课程设计：通信工程课程设计

网络工程课程设计

设计说明书

2B1Q编码与译码的设计与仿真

学生姓名李成

学号1118064050

班级网络1102班

成绩

指导教师李征

数学与计算机科学学院

2013年 9 月 13 日

课程设计任务书

2013 —2014 学年第一学期

课程设计名称：网络工程课程设计

课程设计题目：2B1Q编码与译码的设计与仿真

完成期限：自2013 年9 月 1 日至2013 年9 月14 日共 2 周

设计内容：

本次课程设计的任务是2B1Q编码与译码的设计，并用MA TLAB仿真软件进行验证，要求能根据随机信源输入的二进制信息序列给出对应的编码译码输出结果，并以图形化的方式显示出波形，并且要求对设计的内容有必要的说明。

通过本次的实践，要求学生完成以下任务：

（一）对课本知识的全面复习，了解2B1Q的编码与译码原理；

（二）对MA TLAB仿真软件的学习，能够使用该工具进行2B1Q的仿真验证；

（三）通过交流合作，完成2B1Q编码与译码的设计，并用MA TLAB软件进行仿真验证；

（四）课程设计的结果全面正确，功能模块清晰分明；

（五）加强团队合作精神，开拓创新能力；

（六）文档资料完整规范。

指导教师：李征教研室负责人：

课程设计评阅

摘要

对2B1Q的编码与译码进行设计，利用Matlab软件进行2B1Q编码与译码的仿真实验验证。在2B1Q中，2个二进制码元用1个四元码表示，即可以用10表示1，01表示0，即把1变换为1/0中间下降沿代表1，把0变换为0/1中间上升沿表示0。Manchester码是一种用跳变沿（而非电平）来表示要传输的二进制信息（0或1），一般规定在位元中间用下跳变表示“1”，用上跳变表示“0”。因此，可以用曼彻斯特码的编码规律来解决这一课设问题。

关键词：2B1Q；Manchester码；跳变沿

目录

1 课题描述及选题背景 (1)

2 曼彻斯特码的原理及其编码规则 (1)

2.1 曼彻斯特码简介及其编码规则 (1)

2.2 曼彻斯特码原理 (2)

2.3 曼彻斯特码应用范围 (2)

3 Matlab 仿真 (2)

3.1 Matlab 程序 (2)

3.2 Matlab 波形 (2)

4 总结 (4)

5 设计体会及今后的改进意见 (4)

参考文献 (5)

1 课题描述及选题背景

2B1Q即四元码是利用一个四元码表示两个二进制码元。所以，可以用10表示1，01表示0，即把1变换为1/0中间下降沿代表1，把0变换为0/1中间上升沿表示0。要来实现这样编码与译码的设计与仿真，必须转换一种思路。

在电信领域，曼彻斯特码是一种数据通讯线性码，它的每一个数据比特都是由至少一次电压转换的形式所表示的。曼彻斯特编码因此被认为是一种自定时码。自定时意味着数据流的精确同步是可行的。每一个比特都准确的在一预先定义时间时期的时间中被传送。曼彻斯特编码已经被许多高效率且被广泛使用的电信标准所采用，例如以太网电讯标准. 曼彻斯特编码是一种超越传统数字传输的信道编码技术，由于其具有隐含时钟、去除了零频率信号的特性使得它在石油勘探测井中得到广泛的应用。

报告论述了曼彻斯特码的原理，介绍了其编码规则。对其特点和应用范围进行了说明。提出了曼彻斯特编解码方案，并利用软件进行模拟仿真，从不同的角度出发，体会曼彻斯特编码的原理及方法。

2 曼彻斯特码的原理及其编码规则

在电信领域，曼彻斯特码,(也称作相位码或者PE）是一种数据通讯线性码，它的每一个数据比特都是由至少一次电压转换的形式所表示的曼彻斯特编码被因此被认为是一种自定时码。自定时意味着数据流的精确同步是可行的。每一个比特都准确的在一预先定义时间时期的时间中被传送。

2.1曼彻斯特码简介及其编码规则

今天有许许多多的复杂的编码方法(例如8B/10B编码）,在达到同等目的情况下只需要更少带宽负荷并且只有更少的同步信号相位模糊.

二进制码与曼彻斯特码波形的对比关系如下。1—10 0—01 ，即把1变换为1/0序列中间下降沿代表1；把0变换为0/1序列中间上升沿表示0。

图2.1 编码流程

2.2曼彻斯特码原理

用于数字基带传输的码型种类较多，Manchester码是其中常用的一种。Manchester 码是一种用跳变沿（而非电平）来表示要传输的二进制信息（0或1），一般规定在位元中间用下跳变表示”1″，用上跳变表示”0″. 曼彻斯特编码被被认为是一种自定时码自定时意味着数据流的精确同步是可行的。每一个比特都准确的在一预先定义时间时期的时间中被传送。

曼彻斯特编码提供了一种简单的方法在长时间段内没有电平跳变的情况下，仍然能够对任意的二进制序列进行编码，并且防止在这种情况下同步时钟信号的丢失以及防止低通模拟电路中低频直流飘移所引起的比特错误。如果保证传送的编码交流信号的直流分量为零并且能够防止中继信号的基线漂移，那么很容易实现信号的恢复和防止能量的浪费。曼彻斯特码具有丰富的位定时信息。

2.3曼彻斯特码的应用范围

曼彻斯特编码已经被许多高效率且被广泛使用的电信标准所采用，例如以太网电讯标准。曼彻斯特编码是一种超越传统数字传输的信道编码技术，由于其具有隐含时钟、去除了零频率信号的特性使得它在石油勘探测井中也得到广泛的应用。

在1949年第一次提出了的曼彻斯特编码方案，是一个被应用在物理层的同步时钟编码技术用来将时钟和数据编码统一在一个同步比特数据流中。在这项技术中,在电缆上被传送的真实二元数据不是以一连串的逻辑序列1或者0来表示的(这项技术也是一种不归零码NRZ）。这些要传送的数据比特被转换成一个略微不同格式,比起直接用二进制码(i.e. NRZ)来有许多的优势。在曼彻斯特编码方案中,比特周期中间的0到1跳变表示逻辑0，比特周期中间的1到0的跳变表示逻辑1。注意信号跳变不一定在‘bitboundaries’比特边界（一个比特和另外一个比特)之间的分界线，但是总是发生在每个比特的中间位置。曼彻斯特编码的规则列出如下：

初始数据发送的值

逻辑 0 0 到 1 (比特中心向上跳变)

逻辑 1 1 到 0 (比特中心向下跳变)

3 Matlab 仿真

MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB进行通信原理的仿真能从数字信号的根本上理解曼彻斯特编码的原理及处理方法。

3.1 Matlab 程序

x=[1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0]; %15位M序列

t0=300;

t=0:1/t0:length(x);

for i=1:length(x)

if(x(i)==1) % 对1进行编码变为 10

for j=1:t0/2

y(t0/2*(2*i-2)+j)=1;

y(t0/2*(2*i-1)+j)=0;

end

else %对0进行编码变为01

for j=1:t0/2

y(t0/2*(2*i-2)+j)=0;

y(t0/2*(2*i-1)+j)=1;

end

end

end

y=[y,x(i)];

M=max(y);

m=min(y);

plot(t,y);

axis([0,i,m-0.1,M+0.1]);

title('15位M序列1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0曼彻斯特编码');

3.1 Matlab 波形

图3.1 Matlab 波形

4 总结

在这次通信原理课设之后，静下心来认真总结，发现收获很多主要有三个方面：首先在这次课设中，我和小组其他成员经历了许多快乐与心酸，我和大家在一起讨论问题，有时候大家会愁眉不展，有时因为得到了队员提供的一个好建议或者一个好的想法而兴奋的去仿真调试，最主要的是我体会到了团队协作的快乐与好处，我和组员相互学习，共同进步。其次体会最深的就是自己实践的能力还有待提高，平时的学习只是理论的，教育式的，有一点与实际不符，在这次课设过程中，我从最基本入手，建模规划，调试，问题处理，我在实践中一点点的提高，整个过程结束，我对设计过程有了基本的认识，对自己的努力方向也有了更加深刻的认识。最后就是自己心态的一个转变，从前对于集体的工作总是拖拖拉拉，在原地踏步而不肯去采取行动，经过这次课程设计，虽然做的题目很简单，但我认识到积极行动与合作的重要性，没有什么天上掉馅饼的事，只要自己努力去做了，就会有相应的成效。

5 设计体会及今后的改进意见

在这次的课程设计过程中自己体会的东西有很多，其中最主要的就是对于知识的运用，课本上的知识说到底还是仅仅限于理论的，实际操作起来并非想象的那么容易与得心应手。通过本次课设，特别是利用软件进行仿真，从不同的方面体会通信技术的原理及实现，Matlab 进行纯数字的操作，在掌握原理的基础之上可以完成复杂的通信技术，但是其结果更偏向于理论的研究与操作，不考虑硬件的能否实现及所需成本。

参考文献

[1] 孙屹.《MATLAB通信仿真开发手册》.国防工业出版社.2006年7月第3版

[2] 陈树新. 《现代通信系统建模与仿真》.西安电子科技大学出版社.2008年2月第1版

[3] Michel C. Jeruchim Philip Balaban.《通信系统仿真:建模、方法和技术》.国防工业出版社.2003年1月