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1、2020 4 20 机械工业出版社 Page1 第14章MATLAB通信系统仿真 学习目标 了解数字通信系统基本概念掌握数字调制 解调及其仿真掌握信道编码 译码及其仿真 2020 4 20 机械工业出版社 Page2 第14章MATLAB通信系统仿真 2020 4 20 机械工业出版社 Page3 14 1数字通信系统基本概念 2020 4 20 机械工业出版社 Page4 14 2数字调制 解调及其仿真 14 2 1脉冲幅度调制 PAM 信号14 2 2相位调制 PSK 信号14 2 3频率调制信号14 2 4连续相位调制信号 2020 4 20 机械工业出版社 Page5 1 脉冲幅度调制
2、 PAM 信号 2020 4 20 机械工业出版社 Page6 1 脉冲幅度调制 PAM 信号 RandomIntegerGenerator 随机整数发生器 的主要参数 M PAM调制和解调器的主要参数 2020 4 20 机械工业出版社 Page7 1 脉冲幅度调制 PAM 信号 AWGNChannel 高斯白噪声信道 的主要参数 Discrete TimeScatterPlotScope 离散时间星座仪 的主要参数 2020 4 20 机械工业出版社 Page8 1 脉冲幅度调制 PAM 信号 ErrorRateCalculation 误码率计算 的主要参数 2020 4 20 机械工业出
3、版社 Page9 2 相位调制 PSK 信号 2020 4 20 机械工业出版社 Page10 2 相位调制 PSK 信号 M PSKModulatorBaseband M PSK基带调制器 的主要参数 2020 4 20 机械工业出版社 Page11 3 频率调制信号 2020 4 20 机械工业出版社 Page12 3 频率调制信号 BernoulliBinaryGenerator 伯努利二进制随机数产生器 的主要参数 M FSKModulatorBaseband MFSK基带调制器 的主要参数 2020 4 20 机械工业出版社 Page13 4 连续相位调制信号 2020 4 20 机
4、械工业出版社 Page14 4 连续相位调制信号 GMSKModulatorBaseband GMSK基带调制器 的主要参数 2020 4 20 机械工业出版社 Page15 14 3信道编码 译码及其仿真 14 3 1线性分组码14 3 2循环码14 3 3卷积码 2020 4 20 机械工业出版社 Page16 1 线性分组码 MATLAB中使用encode decode可以实现线性分组码的编译码 encode函数的语法形式如下 code encode msg n k linear fmt genmat code encode msg n k cyclic fmt genpoly code
5、 encode msg n k hamming fmt prim poly code encode msg n k code added encode 使用encode可以实现线性分组码 循环码 汉明码的编码 2020 4 20 机械工业出版社 Page17 1 线性分组码 函数参数的含义如下 msg 信息序列 可以是二进制行或列向量 也可以是二进制矩阵 也可以是十进制行或列向量 n k 分别为码长和信息分组长度 fmt 表示编码进制数 默认为二进制 binary genmat 表示线性分组码的生成矩阵 genpoly 表示循环码的生成多项式 可以由函数cyclpoly n k 实现 prim
6、 poly 表示采用汉明编码时的本原多项式 可以由函数gfprimdf n k 实现 2020 4 20 机械工业出版社 Page18 1 线性分组码 例10 1 encode函数使用示例 采用三种不同的格式 二进制向量 二进制矩阵以及十进制向量 生成 7 4 汉明码 clc clearall closeall m 3 n 2 m 1 码长 7k 2 m 1 m 信息分组长 4 生成50个信息分组 每个分组k比特msg1 randint 50 k 1 0 1 列向量msg2 vec2mat msg1 k 转换为k维列向量的矩阵msg3 bi2de msg2 转换为十进制整数的行向量 2020
7、4 20 机械工业出版社 Page19 1 线性分组码 生成50个码字 每个码字n比特code1 encode msg1 n k hamming binary code2 encode msg2 n k hamming binary code3 encode msg3 n k hamming decimal 判断三种方法生成的码字是否相同if vec2mat code1 n code2 de2bi code3 n code2 disp Allthreeformatsproducedthesamecontent end 2020 4 20 机械工业出版社 Page20 2 循环码 循环码BCH码
8、里德 所罗门 RS 码 2020 4 20 机械工业出版社 Page21 2 循环码 例encode和decode函数使用示例 对 15 4 循环码进行编译码 clc clearall closeall n 15 k 4 genpoly cyclpoly n k max 构造循环码多项式msg randint 100 k 0 1 100个信息分组code encode msg n k cyclic binary genpoly noisycode rem code randerr 100 n 01 7 3 2 加噪声newmsg decode noisycode n k cyclic 译码 n
9、umber ratio biterr newmsg msg 计算误码率disp Thebiterrorrateis num2str ratio 2020 4 20 机械工业出版社 Page22 2 循环码 BCH码bchenc函数的语法形式如下 code bchenc msg n k code bchenc paritypos 这两个函数可以用于生成BCH码 其中msg的数据结构必须为Galoisarray 与bchenc相对应的函数是bchdec 函数的语法形式如下 decoded bchdec code n k decoded cnumerr ccode bchdec cnumerr 表示
10、与code相对应的纠正的错误个数 ccode 表示经过错误纠正后的码字 decoded 表示返回的译码结果 2020 4 20 机械工业出版社 Page23 2 循环码 例10 4 BCH码编译码仿真示例 clc clearall closeall m 4 n 2 m 1 码字长度k 5 信息符号长度nwords 10 编码个数msg gf randint nwords k genpoly t bchgenpoly n k 获得生成多项式及相应的纠错能力tt2 t code bchenc msg n k 编码noisycode code randerr nwords n 1 t2 对每个码字加
11、t2比特错误 机械工业出版社 Page24 2 循环码 newmsg err ccode bchdec noisycode n k 译码ifccode codedisp Allerrorswerecorrected endifnewmsg msgdisp Themessagewasrecoveredperfectly end 2020 4 20 机械工业出版社 Page25 2 循环码 例10 5 RS码编译码仿真示例 m 3 每符号比特数n 2 m 1 k 3 码字长度和信息长度t n k 2 rs码的纠错能力nw 4 码字个数msgw gf randint nw k 2 m m 生成随机信
12、息符号c rsenc msgw n k 编码noise 1 randint nw n 2 m 1 randerr nw n t cnoisy c noise 加噪声 dc nerrs corrcode rsdec cnoisy n k 译码isequal dc msgw isequal corrcode c 检测是否译码正确 2020 4 20 机械工业出版社 Page26 3 卷积码 poly2trellis函数是将卷积码的多项式描述转换为网格描述 函数的语法形式如下 trellis poly2trellis ConstraintLength CodeGenerator trellis po
13、ly2trellis ConstraintLength CodeGenerator FeedbackConnection 具体参数的函数如下 ConstraintLength 表示k个输入比特的约束长度 CodeGenerator 表示卷积码的生成矩阵 使用八进制数表示 生成矩阵表示n个输出对应于k个输入的连接 FeedbackConnection 表示反馈编码器的连接 使用八进制数表示 2020 4 20 机械工业出版社 Page27 3 卷积码 trellis 函数的返回值是一个网格结构体 网格结构体包含的字段及含义如表所示 2020 4 20 机械工业出版社 Page28 3 卷积码 c
14、onvenc函数的语法形式如下 code convenc msg trellis code convenc msg trellis puncpat code convenc msg trellis init state code final state convenc 其中各参数含义如下 msg 待编码的信息序列 为二进制向量 编码器的每个输入符号包含log2 trellis numInputSymbols 个比特 puncpat 表示打孔 puncture 图样 通过打孔可以构造删除卷积码 从而获得更高的码率 init state 表示编码器的初始状态 final state 表示编码结束后
15、编码器的最终状态 2020 4 20 机械工业出版社 Page29 3 卷积码 卷积码的译码采用维特比译码 vitdec函数的语法形式如下 decoded vitdec code trellis tblen opmode dectype decoded vitdec code trellis tblen opmode soft nsdec decoded vitdec code trellis tblen opmode dectype puncpat vitdec函数使用维特比算法进行译码 具体各参数含义如下 trellis 指定了该卷积码的网格图结构 tblen 表示回溯长度 对于卷积码 t
16、blen约为编码约束长度的5倍 opmode 表示译码器的操作模式 2020 4 20 机械工业出版社 Page30 3 卷积码 卷积码的译码采用维特比译码 vitdec函数的语法形式如下 decoded vitdec code trellis tblen opmode dectype decoded vitdec code trellis tblen opmode soft nsdec decoded vitdec code trellis tblen opmode dectype puncpat vitdec函数使用维特比算法进行译码 具体各参数含义如下 trellis 指定了该卷积码的网格图结构 tblen 表示回溯长度 对于卷积码 tblen约为编码约束长度的5倍 opmode 表示译码器的操作模式 2020 4 20 机械工业出版社 Page31 3 卷积码 vitdec函数有三种操作模式 cont 假定编码器开始于全0状态 译码器从最优路径回溯 延迟tblen个符号后得到译码输出 term 假定编码器开始和结束状态都为全0状态 译码器从全0状态开始回溯译码 该模式没有延时
