通信原理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告Ｍａｔｌａｂ的數(shù)字通信系統(tǒng)仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)論文word格式

1、通信技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱： 指導(dǎo)老師： 專業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 起止時(shí)間： 重慶交通大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院目 錄一、課題內(nèi)容2二、設(shè)計(jì)目的2三、設(shè)計(jì)要求2四、實(shí)驗(yàn)條件2五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)21、通信系統(tǒng)的原理22. 所設(shè)計(jì)子系統(tǒng)的原理3六、詳細(xì)設(shè)計(jì)與編碼51. 設(shè)計(jì)方案52. 編程工具的選擇53. 編碼與測(cè)試64.運(yùn)行結(jié)果及分析10七、設(shè)計(jì)心得.13八、參考文獻(xiàn).13一、課題內(nèi)容本課題是基于的數(shù)字通信系統(tǒng)仿真二、設(shè)計(jì)目的1. 綜合應(yīng)用Matlab原理及應(yīng)用、信號(hào)與系統(tǒng)、現(xiàn)代通信原理、無線通信原理及應(yīng)用等多門課程知識(shí)，使學(xué)生建立通信系統(tǒng)的整體概念2. 培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)開發(fā)的思想；

2、3. 培養(yǎng)學(xué)生利用軟件進(jìn)行通信仿真的能力三、設(shè)計(jì)要求1.對(duì)通信系統(tǒng)有整體的較深入的理解，深入理解自己仿真部分的原理的基礎(chǔ)，畫出對(duì)應(yīng)的通信子系統(tǒng)的原理框圖2.提出仿真方案3.完成仿真軟件的編制4.仿真軟件的演示四、實(shí)驗(yàn)條件上網(wǎng)的計(jì)算機(jī)、Matlab軟件五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、通信系統(tǒng)的原理要仿真的數(shù)字通信系統(tǒng)包括三個(gè)部分：圖1 數(shù)字通信系統(tǒng)信源編碼的作用就是將模擬或數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字序列，它的目的在于盡量減少信號(hào)的冗余，讓通信能夠以最少的開銷傳輸更多的信息。信道編碼的行為恰好與信源編碼相反，它將信息序列中添加適當(dāng)?shù)娜哂嘈?，使得通信系統(tǒng)能夠糾正一定程度上的傳輸出錯(cuò)，增加通信系統(tǒng)的可靠性。要將數(shù)字信號(hào)

3、通過一定的形式發(fā)送出去，就需要調(diào)制技術(shù)，并采用這些調(diào)制技術(shù)的通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真。一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)的性能主要由傳輸速率和通信出錯(cuò)的概率衡量。信息傳輸速率用語衡量一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性，這方面的具體指標(biāo)有波特率和比特率，波特率是住系統(tǒng)沒秒傳誦分得碼元個(gè)數(shù)，比特率是只系統(tǒng)沒秒傳誦臺(tái)信息比特?cái)?shù)。（說明：我主要負(fù)責(zé)數(shù)字調(diào)制與解調(diào)傳輸中的FSK與BPSK2的部分，另外加上一個(gè)QAM）2. 所設(shè)計(jì)子系統(tǒng)的原理在一個(gè)實(shí)際通信問題中，信道往往都是帶通的，要在這種情況下進(jìn)行通信，就必須對(duì)包含有信息的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，把它的頻譜搬移到信道的頻帶之內(nèi)，然后將調(diào)制后的信號(hào)通過信道進(jìn)行傳輸；相應(yīng)的，在接收端要對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行

4、解調(diào)，才能得到進(jìn)行通信的原始信號(hào)。（1） FSKFSK的解調(diào)過程比較特殊，它使用一個(gè)信號(hào)向量來匹配已調(diào)制信號(hào)，解調(diào)過程計(jì)算接收信號(hào)與信號(hào)向量的相關(guān)度，并據(jù)此判斷最有可能的碼符。用載波頻率的變化來表征被傳信息的狀態(tài)FSK信號(hào)的一般時(shí)域數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 式中， 是2FSK信號(hào)的產(chǎn)生通常有兩種方式：（1）頻率選擇法；（2）載波調(diào)頻法。由于頻率選擇法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)為兩個(gè)彼此獨(dú)立的載波振蕩器輸出信號(hào)之和，在二進(jìn)制碼元狀態(tài)轉(zhuǎn)換（或）時(shí)刻，2FSK信號(hào)的相位通常是不連續(xù)的，這會(huì)不利于已調(diào)信號(hào)功率譜旁瓣分量的收斂。載波調(diào)頻法是在一個(gè)直接調(diào)頻器中產(chǎn)生2FSK信號(hào)，這時(shí)的已調(diào)信號(hào)出自同一個(gè)振蕩器，信號(hào)相位在載頻

5、變化時(shí)始終是連續(xù)的，這將有利于已調(diào)信號(hào)功率譜旁瓣分量的收斂，使信號(hào)功率更集中于信號(hào)帶寬內(nèi)。因此我們選用頻率選擇法調(diào)制，其原理圖如下：圖2 2FSK信號(hào)產(chǎn)生原理圖（2）BPSK2BPSK2的調(diào)制過程與FSK的類似，通過計(jì)算輸入信號(hào)與一組載波的相關(guān)度來實(shí)現(xiàn)。（3）QAM式中，Tb為瑪元寬度，Am和Bm為離散的振幅值，m=1、2、，M，M為Am和Bm的個(gè)數(shù)。 式中A是固定的振幅，與信號(hào)的平均功率有關(guān)，（dm,em）表示QAM調(diào)制信號(hào)矢量殿點(diǎn)在信號(hào)空間的坐標(biāo)，由輸入數(shù)據(jù)決定。圖3 QAM 調(diào)制原框圖圖4 QAM解調(diào)框圖六、詳細(xì)設(shè)計(jì)與編碼1. 設(shè)計(jì)方案（1）分組情況在這次課程設(shè)計(jì)中，我小組經(jīng)過討論決定由

6、一人做格式化和信源譯碼，另兩人做數(shù)字調(diào)制與解調(diào)傳輸，又將其中的4個(gè)載波調(diào)制技術(shù)（FSK、ASK、BPSK1、BPSK2）分為2部分，每人做一個(gè)部分，而我負(fù)責(zé)的就是數(shù)字調(diào)制與解調(diào)傳輸中的FSK與BPSK2的部分，另外再加上自己寫的QAM，最后將三人做的部分綜合起來。（2）編程的流程圖圖5 數(shù)字調(diào)制過程 （3）設(shè)計(jì)思路：先利用一個(gè)均勻分布的隨即信源產(chǎn)生大量的隨即信號(hào)，然后信號(hào)通過信道，信號(hào)將受到噪聲的影響。在接受端，將通過信道后的信號(hào)通過一個(gè)最佳接受機(jī)進(jìn)行接收判決，就得到接收到的信號(hào)，將這個(gè)信號(hào)與圓心好相比，就可以得到通信誤碼率。2. 編程工具的選擇本次仿真選擇的是MATLAB軟件。MATLAB軟

7、件是國際上公認(rèn)的功能最強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和仿真軟件之一。其軟件包的主要特點(diǎn)有： 1)它是一種解釋性語言，采用了工程技術(shù)的計(jì)算語言，幾乎與數(shù)學(xué)表達(dá)式相同，語言中的基本元素是矩陣，它提供了各種矩陣的運(yùn)算和操作，并且具有符號(hào)計(jì)算、數(shù)學(xué)和文字統(tǒng)一處理、離線和在線計(jì)算等功能。2)具有較強(qiáng)的繪圖功能，計(jì)算結(jié)果和編程可視化。3)具有很強(qiáng)的開放性，針對(duì)不同的應(yīng)用學(xué)科，3. 編碼與測(cè)試（1）FSKfigure(1);N = 100;noise_amp = 3;signal_set = 'fsk'bits = '1', '0', '1', '0&

8、#39;, '0', '1'signal1 = sqrt(2)*sin(2*pi*2*0:N-1/N);signal0 = sqrt(2)*sin(2*pi*3*0:N-1/N); color0='r'color1='g'x = ; xcolor = ;%disp(length(bits);for n=1:length(bits)x=x eval(strcat('signal',bits(n); % 0/1 二進(jìn)制xcolor = xcolor eval(strcat('color',bits(n)

9、;% disp(x);% disp(xcolor)end% Send signal through white noise channel r=x%r = x + noise_amp*randn(1,length(x); %信道噪聲% Run matched filters,利用匹配濾波器進(jìn)行解調(diào)y1=filter(signal1(N:-1:1),1,r);%求通過濾波器的信號(hào)y0=filter(signal0(N:-1:1),1,r);% Graphicssubplot(211)t=0:length(r)-1;plot(t,r,'k');hold ona = axis;xp=

10、x*(0.75*max(abs(a(3) a(4)/max(x);for n=1:length(bits)plot(t(n-1)*N+1:n*N),xp(n-1)*N+1:n*N),xcolor(n) '-');h = text(n-1)*N+N/2,max(xp),bits(n);set(h,'fontsize',16);set(h,'color',xcolor(n);end%for n=N*1:length(bits),h=line(n n,a(3:4);set(h,'linestyle','-');endh=

11、title('Received signal');set(h,'fontsize',18);hold offsubplot(212)plot(t,y0,color0,t,y1,color1)a = axis;for n=1:length(bits)if y1(n*N)>= y0(n*N)h = text(n*N-10,.75*a(4),'1');set(h,'fontsize',16);set(h,'color',color1);if bits(n) = '0'set(h,'fontw

12、eight','bold');endelse h = text(n*N-10,.75*a(4),'0');set(h,'fontsize',16);set(h,'color',color0);if bits(n) = '1'set(h,'fontweight','bold');end endendfor n=N*1:length(bits),h=line(n n,a(3:4);set(h,'linestyle','-');endh=title(

13、'Matched Filter Output');set(h,'fontsize',18);%figure2是接收端的誤碼率% Compute Pre curves 計(jì)算誤碼率%figure(2)snrdb = -10:.5:12;snr = 10.(snrdb/10);p_bpsk = Qfunct(sqrt(2*snr);%需要編寫函數(shù)Qfunct（）p_fsk = Qfunct(sqrt(snr);h=semilogy(snrdb,p_bpsk,snrdb,p_fsk,'r-');grid;axis(-10 12 10(-8) 1)set(

14、gca,'fontsize',18);h=xlabel('Signal-to-Noise Ratio (dB)');set(h,'fontsize',18);h=ylabel('Bit Error Probability');set(h,'fontsize',18);legend('BPSK','FSK');（2）BPSK2figure(1);N = 100;noise_amp = 3;signal_set = 'bpsk2'bits = '1', &

15、#39;0', '1', '0', '0', '1'if strcmp(signal_set, 'bpsk2') signal1 = sqrt(2)*sin(2*pi*2*0:N-1/N); signal0 = -signal1; elseperror(sprintf('Unknown signal set %sn',signal_set);endcolor0='g'color1='b'x = ; xcolor = ;%disp(length(bits);fo

16、r n=1:length(bits)x=x eval(strcat('signal',bits(n); % 0/1 二進(jìn)制xcolor = xcolor eval(strcat('color',bits(n);% disp(x);% disp(xcolor)end% Send signal through white noise channel r=x%r = x + noise_amp*randn(1,length(x); %信道噪聲% Run matched filters,利用匹配濾波器進(jìn)行解調(diào)y1=filter(signal1(N:-1:1),1,r);

17、%求通過濾波器的信號(hào)y0=filter(signal0(N:-1:1),1,r);% Graphicssubplot(211)t=0:length(r)-1;plot(t,r,'k');hold ona = axis;xp=x*(0.75*max(abs(a(3) a(4)/max(x);for n=1:length(bits)plot(t(n-1)*N+1:n*N),xp(n-1)*N+1:n*N),xcolor(n) '-');h = text(n-1)*N+N/2,max(xp),bits(n);set(h,'fontsize',16);s

18、et(h,'color',xcolor(n);end%for n=N*1:length(bits),h=line(n n,a(3:4);set(h,'linestyle','-');endh=title('Received signal');set(h,'fontsize',18);hold offsubplot(212)plot(t,y0,color0,t,y1,color1)a = axis;for n=1:length(bits)if y1(n*N)>= y0(n*N)h = text(n*N-10,.

19、75*a(4),'1');set(h,'fontsize',16);set(h,'color',color1);if bits(n) = '0'set(h,'fontweight','bold');endelse h = text(n*N-10,.75*a(4),'0');set(h,'fontsize',16);set(h,'color',color0);if bits(n) = '1'set(h,'fontweight

20、9;,'bold');endendendfor n=N*1:length(bits),h=line(n n,a(3:4);set(h,'linestyle','-');endh=title('Matched Filter Output');set(h,'fontsize',18);%figure2是接收端的誤碼率% Compute Pre curves 計(jì)算誤碼率%figure(2)snrdb = -10:.5:12;snr = 10.(snrdb/10);p_bpsk = Qfunct(sqrt(2*snr);%

21、需要編寫函數(shù)Qfunct（）p_fsk = Qfunct(sqrt(snr);h=semilogy(snrdb,p_bpsk,snrdb,p_fsk,'r-');grid;axis(-10 12 10(-8) 1)set(gca,'fontsize',18);h=xlabel('Signal-to-Noise Ratio (dB)');set(h,'fontsize',18);h=ylabel('Bit Error Probability');set(h,'fontsize',18);legend(

22、'BPSK','FSK');（3）需要的小函數(shù)function y=Qfunct(x) %Q函數(shù)，在接收端求誤碼率時(shí)使用y=1/2 *erfc(x/sqrt(2);%max_bound=1000;%fun=inline('1/sqrt(2*pi)*exp(-x.2/2)');%Q_return_value=quad(fun,alpha,max_bound);（4）QAMclear;Fd=10; %消息序列的采樣速率Fs=3*Fd; %已調(diào)纖毫的采樣速率M=16; SNR_db=0:12; %仿真信噪比范圍SNR1_db=0:0.1:12; %理論

23、計(jì)算信噪比范圍for n=1:length(SNR_db) Eb_N0=10(SNR_db(n)/10); sgma=sqrt(5/(4*Eb_N0); %nc、ns的均方差 x=randint(10000,1,M); %產(chǎn)生隨即消息序列 y=dmodce(x,Fd,Fs,'qask',M); %QAM調(diào)制 ynoise=y+sqrt(Fs/Fd)*sgma*(randn(length(y),1)+j*randn(length(y),1); %加入噪聲 z=ddemodce(ynoise,Fd,Fs,'qask',M); %解調(diào) numbers,pe(n)=sy

24、merr(x,z); %計(jì)算誤符號(hào)率end;for m=1:length(SNR1_db) %計(jì)算理論誤碼率 Eb_N0=10(SNR1_db(m)/10); sq_M=sqrt(M); temp=Qfunct(sqrt(Eb_N0*(3*(log2(M)/(M-1); pe_theory(m)=1-(1-(2*(sq_M-1)*temp)/sq_M)2;endsemilogy(SNR_db,pe,'*',SNR1_db,pe_theory); %作出圖象xlabel('信噪比(dB)');ylabel('誤碼率(Pe)');legend('仿真得到的誤符號(hào)率','理論符號(hào)誤碼曲線');（5）編譯過程中出現(xiàn)的問題a. 對(duì)MATLAB的函數(shù)不熟悉，要想用某個(gè)函數(shù)的時(shí)候還要在書中查找函數(shù)，這樣降低了整個(gè)編譯過程的效率。b. 在編譯完成后的運(yùn)行中，系