《通信原理》課程設(shè)計報告數(shù)字信號頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計 報 告課程名稱 通信原理 課題名稱 數(shù)字信號頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè) 通信工程 班 級 0881 學(xué) 號 200813120111 姓 名 指導(dǎo)教師 2011年1月 10 日湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課程名稱 通信原理 課 題 數(shù)字信號頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級 通信工程0881 學(xué)生姓名 學(xué) 號 200813120111 指導(dǎo)老師 審 批 任務(wù)書下達日期 2011 年1月 10 日任務(wù)完成日期 2011年 1 月 19日通信原理課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計目的與設(shè)計內(nèi)容學(xué)生通過自己設(shè)計及建立通信系統(tǒng)，掌握通信系統(tǒng)的構(gòu)成原理、信號傳輸?shù)母拍?，加深對通信系統(tǒng)及信號的認(rèn)識，提

2、高學(xué)生的實際應(yīng)用、動手能力。要求學(xué)生經(jīng)過課程設(shè)計這一教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)會應(yīng)用matlab軟件來實現(xiàn)信號傳輸中的各個基本環(huán)節(jié)?？蛇x的設(shè)計題目有：（1）信息論基本計算。要求：編程實現(xiàn)信源平均信息量的計算(以高斯分布的信源為例)；編程實現(xiàn)離散信道容量的計算(以輸入符號等概分布為例)；編程實現(xiàn)信源編碼過程(以huffman編碼為例)；（2）脈沖編碼調(diào)制(pcm)實現(xiàn)編程實現(xiàn)pcm技術(shù)的三個過程：采樣、量化與編碼。采樣：低通連續(xù)信號采樣，以為例說明低通采樣定理，繪出信號時、頻圖形；帶通連續(xù)信號采樣，以為例說明帶通采樣定理，繪出信號時、頻圖形。量化：均勻量化，以幅度的正弦信號為例實現(xiàn)為64級電平的均勻量化；非均勻

3、量化，輸入a律pcm編碼器的正弦信號，采樣序列為，將其進行pcm編碼，給出編碼器的輸出碼組序列編碼：以上述信號為例，實現(xiàn)a律的13折線近似法及國際標(biāo)準(zhǔn)pcm對數(shù)a律量化編碼。（3）數(shù)字信號基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計編程實現(xiàn)常見基帶信號的波形、碼型轉(zhuǎn)換，包括：單/雙極性、非歸零/歸零碼、數(shù)字雙相碼(曼徹斯特碼)、密勒碼、ami碼、hdb3碼，并繪出每種波形、碼型的功率譜分布，給出與在理論課上所學(xué)相符合的分析與理解；編程實現(xiàn)基帶傳輸系統(tǒng)的誤碼率計算，包括：二電平和多電平編碼的誤碼率計算；編程實現(xiàn)基帶信號傳輸?shù)臄_碼與解擾。（4）數(shù)字信號頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計編程實現(xiàn)ask調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，繪出時、頻域波形；編程實現(xiàn)f

4、sk調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，繪出時、頻域波形；編程實現(xiàn)psk、dpsk調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，繪出時、頻域波形；編程實現(xiàn)16/64qam調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，繪出時、頻域波形；（5）數(shù)字通信頻帶傳輸系統(tǒng)綜合設(shè)計綜合(1)、(2)、(3)、(4)的設(shè)計程序，并將它們封裝為simulink模塊，設(shè)計一個完整的數(shù)字通信頻帶傳輸系統(tǒng)。（三）、進度安排：第十八周 星期一： 課題講解，查閱資料 星期二: 總體設(shè)計，詳細(xì)設(shè)計星期三： 編程，上機調(diào)試、修改程序第十九周 星期一：編程，上機調(diào)試、修改程序星期二：上機調(diào)試、完善程序星期三： 答辯星期四-星期六：撰寫課程設(shè)計報告 目錄一、 課題的主要功能1二、課題的功能模塊的劃分11、平

5、均信息量的計算12、離散信道容量的計算13、以huffman編碼實現(xiàn)信源編碼24、ask調(diào)制技術(shù)，繪出時、頻域波形25、fsk調(diào)制技術(shù)，繪出時、頻域波形36、psk、dpsk調(diào)制技術(shù)，繪出時、頻域波形37、16/64qam調(diào)制技術(shù)，繪出時、頻域波形4三、主要功能的實現(xiàn)51、 信源平均信息量的計算（以高斯分布的信源為例）52、 離散信道容量的計算53、 信源編碼（以huffman編碼為例）64、 編程實現(xiàn)ask調(diào)制技術(shù)、繪制時、頻域波形65、 編程實現(xiàn)fsk調(diào)制技術(shù)、繪制時、頻域波形66、 編寫實現(xiàn)psk/dpsk調(diào)制技術(shù)，繪制時。頻域波形77、 編程實現(xiàn)16/64qam調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，繪出時、

6、頻域波形7四、程序調(diào)試81、程序的圖8五、課程設(shè)計參考資料12六、總結(jié)12七、附件13八、評分表1818一、 課題的主要功能matlab mat matlab mathworks公司推出的一套高效率的數(shù)值計算和可視化軟件，它集數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個方便的、界面友好的用戶環(huán)境。學(xué)生通過自己設(shè)計及建立通信系統(tǒng)，掌握通信系統(tǒng)的構(gòu)成原理、信號傳輸?shù)母拍?，加深對通信系統(tǒng)及信號的認(rèn)識，提高學(xué)生的實際應(yīng)用、動手能力。要求學(xué)生經(jīng)過課程設(shè)計這一教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)會應(yīng)用matlab軟件來實現(xiàn)信號傳輸中的各個基本環(huán)節(jié)。二、課題的功能模塊的劃分1、平均信息量的計算根據(jù)題目要求，用高斯過程x(

7、t)d的一維概率密度函數(shù)服從正態(tài)分布的表達式f=1/(u*sqrt(2*pi)*exp(-(x-o)2/2*u2來完成信源平均信息量的計算。平均信息量：平均每個符號所能提供的信息量，也叫平均自信息量。h(x)= ；高斯分布函數(shù)：；2、離散信道容量的計算我們利用函數(shù)dmessage來求信源的熵，利用函數(shù)hemssage來求平均互信息量，并最終得到信道的容量。離散信道容量：信道容量是信道所能傳送的最大的信息量。c=maxi(x;y) （比特/碼元）i(x;y)=h(y)h(y/x);3、以huffman編碼實現(xiàn)信源編碼對于所要求的信源，可以對其進行作為一元信源的哈夫曼編碼并得到編碼效率，相應(yīng)的二元

8、信源的哈夫曼編碼及其編碼效率。huffman編碼方法：（1） 將信源信息呼號按其出現(xiàn)的概率大小依次排列；（2） 取兩個概率最小的字母分別配以0和1兩個碼元，并將這兩個概率相加作為一個新字母的概率，與未分配的二進符號的字母重新排隊；（3） 對重排后的兩個概率最小符號重復(fù)步驟（2）的過程；（4） 不斷重復(fù)上述過程，知道最后兩個符號配以0和1為止；（5） 從最后一級開始，向前返回得到各個信源符號所對應(yīng)的碼元序列，及相應(yīng)的碼字；huffman編碼的意義：將概率大的信息符號編以短的碼字，概率小的符號配以長的碼字，使得平均碼字長度最短，冗余度減小。4、ask調(diào)制技術(shù)，繪出時、頻域波形在幅度鍵控中載波幅度是

9、隨著調(diào)制信號而變化的，最簡單的形式是載波在二進制調(diào)制信號1或0的控制下通或斷，這種調(diào)制方式稱為通斷一段鍵控（ook）。時域表達式為 y=sin(2*pi*t) 由于在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號不能直接在這種信道中傳輸，因此，必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)數(shù)字信號，才能在無線信道、光纖信道等媒質(zhì)中傳輸。2.2.1二進制振幅鍵控（2ask） 2ask是利用代表數(shù)字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個連續(xù)的載波，使載波時斷時續(xù)地輸出。有載波輸出時表示發(fā)送“1”，無載波輸出時表示發(fā)送“0”。二進制時間波形圖如下：5、fsk調(diào)制技術(shù)，繪出時、頻域波形將信號的調(diào)

10、制在載波的頻率上的調(diào)制方法稱為頻移鍵控（fsk），它也包括二點平頻移鍵控（bfsk）和電平頻移鍵控（mfsk），頻移鍵控的原理與跳頻類似，只是使用數(shù)字信號而已。二進制頻移鍵控信號碼元的1和0分別用兩個不同頻率的正弦波形來傳送，而其振幅和初始相位不變。故其表示式為：當(dāng)發(fā)送”1”時s(t)=當(dāng)發(fā)送”0”時s(t)=當(dāng)a為一個常數(shù)時，碼元的包絡(luò)是矩形脈沖。頻移鍵控的時間波形圖如下：aak1011001ts(t)ts(t)bcdtefgt2fsk信號ttt6、psk、dpsk調(diào)制技術(shù)，繪出時、頻域波形在載波相位的調(diào)制中，將信道發(fā)送的信息調(diào)制在載波的相位上，相位通常范圍是（0，2），2psk信號碼元的“

11、0”“1”分別用初始相位0和 來表示，而其振幅和頻率保持不變。gt(t)為發(fā)射端的濾波脈沖，決定了信號的頻譜特征。2psk信號碼元的0和1分別分別用兩個不同的初始相位0和表示，而其振幅和頻率保持不變。故2psk信號表示式可以寫為s(t)=,當(dāng)發(fā)送“0”時，=0；當(dāng)發(fā)送“1”時，=；2dpsk是利用相鄰碼元載波相位的相對值表示基帶信號“0”和“1”的。用表示載波的初始相位。設(shè)為當(dāng)前碼元和前一碼元的相位之差：發(fā)送“0”時=0；發(fā)送“1”時=；則信號碼元可以表示為: s(t)= 00);demo(meg)=1;meg=find(recos=0);demo(meg)=0;s_2aslf=fft(s_2

12、ask);demof=fft(demo);figure(1)subplot(4,1,1);plot(t,s_2ask,r);grid;title(ask調(diào)制);xlabel(時間);ylabel(幅度);subplot(4,1,2);plot(f,abs(s_2ask),r);grid;title(ask調(diào)制);xlabel(頻率);ylabel(幅度);subplot(4,1,3);plot(t,demo,r);grid;title(ask解調(diào));xlabel(時間);ylabel(幅度);axis(0,8,-0.1,1.1);subplot(4,1,4);plot(f,abs(demof)

13、,r);grid;title(ask解調(diào)頻譜);xlabel(頻率);ylabel(幅度);fsk調(diào)制方式clear all;t=0:0.01:8;y=sin(2*pi*t);x=ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,100),zeros(1,101);f=0:1/(length(x)-1):1s_2fsk=sin(t.*(2*pi+pi*x);recos1=s_2fsk.*sin(t.*(2*pi+pi*x)+pi*(x-1);meg1=find(recos10);d

14、emo1(meg1)=1;meg1=find(recos10);demo2(meg2)=1;meg2=find(recos20);demo2(meg2)=0;s_2pskf=fft(s_2psk);f=0:1/(length(x)-1):1demof2=fft(demo2);subplot(4,1,1);plot(t,s_2psk,r);grid;title(psk調(diào)制);xlabel(時間);ylabel(幅度);subplot(4,1,2);plot(f,abs(s_2pskf),r);grid;title(psk調(diào)制頻譜);xlabel(頻率);ylabel(幅度);subplot(4,

15、1,3);plot(t,demo2,r);grid;title(psk解調(diào));xlabel(時間);ylabel(幅度);axis(0,8,-0.1,1.1);subplot(4,1,4);plot(f,abs(demof2),r);grid;title(psk解調(diào)頻譜);xlabel(頻率);ylabel(幅度);16qam調(diào)制m=16;meg=randint(500,1,m);fc=1;fd=0.5;fs=16;y=qammod(meg,m);z=qamdemod(y,m);f=0:1/499:1y1=fft(y);z1=fft(z);subplot(5,1,1);stem(real(y),imag(y),g);grid;title(16qam原始信號);subplot(5,1,2);plot(f,abs(y1),g);grid;title(16qam原始信號頻譜);subplot(5,1,3);plot(z,g);grid;title(16qam解調(diào));axis