MATLAB实现AMI编码与波形仿真程序

资 源 简 介

该项目通过MATLAB编程完整实现了AMI（传号交替反转码）的编码过程。AMI码作为一种常用的双极性码，其主要特征是二进制中的0对应零电平，而1则交替映射为正电平和负电平。本项目核心功能在于通过状态记录变量捕捉前一个1码的极性，并在检测到新的1码时进行翻转，从而确保编码后的序列在统计意义上不含直流分量。实现过程涵盖了离散点采样、电平映射逻辑、信号同步以及最终的波形可视化展示。该程序不仅展示了基础的逻辑转换，还通过动态绘图手段清晰地呈现了单极性非归零码与AMI码之间的时域差异，非常适合用于数字通信原理实验、

详 情 说 明

MATLAB实现AMI编码与波形仿真程序

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的数字基带传输系统仿真程序，专门用于实现AMI（Alternate Mark Inversion，传号交替反转码）的编码过程及其时域波形的可视化。AMI码是通信工程中常用的三元码，通过正负电平交替代表二进制单“1”码，能够有效消除信号中的直流分量。本程序完整模拟了从原始二进制序列输入到采样点波形输出的全过程，是理解数字通信编码原理的实用工具。

功能特性

• 二进制转换：支持将任意二进制序列（输入向量）转换为符合AMI规则的三电平序列。
• 极性翻转逻辑：通过内部状态管理，确保每一个出现的“1”码与其前一个“1”码的极性相反。
• 时域波形仿真：程序不仅计算码元数值，还通过高频采样生成了平滑的连续时间波形。
• 双波形对比：在同一界面下同步展示原始单极性非归零码（NRZ）与编码后的AMI码，方便对比时域特征。
• 动态自动标注：程序会自动在波形图的对应位置标注原始码元数值和编码后的电平值，增强了仿真结果的直观性。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2014b 及以上版本（兼容最新版本）。
• 硬件要求：能够运行MATLAB的基础计算机配置。
• 依赖项：仅需MATLAB核心功能，无需安装额外的通信工具箱或信号处理工具箱。

使用方法

1. 在MATLAB编辑器中打开该程序文件。
2. 根据实验需求，在程序开头的参数设置区域修改 Input_Bits 向量中的二进制数据。
3. 调整比特率（Rb）或采样频率（Fs）等物理参数（可选）。
4. 点击运行按钮，程序将自动执行编码计算并弹出仿真曲线图。
5. 在MATLAB控制台（Command Window）查看原始序列与AMI序列的文本对比输出。

实现逻辑说明

该程序的实现过程严谨遵循数字信号处理的标准流程：

• 参数初始化：定义比特率为1000bit/s，采样率为100kHz。程序根据这两个参数计算出每个比特包含的采样点数（本程序中为100个采样点），为后续波形生成提供精度保障。
• AMI编码状态机：程序设定一个初始极性变量（current_polarity）。在遍历输入序列时，遇到字符“0”则输出0；遇到字符“1”时，输出当前的极性值（+1或-1），随后立即将极性变量取反，为下一个“1”的到来做准备。
• 采样点化重构：为了模拟真实示波器观察到的波形，程序构建了两个长度等于“序列长度 × 每比特采样点数”的零向量。通过循环计算，将离散的码元电平值填充到对应的采样点区间内。
• 可视化展示：程序使用figure对象创建画布，利用subplot将空间分为上下两层。上层绘制NRZ码，下层绘制AMI码。通过设置LineWidth和Color参数提升图形质感，并绘制零电平参考线以突出AMI码的正负波动特征。

关键算法与实现细节分析

• 极性控制逻辑：利用 current_polarity = -current_polarity 的简洁算式实现了状态跳转。这是AMI算法的核心，保证了即使在出现长串“1”码时，信号也能保持正负交替，从而实现功率谱中不含直流分量的特性。
• 索引映射技术：在生成波形数据时，程序通过 (i-1) * Samples_Per_Bit + 1 这一公式精准计算出每个比特在采样总轴上的起始与结束位置。这种映射方法确保了数字序列与时间轴的严格对齐，避免了信号相位的偏移。
• 自动文本标记功能：程序在绘图阶段调用了text函数，利用循环将数组中的数值动态地放置在坐标系中。这种方法将数值分析与波形分析有机结合，极大降低了用户观察和验证编码正确性的成本。
• 时域参数平衡：程序选择了远高于比特率的采样频率（100倍关系），这使得波形在时间轴上表现得非常细腻，能够准确反映数字信号的阶跃特性。