差分码数字信号解密仿真.docx
- 文档编号:9412950
- 上传时间:2023-02-04
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:581.18KB
差分码数字信号解密仿真.docx
《差分码数字信号解密仿真.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《差分码数字信号解密仿真.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
差分码数字信号解密仿真
目录
1引言.........................................................3
1.1课程设计的目的.............................................3
1.2课程设计的步骤.............................................4
1.3设计平台...................................................4
2基本原理.....................................................5
2.1Simulink工作环境..........................................5
(1)模型库....................................................5
(2)设计仿真模型..............................................6
(3)运行仿真..................................................6
2.2差分码加密与解密..........................................6
3系统设计.....................................................7
3.1差分码数字信号加密.........................................7
(1)差分码加密部分............................................7
(2)差分码加密部分参数设置....................................7
(3)差分码数字信号加密部分仿真................................9
3.2差分码数字信号解密........................................10
(1)差分码解密部分...........................................10
(2)差分码解密部分参数设置...................................10
(3)差分码数字信号解密部分仿真...............................12
3.3加入高斯噪声的差分码数字信号解密..........................13
(1)差分码加入高斯噪声.......................................13
(2)高斯噪声参数设置1........................................13
(3)加入噪声后的波形1........................................14
(4)高斯噪声参数设置2........................................14
(5)加入噪声后的波形2........................................15
4仿真电路分析与总结...........................................16
5结束语.......................................................16
6参考文献.....................................................17
差分码数字信号解密仿真
学生姓名:
指导老师:
摘要本课程设计主要运用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台设计进行差分码数字信号解密仿真。
在本次课程设计中先产生差分码,根据数字信号加密解密原理构建加密解密电路,从Simulink工具箱中找所各元件,合理设置好参数并运行,其中可以通过不断的修改优化得到需要信号,之后加入高斯噪声,并分析对信号的影响,最后通过对输出码型的分析得出差分码解密系统仿真是否成功。
关键词Simulink;差分码;加密解密
1引言
本次课程设计主要运用MATLAB软件,在Simulink平台下建立仿真模型。
实现差分码数字信号解密过程,通过分析比较加密前与解密后信号的码型,理解差分码解密原理。
再加入高斯噪声,观察对波形的影响,并对其进行分析总结。
1.1课程设计目的
通信原理是通信工程专业的一门骨干的专业课,是通信工程专业后续专业课的基础。
掌握通信原理课程的知识可使学生打下一个坚实的专业基础,可提高处理通信系统问题能力和素质。
由于通信工程专业理论深、实践性强,做好课程设计,对学生掌握本专业的知识、提高其基本能力是非常重要的。
通信课程设计的目的是为了学生加深对所学的通信原理知识理解,培养学生专业素质,提高利用通信原理知识处理通信系统问题的能力,为今后的专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。
使学生能比较扎实地掌握本专业的基础知识和基本理论,掌握数字通信系统及有关设备的分析、开发等基本技能,受到必要工程训练和初步的科学研究方法和实践训练,增强分析和解决问题的能力,了解本通信专业的新发展。
1.2课程设计的步骤
(1)构建差分码生成电路,并用示波器观察原码与生成的差分码。
(2)以差分码为输入,构建加密电路电路,并用示波器观察调制前后的信号波形。
(3)再以加密差分码为输入,构建解密电路,并用示波器观察调制前后的信号波形。
(4)再以解密差分码为输入,构建还原原码电路,并用示波器观察比较解密之后的原码与加密之前的原码。
(5)在老师的指导下,要求独立完成课程设计的全部内容,并按要求编写课程设计学年论文,能正确阐述和分析设计和实验结果。
1.3设计平台
Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。
Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具,是一种基于MATLAB的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模,它也支持多速率系统,也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。
为了创建动态系统模型,Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI),这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成,它提供了一种更快捷、直接明了的方式,而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
Simulik是MATLAB软件的扩展,它与MATLAB语言的主要区别在于,其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入,其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建,而非语言的编程上。
所谓模型化图形输入是指Simulik提供了一些按功能分类的基本的系统模块,用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能,而不必考察模块内部是如何实现的,通过对这些基本模块的调用,再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型,进而进行仿真与分析。
2基本原理
2.1Simulink工作环境
(1)模型库
在MATLAB命令窗口输入“simulink”并回车,就可进入Simulink模型库单击工具栏上的按钮也可进入Simulik模块库按功能进行分为以下8类子库:
Continuous(连续模块)Discrete(离散模块)Function&Tables(函数和平台模块)Math(数学模块)Nonlinear(非线性模块)Signals&Systems(信号和系统模块)Sinks(接收器模块)Sources(输入源模块)用户可以根据需要混合使用歌库中的模块来组合系统,也可以封装自己的模块,自定义模块库、从而实现全图形化仿真。
Simulink模型库中的仿真模块组织成三级树结构Simulink子模型库中包含了Continous、Discontinus等下一级模型库Continous模型库中又包含了若干模块,可直接加入仿真模型。
图2-1simulink模型库
(2)设计仿真模型
在MATLAB子窗口或Simulink模型库的菜单栏依次选择“File”—“New”—“Model”,即可生成空白仿真模型窗口
图2-2仿真模型窗口
(3)运行仿真
点击仿真模型窗口上方“Startsimulation”进行仿真。
2.2差分码加密与解密
将信源产生的二进制数字消息和一个周期很长的伪随机序列模2相加,这样就能将消息变成不可理解的另一个序列。
将这种加密序列在信道中传输,被他人窃听后也不可理解其内容。
在接收端必须加上一同样的伪随机序列,才能恢复为原发送消息。
因为将此序列模2加入两次,就等于为加入。
图2-3利用伪随机序列加密的原理
3系统设计
3.1差分码数字信号加密
(1)差分码加密部分
打开simulink工具箱,点击file图标,选择新建中的model,新建一个仿真空白模型,将差分码加密所需要的模块拖入空白模型中。
下图中BernoulliBinaryGenerator模块为原码生成模块,PNSequenceGenerator模块为伪随机码生成模块,Scope为示波器模块,XOR为异或模块,UnitDelay为时延模块。
调制模型图如下图所示:
图3-1差分码数字信号加密模型图
(2)差分码加密部分参数设置
原码生成模块的参数设置
图3-2原码生成模块的参数设置
伪随机序列生成模块参数设置
图3-3伪随机序列生成模块参数设置
时延模块参数设置
图3-4时延模块参数设置
异或模块参数设置
图3-5异或模块参数设置
(3)差分码数字信号加密部分仿真
图3-6差分码数字信号加密部分仿真
第一段为原码的波形图,第二段为差分码的波形图,第三段为随机码加密之后的波形图。
3.2差分码数字信号解密
(1)差分码解密部分
打开simulink工具箱,点击file图标,选择新建中的model,新建一个仿真空白模型,将差分码加密所需要的模块拖入空白模型中。
下图中BernoulliBinaryGenerator模块为原码生成模块,PNSequenceGenerator模块为伪随机码生成模块,Scope为示波器模块,XOR为异或模块,UnitDelay为时延模块。
调制模型图如下图所示:
图3-7差分码数字信号加密模型图
(2)差分码解密部分参数设置
原码生成模块的参数设置
图3-8原码生成模块的参数设置
伪随机序列生成模块参数设置
图3-9伪随机序列生成模块参数设置
时延模块参数设置
图3-10时延模块参数设置
异或模块参数设置
图3-11异或模块参数设置
(3)差分码数字信号解密部分仿真
图3-12差分码数字信号解密部分仿真
第一段为原码的波形图,第二段为差分码的波形图,第三段为随机码加密之后的波形图,第四段为解密之后的差分码波形,第五段为还原的原码波形。
3.3加入高斯噪声的差分码数字信号解密
高斯噪声是指它的概率密度函数服从高斯分布(即正态分布)的一类噪声。
在理想信道调制与解调的基础上,在调制信号上加入高斯噪声,把Simulink噪声源下的高斯噪声模块(GaussianNoiseGenerator)加入到模型中。
模型、噪声参数设置与波形图如下:
(1)差分码加入高斯噪声
图3-13差分码加入高斯噪声
(2)高斯噪声参数设置1
图3-14高斯噪声参数设置1
(3)加入噪声后的波形1
图3-15加入噪声后的波形1
第一段为原码的波形图,第二段为差分码的波形图,第三段为随机码加密加噪声之后的波形图,第四段为抽样判决之后的加密波形,第五段为解密之后的差分码波形,第六段为还原的原码波形。
(4)高斯噪声参数设置2
图3-16高斯噪声参数设置1
(5)加入噪声后的波形2
图3-17加入噪声后的波形2
第一段为原码的波形图,第二段为差分码的波形图,第三段为随机码加密加噪声之后的波形图,第四段为抽样判决之后的加密波形,第五段为解密之后的差分码波形,第六段为还原的原码波形。
如图3-14,3-16所示,噪声的方差分别为0.01与0.1,当方差为0.01时,由图3-15可以看到能够完全恢复原码,当方差为0.1时,由图3-16可以看到不能够恢复原码。
4仿真电路分析与总结
4.1结果分析
经过对加密前原码与解密之后的还原码进行比较发现,在噪声较小时通过与伪随机码做模2和可以进行加密并可以成功解密出原码,在噪声较大时则无法解密出原码。
实验达到了目的,基本成功。
4.2异常处理
在本次课程设计运用了MATLAB软件下Simulink建立工作模型,在仿真的过程中遇到了各种不同的问题,通过自己的探索和在老师和同学的帮助下总算得以解决,总结分析分析如下:
(1)运行后如没有出现波形、出现多路波形的混合或是出现波形的幅度过小或过大,可以点击Scope菜单栏的或者点击鼠标右键,选择Axesproperties即可对坐标进行调整。
(2)若码型较少可选择Simulation—ConfigurationParameters更改Stoptime。
并双击Scope点击Parameters更改Timerange,并使两个参数相同。
(3)在整个仿真过程中,各模块的参数设置十分重要,一定要设置合适的参数,才会得出所需要的信号。
5结束语
经过为期两周的课程设计,在同学和老师的帮助下我顺利的完成了任务。
不同于在教室里上的理论,这次的课程设计需要将我们平时所学习的知识运用到实践之中,将知识学以致用。
因为是以所学理论为基础,所以在课程设计的过程中,我又重温了数字信号加密与解密等知识,更加熟悉了MATLAB里的Simulink工具箱,学会了独立建立模型,分析加密与解密结果,加入噪声之后的情况,通过自己不断地调试,更好的理解加入噪声对信道的影响。
通过这次课程设计,我拓宽了知识面,锻炼了实际操作能力,综合素质也得到了提高,进一步加深了了我们对专业的认识和激发了我们对专业的兴趣。
参考文献
[1]樊昌信,曹丽娜.通信原理.北京:
国防工业出版社,2006
[2]达新宇.通信原理实验与课程设计.北京:
北京邮电大学出版社,2003
[3]徐远明.MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用.西安:
西安电子科技大学出版社,2005
[4]张化光,孙秋野.MATLAB/Simulink实用教程.北京:
人民邮电出版社,2009
[5]姚俊,马松辉.Simulink建模与仿真基础.北京:
西安电子科技大学出版社,2002
[6]邓华.MATLAB通信仿真及应用实例详解.北京:
国防工业出版社,2003
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 差分码 数字信号 解密 仿真