通信系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)

1、 武漢理工大學(xué)通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)報(bào)告 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: 通信系統(tǒng)課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)1課程設(shè)計(jì)的目的通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)電子電路的理解，學(xué)會(huì)對(duì)電路分析計(jì)算以及設(shè)計(jì)。進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問題的能力，通過完成綜合設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)及訓(xùn)練，創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)腦動(dòng)手獨(dú)立開展電路實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鍛煉分析解決電子電路問題的實(shí)際本領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)由課本知識(shí)向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；加深對(duì)通信原理的理解，提高學(xué)生對(duì)現(xiàn)代通信系統(tǒng)的全面認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。2 課程設(shè)計(jì)要求要求：掌握以上各種電路與通信技術(shù)的基本原理，掌握實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、電路調(diào)試與測(cè)量的方法。1.培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)

2、需要選學(xué)參考書，查閱手冊(cè)，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，通過獨(dú)立思考深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會(huì)自己分析解決問題的方法。2.通過對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的分析計(jì)算，了解簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。3.掌握示波器，頻譜儀，失真度儀的正確使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整機(jī)指標(biāo)測(cè)試方法，提高動(dòng)手能力。3 課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排序號(hào)設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容所用時(shí)間1根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，分析電路原理，確定實(shí)驗(yàn)方案2天2根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行電路的測(cè)試，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析7天3撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告1天合 計(jì)2周指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 目 錄摘 要IAbstractI1設(shè)計(jì)任務(wù)11.1設(shè)計(jì)目的11.2課程設(shè)計(jì)

3、要求11.3課程設(shè)計(jì)任務(wù)12實(shí)驗(yàn)原理分析22.1實(shí)驗(yàn)原理框圖22.2 PCM原理介紹32.2.1 抽樣(Sampling)32.2.2量化（quantizing）32.2.3 A壓縮律：42.2.4 編碼（Coding）92.2基帶傳輸PST碼92.3循環(huán)碼102.3.1循環(huán)碼介紹102.3.2 循環(huán)碼編碼原理122.3.3 循環(huán)碼的糾錯(cuò)原理132.4二進(jìn)制頻移鍵控（2PSK）調(diào)制與解調(diào)原理152.4.1 數(shù)字調(diào)制技術(shù)152.4.2 二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）基本原理162.4.3 MATLAB實(shí)現(xiàn)2PSK調(diào)制與解調(diào)182.5衰落信道183 MATLAB軟件仿真及結(jié)果193.1 MATLAB簡(jiǎn)

4、介193.2 發(fā)送端仿真結(jié)果與分析193.2.1仿真結(jié)果圖193.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析244.小結(jié)25參考文獻(xiàn)26附錄：27 摘 要 通信系統(tǒng)的作用就是將信息從信源發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)目的地。一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng)，主要有信源編碼與譯碼、信道編碼與譯碼、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)。具體過程是把信息源的模擬信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)子信號(hào)然后，再進(jìn)行基帶編碼、信道編碼、載波調(diào)制然后發(fā)送到信道中，然后造接收端進(jìn)行對(duì)應(yīng)的解調(diào)、譯碼、數(shù)模轉(zhuǎn)換得到最終的接收信號(hào)。本設(shè)計(jì)結(jié)合PCM的抽樣、量化、編碼原理把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)、漢明碼編譯碼原理實(shí)現(xiàn)信道編譯碼、PST編譯碼原理用于實(shí)現(xiàn)信源編譯碼、PS

5、K調(diào)制解調(diào)原理用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制與解調(diào)、衰落信道原理用于信道和噪聲源的近似，利用MATLAB軟件編程，完成了整個(gè)通信系統(tǒng)編碼仿真分析。關(guān)鍵詞：MATLAB軟件編程、數(shù)字通信系統(tǒng)、PCM、PST碼、循環(huán)碼、PSK Abstract Communication system is the role of the information from the source sent to one or more of the destination. A digital communication system is to use digital signal to transfer informatio

6、n communication system, basically have source coding and decoding, channel coding and decoding, digital modulation and demodulation. The specific process is the source of the analog signal after a/d convert into number son signal and then, again carries on the baseband coding, channel coding, carrie

7、r modulation and then sent to the channel, then made on the receiving end corresponding demodulation, decoding, d/a conversion to get the final receiving signal. This design with PCM sampling and quantization and coding principle to analog signal into the digital signal, hamming code knitting decodi

8、ng theory to realize channel knitting decoding, PST knitting decoding principle used to implement the source knitting decoding, PSK modulation demodulation principle used to implement the digital modulation and demodulation, Fading channel and the principle for noise approximation, using MATLAB soft

9、ware programming, complete the whole communication system coding simulation analysis.Keywords: MATLAB software programming, digital communication system, PCM, PST, Cyclic code, PSKII1設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)目的通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)電子電路的理解，學(xué)會(huì)對(duì)電路分析計(jì)算以及設(shè)計(jì)。進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問題的能力，通過完成綜合設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)及訓(xùn)練，創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)腦動(dòng)手獨(dú)立開展電路實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鍛煉分析解決電子電路問題的實(shí)際

10、本領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)由課本知識(shí)向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；加深對(duì)通信原理的理解，提高學(xué)生對(duì)現(xiàn)代通信系統(tǒng)的全面認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。1.2課程設(shè)計(jì)要求要求：掌握以上各種電路與通信技術(shù)的基本原理，掌握實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、電路調(diào)試與測(cè)量的方法。1.培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)需要選學(xué)參考書，查閱手冊(cè)，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，通過獨(dú)立思考深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會(huì)自己分析解決問題的方法。2.通過對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的分析計(jì)算，了解簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。3.掌握示波器，頻譜儀，失真度儀的正確使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整機(jī)指標(biāo)測(cè)試方法，提高動(dòng)手能力。1.3課程設(shè)計(jì)任務(wù)利用仿真軟件（如Matlab或SystemView），或硬件實(shí)驗(yàn)系

11、統(tǒng)平臺(tái)上設(shè)計(jì)完成一個(gè)典型的通信系統(tǒng)。學(xué)生要完成整個(gè)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)以及整個(gè)系統(tǒng)的仿真，最終在接收端或者精確或者近似地再現(xiàn)輸入（信源），計(jì)算失真度，并且分析原因。（信源為模擬信源，數(shù)字化方式為增量調(diào)制，基帶碼為AMI碼，信道碼為循環(huán)碼，調(diào)制方式為ASK調(diào)制，信道類型為衰落信道）。完成整個(gè)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)以及整個(gè)系統(tǒng)的仿真，最終在接收端或者精確或者近似地再現(xiàn)輸入（信源），計(jì)算失真度，并且分析原因。信源：自己構(gòu)造一時(shí)間函數(shù)，數(shù)字化方式:PCM，基帶碼:PST，信道碼:循環(huán)碼，調(diào)制方式:PSK，信道類型:衰落信道 ；解調(diào)，信道解碼，基帶解碼，數(shù)模轉(zhuǎn)換的過程與輸入端對(duì)應(yīng)。2實(shí)驗(yàn)原理分析2.1實(shí)驗(yàn)原理框圖數(shù)字調(diào)制信道

12、編碼基帶編碼模數(shù)轉(zhuǎn)換模擬信源信道數(shù)字解調(diào)信道解碼模擬信源數(shù)模轉(zhuǎn)換基帶解碼圖2.1通信系統(tǒng)的原理框圖模數(shù)轉(zhuǎn)換中有三個(gè)基本過程：抽樣、量化、編碼。根據(jù)編碼的不同有幾種調(diào)制方法，如脈沖振幅調(diào)制（PAM），脈沖編碼調(diào)制（PCM），差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM），增量調(diào)制。基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型有AMI碼，HDB3碼，PST碼，曼徹斯特碼，密勒碼，CMI碼。信道編碼的常用編碼有漢明碼，卷積碼，循環(huán)碼，BCH碼。常見的數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控（ASK），頻移鍵控（FSK），相移鍵控（PSK）。常見的信道有加性高斯白噪聲信道，多徑衰落信道。根據(jù)題目要求，數(shù)字化方式為PCM調(diào)制，基帶碼為PST碼，信道碼為循環(huán)碼，數(shù)字

13、調(diào)制方式為PSK調(diào)制，信道為衰落信道，則有以下原理框圖循環(huán)編碼PSK調(diào)制PST編碼PCM調(diào)制模擬信源衰落信道PSK解調(diào)循環(huán)解碼模擬信源PCM解調(diào)PST解碼圖2.2 實(shí)驗(yàn)原理框圖2.2 PCM原理介紹 模擬信號(hào)數(shù)字化必須經(jīng)過三個(gè)過程，即抽樣、量化和編碼，以實(shí)現(xiàn)話音數(shù)字化的脈沖編碼調(diào)制（PCM，Pulse Coding Modulation）技術(shù)。2.2.1 抽樣(Sampling) 圖2.3 抽樣原理圖離散時(shí)間信號(hào)通常是有連續(xù)時(shí)間信號(hào)經(jīng)周期采樣得到的。完成采樣功能的器件稱為采樣器，下圖所示為采樣器的示意圖。圖中Xa(t)表示模擬信號(hào)，Xa(nt)表示采樣信號(hào)，T為采樣周期，n=0，1，2，。一般

14、可以把采樣器視為一個(gè)每隔T秒閉合一次的電子開關(guān)S。在理想情況下，開關(guān)閉合時(shí)間滿足相位jn:符號(hào)0=相位jn: 0控制載波產(chǎn)生2psk信號(hào)e2psk(t)=cos(2*fc*t+ jn)2psk信號(hào)輸出圖2.13 2psk調(diào)制 圖2.14 2psk解調(diào)2.5衰落信道瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是一種無線電信號(hào)傳播環(huán)境的統(tǒng)計(jì)模型。這種模型假設(shè)信號(hào)通過無線信道之后，其信號(hào)幅度是隨機(jī)的，表現(xiàn)為“衰落”特性，并且多徑衰落的信號(hào)包絡(luò)服從瑞利分布。由此，這種多徑衰落也稱為瑞利衰落。 這一信道模型能夠描述由電離層和對(duì)流層反射的短波信道，以及建筑物密集的城市環(huán)境。瑞利衰落只適用

15、于從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)不存在直射信號(hào)的情況，否則應(yīng)使用萊斯衰落信道作為信道模型。假設(shè)經(jīng)反射（或散射）到達(dá)接收天線的信號(hào)為N個(gè)幅值和相位均隨機(jī)的且統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的信號(hào)之和。信號(hào)振幅為r,相位為,則其包絡(luò)概率密度函數(shù)為 P(r)= (r0) （2.26）相位概率密度函數(shù)為： P()=1/2 （） （2.27）3 MATLAB軟件仿真及結(jié)果3.1 MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB是一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運(yùn)行，可移植性好、可拓展性極強(qiáng)。MATLAB是

16、一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。MATLAB的這些函數(shù)所能解決的問題大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等。3.2 發(fā)送端仿真結(jié)果與分析3.2.1 仿真結(jié)果圖圖3. 1 原始信號(hào)與PCM編碼輸出圖3.2 PST編碼圖3.3二進(jìn)制轉(zhuǎn)三進(jìn)制后循環(huán)碼信號(hào)輸出圖3.4 PSK調(diào)制信號(hào)圖3.5 濾波載波函數(shù)信號(hào)圖3.6 衰落信道信號(hào)圖3.7 PSK解調(diào)后圖

17、像 圖3.8 循環(huán)碼解碼后二進(jìn)制轉(zhuǎn)三進(jìn)制輸出圖像 圖3.9 PST解碼后的信號(hào)圖 圖3.10 PCM解調(diào)后的信號(hào)3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)最后的結(jié)果與預(yù)想的還是差不多的，調(diào)制，編碼和解調(diào)，解碼的過程都是正確的。有幾點(diǎn)可能對(duì)本設(shè)計(jì)存在較大影響：1.是取樣的點(diǎn)數(shù)我取了50個(gè)不是很多會(huì)帶來誤差。2.再就是信道噪聲會(huì)造成誤差。3.PSK解調(diào)的過程中通過低通濾波器和抽樣判決的過程也都是有誤差的。4.最后用A律曲線逼近過程逼近時(shí)以一小段一小段的曲線去近似逼近。4.小結(jié)在本次課程設(shè)計(jì)中我學(xué)習(xí)了整個(gè)通信系統(tǒng)的工作原理，了解了PCM編解碼、循環(huán)碼編解碼、PST編解碼、PSK調(diào)制解調(diào)的原理和MATLAB編程，也

18、學(xué)習(xí)很多MATLAB的函數(shù)。雖然之前有接觸MATLAB這個(gè)軟件，但是也只是會(huì)調(diào)用一些簡(jiǎn)單的函數(shù)來做計(jì)算，或用一些簡(jiǎn)單的畫圖命令來作圖，一直覺得這個(gè)仿真軟件的功能很強(qiáng)大，但沒有怎么深入地去運(yùn)用。這次的課設(shè)讓我知道，我之前對(duì)它的了解簡(jiǎn)直只是冰山一角。而要用它來實(shí)現(xiàn)自己的專業(yè)目的，更是增加了難度。將在課堂上學(xué)到的理論知識(shí)用它來仿真實(shí)現(xiàn)，這就要求我們對(duì)理論知識(shí)有全面深入透徹的理解，并且很熟悉仿真軟件，但我在這兩個(gè)方面都有欠缺，所以實(shí)際操作起來也沒有剛開始想象的那樣容易。這次的課程設(shè)計(jì)讓我收獲頗豐，同時(shí)也讓我發(fā)現(xiàn)了自身的不足。在此間發(fā)現(xiàn)的不足，我將努力改善，通過學(xué)習(xí)、實(shí)踐等方式不斷提高，克服那些不應(yīng)成為

19、學(xué)習(xí)、獲得知識(shí)的障礙。這里要感謝幫助我解決編程過程中遇到問題的同學(xué)和老師。參考文獻(xiàn)1 樊昌信 曹麗娜，通信原理第六版，國(guó)防工業(yè)出版社，20072 周開利，鄧春暉主編 MATLAB基礎(chǔ)及其應(yīng)用教程，北京大學(xué)出版社，20073 董振海,精通MATLAB 7 編程與數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，電子工業(yè)出版社,20074 陳懷琛，MATLAB在電子信息課程中的應(yīng)用（第二版），電子工業(yè)出版社，20065 張德豐主編，MATLAB通信工程仿真，機(jī)械工業(yè)出版社，2010附錄：%-主函數(shù)-%clcclose allclear all%-生成時(shí)間函數(shù)-%t=1:0.1:5; s=sin(2*3.14*1000*t);%-pcm

20、調(diào)制-%pcmcode,sMax=pcm(s);figure(1)subplot(2,1,1);plot(s); title(原始正弦信號(hào));subplot(2,1,2);stairs(pcmcode);zoom xon;axis(0 750 -1 2);%-pst編碼-%pstcode=pst_c(pcmcode);figure(2);stairs(pstcode);zoom xon;axis(0 750 -1 2);%-三進(jìn)制轉(zhuǎn)為二進(jìn)制-%code=ZH_C(pstcode);figure(3);stairs(code);zoom xon;axis(0 750 -1 2);%-循環(huán)碼編碼-

21、%xh=XH_C(code);figure(4);stairs(xh);zoom xon;axis(0 750 -1 2);%-psk調(diào)制-%psk,bit,mod=psk_encode(xh);figure(5); plot(psk); zoom xon;axis(0 750 -1 2);% figure(12);plot(psk);axis(0 1000 -1.2 1.2);title(PSK Modulation);%-衰落信道-%chanel=rayleighchan(1/64000,100);%生產(chǎn)瑞麗衰落信道noisig0=filter(chanel,psk);%把處理過的信號(hào)送入

22、信道noisig=abs(noisig0);figure(6); plot(noisig);zoom xon;title(通過衰落信道后的波形);% figure;plot(noisig);axis(0 1000 -1.2 1.2)%-psk解調(diào)-%pskdec=psk_decode(psk,mod);figure(10);stairs(pskdec);zoom xon;axis(0 750 -1 2);%-循環(huán)碼解碼-%xm=XH_D(pskdec);figure(11);stairs(xm);zoom xon;axis(0 750 -1 2);%-二進(jìn)制轉(zhuǎn)為三進(jìn)制-%dcode=ZH_D(

23、xm);figure(12);stairs(dcode);zoom xon;axis(0 750 -1 2);%-pst解碼-%pstdec=repst(dcode);figure(13);stairs(pstdec);zoom xon;axis(0 750 -1 2);%-pcm解調(diào)-%pcmdec=pcm_de(pstdec,sMax);plot(pcmdec); title(還原的正弦信號(hào));%-PCM調(diào)制-%function code_lin,sMax=pcm(signal)sSig=sign(signal); %判斷signal的正負(fù)sMax=max(abs(signal); %求s

24、ignal的最大值Q=abs(signal/sMax)*2048; %歸一化量化code=zeros(length(signal),8); %存儲(chǔ)矩陣（全零）%段落碼判斷%for m=1:length(signal) if Q(m)128 & Q(m)32 & Q(m)512 & Q(m)16&Q(m)64&Q(m)256&Q(m)1024&Q(m)0 code(m,1)=1; elseif sSig(m)0 code(m,1)=0; end end%段內(nèi)碼判斷程序N=zeros(length(signal),1);for m=1:length(signal) N(m)=code(m,2)*4

25、+code(m,3)*2+code(m,4)+1; %找到Y(jié)位于第幾段enda=0,16,32,64,128,256,512,1024; %量化間隔b=1,1,2,4,8,16,32,64; %除以16，得到每段的最小量化間隔 for m=1:length(signal) q=ceil(Q(m)-a(N(m)/b(N(m); %求出在段內(nèi)的位置 if q=0 code(m,(5:8)=0,0,0,0; %如果輸入為零則輸出“0” else k=num2str(dec2bin(q-1,4); %編碼段內(nèi)碼為二進(jìn)制 code(m,5)=str2num(k(1); code(m,6)=str2num(k(2); code(m,7)=str2num(k(3); code(m,8)=str2num(k(4); end end %將N行8列矩陣轉(zhuǎn)換為1行8*N列的矩陣 code_lin=zeros(size(code,1)*8,1); c=1; for i=1:size(code,1) for j=1:8 code_lin(c)=code(i,j); c=c+1; end endcode_lin=code_lin;%code_linEnd%-PST編碼-%functiony=pst_c(x)flag=0;n=0;le=length(x);if l