的参数，编 写主程序实现BPSK的输入，在程序运行过程中调用BPSK仿真模型，然后用 BitErrorRate取在加性高斯白噪声信道下的误码率，最后画出BPSK在加性高斯 白噪声信道下的误码率性能与信噪比之间的关系曲线。3.2.3、程序流程图开始3.2.4、程序代码clc%x表示信噪比 x=-2:1:8;y=zeros(size(x);%产生全零矩阵%信源产生信号的bit等于10000bit/s BitRate=10000;%循环执行仿真程序MessageLength=4;CodewordLength=7;for i=1:length(x)SNR=x(i);simBPSK_Hamming);%运行仿真程序，得到的误比特率保存在工作区变量 BitErrorRate中y(i)=mean(BitErrorRate) %对矩阵中各列的误码率元素分别求平均值 endsemilogy(x,y,-r); %尸轴用对数标度，x轴用线性标度绘制图形 hold on;MessageLength=11CodewordLength=15 for i=1:length(x) SNR=x(i);sim BPSK_Hamming ); %调用仿真程序 y(i)=mean(BitErrorRate) %取平均值endsemilogy(x,y,-k); %尸轴用对数标度，x轴用线性标度绘制图形 hold on;MessageLength=26CodewordLength=31for i=1:length(x)SNR=x(i);sim BPSK_Hamming ); %调用仿真程序y(i)=mean(BitErrorRate); %取平均值 end semilogy(x,y,-b); %尸轴用对数标度，x轴用线性标度绘制图形 hold on;xlabel(信噪比SNR(dB);ylabel(误码率Pe);title( BPSK+汉明码的误码率性能);legend(码率=4/7,码率=11/15,码率=26/31 ) %给图形加注解 axis(-2 8 1e-6 1);% 坐标轴 grid on; %画网格线3.2.5、仿真框图BasehandEasesaM3.2.6、模块描述及参数设置Random Integer Generator (随机整数发电器)模块描述：采用该模块产生随机的二进制随机信号作为系统的信源模块参数：Initial seed:随机数种子，不同的随机数种子通常产生不同的序列。Sample time：抽样时间，表示输出序列中每个二进制符号的持续时间。Frame-based outputs:选种表示输出为帧格式，否则输出数据流。Samples per frame:只有当 Frame-based outputs 选种后才可编辑此参 数，它表示输出一帧中包含的抽样点数。此处表示1帧由 MessageLength个比特组成Output data type :输出数据类型。Hamming Encoder (汉明码编码器)模块描述：用于对输入信息进行汉明编码，汉明码是一种能够纠正一位错误的红 性分组码，码长为N。该信息位的长度为K，其中，N=2M-1 (M=3)， K=N-M。模块参数：CodewordLength:码长M-degree primitive polynomial： m 次本始多项式BPSK Modulator Baseband （BPSK基 带调制器） 模块参数：Phase offset（rad）:相位偏移AWGN Channel （高斯信道） 模块描述：最简单的信道，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。模块参数：Initial seed:随机数种子，不同的随机数种子通常产生不同的序列。SNR:信噪比。Input signal power,referenced to 1 ohm：输入信号功率，参考 1 欧姆。r营 Function Block Parameters: AWGN Gh-annelAWGN Charm巳1 (nask) (link)Add white Gaussian noise to the input si anal. The input signal can be real or ccmples . This bio ck suppo r+ s mult icl_L：ai_orLel processiitg-Wien using either of the variance： modes with comp lex input the variaiice values are equally divided- among the real and imaginary components of the input signal.F ar:dJTiet ersInput proc&ssiiLg: Coas cltaintels (f rajne based)Initial seed:67Mode: Signal to noise ratio (SNK)OKCancelHelpAj_ip lyBPSK Demodulator Baseband (BPSK基带解调器)模块参数：Phase offset(rad):相位偏移Hamming Decoder (汉明码解码器)模块描述：创建一个码长为N ,信息码长为K的汉明码。其中，N=2AM-1(M=3),K=N-M。模块参数：此处的两个参数要与前面的Hamming Encode参数一致。Function Block Parameters: Hamming Decoder Hamning Decoder (mask) (link)Recover a binary mBEEage vector from a binary Hainniing codeword wector. The message is of length K and the codeword of length Nj whete N hmm the Term 211一1far scuiie int eger M great er than or equal to 3. K must equal N-M.The input must contain, eiractLy N elements. If it is frajne-basedj then it musl be a column vectcr.Paraiiiet ersCodeword length. II:口 d 巳 w口 匚 JL 已 tLg;土 hMessage length 、 or M-degree primitiwe polynomial:MessageLengthOKCancel Help ApplyError Rate Calculation （误码率计算）模块描述：通过比较传输数据和接收数据来计算误码率，模块的输出数据是长度 为n的向量，其中每个元素的意义分别是：误码率或误比物率、总的 错误个数、总的参加比较的符号或比特数。模块参数：Receive delay:指定接收方滞后发送的抽样点数，即接收的第几个值对 应发送的第一个值。Computation delay :指定开始比较时模块忽略的抽样点数。Computation mode :指定模块是比较全部还是输入数据。Output data:指定计算结果是输出到工作区还是端口。Selector （信号选择器）模块描述：选择或重组信号，对输入矢量的元素进行有选择的输出。选择第一个，则输出误码率；选择第二个，则输出误码个数；选择第三个，则输出全部码数。模块参数：Number of input dimensions:输入维数。Index mode:索引模式，该模块默认从一开始的(one-based)oInput port size:输入口大小。To Workspace（将输出数据写入到Matlab的工作空间）模块描述：写入专门的数据到MATLAB的主工作区。数据不可用直到仿真结束 或暂停。模块参数：Variable name:写入工作区间的数据名称，默认为simout。Limit data points to last:模块最多可以保留的数据个数，ing示无穷 大。Decimation :写入数据的抽样频率，即每隔多少抽样点输入一个值。Sample time :写入数据的抽样时间，默认值为-1，表示与上一模块抽 样时间相同。Save format :输出数据的形式。导 Sink Block Para meters To Workspace3.2.7、运行结果1 0板BPSK4汉明码的误码率性能Q - 1111111L-10123456信噪比SNR(dB3.2.8、结果分析在相同信噪比的情况下，码率不同误码率也不同，信息码长度越长的误码率 和信噪比关系曲线越低，在信噪比较小时很难分辨误码率相差不大，而随着信噪 比的增大误码率会相差越来越大。3.3题目三3.3.1、题目内容试用Matlab编程实现HDB3码的编解码过程，并画出1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0的原始、编码和解码图形。3.3.2、设计思想或方法编码时，对于消息码中的1依次取+1,-1，连续有4个0时，第4个0置为V，第 一个V的正负与前一个相邻0的1的正负一样，之后V依次取前个V的相反极性； 并且判断V的极性与前一个与0相邻的非0值的极性是否一样，若不一样，则改变 该非0值的极性；解码时，+1，一1都变成1；连续遇见3个0则把该3个0与之后1位皆变为0 ； l 连续遇见2个0，则判断2个0之前一位与之后一位极性是否相同，若相同，则该4为皆化为0。、程序流程图、程序代码x1=1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0; n=length(x1);x2=x1;m=1;r=0;c=0;d=0;%HDB3编码for i=1:nif x2(i)=0r=r+1;if r=4&c=0c=1;x2(i)=b;d=-x2(i);r=0;endif r=4&c=1x2(i)=d;d=-d;if x2(i)=x2(i-4) x2(i-3)=x2(i); m=-x2(i-3);endr=0;endelsex2(i)=m;b=m;m=-m;r=0;endend%HDB3解码e=0;x3=x2;for i=1:nif x3(i)=0e=e+1;if e=3&in x3(i-2:i+1)=0 0 0 0; e=0;endif e=2&inif x3(i+1)=x3(i-2) x3(i-2:i+1)=0 0 0 0; e=0;endendelse x3(i)=1;e=0;endend%作图subplot(4,1,1);stairs(0:length(x1)-1,x1);axis(0 length(x1) -2 2);ylabel(消息码)； subplot(4,1,2);stairs(0:length(x1)-1,x2);axis(0 length(x1) -2 2);ylabel(HDB3码);subplot(4,1,3);stairs(0:length(x1)-1,x3);axis(0 length(x1) -2 2);ylabel(解码后)；、运行结果2?EIE忠E cn3.3.6、结果分析第一个波形是消息码1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0第二个波形是 HDB3 码 1 -1 0 1 0 0 0 1 0 0 -1 1 -1 0 0 0 -1 0 0 1 0第三个波形是解码1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0通过对比经HDB3码编码前的原消息码和HDB3码解码，可以得出其编码 译码过程完全对应正确，解码成功。四、心得与体会这次通信原理的课程设计，不像平时的实验课，会提供仿真框图和程序，所 以如何连接仿真框图，需要哪些部件，每个部件如何设置参数，如何编写程序都 需要自己来解决。虽然一开始无从下手，不过在同学的帮助下，上网查找资料， 还是解决了这些问题。这也使得我对于仿真框图与BPSK的调制解调等印象更加 深刻。在编写HDB3码的编码与解码程序时，也遇到了不少问题，好几次都失败了， 令我满头疼的，最后冷静的分析了 HDB3码的编码过程，并列出了许多个消息码 转化为HDB3码的例子，相互比较找到规律后，成功解决了何时添加B,V和B,V极 性的问题。解码时便要容易许多了，只要观察几个例子，很容易得到规律。不过 我编写的解码部分程序还是存在一些不足之处，对于一些特别的消息码不能应 用。五、参考文献【1】樊昌信，曹丽娜.通信原理，第6版.国防工业出版社，2006.