matlab-HDB3編碼譯碼數(shù)字信號(hào)調(diào)制解調(diào)

1、一、HDB3碼的編碼和譯碼1、實(shí)驗(yàn)要求：掌握HDB3碼的編碼規(guī)那么，利用MATLAB設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)HDB3碼的編碼和譯碼。2、原理簡(jiǎn)述：編碼規(guī)那么:1 先將消息代碼變換成AMI碼，假設(shè)AMI碼中連0的個(gè)數(shù)小于4,此時(shí)的AMI碼就是HDB3碼;2 假設(shè)AMI碼中連0的個(gè)數(shù)大于3,那么將每4個(gè)連0小段的第4個(gè)0變換成與前一個(gè)非0符號(hào)(+1或-1)同極性的符號(hào),用表示(+1+,-1-);3 為了不破壞極性交替反轉(zhuǎn)，當(dāng)相鄰符號(hào)之間有偶數(shù)個(gè)非0符號(hào)時(shí)，再將該小段的第1個(gè)0變換成B或-B,符號(hào)的極性與前一非零符號(hào)的相反，并讓后面的非零符號(hào)從符號(hào)開始再交替變化。例如:消息代碼: 1 0 0 0 0 1 

2、;0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1AMI碼: +1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 +1 -1 0 0 0 0 +1 -1HDB3碼：+1 0 0 0 +V -1 0 0 0 -V +1 -1 +B 0 0 +V -1 +1簡(jiǎn)易編碼方法：原理：HDB3碼既要包含AMI的交替特性使輸出無直流特性，又要不出現(xiàn)四個(gè)以上的連0，因此可以先滿足后者。1把"0000"換為取代節(jié)。規(guī)那么：先將"0000"別離開來，第一個(gè)"0000"直接變?yōu)?quot;000V"，然后數(shù)

3、相鄰兩個(gè)"0000"之間"1"的個(gè)數(shù)，奇數(shù)那么變?yōu)?quot;000V"，偶數(shù)那么變?yōu)?quot; B00V"。2更新符號(hào)。根據(jù)教材有：B總是與其前面的1或V符號(hào)相反，V總是與前面的1或B相符號(hào)相同，1總是與前面的V或B符號(hào)相反，就可以編符號(hào)了。例如:消息代碼：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1中間碼： 1 0 0 0 V 1 0 0 0 V 1 1 B 0

4、 0 V 1 1 B 0 0 V B 0 0 V 1 1 1 0 0 0 V 1HDB3碼：+1 0 0 0 +V -1 0 0 0 -V +1 -1 +B 0 0 + V -1 +1 -B 0 0 -V +B 0 0 +V -1 +1 -1 0 0 0 -V +1解碼規(guī)那么：1雖然編碼很復(fù)雜，但解碼規(guī)那么很簡(jiǎn)單，假設(shè)3連“0”前后非零脈沖同極性，那么將最后一個(gè)非零元素譯為零，如+1000+1 就應(yīng)該譯成“10000”；假設(shè)2連 “0”前后非零脈沖極性相同，那么兩零前后都譯為零，如-100-1，就應(yīng)該譯為

5、0000.2再將所有的-1變換成+1后，就可以得到原消息代碼。3、程序運(yùn)行結(jié)果運(yùn)行程序 可自定義二進(jìn)制序列，第一個(gè)窗口顯示所輸入的二進(jìn)制碼元，第二個(gè)窗口為HDB3編碼后的結(jié)果，最后一個(gè)窗口為解碼后的窗口。4、程序源代碼% ch7example6prog1.m % AMI碼的編碼xn=1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0;% 輸入單極性碼yn=xn;% 輸出yn初始化num=0;% 計(jì)數(shù)器初始化for k=1:length(xn) if xn(k)=1 num=num+1; % "1"計(jì)數(shù)器 if num/2 = fix(num/

6、2) % 奇數(shù)個(gè)1時(shí)輸出-1,進(jìn)行極性交替 yn(k)=1; else yn(k)=-1; end endend % HDB3編碼num=0; % 連零計(jì)數(shù)器初始化yh=yn; % 輸出初始化sign=0; % 極性標(biāo)志初始化為0V=zeros(1,length(yn);% V脈沖位置記錄變量 B=zeros(1,length(yn);% B脈沖位置記錄變量for k=1:length(yn) if yn(k)=0 num=num+1; % 連“0”個(gè)數(shù)計(jì)數(shù) if num=4 % 如果4連“0” num=0; % 計(jì)數(shù)器清零 yh(k)=1*yh(k-4); % 讓0000的最后一個(gè)0改變?yōu)榕c

7、前一個(gè)非零符號(hào)相同極性的符號(hào) V(k)=yh(k); % V脈沖位置記錄 if yh(k)=sign % 如果當(dāng)前V符號(hào)與前一個(gè)V符號(hào)的極性相同 yh(k)=-1*yh(k); % 那么讓當(dāng)前V符號(hào)極性反轉(zhuǎn),以滿足V符號(hào)間相互極性反轉(zhuǎn)要求 yh(k-3)=yh(k); % 添加B符號(hào),與V符號(hào)同極性 B(k-3)=yh(k); % B脈沖位置記錄 V(k)=yh(k); % V脈沖位置記錄 yh(k+1:length(yn)=-1*yh(k+1:length(yn); % 并讓后面的非零符號(hào)從V符號(hào)開始再交替變化 end sign=yh(k); % 記錄前一個(gè)V符號(hào)的極性 end else n

8、um=0; % 當(dāng)前輸入為“1”那么連“0”計(jì)數(shù)器清零 endend % 編碼完成re=xn',yn',yh',V',B' % 結(jié)果輸出: xn AMI HDB3 V&B符號(hào) % HDB3解碼input=yh; % HDB3碼輸入decode=input; % 輸出初始化sign=0; % 極性標(biāo)志初始化for k=1:length(yh) if input(k) = 0 if sign=yh(k) % 如果當(dāng)前碼與前一個(gè)非零碼的極性相同 decode(k-3:k)=0 0 0 0;% 那么該碼判為V碼并將*00V清零 end sign=inpu

9、t(k); % 極性標(biāo)志 endenddecode=abs(decode); % 整流error=sum(xn'-decode'); % 解碼的正確性檢驗(yàn),作圖subplot(3,1,1);stairs(0:length(xn)-1,xn);axis(0 length(xn) -2 2);subplot(3,1,2);stairs(0:length(xn)-1,yh);axis(0 length(xn) -2 2);subplot(3,1,3);stairs(0:length(xn)-1,decode);axis(0 length(xn) -2 2);二、數(shù)字帶通系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)

10、1、實(shí)驗(yàn)要求：利用MATLAB程序設(shè)計(jì)語言實(shí)現(xiàn)數(shù)字帶通系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)。2、原理簡(jiǎn)述：數(shù)字調(diào)制：用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)已調(diào)信號(hào)的過程成為數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制的根本原理相同，但數(shù)字信號(hào)有離散取值的特點(diǎn)。因此數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：利用模擬調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，即把數(shù)字調(diào)制看成是模擬調(diào)制的特例把數(shù)字基帶信號(hào)當(dāng)成是模擬信號(hào)的特殊情況處理；利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過開關(guān)鍵控制載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。這種方法稱為鍵控法，比方對(duì)載波的振幅，頻率和相位進(jìn)行鍵控，便可得到振幅鍵控ASK，頻移鍵控FSK和相移鍵控PSK三種根本的數(shù)字調(diào)制方式。振幅鍵控ASK振幅鍵控利

11、用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，而其頻率和初始相位保持不變。在2ASK中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別為對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息“0”或“1”。常用的二進(jìn)制振幅鍵控方式稱為通斷鍵控，2ASK信號(hào)的一般表達(dá)式為 其中2ASK有兩種根本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)和相干解調(diào)，解調(diào)方式如下：非相干解調(diào)方式：帶通濾波器全波整流器低通濾波器抽樣判決器輸出想干解調(diào)方式：帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器輸出頻移鍵控FSK頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。在2FSK中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)檢變化。一個(gè)2FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加。其產(chǎn)生方式有兩種：采用模

12、擬調(diào)頻來實(shí)現(xiàn)也可采用鍵控法實(shí)現(xiàn)，即在二進(jìn)制基帶矩形序列的控制下通過開關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。但相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。2FSK信號(hào)的常用解調(diào)方法也采用相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方式。其解調(diào)原理是將2FSK信號(hào)分解為上下兩路2ASK信號(hào)分別進(jìn)行解調(diào)，然后進(jìn)行判決。相移鍵控PSK二進(jìn)制相移鍵控2PSK相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在2PSK中，通常用初始相位0和分別表示二進(jìn)制“1和“0。與2ASK信號(hào)的產(chǎn)生方式相比，只是對(duì)s(t)的要求不同，在2ASK中是單極性的，而在2PSK中是雙極性的基帶信號(hào)。2PSK信號(hào)的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法。二進(jìn)制差

13、分相移鍵控2DPSK2PSK相干解調(diào)時(shí)，由于載波恢復(fù)中相位有0、模糊性，導(dǎo)致解調(diào)過程出現(xiàn)“反向工作現(xiàn)象，恢復(fù)出的數(shù)字信號(hào)“1”“0”倒置，使得2PSK難以實(shí)際應(yīng)用。而2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化傳遞數(shù)字信息，對(duì)于相同的基帶數(shù)字信息序列，由于初始相位不同，2DPSK的相位可以不同。也就是說，2DPSK信號(hào)的相位并不直接代表基帶信號(hào)，而前后碼元相對(duì)相位的差才唯一決定信號(hào)符號(hào)。2DPSK信號(hào)的解調(diào)方法為相干解調(diào)極性比較法加碼反變換法。其原理為：帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器碼反變換輸出3、程序運(yùn)行結(jié)果2ASK調(diào)制后的信號(hào)以及2ASK解調(diào)后的信號(hào)2PSK基帶信號(hào)，2PSK調(diào)制后

14、的信號(hào)以及2PSK解調(diào)后的信號(hào)2FSK調(diào)制后的信號(hào)以及使用2FSK解調(diào)后的信號(hào)隨機(jī)產(chǎn)生得二進(jìn)制原始信號(hào)以及2DPSK調(diào)制之后得信號(hào)使用2DPSK解調(diào)之后的信號(hào)4、程序源代碼2ASKclear all;clear;N=10; %調(diào)制序列的長(zhǎng)度 fc=20; %載波頻率datat=0.01; %時(shí)域采樣間隔data=1/datat;df=0.01 ; %頻率分辨率t=0:datat:N; %設(shè)每個(gè)碼元長(zhǎng)度為1ms 時(shí)間矢量：0：Nm=randint(1,N); %產(chǎn)生調(diào)制序列fs=1/datat;c=cos(2*pi*fc*t); for i=1:length(m) if(m(i)=1) for

15、j=1:1/datat; ask_pre(j+(i-1)*(1/datat)=1; end elseif(m(i=0) ask_pre(j+(i-1)*(1/datat)=0; endendask_pre=ask_pre,m(i);ask=ask_pre.*c;ask_F,ask,df1=fftseq(ask,datat,df);C,c,df1=fftseq(c,datat,df);M,ask_pre,df1=fftseq(ask_pre,datat,df);f=0:df1:df1*(length(c)-1)-fs/2;subplot(2,1,1);plot(t,ask_pre(1:lengt

16、h(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí)間 ms');title('未調(diào)信號(hào)');ylabel('幅值 ：v');subplot(2,1,2);plot(t,ask(1:length(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí)間 ms');title('2ASK信號(hào)');ylabel('幅值 ：v');%-%- 解調(diào) -%-ask_n=(ask_pre+rand(1,length(ask_pre).*c; %高斯白噪聲ask_NF,ask_n,df1=f

17、ftseq(ask_n,datat,df);f_strain=8;n_off=floor(f_strain/df1);f=0:df1:df1*(length(ask)-1)-fs/2;n0=floor(fc-8)/df1):floor(fc+8)/df1);BP=zeros(1,length(f);BP(min(n0):max(n0)=ones(1,length(n0); %帶通濾波器設(shè)計(jì)BP(length(BP)-max(n0):length(BP)-min(n0)=ones(1,length(n0);H=zeros(1,length(f);H(1:n_off)=2*ones(1,n_off

18、); % 矩形窗截取H(length(f)-n_off+1:length(f)=2*ones(1,n_off);%H(1:n_off)=2*hamming(n_off); %hamning窗截取%H(length(f)-n_off+1:length(f)=2*hamming(n_off); BP1=BP.*ask_F;BPN=BP.*ask_NF;ask_re1=ifft(BP1);ask_ren1=ifft(BPN);ask_re=2*ask_re1.*c; %相干解調(diào)法 ask_ren=2*ask_ren1.*c; %相干解調(diào)高斯白噪聲ask_reF,ask_re,df1=fftseq(a

19、sk_re,datat,df);ask_reNF,ask_ren,df1=fftseq(ask_ren,datat,df);D1=H.*ask_reF;DN=H.*ask_reNF;d1=ifft(D1);dn=ifft(DN);for i=1 : length(m) % 判決 if(d1(i-1)*(1/datat)+(1/(2*datat)>=0.5) % 判決規(guī)那么:d1>0.5 => 1 m_de(i)=1; % 否那么 d1<0.5 => 0 for j=1:1/datat d11(j+(i-1)*(1/datat)=1; %為了畫解調(diào)波形需要 end

20、else m_de(i)=0; for j=1:1/datat d11(j+(i-1)*(1/datat)=0; %為了畫解調(diào)波形需要 end endendfor i=1 : length(m) % 判決 if(dn(i-1)*(1/datat)+(1/(2*datat)>=0.5) % 判決規(guī)那么:d1>0.5 => 1 m_den(i)=1; % 否那么 d1<0.5 => 0 for j=1:1/datat dnn(j+(i-1)*(1/datat)=1; %為了畫解調(diào)波形需要 end else m_den(i)=0; for j=1:1/datat dnn

21、(j+(i-1)*(1/datat)=0; %為了畫解調(diào)波形需要 end endendfigure(2);subplot(4,1,1);plot(t,ask(1:length(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí)間');title('解調(diào)器接收波形');subplot(4,1,2);plot(t,ask_re1(1:length(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí)間');title('經(jīng)過帶通濾波器波形');subplot(4,1,3);plot(t,d1(1:length(t

22、);axis(0,N,-0.5,2.5);xlabel('時(shí)間');title('經(jīng)過低通濾波器波形');subplot(4,1,4);plot(t(1:length(d11),d11);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí)間');title('經(jīng)過判決器波形');2FSKclear;N=20; %調(diào)制序列的長(zhǎng)度 fc=5; %載波基頻datat=0.01; %時(shí)域采樣間隔fs=1/datat; %頻率分辨率df=0.01 %頻率縮放系數(shù)t=0:datat:N; %設(shè)每個(gè)碼元長(zhǎng)度為1ms 時(shí)間矢量：0：Nm=r

23、andint(1,N); %產(chǎn)生調(diào)制序列for i=1:length(m) if(m(i)=1) for j=1:1/datat; fsk_f(j+(i-1)*(1/datat)=4; %1碼的載波基波倍頻系數(shù) 20hz mm(j+(i-1)*(1/datat)=1; %為了畫碼元時(shí)域波形需要 end elseif(m(i)=0) for j=1:1/datat; fsk_f(j+(i-1)*(1/datat)=1; %0碼的載波基波倍頻系數(shù) 5hz mm(j+(i-1)*(1/datat)=0; %為了畫碼元時(shí)域波形需要 end endendif(m(i)=1) nn=4; else nn=

24、1;endfsk_f=fsk_f,nn; %使fsk_f的長(zhǎng)度與t相同fsk_c=fsk_f*fc; %根據(jù)不同的倍頻系數(shù)產(chǎn)生不同的載波頻率c=cos(2*pi*fsk_c.*t); %2fsk信號(hào)產(chǎn)生C,c,df1=fftseq(c,datat,df); %2fsk信號(hào)的傅立葉變換MM,mm,df1=fftseq(mm,datat,df); %基帶信號(hào)的傅立葉變換f=0:df1:df1*(length(mm)-1)-fs/2; %頻率作圖矢量figure(1);subplot(2,1,1);plot(t,mm(1:length(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel(

25、9;時(shí)間 ms');title('未調(diào)信號(hào)');ylabel('幅值 ：v');subplot(2,1,2);plot(t,c(1:length(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí)間 ms');title('2FSK信號(hào)');ylabel('幅值 ：v');%-%- 解調(diào) -%-B0=fc-2,fc+2; %0碼頻帶寬B1=fc*4-2,fc*4+2; %1碼頻帶寬n0=floor(fc-2)/df1):floor(fc+2)/df1);n1=floor(4*fc-2)/df1)

26、:floor(4*fc+2)/df1);H0=zeros(1,length(C);H0(min(n0):max(n0)=ones(1,length(n0); %濾波器設(shè)計(jì)(0碼帶通濾波器)H0(length(H0)-max(n0):length(H0)-min(n0)=ones(1,length(n0);H1=zeros(1,length(C);H1(min(n1):max(n1)=ones(1,length(n1); %濾波器設(shè)計(jì)(1碼帶通濾波器)H1(length(H1)-max(n1):length(H1)-min(n1)=ones(1,length(n1);n_off0=fc/df1;

27、n_off1=4*fc/df1;L0=zeros(1,length(C); %(0碼低通濾波器)L0(1:n_off0)=2*ones(1,n_off0);L0(length(L0)-n_off0+1:length(L0)=2*ones(1,n_off0);L1=zeros(1,length(C); % %(1碼低通濾波器)L1(1:n_off1)=2*ones(1,n_off1);L1(length(L1)-n_off1+1:length(L1)=2*ones(1,n_off1);C0=C.*H0;C1=C.*H1;m0=ifft(C0);m1=ifft(C1);mm0=abs(m0); %

28、包絡(luò)檢波mm1=abs(m1);MM0,mm0,df1=fftseq(mm0,datat,df);MM1,mm1,df1=fftseq(mm1,datat,df); MM0=MM0.*L0;MM1=MM1.*L1;mm0=ifft(MM0);mm1=ifft(MM1);for i=1 : length(m) % 比較器判決 if(abs(m0(i-1)*(1/datat)+(1/(2*datat)>=abs(m1(i-1)*(1/datat)+(1/(datat*2) % 判決規(guī)那么:mo>m1 => 0 m_de(i)=0; % 否那么 => 1 for j=1:1/

29、datat m_anti(j+(i-1)*(1/datat)=0; %為了畫解調(diào)波形需要 end else m_de(i)=1; for j=1:1/datat m_anti(j+(i-1)*(1/datat)=1; %為了畫解調(diào)波形需要 end endendm_anti=m_anti,m_de(i);figure(2)subplot(5,1,1);plot(t,m0(1:length(t);xlabel('時(shí)間'); title('經(jīng)過帶通濾波器1后波形');subplot(5,1,2);plot(t,m1(1:length(t); xlabel('時(shí)

30、間'); title('經(jīng)過帶通濾波器2后波形');subplot(5,1,3);plot(t,mm0(1:length(t);xlabel('時(shí)間');axis(0,N,-0.1,2); title('經(jīng)過低通濾波器1后波形');subplot(5,1,4);plot(t,mm1(1:length(t); xlabel('時(shí)間'); axis(0,N,-0.1,2); title('經(jīng)過低通濾波器2后波形');subplot(5,1,5);plot(t,m_anti(1:length(t); xlabel

31、('時(shí)間'); axis(0,N,-0.5,1.5); title('經(jīng)過比較起判決后波形');2PSKclear;N=10; %調(diào)制序列的長(zhǎng)度 fc=10; %載波頻率datat=0.01; %時(shí)域采樣間隔fs=1/datat; %頻率分辨率df=0.01 %頻率縮放系數(shù)t=0:datat:N; %設(shè)每個(gè)碼元長(zhǎng)度為1ms 時(shí)間矢量：0：Nm=randint(1,N); %產(chǎn)生調(diào)制序列%-%- 調(diào)制 -%-for i=1:length(m) if(m(i)=1) for j=1:1/datat; psk_p(j+(i-1)*(1/datat)=pi; %1碼的對(duì)

32、應(yīng)的相位為pi(采用a方式) mm(j+(i-1)*(1/datat)=1; %為了畫碼元時(shí)域波形需要 end elseif(m(i)=0) for j=1:1/datat; psk_p(j+(i-1)*(1/datat)=0; %0碼的對(duì)應(yīng)的相位為0(采用a方式) mm(j+(i-1)*(1/datat)=0; %為了畫碼元時(shí)域波形需要 end endendif(m(i)=1) nn=pi/2; else nn=-(pi/2);endpsk_p=psk_p,nn; %使p的長(zhǎng)度與t相同,psk_p為根據(jù)不同碼元產(chǎn)生不同的調(diào)制相位c=cos(2*pi*fc*t+psk_p); %2psk信號(hào)產(chǎn)

33、生C,c,df1=fftseq(c,datat,df); %2fsk信號(hào)的傅立葉變換MM,mm,df1=fftseq(mm,datat,df); %基帶信號(hào)的傅立葉變換f=0:df1:df1*(length(mm)-1)-fs/2; %頻率作圖矢量subplot(2,1,1);plot(t,mm(1:length(t);axis(0,N,-1.5,1.5);xlabel('時(shí)間 ms');title('未調(diào)信號(hào)');ylabel('幅值 ：v');subplot(2,1,2);plot(t,c(1:length(t);axis(0,N,-1.5,

34、1.5);xlabel('時(shí)間 ms');title('2PSK信號(hào)');ylabel('幅值 ：v');%-%- 解調(diào) -%-carwav=2*cos(2*pi*fc.*t);CF,carwav,df1=fftseq(carwav,datat,df);n_off=(fc-1)/df;n0=floor(fc-2)/df1):floor(fc+2)/df1);BP=zeros(1,length(f);BP(min(n0):max(n0)=ones(1,length(n0); %帶通濾波器設(shè)計(jì)BP(length(BP)-max(n0):length(BP)-min(n0)=ones(1,length(n0);H=zeros(1,length(f);H(1:n_off)=2*ones(1,n_off); % 低通濾波器設(shè)