《学科基础课群综合训练》目录1. 原理分析与方案论证 (1)1.1 通信系统架构 (1)1.2 信源码——PCM码 (2)1.3 基带码——Miller码 (3)1.3.1密勒码简介 (3)1.3.2密勒码原理 (3)1.4 信道码——汉明码 (3)1.5 噪声信道——AWGN (4)2. 各模块的MATLAB实现 (5)2.1 信号源的实现 (5)2.2 信源编码——PCM编码 (5)2.2.1 PCM编码原理 (5)2.2.2 PCM编码的实现 (7)2.3. 基带编码——Miller编码 (8)2.4. 信道编码——汉明码编码 (9)2.5. ASK调制 (11)2.6. 信道噪声——AWGN (12)2.7. ASK解调 (13)2.8. 汉明码解调 (14)2.9. Miller译码 (15)2.10. PCM译码 (16)2.11. 误码率的计算 (16)3.仿真结果分析 (17)3.1 源信号与接收信号波形对比 (17)3.2 误码率统计 (17)4. 心得体会 (18)5. 参考文献 (19)一.原理分析与方案论证1.1 通信系统架构通信的目的是传输信息。

通信系统的作用就是将信息从信息源发送到一个或多个目的地。

对于任何一个通信系统，均可视为由发送端、信道和接收端三大部分组成（如图1-1所示）。

图1-1 通信系统一般模型1、信息源:把原始信息变换成原始电信号。

2、信源编码：①实现模拟信号的数字化传输即完成A/D变化。

②提高信号传输的有效性。

即在保证一定传输质量的情况下，用尽可能少的数字脉冲来表示信源产生的信息。

信源编码也称作频带压缩编码或数据压缩编码。

3、信道编码：①信源编码的目的：信道编码主要解决数字通信的可靠性问题。

②信道编码的原理：对传输的信息码元按一定的规则加入一些冗余码（监督码），形成新的码字，接收端按照约定好的规律进行检错甚至纠错。

③信道编码又称为差错控制编码、抗干扰编码、纠错编码。

4、数字调制①数字调制技术的概念：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。

②数字调制的主要作用：提高信号在信道上传输的效率，达到信号远距离传输的目的。

③基本的数字调制方式：振幅键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK。

5、信道：信道是信号传输媒介的总称，传输信道的类型有无线信道（如电缆、光纤）和有线信道（如自由空间）两种。

6、噪声源：1通信系统中各种设备以及信道中所固有的，为了分析方便，把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。

1.2 信源码——PCM码通常是把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制PCM，简称脉码调制。

在编码器中由冲激脉冲对模拟信号抽样，得到在抽样时刻上的信号抽样值。

这个抽样值仍是模拟量。

在量化之前，通常由保持电路将其作短暂保存，以便电路有时间对其量化。

在实际电路中，常把抽样和保持电路做在一起，称为抽样保持电路。

图中的量化器把模拟抽样信号变成离散的数字量，然后在编码器中进行二进制编码。

这样每个二进制码组就代表一个量化后的信号抽样值。

抽样是对模拟信号进行周期性的扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。

经过抽样的信号应包含原信号的所有信息，即能无失真地恢复出原模拟信号。

量化是把经抽样得到的瞬时值进行幅度离散，即指定Q规定的电平，把抽样值用最接近的电平表示。

编码是用二进制码组表示有固定电平的量化值。

实际上量化是在编码过程中同时完成的。

μ律和A律压缩特性：1n(1x)1 x1)μ律：y ( （式1-1）1n(1)Ax10|x|11nAAy A律：（式11nA|x|1|x|111nAA1-2）式中，x为归一化输入，y为归一化输出，A、μ为压缩系数。

数字压扩技术：一种通过大量的数字电路形成若干段折线，并用这些折线来近似A律或μ律压扩特性，从而达到压扩目的方法。

即对数压扩特性的折线近似法。

我国一般都采用A 律。

本文设计方案也采用A律-13折线法。

1.3 基带码——Miller码Miller码也称延迟调制码，是一种变形双向码。

其编码规则：对原始符号“1”码元起始不跃变，中心点出现跃变来表示，即用10或01表示。

对原始符号“0”则分成单个“0”还是连续“0”予以不同处理；单个“0”时，保持0前的电平不变，即在码元边界处电平不跃变，在码元中间点电平也不跃变；对于连续“0”，则使连续两个“0”的边界处发生电平跃变。

1.3.1密勒码简介及其编码规则Miller码又称延迟调制码，它可看成是双相码的一种变形。

一、编码规则:消息代码中的1 用10或01表示;消息代码中的0分两种情况:单个"0"在码元持续时间内不出现电平跳变，且与相邻码元的边界处也不跳变;连"0"串在两个"0"码的边界处出现电平跳变，即"00"与"11"交替。

1.3.2 密勒码原理Miller码又称延迟调制码，其编码规则为：信码“1”用“01”或“10”交替表示，信码“0”用“00”或“11”交替表示。

它的主要特点是：(1)由编码规则可知，当信码序列出现“101”时，Miller码出现最大脉冲宽度为两个码元周期，而信码出现连“0时，它的最小脉冲宽度为一个码元周期，这一性质可用于进行误码检测。

（2）比较双相码与Miller码的码型，可以发现后者时前者经过一级触发器得来。

由上述特点可知Miller码的编码过程：将NRZ编码为BHP码，再由BHP码经过一级触发器即得Miller码。

Miller码得解码方法与BHP码相同，只要将判决条件改为NRZ与Miller码的对应关系即可。

1.4 信道码——汉明码汉明码Hamming code：用于数据传送，能检测所有一位和双位差错并纠正所有一位差错的二进制代码。

与其他的错误校验码类似，汉明码也利用了奇偶校验位的概念，通过在数据位后面增加一些比特，可以验证数据的有效性。

利用一个以上的校验位，汉明码不仅可以验证数据是否有效，还能在数据出错的情况下指明错误位置。

在接受端通过纠错译码自动纠正传输中的差错来实现码纠错功能，称为前向纠错FEC。

在数据链路中存在大量噪音时，FEC 可以增加数据吞吐量。

通过在传输码列中加入冗余位(也称纠错位)可以实现前向纠错。

但这种方法比简单重传协议的成本要高。

汉明码利用奇偶块机制降低了前向纠错的成本。

现以数据码1101为例讲讲汉明码的编码原理，此时D8=1、D4=1、D2=0、D1=1，在P1编码时，先将D8、D4、D1的二进制码相加，结果为奇数3，汉明码对奇数结果编码为1，偶数结果为0（奇数位。

若奇数结果编码为0.偶数结果为1，则叫偶数位），因此P1值为1，D8+D2+D1=2，为偶数，那么P2值为0，D4+D2+D1=2，为偶数，P3值为0。

这样，参照上文的位置表，汉明码处理的结果就是1010101。

在这个4位数据码的例子中，我们可以发现每个汉明码都是以三个数据码为基准进行编码的。

从编码形式上，我们可以发现汉明码是一个校验很严谨的编码方式。

在这个例子中，通过对4个数据位的3个位的3次组合检测来达到具体码位的校验与修正目的（不过只允许一个位出错，两个出错就无法检查出来了，这从下面的纠错例子中就能体现出来）。

在校验时则把每个汉明码与各自对应的数据位值相加，如果结果为偶数（纠错代码为0）就是正确，如果为奇数（纠错代码为1）则说明当前汉明码所对应的三个数据位中有错误，此时再通过其他两个汉明码各自的运算来确定具体是哪个位出了问题。

还是刚才的1101的例子，正确的编码应该是1010101，如果第三个数据位在传输途中因干扰而变成了1，就成了1010111。

检测时，P1+D8+D4+D1的结果是偶数4，第一位纠错代码为0，正确。

P2+D8+D2+D1的结果是奇数3，第二位纠错代码为1，有错误。

P3+D4+D2+D1的结果是奇数3，第三位纠错代码为1，有错误。

那么具体是哪个位有错误呢？三个纠错代码从高到低排列为二进制编码110，换算成十进制就是6，也就是说第6位数据错了，而数据第三位在汉明码编码后的位置正好是第6位。

1.5 噪声信道——AWGN加性高斯白噪声AWGN(Additive White Gaussian Noise) 是最基本的噪声与干扰模型。

加性噪声：叠加在信号上的一种噪声，通常记为n(t)，而且无论有无信号，噪声n(t)都是始终存在的。

因此通常称它为加性噪声或者加性干扰。

白噪声：噪声的功率谱密度在所有的频率上均为一常数，则称这样的噪声为白噪声。

如果白噪声取值的概率分布服从高斯分布，则称这样的噪声为高斯白噪声。

二. 各模块的MATLAB实现2.1 信号源的实现根据题目的要求，自己构造一个时间函数，模拟话音信号，因为话音信号的频率在300Hz~3400Hz之间，取典型值300Hz。

构造一个模拟正弦函数。

设定采样频率为6000Hz，因而采样点间步长为1/6000s。

程序为：fs=6000; %设定采样频率dt=1/fs; %设定步长N=20; long=N; n=0:N-1; t=n*dt; %截止时间fc=300; %时间函数频率y=sin(2*pi*fc*t); %构造正弦函数figure(1); plot(t,y); %绘制时间函数图象title('源信号时间函数波形')绘制出构造的信号波形如图2-1所示：图2-1 信号源时间函数波形2.2 信源编码——PCM编码2.2.1 PCM编码原理本设计采用A律折线法。

实际中A律常用13折线法近似如图2-2所示：图2-2 A律13折线其具体分法如下：先将X轴的区间[0，1]一分为二，其中点为1/2,取区间[1/2,1]作为第八段; 区间[0,1/2]再一分为二，其中点为1/4,取区间[1/4,1/2]作为第七段;区间[0,1/4]再一分为二，其中点为1/8,取区间[1/8,1/4]作为第六段;区间[0,1/8]一分为二，中点为1/16,取区间[1/16,1/8]作为第五段;区间[0,1/16]一分为二，中点为1/32,取区间[1/32,1/16]作为第四段;区间[0,1/32]一分为二，中点为1/64,取区间[1/64,1/32]作为第三段;区间[0,1/64]一分为二，中点为1/128,区间[1/128,1/64]作为第二段;区间[0,1/128]作为第一段。

然后将Y轴的[0,1]区间均匀地分成八段，从第一段到第八段分别为[0,1/8],(1/8,2/8],(2/8,3/8],(3/8,4/8],(4/8,5/8],(5/8,6/8],(6/8,7/8],(7/8,1]。

分别与X轴对应。

码位的安排:目前国际上普遍采用8位非线性编码。