無線通信中的數(shù)字信號處理課程設(shè)計

1、無線通信原理與應(yīng)用學(xué)習(xí)報告 題 目： BCH碼在MASK中的應(yīng)用設(shè)計院 系： 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 控制工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 授課教師： 第一部分 概述1.1 無線通信的調(diào)制編碼 數(shù)字信號在傳輸中往往由于各種原因使得在傳送的數(shù)據(jù)流中產(chǎn)生誤碼從而使接收端產(chǎn)生圖象跳躍、不連續(xù)、出現(xiàn)馬賽克等現(xiàn)象。所以通過信道編碼這一環(huán)節(jié)對數(shù)碼流進行相應(yīng)的處理使系統(tǒng)具有一定的糾錯能力和抗干擾能力極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生。在現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信過程中想要數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖倥c完整離不開強有力的通信保障。無線電通信技術(shù)是現(xiàn)代通信系統(tǒng)的重要組成部分如何利用現(xiàn)有先進的調(diào)制編碼技術(shù)來實現(xiàn)高容量、高速率通信是非常緊迫的任務(wù)

2、和重點研究方向。無線信道環(huán)境惡劣且難以預(yù)測。無線電波傳輸不僅有傳播路徑損耗并且受到多徑效應(yīng)、多普勒頻移和陰影效應(yīng)等不利因素的影響極大地影響了通信質(zhì)量。為此人們不斷研究各種先進的通信技術(shù)以提高無線通信的性能試驗結(jié)果表明采用先進的調(diào)制和編碼技術(shù)不僅能提高通信質(zhì)量而且節(jié)省功率資源。 提高信息傳輸?shù)目煽啃院陀行?，始終是通信工作所追求的目標(biāo)。糾錯碼是提高信息傳輸可靠性的一種重要手段。1948年香農(nóng)（Shannon）在他的開創(chuàng)性論文“通信的數(shù)學(xué)理論”中，首次闡明了在有擾信道中實現(xiàn)可靠通信的方法，提出了著名的有擾信道編碼定理，奠定了糾錯碼的基石。根據(jù)香農(nóng)的思想，研究者先后給出了一系列設(shè)計好碼和有效譯碼的方

3、法。以后，糾錯碼受到了越來越多的通信和數(shù)學(xué)工作者，特別是代數(shù)學(xué)家的重視，使糾錯碼無論在理論上還是在實際中都得到了飛速發(fā)展。BCH、卷積碼，Turbo碼、LDPC碼等 現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸通信中,常常因傳輸差錯造成誤碼錯碼,尤其在無線通信中,空中的突發(fā)或隨機干擾噪聲會造成編碼差錯。為了提高傳輸?shù)恼_率,往往采用一些校驗方法,以檢驗糾正傳輸差錯。通信中校驗的方法很多, 如BCH、卷積碼，Turbo碼、LDPC碼等，其中的BCH編碼有其獨特的優(yōu)點:它的糾錯能力很強，特別在短和中等碼長下，其性能很接近于理論值，構(gòu)造方便，編碼簡單，不僅可以檢糾突發(fā)性錯誤,還能檢糾隨機差錯。因此, 在通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。1.

4、2 SystemView簡介 Elanix公司的SystemView是一個完整的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計、仿真和分析的可視化環(huán)境，是一個適合多種操作系統(tǒng)的單機和網(wǎng)絡(luò)平臺。在SystemView環(huán)境下，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)和各種速率的系統(tǒng)，可用于線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真。SystemView包括基本庫和專業(yè)庫。基本庫包括信號源、接收器、加法器、乘法器，函數(shù)庫和算子庫等。利用基本庫可以進行一般的系統(tǒng)設(shè)計和仿真，例如：用不同方式設(shè)計多種形式的濾波器，可以自動完成濾波器幅頻特性(波特圖)、傳遞函數(shù)和根軌跡圖等模型之間轉(zhuǎn)換。專業(yè)庫包括通信(Communication)、邏輯(Logic

5、)、數(shù)字信號處理(DSP)庫、射頻/模擬(RF/Analog)、支持高級語言的用戶代碼庫(Custom Library)、自動程序生成庫(APG)、Matlab連接庫(M-link)、Xilinx FPGA庫、CDMA/PCS庫、數(shù)字視頻廣播(DVB)、自適應(yīng)濾波器庫(Adaptive Filter Library)、實時DSP代碼生成庫(與TI Code Composer Studio協(xié)同仿真)、符合第三代移動通信的3G庫、TurboCode Libary(TPC)庫和XDSL庫和ANSI C代碼產(chǎn)生器等，與Xpedion公司Golden Gate RF設(shè)計工具聯(lián)合構(gòu)成新的更加全面的仿真方式

6、。SystemView可以實時仿真各種DSP結(jié)構(gòu)，并進行各種系統(tǒng)時域和頻域分析、譜分析，對各種邏輯電路、射頻/模擬電路(混合器、放大器、RLC電路和運放電路)等進行理論分析和失真分析。SystemView的各種專業(yè)庫特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和方案論證。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通信系統(tǒng)越來越復(fù)雜，設(shè)計和仿真難度也隨之加大，利用SystemView可以十分方便地完成相應(yīng)的通信系統(tǒng)設(shè)計和仿真。 SystemView是目前國際上最優(yōu)秀的系統(tǒng)設(shè)計和仿真軟件之一，其主要特點有： 1. 直觀：在SystemView的設(shè)計窗口中，各功能模塊用形象直觀的圖符表示，和方框圖一樣一目了然。SystemVi

7、ew能自動執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給出連接錯誤信息或懸空的待連接端信息，用戶按照提示修改系統(tǒng)。在編譯時，系統(tǒng)狀態(tài)欄顯示仿真運行的時間進度，方便調(diào)試。另外，系統(tǒng)還提供了一個靈活的動態(tài)系統(tǒng)棒功能，仿真實際的示波器或頻譜分析儀的工作界面。利用系統(tǒng)分析窗口直觀顯示二維分析結(jié)果，圖形放大、縮小、滾動等均可通過鼠標(biāo)方便地實現(xiàn)。分析窗口中的“接收計算器()”功能強大，可以完成對仿真運行結(jié)果的各種運算分析，諸如譜分析、相關(guān)和卷積等各種基本的信號分析。 2.簡單：只要通過鼠標(biāo)從SystemView庫中選擇圖符并將其拖動到設(shè)計窗口中即可創(chuàng)建線性和非線性、離散和連續(xù)、模擬和數(shù)字，以及混合模式的系統(tǒng)，并且SystemVie

8、w的所有圖符都有相似的參數(shù)定義窗口。設(shè)計者所要做的只是修改各個圖符的參數(shù)，而不需要編寫源代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問與調(diào)整參數(shù)，并方便地加入注釋。 3. 易用：可以方便快捷地在設(shè)計窗口和分析窗口之間切換，使得調(diào)試設(shè)計系統(tǒng)易如反掌，其簡單的操作界面和直觀的圖標(biāo)使得初學(xué)者特別容易上手。 4. 支持多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng) SystemView允許合并多種數(shù)據(jù)速率輸入系統(tǒng)，簡化FIR濾波器的執(zhí)行，并能支持多系統(tǒng)同時執(zhí)行，這樣可以在一次執(zhí)行中快速方便地比較系統(tǒng)各種變換的不同效果。 5. 無限制分層結(jié)構(gòu)：通過使用MetaSystem對象創(chuàng)建子系統(tǒng)，SystemView能夠很容

9、易地建立大而復(fù)雜的系統(tǒng)。理論上，只要計算機具有足夠的資源，設(shè)計的系統(tǒng)復(fù)雜度是無限的。 6. 豐富的功能塊：SystemView包含數(shù)百種信號源、接收端、操作符和功能塊，提供了從DSP、通信信號處理、控制到構(gòu)造通用數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用，并能處理各種文件格式的輸入輸出數(shù)據(jù)，可以很方便地調(diào)用函數(shù)。它可以與外部文件接口，直接獲得并處理從外部采集來的一些物理數(shù)據(jù)。除了一般的方案論證外，SystemView還提供了與硬件設(shè)計的接口，與 Xilinx 公司的軟件Core Generator配套，可以將SystemView系統(tǒng)中的部分器件生成下載FPGA芯片所需的數(shù)據(jù)文件。另外，SystemView還有與DSP芯片

10、設(shè)計的接口，可以將其DSP庫中的部分器件生成DSP芯片編程的C語言源代碼。 7. 廣泛的濾波和線性系統(tǒng)設(shè)計：SystemView包含一個功能強大容易使用圖形模板設(shè)計的模擬和數(shù)字、離散和連續(xù)時間系統(tǒng)的設(shè)計環(huán)境，并有大量的FIR/IIR濾波器類型。 8. 可擴展性 SystemView：允許用戶插入使用高級語言編寫的用戶代碼庫，插入的用戶庫自動集成到SystemView中，能夠和內(nèi)建庫一樣使用，并提供了與編程語言VC+或仿真工具Matlab的接口。其中的APG功能可以利用VC環(huán)境，將系統(tǒng)編譯為可脫離SystemView獨立運行的可執(zhí)行文件。同時大大提高了運行速度，在內(nèi)存較大時效果尤為明顯。第二部分

11、 原理分析2.1相關(guān)原理概述a：BCH編碼BCH碼是循環(huán)碼中重要的一類子碼，能糾正多個隨機錯誤，它是1959年由發(fā)現(xiàn)這種碼的三個人的名字（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem）來命名的。它的生成多項式g(x)與最小碼距dmin之間有密切的關(guān)系，可根據(jù)所要求的糾錯能力，很容易地構(gòu)造出BCH碼，且其譯碼也比較容易實現(xiàn)。由于它具有糾錯能力強，構(gòu)造方便，編碼簡單，譯碼也較易實現(xiàn)等一系列優(yōu)點而被廣泛采用。b：MASK調(diào)制又稱多進制數(shù)字調(diào)制多進制數(shù)字調(diào)制多進制數(shù)字調(diào)制多進制數(shù)字調(diào)制法。在二進制數(shù)字調(diào)制中每個符號只能表示0和1(+1或-1)。但在許多實際的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中卻往往采用多進制的數(shù)字

12、調(diào)制方式。與二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)相比，多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)具有如下兩個特點： 第一，在相同的信道碼源調(diào)制中，每個符號可以攜帶log2M比特信息，因此，當(dāng)信道頻帶受限時可以使信息傳輸率增加，提高了頻帶利用率。但由此付出的代價是增加信號功率和實現(xiàn)上的復(fù)雜性。 第二，在相同的信息速率下，由于多進制方式的信道傳輸速率可以比二進制的低，因而多進制信號碼源的持續(xù)時間要比二進制的寬。加寬碼元寬度，就會增加信號碼元的能量，也能減小由于信道特性引起的碼間干擾的影響等。二進制2ASK與四進制MASK調(diào)制性能的比較：在相同的輸出功率和信道噪聲條件下，MASK的解調(diào)性能隨信噪比惡化的速度比OOK要迅速得多。這說明MASK應(yīng)用對SNR的要求比普通OOK要高。在相同的信道傳輸速率下M電平調(diào)制與二電平調(diào)制具有相同的信號帶寬。即在符號速率相同的情況下，二者具有相同的功率譜2.2原理的數(shù)學(xué)模型 a：BCH碼 由于BCH碼是循環(huán)碼，所以它的編碼可用前面討論過的循環(huán)碼生成技術(shù)來簡單的實現(xiàn)。因此BCH的編碼步驟可歸納如下：首先利用乘以信息碼多項式M(x)然后再用g(x)除，余式r(x)， 即:+ 最后編出碼組: b：M進制振幅鍵控（MASK） MPAM的數(shù)字基帶信號的幅度直接對載波進行調(diào)制就能夠得到MASK信號，每 個比特映射為一個M進制符號。M