通信原理綜合實驗課件

1、通信原理課程系統(tǒng)綜合設(shè)計與實現(xiàn)基于MATLAB的圖像通信系統(tǒng)仿真目錄通信原理課程系統(tǒng)綜合設(shè)計與實現(xiàn)I基于MATLAB的圖像通信系統(tǒng)仿真I摘 要IIABSTRACTII第一章 緒論11.1 目的和意義11.2 通信系統(tǒng)模型11.3 本文主要工作1第二章 圖像通信系統(tǒng)原理概述12.1DM量化12.1.1 抽樣12.2M調(diào)制22.2.1 M調(diào)制原理22.2.2 M的性能32.2.3M調(diào)制的實驗原理42.3 OOK調(diào)制與解調(diào)42.3.1 OOK調(diào)制42.3.2 OOK解調(diào)5第三章 實驗過程圖63.1 時域圖63.1.1 語音信號時域圖像63.1.2 過信道、解調(diào)、判決圖像73.1.3原圖像與恢復圖像比

2、較8第四章 總結(jié)和體會9參考文獻10附錄11摘 要本文主要介紹了基于MATLAB的通信系統(tǒng)的仿真,模擬傳輸圖像信號通信過程。通信系統(tǒng)設(shè)計采用DM量化方式以及OOK調(diào)制解調(diào)，觀察了通信系統(tǒng)各個模塊的信號的時域波形，然后將上述特性與理論進行比較。關(guān)鍵詞：DM量化 OOK調(diào)制 信道 ABSTRACTThe simulation of communication system based on MATLAB is discussed in this paper,which analog voice signal transmission communication process.This syste

3、m adopts DM quantization and OOK modulation and demodulation.Then we observe the signal out of the different models by domain waveform,eye diagram and power spectrum ,and analyse its anti-noise performance and calculation sym error rate or bit error rate, comparing with theory.Through montrecarol th

4、eory.Key words：DM quantization,OOK,channel.第II頁第一章 緒論1.1 目的和意義本文目的是設(shè)計一個基于DM編譯碼和OOK數(shù)字調(diào)制方式的圖像通信系統(tǒng)。通過設(shè)計此通信系統(tǒng)，可以加深對通信系統(tǒng)組成以及各部分的原理與作用的理解。1.2 通信系統(tǒng)模型基本通信系統(tǒng)模型如下：圖 1 基本通信系統(tǒng)模型基本的數(shù)字通信系統(tǒng)，其主要由信源、信源編碼、信道編碼、信道、信道譯碼、信源譯碼和信宿等部分組成。在基本通信模型的基礎(chǔ)上我們設(shè)計本文圖像通信系統(tǒng)的模型，如下：抽樣判決相干解調(diào)OOK調(diào)制增量調(diào)制圖像信源恢復圖像信源譯碼信道 awgn圖 2圖像通信系統(tǒng)模型數(shù)字調(diào)制方式采用OO

5、K調(diào)制，濾波器選擇低通濾波器。1.3 本文主要工作本系統(tǒng)是基于MATLAB工具的通信系統(tǒng)仿真,仿真了在OOK調(diào)制解調(diào)方式下該通信系統(tǒng)的誤碼率性能，傳輸?shù)男畔⒃礊閳D像信號。先后經(jīng)過了DM編碼、OOK數(shù)字調(diào)制與解調(diào)和DM譯碼等過程，并對通信系統(tǒng)中各部分的原理和性能以及仿真結(jié)果。第二章 圖像通信系統(tǒng)原理概述2.1DM量化2.1.1 抽樣抽樣是把模擬信號以其信號帶寬2倍以上的頻率提取樣值，變?yōu)樵跁r間軸上離散的抽樣信號的過程，即不斷地以固定時間間隔采集模擬信號的瞬時值。抽樣過程示意圖如下：圖 3抽樣過程示意圖2.2M調(diào)制2.2.1 M調(diào)制原理 增量調(diào)制（M），是DPCM的簡化形式，是一種特殊的脈沖編碼調(diào)

6、制。即是1比特量化的差值脈沖編碼調(diào)制，將信號瞬時采樣值與前一個時刻的采樣量化值之差進行量化，并對差值的符號進行編碼，而不是對差值的大小編碼。因此量化只限于正和負兩個電平，1比特傳輸一個樣值。只要把DPCM方案中的量化器改為2電平（1bit)量化，將預測器改為一階預測器，則DPCM系統(tǒng)就構(gòu)成M系統(tǒng)。圖為M的原理圖；圖為M的實現(xiàn)框圖；圖描述了各信號的波形。由波形圖可見，在M發(fā)端，在定時脈沖 作用下，凡上升一個臺階就量化為1，凡降低一個臺階就量化為0.在M收端譯碼也十分簡單，見1就增加一個，見0就減少一個，經(jīng)過與發(fā)端一樣的積分器，得到逼近x(t)的階梯波 ，經(jīng)低通濾波器后輸出x'(t). 圖

7、8 M原理圖 圖9 M實現(xiàn)框圖增量調(diào)制的過程即將欲傳輸?shù)哪M信號f(t)輸入到減法器與本地譯碼器的輸出相減得到差值信號e(t),脈沖調(diào)制器中有一個采樣判決器，在時鐘脈沖的控制下對差值信號e(t)進行正負極性判決。當e(t)>0時，脈沖調(diào)制器輸出一個正脈沖，即“1”碼；當e(t)<0時，脈沖調(diào)制器輸出一個負脈沖，即“0”碼，這樣就形成了二進制M序列。脈沖調(diào)制器的輸出分成兩路，一路送回到本地譯碼器（積分器）進行譯碼，譯碼輸出與下一個時刻的f(t)相減產(chǎn)生差值信號；另一路輸出通過信道送到接收端，在接收端，通過積分器譯碼和低通濾波器濾波，恢復出模擬信號f'(t).增量調(diào)制的解調(diào)過程

8、是通過積分器實現(xiàn)的。積分器的輸出波形不是階梯波，而是一個具有固定斜率的鋸齒波。當積分器輸入一個“1"碼時，積分器被充電，輸出一個正斜變電壓，上升一個電壓增量；當積分器輸入一個“0”時，積分器放電，輸出一個負斜變電壓，下降一個電壓增量。當連續(xù)輸入時鋸齒波形就近似跟隨了f(t)的變化，從而實現(xiàn)了譯碼。然后再通過低通濾波器的平滑濾波，就能很好地恢復f(t). 2.2.2 M的性能 M調(diào)制編碼譯碼都很簡單但其缺點是可能出現(xiàn)過載失真。在正常情況下，M的量化誤差 不會超過(表示量化電壓單位值），而在過載情況下，量化誤差會大大增加，應(yīng)當避免發(fā)生過載。不過載的條件是 （2.4.1） 若x(t)=As

9、inwt，則M不產(chǎn)生過載的條件是，是M編碼時相鄰取樣點的時間間隔。由于過載而限制了輸入信號的動態(tài)范圍，或者限制了輸入信號的最高頻率，而且M得數(shù)碼率不可能進一步降低。 圖10 M信號的波形在不過載的條件下，假設(shè)量化噪聲e(t)在-,均勻分布，則可求得M的量化噪聲 （2.4.2）若為接收端低通濾波器帶寬，f為信號x(t)=Asinwt的頻率（),則M系統(tǒng)的最大量化信噪比為 （2.4.3）2.2.3M調(diào)制的實驗原理 增量調(diào)制每時刻只輸出1bit的編碼，該比特不是表示采樣值的大小，而是表示采樣時刻波形的變化趨勢。M發(fā)端電路如圖11所示 圖11 M發(fā)端 由此可以得出，增量調(diào)制相當于DPCM的一種特例，它

10、的量化器為2電平（1bit）量化，而預測器是一階預測器。 M收端的原理圖如圖12所示 圖12 M收端 M收端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，由一個積分器和一個低通濾波器構(gòu)成。其中積分器用來根據(jù)收到的脈沖信號還原出逼近原始信號的階梯波，而低通濾波器能濾除階梯波上的高頻分量。2.3 OOK調(diào)制與解調(diào)2.3.1 OOK調(diào)制調(diào)制信號為二進制數(shù)字信號時，這種調(diào)制稱為二進制數(shù)字調(diào)制。在2ASK調(diào)制中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)。OOK信號可表示為 ： (4)式中， 為載波角頻率，為單極性NRZ矩形脈沖序列： (5)其中，g(t)是持續(xù)時間為、高度為的矩形脈沖，常稱為門函數(shù)。為二進制數(shù)字，當時，出現(xiàn)概率為P；當時，出現(xiàn)概率為

11、（1-P）。在二進制數(shù)字振幅調(diào)制中，載波的幅度隨著調(diào)制信號的變化而變化，實現(xiàn)這種調(diào)制的方式有兩種，分別是相乘法和開關(guān)法，本實驗主要采用相乘法。通過相乘器直接將載波和數(shù)字信號相乘得到輸出信號，這種直接利用二進制數(shù)字信號的振幅來調(diào)制正弦載波的方式稱為相乘法。在該電路中載波信號和二進制數(shù)字信號同時輸入到相乘器中完成調(diào)制。2.3.2 OOK解調(diào)OOK信號解調(diào)的常用方法主要有兩種：包絡(luò)檢波法和相干檢測法。相干解調(diào)法原理方框圖如圖2.4所示。圖 04本課程設(shè)計采用相干解調(diào)法解調(diào)OOK信號。第三章 實驗過程圖3.1 時域圖3.1.1 語音信號時域圖像 3.1.2 過信道、解調(diào)、判決圖像 3.1.3原圖像與恢

12、復圖像比較 第四章 總結(jié)和體會1.本實驗加深了自己對通信系統(tǒng)基本框架的了解，并對相應(yīng)模塊的原理加深了印象；2.實驗中曾出現(xiàn)判決后信號基本一致，恢復圖像數(shù)據(jù)后異?，F(xiàn)象，最后圖像原因在于抽樣取值量化太大，解碼端相應(yīng)值取值不當，導致圖像數(shù)據(jù)為黃紫相間的圖像塊；3.本實驗不足之處在于圖像恢復仍然與實際相差較明顯，恢復圖像偏暗且紫色區(qū)域有噪聲（噪聲比較明顯）；初步分析原因為DM在編碼中跟不上實際數(shù)據(jù)變化，抽樣判決中條件不理想，判決受噪聲影響，判決不理想，可能是發(fā)生相偏；由于期末復習緊張，本應(yīng)多做幾種調(diào)制方式，多加一種PCM編碼進行實驗對比的。4.實驗中感謝李教員和張教員的耐心指導。參考文獻1 樊昌信，曹

13、麗娜.通信原理（第6版）M.北京：國防工業(yè)出版社,2010。2 孫學軍通信原理教程.人民郵電出版社，2007-93 黎洪松數(shù)字通信原理.西安電子科技大學出版社，2005-74 劉穎 王春悅 趙蓉數(shù)字通信原理與技術(shù) 北京郵電大學出版社，2002-75 張葛祥 李娜MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用 清華大學出版社，2003-6附錄%通信原理綜合實驗clc;clear all;%讀取圖像，將圖像數(shù)據(jù)存儲文件imagedata = imread('10.jpg');% figure% imshow(imagedata);FileName=num2str(size(imagedata,1),&

14、#39;_',num2str(size(imagedata,2),'_',num2str(size(imagedata,3),'.doc'fid=fopen(FileName,'w');fprintf(fid,'%d',imagedata(:);fclose(fid);% DM編碼A=1;%輸入信號幅度x=reshape(imagedata,1,130*130*3);% x=abs(x/max(abs(x);%歸一化N=130*130*3;t=1:1:N;d=0.1;%量化階距D(1+length(x)=0;%預測器初始狀

15、態(tài)for k=1:length(x) e(k)=x(k)-D(k);%誤差信號eq(k)=d*(2*(e(k)>=128)-1);%量化器輸出D(k+1)=eq(k)+D(k);%延遲器狀態(tài)更新c(k)=(eq(k)>0);%編碼輸出endfigure(1)subplot(3,1,1);stem(t,x,'.');axis(2e4,2e4+200,0,255); grid on;title('原圖像信號');% OOK調(diào)制 t1=linspace(0,40000,N);%載波時間段fc=2; % 載波頻率 h=A*cos(2*pi*fc*t1);s_

16、ook=c(1:N).*h; % 產(chǎn)生OOK信號 % figure(2)subplot(3,1,2);plot(t,s_ook);axis(2e4,2e4+200,-1.1,1.1); hold on;plot(1:N,c,'r','LineWidth',1.5);title('編碼輸出與OOK信號');legend('ook信號','編碼輸出','Location','North');grid on;subplot(3,1,3);plot(t1,h);title('載波信號

17、');axis(2e4,2e4+200,-1.1,1.1);% 信號過隨參信道figure(2)subplot(3,1,1);s=awgn(s_ook,18,'measured');%信噪比為18plot(t,s_ook,t,s) legend('OOK信號','加噪信號','Location','North');axis(2e4,2e4+200,-1.1,1.1); % 解調(diào)sj = s.*h;%相干解調(diào)subplot(3,1,2);plot(t,sj);grid onaxis(2e4,2e4+200,-

18、1.1,1.1);title('乘以相干載波后的信號波形');depsk = zeros(1,length(s);nsamp=10;for m = nsamp/2:nsamp:nsamp*length(s)/2; if m<=50700 if sj(m) < 0.055; for i = 1:nsamp depsk(m-5)+i) = 0; end else sj(m) >=0.055; for i = 1:nsamp depsk(m-5)+i) = 1; end end endendsubplot(3,1,3);plot( 1:N,depsk(1:N),'LineWidth',1.5);grid onaxis(2e4,2e4+200,-1.1,1.1); title('抽樣判決后的信號波形')%解碼端D1(1+length(depsk)=0; %解碼