一、課題內(nèi)容

基帶傳輸：

欲傳送的01比特流+碼型變換（HDB3碼）+基帶成型網(wǎng)絡(luò)（采用升余弦滾降系統(tǒng)）+信道+碼型反變換+01比特流。

二、設(shè)計目的

1.綜合應(yīng)用《Matlab編程與系統(tǒng)仿真》、《信號與系統(tǒng)》、《現(xiàn)代通信原理》等多門課程知識，使學(xué)生建立通信系統(tǒng)的整體概念；

2.培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計與系統(tǒng)開發(fā)的思想；

3.培養(yǎng)學(xué)生利用軟件進(jìn)行通信仿真的能力；

4.培養(yǎng)學(xué)生獨立動手完成課題設(shè)計項目的能力；

5.培養(yǎng)學(xué)生查找相關(guān)資料的能力。

三、設(shè)計要求

1.每人獨立完成一個題目

2.對通信系統(tǒng)有整體的較深入的理解，深入理解自己仿真部分的原理的基礎(chǔ)，畫出對應(yīng)的通信子系統(tǒng)的原理框圖3.提出仿真方案；

4.完成仿真軟件的編制

5.仿真軟件的演示

6.提交詳細(xì)的設(shè)計報告

四、實驗條件

計算機(jī)、Matlab軟件、相關(guān)資料

五、系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)

（1）概念：未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號所占據(jù)的頻譜是從零頻或者很低頻率開始，稱為數(shù)字基帶信號；

不經(jīng)載波調(diào)制而直接傳輸數(shù)字基帶信號的系統(tǒng)，稱為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)；

（2）數(shù)字基帶傳輸?shù)难芯康囊饬x：

第一：在利用對稱電纜構(gòu)成的近程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中廣泛采用這種傳輸方式；

第二：數(shù)字基帶傳輸方式迅速發(fā)展，不僅應(yīng)用于低速數(shù)據(jù)傳輸，而且還用于告訴數(shù)據(jù)傳輸；

第三：基帶傳輸系統(tǒng)的許多問題也是帶通傳輸系統(tǒng)必須考慮的問題；

第四：任何一個采用線性調(diào)制的帶通傳輸系統(tǒng)，可以等效為一個基帶傳輸系統(tǒng)來研究。

（3）基帶傳輸碼型：

在實際的基帶傳輸系統(tǒng)中，對傳輸碼型的要求：

①不含直流分量。且低頻分量盡量少；

②應(yīng)含有豐富的定時信息，以便于從接受碼流中提取定時信號；

③功率譜的主瓣寬度窄，以節(jié)省傳輸頻帶；

④不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化；

⑤具有內(nèi)在的檢錯能力，即碼型應(yīng)具有一定的規(guī)律性，以便宏觀監(jiān)測；

⑥編譯碼簡單，已降低通信延時和成本。

基地傳輸常用碼型：AMI碼（傳號交替反轉(zhuǎn)碼）、HDB3碼（三階高密度雙極性碼）、雙相碼、差分雙相碼、密勒碼、CMI碼（傳號反轉(zhuǎn)碼）、塊編碼等。

A. 其中本次設(shè)計采用的HDB3碼，

a.HDB3碼編碼規(guī)則：

①1——交替變換為+1，-1

②0——連0小于等于3,則用0電平表示

連0大于3,則用特定碼組替換B 0 0 V或 0 0 0 V

③任意兩個V之間B的個數(shù)為奇數(shù)

b.示例：

b.HDB3碼的特點：

①有檢錯能力

②解決了連“0”時位定時信息提取困難

③無直流分量

④B碼和V碼各自保持極性交替變化，以確保無直流分量

⑤可能存在誤碼擴(kuò)散的問題

⑥（歐洲系列）PCM一、二、三次群接口碼型

（4）數(shù)字基帶信號傳輸碼系統(tǒng)組成：

①信道形成器：其功能產(chǎn)生適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘柌ㄐ?/p>

②信道：是允許基帶信號通過的媒介，通常為有線信道，如雙絞線、同軸電纜等，其傳輸特性一般不滿足無失真?zhèn)鬏敆l件；

③接受濾波器：用來接收信號，盡可能濾除信道噪聲和其他干擾，對信道特性進(jìn)行均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決；

④抽樣判決器：則在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時刻對接受器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)基帶信號；

⑤同步提?。河脕沓闃拥奈欢〞r脈沖依靠同步提取電路從接受信號中提取，位定時的準(zhǔn)確與否將直接影響判決效果

⑥基帶傳輸總特性：H(w)= Gr(w)C(w)GR(w)

若假設(shè)信道傳輸函數(shù)C(w)=1，于是基帶系統(tǒng)的傳輸特性變?yōu)?/p>

H(w)= Gr(w)GR(w)

（5）無碼間串?dāng)_的傳輸特性的設(shè)計：

①理想低通特性

信號帶寬最小的波形—

理想低通信號的主要缺點

a.工程上難以實現(xiàn)；

b.尾部衰減慢（沖激響應(yīng)h(t)波形收斂速度較慢，拖尾以1/t速率衰減，當(dāng)存在定時誤差時會帶來比較大的干擾）

②升余弦滾降特性

升余弦滾降信號的波形與頻譜：

六、詳細(xì)設(shè)計與編碼

1. 設(shè)計方案　(可以畫出編程的流程圖，闡述設(shè)計思路等)

實驗流程:

設(shè)計思路：

（1）信源：

生成欲傳送的01比特流，將個數(shù)N作為函數(shù)的輸入；使用函數(shù)rand（1，N），使得大于某個特定值的數(shù)值為1，反之，小于則為0。

<注>：因本實驗采用HDB3碼作為基帶傳輸碼型，所以使用0.75作為0和1的分界線，這樣可以生成低密度的01比特流，使得在程序運行的時候，只通過連續(xù)的少量bit就可以HDB3的編碼與譯碼的正確性。

（2）碼型編碼：

將生成的01比特流作為碼型轉(zhuǎn)換函數(shù)的輸入，函數(shù)輸出為碼型轉(zhuǎn)換后的HDB3基帶傳輸碼型；

函數(shù)function hdb3NRZ_signal=hdb3NRZ(signal) ：

函數(shù)輸入信號signal為信源產(chǎn)生的01比特流，輸出信號hdb3NRZ_signal為產(chǎn)生的不歸零的HDB3碼。初始設(shè)定Last_V=-1、Last_B=-1，count為連0計數(shù)器，遇4連零則置為V,i=1，流程圖如下1：

函數(shù)function hdb3_signal=hdb3(signal,n)：

函數(shù)輸入信號signal為函數(shù)hdb3NRZ產(chǎn)生的不歸零的HDB3碼，函數(shù)輸出hdb3_signal為進(jìn)行雙極性的，歸零的HDB3碼，每bit進(jìn)行N=16點抽樣，首先設(shè)定一維數(shù)組a0=zeros（1，N/2），作用是用來填充每個bit抽樣之后的歸零部分。流程圖如下2：

（3）升余弦滾降系統(tǒng)：

將HDB3碼作為濾波器的輸入，函數(shù)輸出系統(tǒng)輸出信號；利用濾波器設(shè)計器FDATool設(shè)計Nyquist濾波器，其中參數(shù)設(shè)定：比特傳輸速率Rb=16b/s，每bit抽樣點數(shù)N=16，滾降因子Rolloff=0.5,其中抽樣速率fs=256Hz, Nyquist帶寬Band=8Hz；

（4）抽樣判決：

將系統(tǒng)輸出信號作為判決器函數(shù)的輸入，進(jìn)行抽樣判決；選擇每bit的中心抽樣進(jìn)行抽樣，當(dāng)信號抽樣值>某個特定值，則信號恢復(fù)時函數(shù)為1，若信號抽樣值<-某個特定值，則信號恢復(fù)時信號值設(shè)定為-1，其余恢復(fù)為0.

一般判定值不設(shè)定為0，因為若有噪聲等對信號進(jìn)行干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)輸出信號不是理想的。

（5）碼型譯碼：

將抽樣判決后的信號作為函數(shù)的輸入，進(jìn)行碼型反變換，函數(shù)輸出為恢復(fù)了的欲傳送的01比特流。編寫程序時，首先進(jìn)行設(shè)定標(biāo)記Last_V、Last_B（初始設(shè)定默認(rèn)為-1，與碼型編碼相對應(yīng)），設(shè)定輸入信號為signal，碼型譯碼后的信號ssignal，其中N為每bit抽樣點數(shù)

其函數(shù)程序流程圖如下：

2. 編程工具的選擇本次仿真使用Matlab

MATLAB具有以下幾個特點：

（1）友好的工作平臺和編程環(huán)境

（2）簡單易用的程序語言

（3）強(qiáng)大的科學(xué)計算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力

（4）出色的圖形處理功能

（5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱

（6）實用的程序接口和發(fā)布平臺

（7）應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面）

3. 編碼與測試（寫出源代碼，分析核心代碼的功能）

A,源代碼

（1）主函數(shù)：

clc;

clear all;

N=100;%生成的bit個數(shù)

n=16; %每個bit的抽樣點數(shù)

%生成欲傳送的01比特流

signal=signalsource(N);

%碼型變換——HDB3碼

hdb3_signal=hdb3(signal,n);

%濾波——升余弦滾降系統(tǒng)

filtersignal=filter_Nyquist(hdb3_signal);

%抽樣判決

samplesignal=sampling(filtersignal,n);

%碼型反變換

ssignal=reverse_hdb3(samplesignal,n);

%畫圖函數(shù)

draw(N,n,signal,hdb3_signal,filtersignal,samplesignal,ssignal);

（2）信源：

function signal=signalsource(N)

%函數(shù)輸出signal為欲傳送的01比特流

%函數(shù)輸入N為欲生成的01比特流個數(shù)

signal=rand(1,N)>0.75;%生成低密度的個數(shù)為N的01比特流

（3）碼型編碼—HDB3碼

①function hdb3NRZ_signal=hdb3NRZ(signal)

%hdb3NRZ_signal=hdb3NRZ(signal)

%函數(shù)輸入signal為單極性不歸零的01碼

%函數(shù)輸出hdb3RZ_signal不歸零的HDB3碼

last_V=-1;

last_B=-1;

hdb3NRZ_signal=zeros(size(signal));%初始化輸出序列

count=0;%連0計數(shù)器

for i=1:length(signal)

ifsignal(i)==1%遇1則極性反轉(zhuǎn)

hdb3NRZ_signal(i)=-last_B;%與之前的一個1的極性相反

last_B=hdb3NRZ_signal(i);

count=0;

else

count=count+1;

if count==4

count=0;

hdb3half_signal(i)=-last_V;%遇4連零則置為V

last_V=hdb3NRZ_signal(i);

if hdb3NRZ_signal(i)*last_B==-1%V與前一個非零符號極性相同

hdb3NRZ_signal(i-3)=hdb3NRZ_signal(i);%否則置為B

end

last_B=hdb3NRZ_signal(i);

end

end

end

②function hdb3_signal=hdb3(signal,n)

%hdb3_signal=hdb3RZ(signal,n)

%函數(shù)輸出hdb3_signal為碼型轉(zhuǎn)換后的傳輸碼型HDB3碼

%函數(shù)輸入signal為欲傳輸?shù)?/i>01比特流

%函數(shù)輸入n為每bit的抽樣點數(shù)

a=hdb3NRZ(signal);

a0=zeros（1，n/2）；

hdb3_signal=[];

for j=1:length(signal);

a1=[];

forjj=1:n/2

a1=[a1,a(j)];

end

hdb3_signal=[hdb3_signal,a1,a0];

end

（4）基帶成型網(wǎng)絡(luò)——升余弦滾降系統(tǒng)

function filtersignal=filter_Nyquist(signal)

%函數(shù)輸入signal為傳輸碼型的HDB3碼

%函數(shù)輸出filtersignal是經(jīng)過升余弦響應(yīng)系統(tǒng)后的信號

load myNyquist; %Rolloff=0.5,fs=256,Band=8

den=1;

filtersignal=filter(mynum,den,signal);

（5）抽樣判決——恢復(fù)為HDB3碼

function samplesignal=sampling(signal,n)

%sampling為抽樣判決函數(shù)

%函數(shù)輸出samplesignal為抽樣判決后恢復(fù)的信息

%函數(shù)輸入signal為濾波器的輸出波形

%函數(shù)輸入n為每個bit的抽樣點數(shù)

samplesignal=[];

for i=n/2:n:length(signal)

ifsignal(i)>0.5

for j=1:n

samplesignal=[samplesignal,1];

end

elseifsignal(i)<-0.5

for j=1:n

samplesignal=[samplesignal,-1];

end

else

for j=1:n

samplesignal=[samplesignal,0];

end

end

end

（6）碼型譯碼——恢復(fù)為欲傳輸?shù)?1比特流

function signal=reverse_hdb3(hdb3_signal,n)

%函數(shù)reverse_hdb3()為碼型反變換函數(shù)

%函數(shù)輸出signal為碼型反變換后的01比特流

%函數(shù)輸入hdb3_signal為經(jīng)過抽樣之后形成的雙極性的不歸零的HDB3碼

%函數(shù)輸入n為每個bit的抽樣點數(shù)

signal=[];

last_B=-1;

last_V=-1;

j=0;

for i=n/2:n:length(hdb3_signal)

j=j+1;

ifhdb3_signal(i)==1|hdb3_signal(i)==-1

signal(j)=1;

if last_B*hdb3_signal(i)==1

signal(j)=0;

if last_V*hdb3_signal(i)==-1

signal(j-3)=0;

end

end

last_B=hdb3_signal(i);

else

signal(j)=0;

end

end

（7）畫圖函數(shù)

functiondraw(N,n,signal,hdb3_signal,filtersignal,samplesignal,ssignal)

%函數(shù)輸入n為每個bit的抽樣點數(shù)

%函數(shù)輸入signal為生成的01bit流

%函數(shù)輸入hdb3_signal為碼型轉(zhuǎn)換后的HDB3碼

%函數(shù)出入filtersignal為經(jīng)過濾波器之后的信號

%函數(shù)輸入samplesignal為抽樣判決之后的信號

%函數(shù)輸入ssginal為碼型反變換還原的01bit流

Rb=16;%bit的傳輸率Rb=16__比特間隔Tb=1/Rb

Ts=1/(Rb*n);%抽樣間隔

%畫原信號

t1=0:1/Rb:(N-1)/Rb;

figure(1)

subplot(3,2,1)

stairs(t1,signal)

axis([0,12/Rb,-1.2,1.2])

grid on

set(gca,'XTick',[0:1/Rb:12/Rb])

title('欲傳送01比特流(1)')

%畫碼型轉(zhuǎn)換的HDB3碼

t2=0:Ts:(N*n-1)*Ts;%T=N*Rb為生成的信號的長度

subplot(3,2,3)

stairs(t2,hdb3_signal)

grid on

axis([0,12/Rb,-1.2,1.2])

set(gca,'XTick',[0:1/Rb:12/Rb])

title('HDB3碼型(2)')

%經(jīng)升余弦滾降系統(tǒng)之后信號

subplot(3,2,5)

plot(t2,filtersignal)

axis([0,12/Rb,-1.2,1.2])

grid on

set(gca,'XTick',[0:1/Rb:12/Rb])

title('經(jīng)升余弦滾降系統(tǒng)之后信號(3)')

subplot(3,2,2)

plot(t2,filtersignal)

axis([0,12/Rb,-1.2,1.2])

grid on

set(gca,'XTick',[0:1/Rb:12/Rb])

title('經(jīng)升余弦滾降系統(tǒng)之后信號(3)')

%畫抽樣判決之后的信號

subplot(3,2,4)

stairs(t2,samplesignal)

grid on

axis([0,12/Rb,-1.2,1.2])

set(gca,'XTick',[0:1/Rb:12/Rb])

title('抽樣判決之后的信號(4)')

%恢復(fù)為欲傳送的01比特流

subplot(3,2,6)

stairs(t1,ssignal)

grid on

axis([0,12/Rb,-1.2,1.2])

set(gca,'XTick',[0:1/Rb:12/Rb])

title('欲傳送的01比特流(5)')

B，編碼與調(diào)試過程：（編程過程中遇到的問題、如何解決）

a，首先編寫碼型編碼的代碼的時候依照理解的HDB3碼的編碼規(guī)則進(jìn)行編寫代碼，但只是完成了雙極性的HDB3碼，是卻不知道怎樣將HDB3碼變成歸零碼。然后問一些沒有進(jìn)行此項設(shè)計項目的同學(xué)詢問方法，知道可以利用bit抽樣的時候?qū)⒚縝it中后1/2的抽樣點設(shè)定為0，才成功調(diào)試了正確的雙極性的，歸零的HDB3碼；

b，在進(jìn)行基帶成型網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計時，一開始沒有理解升余弦滾降系統(tǒng)的含義，不知該從何處下手編寫代碼。在仔細(xì)的進(jìn)行學(xué)習(xí)教材關(guān)于此部分的內(nèi)容的理解，也在圖書館尋找了一些資料，才了解了基帶成型網(wǎng)絡(luò)所包含的內(nèi)容。

可是仍不知道該怎樣進(jìn)行編寫此濾波器的代碼，便進(jìn)行查找，在FDATool中找到Nyquist濾波器，于是才將設(shè)計進(jìn)行下去。

c，在進(jìn)行碼型譯碼的時候，發(fā)現(xiàn)每當(dāng)欲傳送的01比特流有連續(xù)的8個0出現(xiàn)的時候，譯出的碼型總是出錯，卻部沒有找出錯誤在什么地方，此時也不敢肯定自己的思想是否正確。于是，在課堂上便向老師講述了一番我的思想，在老師肯定了設(shè)計思想之后，也將錯誤限定在其中的碼型譯碼的函數(shù)范圍內(nèi)，于是在依照思想重新編寫了代碼之后，對比之下，發(fā)現(xiàn)時for和if語句的嵌套過多，導(dǎo)致混亂。

5.　運行結(jié)果及分析

a，欲傳送的01比特流：

b，碼型編碼后的HDB 3碼

c，升余弦滾降系統(tǒng)輸出的信號

d，進(jìn)行抽樣判決之后，恢復(fù)的不歸零的HDB3碼

e，碼型譯碼的輸出，恢復(fù)為欲傳送的01bit流

f，基帶后存數(shù)系統(tǒng)合成圖：

g，運行完程序之后的workspace

（N為欲傳送的比特個數(shù)，signal為生成的欲傳送的01比特流，n為每bit的抽樣點數(shù)，hdb3_signal為碼型編碼之后的HDB3碼，filtersignal為經(jīng)過基帶成型網(wǎng)絡(luò)（升余弦滾降系統(tǒng)）之后的信號，samplesignal為進(jìn)行抽樣判決之后的信號，ssginal為碼型譯碼恢復(fù)為欲傳送的01bit流）

七、設(shè)計心得　

實驗開始的時候是在準(zhǔn)備MATLAB課程考試那段期間，沒仔細(xì)認(rèn)真的看設(shè)計課題，當(dāng)時在做MATLAB綜合設(shè)計性實驗的時候比較吃力，覺得使用MATLAB編寫程序好難?？偸且_好多M—file文件進(jìn)行編寫函數(shù)，最麻煩的是寫完一個子函數(shù)在單獨對其進(jìn)行驗證就存在一些函數(shù)輸入的問題。當(dāng)時間過了3天之后，才拿起設(shè)計要求認(rèn)真看起來，想起老師在課堂上進(jìn)行基帶傳輸?shù)闹v解時還是很感興趣的，于是選擇的基帶傳輸系統(tǒng)作為我的本次課程設(shè)計的設(shè)計項目。

對通信系統(tǒng)的理解：因為之前有過課程設(shè)計的經(jīng)驗，于是剛開始的時候沒有急于編寫代碼，而是仔細(xì)認(rèn)真研究書本上的知識，進(jìn)行消化和理解。①定性了分析了整個通信系統(tǒng)；②了解了基帶傳輸系統(tǒng)研究的意義；③在進(jìn)行對基帶傳輸碼型的研究后，于是選擇了其中一種應(yīng)用普遍的的碼型—HDB3碼作為本次設(shè)計項目的傳輸碼型，也進(jìn)一步加深對HDB3碼編碼規(guī)則的掌握；④明白基帶成型網(wǎng)絡(luò)的含義，及其傳輸特性方程和波形圖；⑤更進(jìn)一步理解了奈奎斯特準(zhǔn)則——無碼間干擾傳輸。

課程設(shè)計的收獲：本次課程設(shè)計結(jié)束了，受益良多。它帶來不僅是知識上的收獲，而且精神上的收獲也是無盡的。①本次課程設(shè)計是我在大學(xué)寥寥可數(shù)的幾次設(shè)計性實驗之一，是和同學(xué)們一起奮斗的一場經(jīng)歷?？吹酵瑢W(xué)們的努力，看到老師的辛勤，自己也都不敢懈怠了。②實驗開始的那一刻，告誡自己沒有失敗，老師既然出了設(shè)計項目，既然已經(jīng)選擇的這個設(shè)計項目，就不許中途退出，這不是游戲，我想那一刻要的是勇氣，是決心吧！③實驗成功的那一刻，收獲的是信心，是對自己本學(xué)期以來學(xué)習(xí)《現(xiàn)代通信原理》的一個肯定，是對以后的學(xué)習(xí)的一種督促，也是對自己的未來大學(xué)校門外的生活的一個鼓勵。④還有就是在設(shè)計肯定會有不甚理解的地方，這就需要我們自己動手查找資料，增加的不僅是查找的資料上面的知識，更多的搜索的能力

編程體會：①在編寫代碼的時候，不急于剛開始就對著電腦編寫程序，一定要理解和整理出來你所想要做什么；②從前都沒有畫流程圖的習(xí)慣，不過此次試驗之前都有仔細(xì)分析，畫流程圖，發(fā)現(xiàn)在代碼編寫的過程中這樣不僅效率高，而且成功率還快；③還有就是因為在程序中過多的嵌套過多for循環(huán)語句和if選擇語句，所以很容易不小心就會導(dǎo)致代碼錯誤，所以程序中應(yīng)盡量避免。④還有就是一定要仔細(xì)，仔細(xì)，再仔細(xì)。

本次設(shè)計的改進(jìn):①實驗的碼型譯碼部分，當(dāng)時想的比較復(fù)雜，方式是編碼的逆運算，知道剛才進(jìn)行分析時，才恍然大悟，就是當(dāng)signal(j)與Last_B為同極性的，此時直接確定其signal(j-3)為0，而不是源代碼中的要確定此時的signal(j)與Last_V為不同極性是才返回改動signal(j-3)=0，這樣可以減少if語句的嵌套；②基帶成型網(wǎng)絡(luò)采用的是FDATool中進(jìn)行設(shè)計的Nyquist濾波器，可以考慮使用部分響應(yīng)進(jìn)行替換。③本次試驗可以進(jìn)行眼圖的觀察，也便能更深的理解基帶傳輸系統(tǒng).

八、參考文獻(xiàn)

[1]樊昌信等. 通信原理（第6版）[M]. 國防工業(yè)出版社，2008.3

[2]John G. proakis等著, 劉樹棠譯.現(xiàn)代通信系統(tǒng)(Matlab版)（第1版）[M], 西安交通大學(xué)出版社,

[3]唐向宏等著.MATLAB及在電子信息類課程中的應(yīng)用,電子工業(yè)出版社，2008年6月