一种航空数字通信仿真系统及其仿真方法与流程

1.本发明涉及民用航空技术领域，尤其是涉及一种航空数字通信仿真系统及其仿真方法。


背景技术：

2.通信系统是民用飞机航空电子系统的重要组成之一，也是航空电子系统设计公司重点培训基础课程之一，通信系统原理培训有着理论抽象、数学运算推导复杂、培训课件呆板、波形图手动绘制、实践操作性强、新理论新概念频出等特点，导致培训枯燥并难以理解，新员工入职培训效果大打折扣，使后续通信系统设计类项目开展困难。
3.当前航空领域通信系统原理培训主要以硬件设备及专业示波器为主，需要特定的培训室和通信系统专业仪器仪表设备，存在投入成本高、仪表设备损坏率高、教员专业性强等问题，而纯软件人机界面交互式培训正好能避免上述问题。
4.市场急需一种知识针对性强、仿真效果好、知识面覆盖全，人机交互界面友好，且运算量不太大，能针对航空电子企业的设计培训特点，适应于对企业新员工进行基础的数字通信子系统培训仿真系统。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的问题，本发明提供一种知识针对性强、仿真效果好、知识面覆盖全，人机交互界面友好，且运算快的航空数字通信仿真系统。该航空数字通信仿真系统能针对航空电子企业的设计培训特点，适应于对企业新员工进行基础的数字通信子系统培训。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种航空数字通信仿真系统，包括数字基带传输系统和数字带通系统；所述数字基带传输系统包括基本编码模块、无码间串扰模块、眼图模块；所述数字带通系统包括2ask调制模块、2fsk调制模块、2psk调制模块；
7.所述基本编码模块用于对单极性归零码、单极性不归零码、双极性归零码、双极性不归零码、ami码、hdb3码的编码设计，并仿真出对应编码的波形；所述无码间串扰模块用于对无码间串扰设计，仿真出对应的时域和频率波形；所述眼图模块用于眼图设计，仿真出不同传输速率信号的时域波形和对应的眼图波形；
8.所述2ask调制模块包括2ask设计模块和2ask解调模块，所述2ask设计模块用于仿真生成已调2ask信号，所述2ask解调模块用于根据已调2ask信号，恢复输出对应的原始波形；所述2fsk调制模块包括2fsk设计模块和2fsk解调模块，所述2fsk设计模块用于仿真生成已调2fsk信号，所述2fsk解调模块用于根据已调2fsk信号，恢复输出对应的原始波形；所述2psk调制模块包括2psk设计模块和2psk解调模块，所述2psk设计模块用于仿真生成已调2psk信号，所述2psk解调模块用于根据已调2psk信号恢复输出对应的原始波形。
9.优选的技术方案，所述基本编码模块采用rand函数随机生成随机序列，并用round函数四舍五入取值，再用for循环对随机序列进行读取，编写出单极性或双极性归零码，设
置每一个间隔周期为t0，用for循环，对随机序列从第一个码元开始判断，如果码元为1，则前t0/2的时间间隔里设置为1，后t0/2的时间间隔里设置为0；如果码元为0，则前t0/2的时间间隔里设置为0(-1)，后t0/2的时间间隔里设置为0；再编写单极性或双极性非归零码，设置每一个间隔周期为t0，用for循环，对随机序列从第一个码元开始判断，如果码元为1，则整个t0时间间隔里设置为1；如果码元为0，则整个t0时间间隔里设置为0(-1)；编写ami码，读取随机序列，用for循环分别记录原码中1的数量和0的数量，并对1码进行交替赋值为 1和-1,0则保持不变；在ami码的基础上，继续采用for循环0的数目判断，连续的0码数目不能超过3个，采用plot函数仿真出单极性归零码、单极性不归零码、双极性归零码、双极性不归零码、ami码、hdb3码对应的波形。
10.优选的技术方案，所述无码间串扰模块采用for循环，生成升余弦滚降函数波形，利用fftshift函数将升余弦滚降函数进行fft变换，再采用plot函数将升余弦滚降函数仿真出对应的时域和频域波形。
11.优选的技术方案，所述眼图模块采用randn函数产生随机序列，再用sign函数生成符号函数，然后利用conv函数求出符号函数与两个不同传输速率信号的向量卷积，进而分别仿真出不同传输速率信号的时域波形，以及对应的眼图波形。
12.优选的技术方案，所述2ask设计模块采用randn函数随机产生一组二进制序列st1，并四舍五入取值，依旧采用for循环读取二进制序列，当码元小于1时，读取码元为0，否则读取码元为1；载波信号的表达式为s1，f0为s1的频率，其中f0为可变参数，根据s1和f0生成载波，并将载波与序列相乘得到仿真出的已调2ask信号。
13.优选的技术方案，所述2ask解调模块将已调的2ask信号送入带通滤波器h1得到信号h1，再经过相乘器sw1得到信号sw1，然后经过低通滤波器st1，得到信号stt1，最后通过设置门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形，最终输出恢复之后的原始波形。
14.优选的技术方案，所述2fsk设计模块采用randn函数随机产生一组二进制序列，采用for循环读取二进制序列st1，即当码元小于1时，读取码元为0，否则读取码元为1；再用另一个for循环读取二进制序列st1，当码元小于1时，读取码元为1，否则读取码元为0，得到st1序列的反码st2；用st1与其对应的载波信号1相乘得到信号f1，信号f1＝st1*cosω1t，cosω1t为与st1序列对应的载波信号1；用st2与其对应的载波信号2相乘得到信号f2，信号f2＝st2*cosω2t，cosω2t为与st2序列对应的载波信号2；最后将信号f1和信号f2相加，仿真出已调2fsk信号。
15.优选的技术方案，所述2fsk解调模块将已调的2fsk信号分别送入带通滤波器h1和带通滤波器h2，得到信号h1和h2，将信号h1和h2分别经过相乘器sw1和相乘器sw2，得到信号sw1和sw2，将信号sw1和sw2分别经过低通滤波器st1和st2，得到信号stt1和stt2，将信号stt1和stt2相加，得到判决之后的波形，即可恢复输出对应的原始波形。
16.优选的技术方案，所述2psk设计模块采用randn函数随机产生一组二进制序列st1，并用round函数四舍五入取值，采用for循环读取二进制序列，当码元小于1时，读取码元为-1，否则读取码元为1；输入频率f0，仿真生成载波，将载波与序列相乘st1，即得到已调2psk信号；所述2psk解调模块将已调的2psk信号送入带通滤波器h1得到信号h1，再经过相乘器sw1得到信号sw1，然后经过低通滤波器st1，得到信号stt1，最后通过门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形，即可恢复输出对应的原始波形。
17.本发明的再一目的是提供一种航空数字通信仿真方法，其包括以下步骤：
18.基本编码设计，无码间串扰设计，眼图设计，2ask设计与解调，2fsk设计与解调，2psk设计与解调；
19.所述基本编码设计的过程如下：
20.采用rand函数随机生成随机序列，并用round函数四舍五入取值，再用for循环对随机序列进行读取，编写出单极性或双极性归零码，设置每一个间隔周期为t0，用for循环，对随机序列从第一个码元开始判断，如果码元为1，则前t0/2的时间间隔里设置为1，后t0/2的时间间隔里设置为0；如果码元为0，则前t0/2的时间间隔里设置为0(-1)，后t0/2的时间间隔里设置为0；再编写单极性或双极性非归零码，设置每一个间隔周期为t0，用for循环，对随机序列从第一个码元开始判断，如果码元为1，则整个t0时间间隔里设置为1；如果码元为0，则整个t0时间间隔里设置为0(-1)；编写ami码，读取随机序列，用for循环分别记录原码中1的数量和0的数量，并对1码进行交替赋值为 1和-1,0则保持不变；在ami码的基础上，继续采用for循环0的数目判断，连续的0码数目不能超过3个，采用plot函数仿真出单极性归零码、单极性不归零码、双极性归零码、双极性不归零码、ami码、hdb3码对应的波形；具体公式如下：
21.基带信号是由rand函数随机生成随机序列，其表达式为：
22.st1＝10111010100101001011
23.单极性归零码的编码规则：其中单极性是指用0电平表示“0”码，用正电平表示“1”码，归零码则是指表示每个码元的电波形持续时间小于一个码元周期。其表达式为：st2＝1000101010001000100000100010000010001010
24.单极性不归零码的编码规则：其中单极性是指用0电平表示“0”码，用正电平表示“1”码，不归零码则是指表示每个码元的电波形持续时间占满一个码元周期。其表达式为：st3＝10111010100101001011
25.双极性归零码的编码规则：其中双极性是指用负电平表示“0”码，用正电平表示“1”码，归零码则是指表示每个码元的电波形持续时间小于一个码元周期。其表达式为：
26.st4＝ 10-10 10 10 10-10 10-10 10-10-10 10-10 10-10-10 10-10 10 10
27.双极性不归零码的编码规则：其中双极性是指用负电平表示“0”码，用正电平表示“1”码，不归零码则是指表示每个码元的电波形持续时间占满一个码元周期。其表达式为：
28.st5＝ 1-1 1 1 1-1 1-1 1-1-1 1-1 1-1-1 1-1 1 1
29.ami码的编码规则，其中ami码对应的波形是具有正、负、零三种电平的脉冲序列，消息码的“1”码(传号)交替地变换为“ 1”和
“‑
1”，消息码的“0”码(空号)保持不变。其表达式为：
30.st6＝-10 1-1 10-10 100-10 100-10 1-1
31.hdb3码为ami码的改进型，使连“0”个数不超过3个。“0”数目小于等于3时，hdb3码与ami码一样， 1与-1交替；连“0”数目超过3时，将每4个连“0”化为一节，定义为b00v，称为破坏节；v称为破坏脉冲，而b称为调节脉冲，v与前一个相邻的非“0”脉冲的极性相同(这破坏了极性交替的规则，所以v称为破坏脉冲)；相邻的v码之间极性必须时交替，v的取值为 1或-1，v码后面的传号码极性也要交替；b的取值可选0、 1或-1，以使v同时满足要求。其表达式为：
32.st6＝-10 1-1 10-10 100-10 100-10 1-1
33.所述无码间串扰设计的过程如下：
34.采用for循环，生成升余弦滚降函数波形，利用fftshift函数将升余弦滚降函数进行fft变换，再采用plot函数将升余弦滚降函数仿真出对应的时域和频域波形；具体公式如下：
[0035][0036][0037]
式中，ts为发送序列的时间间隔，α为滚降系数，用于描述滚降程度。
[0038]
其中α＝0时，为理想低通系统，α＝1，即为升余弦滚降特性。
[0039]
所述眼图设计的过程如下：
[0040]
采用randn函数产生随机序列，再用sign函数生成符号函数，然后利用conv函数求出符号函数与两个不同传输速率信号的向量卷积，进而分别仿真出不同传输速率信号的时域波形，以及对应的眼图波形；其中眼图波形采用eyediagram(x,n)函数，其中，x代表被测信号，每个轨迹包括n个采样点，即n为x信号的周期。
[0041]
所述2ask设计与解调的过程如下：
[0042]
采用randn函数随机产生一组二进制序列st1，并四舍五入取值，依旧采用for循环读取二进制序列，当码元小于1时，读取码元为0，否则读取码元为1；载波信号的表达式为s1，f0为s1的频率，其中f0为可变参数，根据s1和f0生成载波，并将载波与序列相乘得到仿真出的已调2ask信号；将已调的2ask信号送入带通滤波器h1得到信号h1，再经过相乘器sw1得到信号sw1，然后经过低通滤波器st1，得到信号stt1，最后通过设置门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形，最终输出恢复之后的原始波形。具体公式如下：
[0043]
2ask的产生：
[0044]
基带信号形成器式中，g(t)为高度为1，宽度等于ts的基带矩形脉冲，an为第n个符号的电平，
[0045]
再与载波cosωct相乘，得到2ask的表达式为e
2ask
(t)＝s(t)cosωct
[0046]
2ask的解调：
[0047]
2ask的解调有两种方法，即相干解调与非相干解调，此处用到的是相干解调：首先经过带通滤波器，得到我们所需要的频段信号，然后与载波cosωct相乘，即由于式中的第二项的频率远大于基带信
号的频率，可以用低通滤波器滤掉，即得到最后进行抽样判决器后，即通过设置门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形s(t)。
[0048]
所述2fsk设计与解调的过程如下：
[0049]
采用randn函数随机产生一组二进制序列，采用for循环读取二进制序列st1，即当码元小于1时，读取码元为0，否则读取码元为1；再用另一个for循环读取二进制序列st1，当码元小于1时，读取码元为1，否则读取码元为0，得到st1序列的反码st2；用st1与其对应的载波信号1即cosω1t相乘得到f1，即f1＝st1*cosω1t；用st2与其对应的载波信号2即cosω2t相乘得到f2，即f2＝st2*cosω2t，最后将f1和f2相加，仿真出已调2fsk信号；将已调的2fsk信号分别送入带通滤波器h1和带通滤波器h2，得到信号h1和h2，将信号h1和h2分别经过相乘器sw1和相乘器sw2，得到信号sw1和sw2，将信号sw1和sw2分别经过低通滤波器st1和st2，得到信号stt1和stt2，将信号stt1和stt2相加，得到判决之后的波形，即可恢复输出对应的原始波形；具体公式如下：
[0050]
2fsk的产生：
[0051]e2fsk
(t)＝s1(t)cosω1t s2(t)cosω2t
[0052]
其中g(t)为单个矩形脉冲，ts为脉冲持续时间，an为第n个符号的电平，为电平取反，即
[0053]
2fsk的解调：
[0054]
2fsk的解调有两种方法，即相干解调与非相干解调，此处用到的是相干解调：首先经过带通滤波器，得到我们所需要的频段信号，然后分别与载波cosω1t和cosω2t相乘，即和由于式中的第二项的频率远大于基带信号的频率，可以用低通滤波器滤掉，即得到和最后将其相加进行抽样判决器后，得到判决之后的波形s(t)。
[0055]
所述2psk设计与解调的过程如下：
[0056]
采用randn函数随机产生一组二进制序列st1，并用round函数四舍五入取值，采用for循环读取二进制序列，当码元小于1时，读取码元为-1，否则读取码元为1；输入频率f0，仿真生成载波，将载波与序列相乘st1，即得到已调2psk信号；将已调的2psk信号送入带通滤波器h1得到信号h1，再经过相乘器sw1得到信号sw1，然后经过低通滤波器st1，得到信号stt1，最后通过门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形，即可恢复输出对应的原始波形；具体公式如下：
[0057]
2psk信号的产生：
[0058]
基带信号形成器式中，g(t)为高度为1，宽度等于ts的基带矩形脉冲，an为第n个符号的电平，
[0059]
再与载波cosωct相乘，得到2psk的表达式为e
2psk
(t)＝s(t)cosωct
[0060]
其中，发送符号“0”时，e
2psk
(t)取0相位(an取 1)；
[0061]
发送符号“1”时，e
2psk
(t)取π相位(an取－1)。
[0062]
2psk的解调：
[0063]
2psk的解调此处用到的是相干解调：首先经过带通滤波器，得到我们所需要的频段信号，然后与载波cosωct相乘，即
[0064]
由于式中的第二项的频率远大于基带信号的频率，可以用低通滤波器滤掉，即得到最后进行抽样判决器后，即通过设置门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形s(t)。
[0065]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0066]
本发明知识针对性强、仿真效果好、知识面覆盖全，人机交互界面友好，且运算快的航空数字通信仿真系统。该航空数字通信仿真系统能针对航空电子企业的设计培训特点，适应于对企业新员工进行基础的数字通信子系统培训。本发明替代了实验室的硬件和仪器仪表设备，并完整实现了对航空数字通信系统进行了仿真，仿真系统完整，具有演示性强，操作简单实用，适用于航空企业新员工培训，并能够保证企业培训效果，为后续项目设计奠定基础。同时，相对于现有技术中的硬件演示，大大节约了成本。
[0067]
数字通信子系统里从数字基带传输系统和数字带通传输系统两个方面出发，可以实现nrz/rz/ami/hdb3的四种基本的编码方式，其中每一种编码方式的规则都大不相同，在仿真模型的实际传输中，可以根据各种编码的不同优缺点来选择合适的编码方式。本仿真系统还可以实现2ask/2fsk/2psk的三种方法的数字调制与解调的过程的软件仿真。其中，2ask信号是利用幅度传达信息，2fsk信号是通过不同的频率传达信息，2psk信号则是通过相位的不同来传达信息。
附图说明
[0068]
图1为基本编码设计设计过程示意图；
[0069]
图2为无码间串扰设计过程示意图；
[0070]
图3为眼图设计过程示意图；
[0071]
图4为2ask设计与解调过程示意图；
[0072]
图5为2fsk设计过程示意图；
[0073]
图6为2fsk解调过程示意图；
[0074]
图7为2psk设计与解调过程示意图。
具体实施方式
[0075]
本发明一种航空数字通信仿真系统，包括数字基带传输系统和数字带通系统；所述数字基带传输系统包括基本编码模块、无码间串扰模块、眼图模块；所述数字带通系统包括2ask调制模块、2fsk调制模块、2psk调制模块；
[0076]
所述基本编码模块用于对单极性归零码、单极性不归零码、双极性归零码、双极性不归零码、ami码、hdb3码的编码设计，并仿真出对应编码的波形。基本编码模块采用rand函数随机生成随机序列，并用round函数四舍五入取值，再用for循环对随机序列进行读取，编写出单极性或双极性归零码，设置每一个间隔周期为t0，用for循环，对随机序列从第一个码元开始判断，如果码元为1，则前t0/2的时间间隔里设置为1，后t0/2的时间间隔里设置为0；如果码元为0，则前t0/2的时间间隔里设置为0(-1)，后t0/2的时间间隔里设置为0；再编写单极性或双极性非归零码，设置每一个间隔周期为t0，用for循环，对随机序列从第一个码元开始判断，如果码元为1，则整个t0时间间隔里设置为1；如果码元为0，则整个t0时间间隔里设置为0(-1)；编写ami码，读取随机序列，用for循环分别记录原码中1的数量和0的数量，并对1码进行交替赋值为 1和-1,0则保持不变；在ami码的基础上，继续采用for循环0的数目判断，连续的0码数目不能超过3个，采用plot函数仿真出单极性归零码、单极性不归零码、双极性归零码、双极性不归零码、ami码、hdb3码对应的波形。
[0077]
所述无码间串扰模块用于对无码间串扰设计，仿真出对应的时域和频率波形。所述无码间串扰模块采用for循环，生成升余弦滚降函数波形，利用fftshift函数将升余弦滚降函数进行fft变换，再采用plot函数将升余弦滚降函数仿真出对应的时域和频域波形。
[0078]
所述眼图模块用于眼图设计，仿真出不同传输速率信号的时域波形和对应的眼图波形。所述眼图模块采用randn函数产生随机序列，再用sign函数生成符号函数，然后利用conv函数求出符号函数与两个不同传输速率信号的向量卷积，进而分别仿真出不同传输速率信号的时域波形，以及对应的眼图波形。
[0079]
所述2ask调制模块包括2ask设计模块和2ask解调模块，所述2ask设计模块用于仿真生成已调2ask信号，所述2ask解调模块用于根据已调2ask信号，恢复输出对应的原始波形。所述2ask设计模块采用randn函数随机产生一组二进制序列st1，并四舍五入取值，依旧采用for循环读取二进制序列，当码元小于1时，读取码元为0，否则读取码元为1；载波信号的表达式为s1，f0为s1的频率，其中f0为可变参数，根据s1和f0生成载波，并将载波与序列相乘得到仿真出的已调2ask信号。所述2ask解调模块将已调的2ask信号送入带通滤波器h1得到信号h1，再经过相乘器sw1得到信号sw1，然后经过低通滤波器st1，得到信号stt1，最后通过设置门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形，最终输出恢复之后的原始波形。
[0080]
所述2fsk调制模块包括2fsk设计模块和2fsk解调模块，所述2fsk设计模块用于仿真生成已调2fsk信号，所述2fsk解调模块用于根据已调2fsk信号，恢复输出对应的原始波形。所述2fsk设计模块采用randn函数随机产生一组二进制序列，采用for循环读取二进制序列st1，即当码元小于1时，读取码元为0，否则读取码元为1；再用另一个for循环读取二进制序列st1，当码元小于1时，读取码元为1，否则读取码元为0，得到st1序列的反码st2；用st1与其对应的载波信号1相乘得到信号f1，信号f1＝st1*cosω1t，cosω1t为与st1序列对应的载波信号1；用st2与其对应的载波信号2相乘得到信号f2，信号f2＝st2*cosω2t，cosω2t为与st2序列对应的载波信号2；最后将信号f1和信号f2相加，仿真出已调2fsk信号。所述2fsk
解调模块将已调的2fsk信号分别送入带通滤波器h1和带通滤波器h2，得到信号h1和h2，将信号h1和h2分别经过相乘器sw1和相乘器sw2，得到信号sw1和sw2，将信号sw1和sw2分别经过低通滤波器st1和st2，得到信号stt1和stt2，将信号stt1和stt2相加，得到判决之后的波形，即可恢复输出对应的原始波形。
[0081]
所述2psk调制模块包括2psk设计模块和2psk解调模块，所述2psk设计模块用于仿真生成已调2psk信号，所述2psk解调模块用于根据已调2psk信号恢复输出对应的原始波形。所述2psk设计模块采用randn函数随机产生一组二进制序列st1，并用round函数四舍五入取值，采用for循环读取二进制序列，当码元小于1时，读取码元为-1，否则读取码元为1；输入频率f0，仿真生成载波，将载波与序列相乘st1，即得到已调2psk信号；所述2psk解调模块将已调的2psk信号送入带通滤波器h1得到信号h1，再经过相乘器sw1得到信号sw1，然后经过低通滤波器st1，得到信号stt1，最后通过门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形，即可恢复输出对应的原始波形。
[0082]
上述航空数字通信仿真系统采用以下仿真方法得以实现，如图1至图7所示，其包括以下仿真步骤：
[0083]
基本编码设计，无码间串扰设计，眼图设计，2ask设计与解调，2fsk设计与解调，2psk设计与解调；
[0084]
所述基本编码设计的过程如下：
[0085]
采用rand函数随机生成随机序列，并用round函数四舍五入取值，再用for循环对随机序列进行读取，编写出单极性或双极性归零码，设置每一个间隔周期为t0，用for循环，对随机序列从第一个码元开始判断，如果码元为1，则前t0/2的时间间隔里设置为1，后t0/2的时间间隔里设置为0；如果码元为0，则前t0/2的时间间隔里设置为0(-1)，后t0/2的时间间隔里设置为0；再编写单极性或双极性非归零码，设置每一个间隔周期为t0，用for循环，对随机序列从第一个码元开始判断，如果码元为1，则整个t0时间间隔里设置为1；如果码元为0，则整个t0时间间隔里设置为0(-1)；编写ami码，读取随机序列，用for循环分别记录原码中1的数量和0的数量，并对1码进行交替赋值为 1和-1,0则保持不变；在ami码的基础上，继续采用for循环0的数目判断，连续的0码数目不能超过3个，采用plot函数仿真出单极性归零码、单极性不归零码、双极性归零码、双极性不归零码、ami码、hdb3码对应的波形；具体公式如下：
[0086]
基带信号是由rand函数随机生成随机序列，其表达式为：
[0087]
st1＝10111010100101001011
[0088]
单极性归零码的编码规则：其中单极性是指用0电平表示“0”码，用正电平表示“1”码，归零码则是指表示每个码元的电波形持续时间小于一个码元周期。其表达式为：st2＝1000101010001000100000100010000010001010
[0089]
单极性不归零码的编码规则：其中单极性是指用0电平表示“0”码，用正电平表示“1”码，不归零码则是指表示每个码元的电波形持续时间占满一个码元周期。其表达式为：st3＝10111010100101001011
[0090]
双极性归零码的编码规则：其中双极性是指用负电平表示“0”码，用正电平表示“1”码，归零码则是指表示每个码元的电波形持续时间小于一个码元周期。其表达式为：
[0091]
st4＝ 10-10 10 10 10-10 10-10 10-10-10 10-10 10-10-10 10-10 10 10
[0092]
双极性不归零码的编码规则：其中双极性是指用负电平表示“0”码，用正电平表示“1”码，不归零码则是指表示每个码元的电波形持续时间占满一个码元周期。其表达式为：
[0093]
st5＝ 1-1 1 1 1-1 1-1 1-1-1 1-1 1-1-1 1-1 1 1
[0094]
ami码的编码规则，其中ami码对应的波形是具有正、负、零三种电平的脉冲序列，消息码的“1”码(传号)交替地变换为“ 1”和
“‑
1”，消息码的“0”码(空号)保持不变。其表达式为：
[0095]
st6＝-10 1-1 10-10 100-10 100-10 1-1
[0096]
hdb3码为ami码的改进型，使连“0”个数不超过3个。“0”数目小于等于3时，hdb3码与ami码一样， 1与-1交替；连“0”数目超过3时，将每4个连“0”化为一节，定义为b00v，称为破坏节；v称为破坏脉冲，而b称为调节脉冲，v与前一个相邻的非“0”脉冲的极性相同(这破坏了极性交替的规则，所以v称为破坏脉冲)；相邻的v码之间极性必须时交替，v的取值为 1或-1，v码后面的传号码极性也要交替；b的取值可选0、 1或-1，以使v同时满足要求。其表达式为：
[0097]
st6＝-10 1-1 10-10 100-10 100-10 1-1
[0098]
所述无码间串扰设计的过程如下：
[0099]
采用for循环，生成升余弦滚降函数波形，利用fftshift函数将升余弦滚降函数进行fft变换，再采用plot函数将升余弦滚降函数仿真出对应的时域和频域波形；具体公式如下：
[0100][0101][0102]
式中，ts为发送序列的时间间隔，α为滚降系数，用于描述滚降程度。
[0103]
其中α＝0时，为理想低通系统，α＝1，即为升余弦滚降特性。
[0104]
所述眼图设计的过程如下：
[0105]
采用randn函数产生随机序列，再用sign函数生成符号函数，然后利用conv函数求出符号函数与两个不同传输速率信号的向量卷积，进而分别仿真出不同传输速率信号的时域波形，以及对应的眼图波形；其中眼图波形采用eyediagram(x,n)函数，其中，x代表被测信号，每个轨迹包括n个采样点，即n为x信号的周期。
[0106]
所述2ask设计与解调的过程如下：
[0107]
采用randn函数随机产生一组二进制序列st1，并四舍五入取值，依旧采用for循环读取二进制序列，当码元小于1时，读取码元为0，否则读取码元为1；载波信号的表达式为s1，f0为s1的频率，其中f0为可变参数，根据s1和f0生成载波，并将载波与序列相乘得到仿真出的已调2ask信号；将已调的2ask信号送入带通滤波器h1得到信号h1，再经过相乘器sw1得
到信号sw1，然后经过低通滤波器st1，得到信号stt1，最后通过设置门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形，最终输出恢复之后的原始波形。具体公式如下：
[0108]
2ask的产生：
[0109]
基带信号形成器式中，g(t)为高度为1，宽度等于ts的基带矩形脉冲，an为第n个符号的电平，
[0110]
再与载波cosωct相乘，得到2ask的表达式为e
2ask
(t)＝s(t)cosωct
[0111]
2ask的解调：
[0112]
2ask的解调有两种方法，即相干解调与非相干解调，此处用到的是相干解调：首先经过带通滤波器，得到我们所需要的频段信号，然后与载波cosωct相乘，即由于式中的第二项的频率远大于基带信号的频率，可以用低通滤波器滤掉，即得到最后进行抽样判决器后，即通过设置门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形s(t)。
[0113]
所述2fsk设计与解调的过程如下：
[0114]
采用randn函数随机产生一组二进制序列，采用for循环读取二进制序列st1，即当码元小于1时，读取码元为0，否则读取码元为1；再用另一个for循环读取二进制序列st1，当码元小于1时，读取码元为1，否则读取码元为0，得到st1序列的反码st2；用st1与其对应的载波信号1即cosω1t相乘得到f1，即f1＝st1*cosω1t；用st2与其对应的载波信号2即cosω2t相乘得到f2，即f2＝st2*cosω2t，最后将f1和f2相加，仿真出已调2fsk信号；将已调的2fsk信号分别送入带通滤波器h1和带通滤波器h2，得到信号h1和h2，将信号h1和h2分别经过相乘器sw1和相乘器sw2，得到信号sw1和sw2，将信号sw1和sw2分别经过低通滤波器st1和st2，得到信号stt1和stt2，将信号stt1和stt2相加，得到判决之后的波形，即可恢复输出对应的原始波形；具体公式如下：
[0115]
2fsk的产生：
[0116]e2fsk
(t)＝s1(t)cosω1t s2(t)cosω2t
[0117]
其中g(t)为单个矩形脉冲，ts为脉冲持续时间，an为第n个符号的电平，为电平取反，即
[0118]
2fsk的解调：
[0119]
2fsk的解调有两种方法，即相干解调与非相干解调，此处用到的是相干解调：首先经过带通滤波器，得到我们所需要的频段信号，然后分别与载波cosω1t和cosω2t相乘，即和
由于式中的第二项的频率远大于基带信号的频率，可以用低通滤波器滤掉，即得到和最后将其相加进行抽样判决器后，得到判决之后的波形s(t)。
[0120]
所述2psk设计与解调的过程如下：
[0121]
采用randn函数随机产生一组二进制序列st1，并用round函数四舍五入取值，采用for循环读取二进制序列，当码元小于1时，读取码元为-1，否则读取码元为1；输入频率f0，仿真生成载波，将载波与序列相乘st1，即得到已调2psk信号；将已调的2psk信号送入带通滤波器h1得到信号h1，再经过相乘器sw1得到信号sw1，然后经过低通滤波器st1，得到信号stt1，最后通过门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形，即可恢复输出对应的原始波形；具体公式如下：
[0122]
2psk信号的产生：
[0123]
基带信号形成器式中，g(t)为高度为1，宽度等于ts的基带矩形脉冲，an为第n个符号的电平，
[0124]
再与载波cosωct相乘，得到2psk的表达式为e
2psk
(t)＝s(t)cosωct
[0125]
其中，发送符号“0”时，e
2psk
(t)取0相位(an取 1)；
[0126]
发送符号“1”时，e
2psk
(t)取π相位(an取－1)。
[0127]
2psk的解调：
[0128]
2psk的解调此处用到的是相干解调：首先经过带通滤波器，得到我们所需要的频段信号，然后与载波cosωct相乘，即
[0129]
由于式中的第二项的频率远大于基带信号的频率，可以用低通滤波器滤掉，即得到最后进行抽样判决器后，即通过设置门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形s(t)。
[0130]
本发明的航空数字通信仿真系统的构成和工作原理如下：该航空数字通信仿真系统包括数字基带传输系统和数字带通传输系统。数字基带传输系统包括几种基本编码、无码间串扰、眼图等。如图1所示，几种基本编码的设计过程：首先设置基带信号码元数为20，采用rand函数随机生成1-20个随机序列，并用round函数四舍五入的取值，再用for循环对随机序列进行读取。先编写单极性(双极性)归零码，设置每一个间隔周期为t0，用for循环，对其从第一个码元开始判断。如果码元为1，则前t0/2的时间间隔里设置为1，后t0/2的时间间隔里设置为0；如果码元为0，则前t0/2的时间间隔里设置为0(-1)，后t0/2的时间间隔里设置为0。再编写单极性(双极性)非归零码，设置每一个间隔周期为t0，用for循环，对其从第一个码元开始判断。如果码元为1，则整个t0时间间隔里设置为1；如果码元为0，则整个t0时间间隔里设置为0(-1)。再编写ami码，读取随机序列，用for循环分别记录原码中1的数量和
0的数量。并对1码进行交替赋值为 1和-1,0则保持不变。在ami码的基础上，继续采用for循环0的数目判断，其连续的0码数目不能超过3个。最后采用plot函数将以上所有波形画出，并显示在相应坐标轴上。如图2所示，无码间串扰设计过程：采用for循环，将三种情况分别设定符合其规定的判断条件，最终生成升余弦滚降函数波形。利用fftshift函数将升余弦滚降函数进行fft变换。最后，采用plot函数将升余弦滚降函数的时域和频域波形画出。如图3所示，眼图设计过程：首先用randn函数随机产生序列，在用sign函数生成符号函数，再设置两个不同传输速率的信号。然后利用conv函数实现符号函数分别与两个不同传输速率信号的向量卷积。最后分别画出不同传输速率的信号的时域波形和所对应的眼图的波形。如图4所示，2ask调制设计过程：首先设置基带信号码元数，采用randn函数随机产生一组二进制序列st1，并四舍五入取值，依旧采用for循环读取二进制序列，当码元小于1时，读取码元为0，否则码元为1。设载波信号的表达式为s1，f0则为s1的频率，其中f0设置为可变参数，输入参数f0，系统读取参数之后生成载波，并将载波与序列相乘，即得到已调信号。随后将已调的2ask信号送入带通滤波器h1得到信号h1，再经过相乘器sw1得到信号sw1，然后经过低通滤波器st1，得到信号stt1，最后通过设置门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形，最终输出恢复之后的原始波形。最后分别用plot函数画出各个阶段的波形图。如图5所示，2fsk调制设计过程：首先设置基带信号码元数，采用randn函数随机产生一组二进制序列，依旧采用for循环读取二进制序列st1，即当码元小于1时，读取码元为0，否则码元为1。紧接着再用一个for循环，采用和上一个for循环相反的判断条件读取二进制序列st1，即当码元小于1时，读取码元为1，否则码元为0，此时得到的便是得到st1序列的反码st2。其中f1和f2设置为可变参数，输入参数f1和f2，系统读取参数之后分别生成载波信号1和载波信号2，此时再用st1与载波信号1相乘得到f1，st2与载波信号2相乘得到f2，最后将f1和f2相加，即得到最终的已调信号。如图6所示，2fsk解调设计过程：随后将已调的2fsk信号分别送入带通滤波器h1和带通滤波器h2，得到信号h1和h2，再分别经过相乘器sw1和相乘器sw2，得到信号sw1和sw2，然后分别经过低通滤波器st1和st2，得到信号stt1和stt2，最后将stt1和stt2相加，得到判决之后的波形，此时不需要设置判决门限，最终恢复输出原始波形。最后分别用plot函数画出各个阶段的波形图。如图7所示，2psk调制设计过程：首先设置基带信号码元数，采用randn函数随机产生一组二进制序列st1，并用round函数四舍五入取值，依旧采用for循环读取二进制序列，此时for循环读取的方式和上文2ask和2fsk的有所不同，当码元小于1时，读取码元为-1，否则码元为1。输入参数f0，系统读取参数之后生成载波，并将载波与序列相乘，即得到已调信号。随后将已调的2psk信号送入带通滤波器h1得到信号h1，再经过相乘器sw1得到信号sw1，然后经过低通滤波器st1，得到信号stt1，最后通过设置门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形，最终输出恢复之后的原始波形。最后分别用plot函数画出各个阶段的波形图。
[0131]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。