通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告---模擬（數(shù)字）通信系統(tǒng)Matlab仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

1、通信原理I課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目模擬（數(shù)字）通信系統(tǒng)Matlab仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)主要內(nèi)容1、完成系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)；2、完成仿真程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試；3、分析仿真結(jié)果，得出合理結(jié)論。設(shè)計(jì)要求1、 仿真輸入的模擬信號(hào)，給出信號(hào)波形和功率譜密度；2、 實(shí)現(xiàn)題目要求的模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，畫(huà)出調(diào)制后的信號(hào)波形和功率譜密度，以及解調(diào)后的輸出信號(hào)波形；3、 實(shí)現(xiàn)題目要求的模擬信號(hào)的數(shù)字化；4、 實(shí)現(xiàn)題目要求的數(shù)字基帶碼型變換和反變換，畫(huà)出變換后數(shù)字基帶信號(hào)的波形；5、 實(shí)現(xiàn)題目要求的數(shù)字信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，畫(huà)出調(diào)制后的信號(hào)波形和功率譜密度，以及解調(diào)后的輸出信號(hào)波形；6、 在不同的條件下（基帶碼型、調(diào)制方式，輸入信

2、噪比），對(duì)系統(tǒng)信噪比（模擬）和誤碼性能（數(shù)字）進(jìn)行分析，畫(huà)出系統(tǒng)誤碼率仿真曲線；7、 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真平臺(tái)正常運(yùn)行；8、 按要求完成設(shè)計(jì)報(bào)告。主要儀器設(shè)備1、計(jì)算機(jī)1臺(tái)，Matlab 仿真軟件一套。主要參考文獻(xiàn)1 通信原理，周炯槃等，2005年11月 北京郵電大學(xué)出版社2 現(xiàn)代通信原理，曹志剛等，清華大學(xué)出版社，1992年3 通信原理，樊昌信等，國(guó)防工業(yè)出版社，2006第6版4 Digital and Analog Communication SystemsLeon W.Couch，清華大學(xué)出版社影印版，1999第5版5 Digital Modulation and CodingStephen G

3、. Wilson，電子工業(yè)出版社影印版，1998年課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排（起止時(shí)間、工作內(nèi)容）17目錄一、課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容4二、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求4三、課程設(shè)計(jì)原理4四、課程設(shè)計(jì)思路及過(guò)程5五、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果15六、課程設(shè)計(jì)分析及心得18七、通信原理I課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)參考資料 18一 課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容1、完成系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)；2、完成仿真程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試；3、分析仿真結(jié)果，得出合理結(jié)論。二 課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求1. 仿真輸入的模擬信號(hào)，給出信號(hào)波形和功率譜密度；2. 實(shí)現(xiàn)題目要求的模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，畫(huà)出調(diào)制后的信號(hào)波形和功率譜密度，以及解調(diào)后的輸出信號(hào)波形；3. 實(shí)現(xiàn)題目要求的模擬信號(hào)的數(shù)字化；4. 實(shí)現(xiàn)

4、題目要求的數(shù)字基帶碼型變換和反變換，畫(huà)出變換后數(shù)字基帶信號(hào)的波形；5. 實(shí)現(xiàn)題目要求的數(shù)字信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，畫(huà)出調(diào)制后的信號(hào)波形和功率譜密度，以及解調(diào)后的輸出信號(hào)波形；6. 在不同的條件下（基帶碼型、調(diào)制方式，輸入信噪比），對(duì)系統(tǒng)信噪比（模擬）和誤碼性能（數(shù)字）進(jìn)行分析，畫(huà)出系統(tǒng)誤碼率仿真曲線；7. 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真平臺(tái)正常運(yùn)行；按要求完成設(shè)計(jì)報(bào)告。三 課程設(shè)計(jì)原理數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)（5號(hào)題目）：輸入：首先輸入模擬信號(hào)，給出此模擬信號(hào)的時(shí)域波形。數(shù)字化：將模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，得到數(shù)字信號(hào)，可以選擇PCM編碼。調(diào)制：可以選擇簡(jiǎn)單的二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式，例如振幅鍵控（2ASK）、相移監(jiān)控（2PSK）、頻移

5、鍵控（2FSK），差分相移鍵控（DPSK）等。要求每個(gè)題目至少選擇兩種調(diào)制方式。有能力的同學(xué)也可以選擇其它高效的調(diào)制方式，例如多進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控等，給出調(diào)制后信號(hào)的時(shí)域波形。信道：假定信道屬于加性高斯信道，或自行設(shè)計(jì)。解調(diào)：相應(yīng)的2ASK、2PSK、2FSK，DPSK解調(diào)，仿真獲得解調(diào)輸出波形。PCM解碼：給出解碼后的模擬信號(hào)的時(shí)域波形，并與輸入信號(hào)進(jìn)行比較。系統(tǒng)性能分析：比較在不同調(diào)制方式下，該數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的性能指標(biāo)，即該系統(tǒng)的輸出誤碼率隨輸入信噪比的變化曲線。四 課程設(shè)計(jì)思路及過(guò)程1. 課程設(shè)計(jì)思路：在了解了課程設(shè)計(jì)的原理之后，并用MATLEB軟件實(shí)現(xiàn)仿真，從而產(chǎn)生波形。使用MATLE

6、B語(yǔ)言編程，首先，輸入一個(gè)模擬信號(hào)。第二步，用3個(gè)判別語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)PCM編碼的構(gòu)成。第三步，實(shí)現(xiàn)FSK/ASK的調(diào)制。第四步，加高斯干擾，近似認(rèn)為是信道干擾。第5步，F(xiàn)SK/ASK的解調(diào)。第6步，依然通過(guò)3個(gè)判別語(yǔ)句成完P(guān)CM解碼。第7步，形成輸出信號(hào)。2. 課程設(shè)計(jì)過(guò)程：FSK調(diào)制方法的源代碼：close allclear all;clc;%生成模擬信號(hào)fudu=5; %模擬信號(hào)的振幅fs=2800; %抽樣頻率f=100;%模擬信號(hào)的頻率HzN=64; %抽樣個(gè)數(shù)t=(0:N-1)/fs;%采樣時(shí)間smoni=fudu*sin(2*pi*f*t);%生成了模擬信號(hào)figure(1);%將第1

7、個(gè)窗口分成2行2列,取第1個(gè)位置subplot(2,1,1); plot(t,moni);grid on;axis(0 1/f*2 -fudu fudu); %輸出2個(gè)周期的信號(hào)title('輸入模擬信號(hào)');for i=1:64;%設(shè)計(jì)輸入范圍是-66V,對(duì)模擬信號(hào)抽取64個(gè)樣本%循環(huán)對(duì)每個(gè)樣本進(jìn)行歸一化并計(jì)算出量化單位x%設(shè)量化器最大分層電平是2048個(gè)量化單位.x(i)=moni(i)/6*2048;end%pcm編碼部分-對(duì)每個(gè)樣本進(jìn)行編碼for i=1:64if x(i)>0 out(1)=1;%抽樣值大于0，極性碼為1else out(1)=0;%抽樣值小于0

8、，極性碼為0end%確定段落碼if abs(x(i)>=0 & abs(x(i)<32 out(2)=0;out(3)=0;out(4)=0;step=1;st=0;%x的絕對(duì)值在0到32之間，則落在第一段內(nèi)，段落碼為001，段落起始電平st為16，量化間隔step為1elseif 32<=abs(x(i) & abs(x(i)<64 out(2)=0;out(3)=0;out(4)=1;step=2;st=32;%x的絕對(duì)值在32到64之間，則落在第二段內(nèi)，段落碼為010，段落起始電平st為32，量化間隔step為2elseif 64<=abs(

9、x(i) & abs(x(i)<128 out(2)=0;out(3)=1;out(4)=0;step=4;st=64;%x的絕對(duì)值在64到128之間，則落在第三段內(nèi)，段落碼為011，段落起始電平st為64，量化間隔step為4elseif 128<=abs(x(i) & abs(x(i)<256 out(2)=0;out(3)=1;out(4)=1;step=8;st=128;%x的絕對(duì)值在128到256之間，則落在第四段內(nèi)，段落碼為100，段落起始電平st為128，量化間隔step為8elseif 256<=abs(x(i) & abs(x(

10、i)<512 out(2)=1;out(3)=0;out(4)=0;step=16;st=256;%x的絕對(duì)值在256到512之間，則落在第五段內(nèi)，段落碼為101，段落起始電平st為256，量化間隔step為16elseif 512<=abs(x(i) & abs(x(i)<1024 out(2)=1;out(3)=0;out(4)=1;step=32;st=512;%x的絕對(duì)值在512到1024之間，則落在第六段內(nèi)，段落碼為110，段落起始電平st為512，量化間隔step為32elseif 1024<=abs(x(i) & abs(x(i)<2

11、048 out(2)=1;out(3)=1;out(4)=0;step=64;st=1024;%x的絕對(duì)值在1024到2048之間，則落在第七段內(nèi)，段落碼為111，段落起始電平st為1024，量化間隔step為64else out(2)=1;out(3)=1;out(4)=1;step=64;st=1024;%x的絕對(duì)值超出了2048，則段落碼為111，段落起始電平st為1024，量化間隔step為64end%確定段內(nèi)碼if (abs(x(i)>=2048) out(2:8)= 1 1 1 1 1 1 1;%x的絕對(duì)值超出了2048，段落碼和段內(nèi)碼均為1111111else tmp=fl

12、oor(abs(x(i)-st)/step);%確定x落在某段的第tmp級(jí)內(nèi) t=dec2bin(tmp,4)-48;%將tmp轉(zhuǎn)化為四位二進(jìn)制碼 out(5:8)=t(1:4);%段內(nèi)碼為tenda(i*8-7:i*8)=out(1:8);endmax=512;%2FSK調(diào)制部分fs=2000; %采樣頻率dt=1/fs;f1=20;f2=120; %兩個(gè)信號(hào)的頻率g1=a;g2=a; %信號(hào)反轉(zhuǎn)，和g1反向g11=(ones(1,200)'*g1; %抽樣 -首先生成1行200列的全1矩陣,然后豎過(guò)來(lái).然后與g1進(jìn)行矩陣乘法g1a=g11(:)' %將無(wú)數(shù)行,無(wú)數(shù)列的一個(gè)矩

13、陣g11,轉(zhuǎn)置成為1行N列g(shù)21=(ones(1,200)'*g2;g2a=g21(:)'t=0:dt:51.2-dt;t1=length(t);subplot(2,1,2);plot(t,g1a);title('PCM編碼后的信號(hào)(局部)')ylabel('幅度')grid on;axis(49.8 50.3 -0.2 1.2);fsk1=g1a.*cos(2*pi*f1.*t);fsk2=g2a.*cos(2*pi*f2.*t);fsk=fsk1+fsk2; %產(chǎn)生的信號(hào)figure(2)subplot(2,1,1);plot(t,fsk);

14、title('FSK信號(hào)(局部)')ylabel('幅度')axis(49.8 50.3 -1.2 1.2);sn=awgn(fsk,10); %通過(guò)高斯信道figure(2)subplot(2,1,2);plot(t,sn); %噪聲波形title('通過(guò)高斯以后的FSK信號(hào)(局部)')ylabel('幅度')axis(49.8 50.3 -1 1.2);%FSK解調(diào) b1=fir1(101,10/800 20/800);b2=fir1(101,90/800 110/800); %設(shè)置帶通參數(shù)H1=filter(b1,1,sn)

15、;H2=filter(b2,1,sn); %經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的信號(hào)figure(3)subplot(2,1,1);plot(t,H1);title('經(jīng)過(guò)帶通濾波器f1后的波形(局部)')axis(49.8 50.3 -1 1.2);ylabel('幅度')xlabel('t')subplot(2,1,2);plot(t,H2);title('經(jīng)過(guò)帶通濾波器f2后的波形(局部)')axis(49.8 50.3 -1 1.2);ylabel('幅度')xlabel('t')sw1=H1.*H1;sw2

16、=H2.*H2; %經(jīng)過(guò)相乘器figure(4)subplot(211);plot(t,sw1);title('經(jīng)過(guò)相乘器h1后的波形')axis(49.8 50.3 -1 1.2);ylabel('幅度')subplot(212);plot(t,sw2);title('經(jīng)過(guò)相乘器h2后的波形')ylabel('幅度')axis(49.8 50.3 -1 1.2);xlabel('t')bn=fir1(101,15/800); %經(jīng)過(guò)低通濾波器figure(5)st1=filter(bn,1,sw1);st2=fi

17、lter(bn,1,sw2);subplot(211);plot(t,st1);title('經(jīng)過(guò)低通濾波器sw1后的波形')axis(49.8 50.3 -1 1.2);ylabel('幅度')subplot(212);plot(t,st2);title('經(jīng)過(guò)低通濾波器sw2后的波形')ylabel('幅度')axis(49.8 50.3 -1 1.2);xlabel('t')%判決for i=1:length(t) if(st1(i)>=st2(i) st(i)=1; else st(i)=0; end

18、endfigure(6)subplot(211);plot(t,st);axis(0 10 -1.5 1.5);title('經(jīng)過(guò)抽樣判決器后的波形')axis(49.8 50.3 -1 1.2);grid on;ylabel('幅度')%對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行反PCM編碼%抽取其中的PCM編碼序列for i=1:512pcm(i)=st(i*200);end%循環(huán)將PCM編碼變成量化電平數(shù)for i=1:64; %初始化計(jì)算參數(shù) dlm=0; dp=0; %將2-4位段落碼換算成起始電平 if pcm(i*8-6)=1; dlm=dlm+4; end if pcm

19、(i*8-5)=1; dlm=dlm+2; end if pcm(i*8-4)=1; dlm=dlm+1; end %得到由段落碼換算來(lái)的起始電平 dp=2(dlm+4) %先加上最小量化電平的一半 dp=dp+2(dlm)/2; %將5-8位段內(nèi)碼結(jié)合段落碼一起轉(zhuǎn)換成電平數(shù) %第5位 if pcm(i*8-3)=1; dp=dp+2(dlm+3); end %第6位 if pcm(i*8-2)=1; dp=dp+2(dlm+2); end %第7位 if pcm(i*8-1)=1; dp=dp+2(dlm+1); end %第8位 if pcm(i*8)=1; dp=dp+2(dlm); e

20、nd %最后判斷第1位碼,決定正負(fù) if pcm(i*8-7)=0; dp=-dp; end jiedp(i)=dp; end%將量化電平數(shù)變成電壓for i=1:64; dianya(i)=jiedp(i)/2048*6; endN=64;fs=2800; %抽樣頻率t=(0:N-1)/fs;%采樣時(shí)間sf=100;%模擬信號(hào)的頻率Hzfigure(6);subplot(2,1,2);plot(t,dianya);grid onaxis(0 1/f*2 -5 5);title('PCM解碼后的模擬信號(hào)')ASK調(diào)制方法的源代碼：close allclear all;clc;%

21、生成模擬信號(hào)fudu=5; %模擬信號(hào)的振幅fs=2800; %抽樣頻率f=100;%模擬信號(hào)的頻率HzN=64; %抽樣個(gè)數(shù)t=(0:N-1)/fs;%采樣時(shí)間smoni=fudu*sin(2*pi*f*t);%生成了模擬信號(hào)figure(1);%將第1個(gè)窗口分成2行2列,取第1個(gè)位置subplot(2,1,1); plot(t,moni);grid on;axis(0 1/f*2 -fudu fudu); %輸出2個(gè)周期的信號(hào)title('輸入模擬信號(hào)');for i=1:64;%設(shè)計(jì)輸入范圍是-66V,對(duì)模擬信號(hào)抽取64個(gè)樣本%循環(huán)對(duì)每個(gè)樣本進(jìn)行歸一化并計(jì)算出量化單位x%

22、設(shè)量化器最大分層電平是2048個(gè)量化單位.x(i)=moni(i)/6*2048;end%pcm編碼部分-對(duì)每個(gè)樣本進(jìn)行編碼for i=1:64;if x(i)>0 out(1)=1;%抽樣值大于0，極性碼為1else out(1)=0;%抽樣值小于0，極性碼為0end%確定段落碼if abs(x(i)>=0 & abs(x(i)<32 out(2)=0;out(3)=0;out(4)=0;step=1;st=0;%x的絕對(duì)值在0到32之間，則落在第一段內(nèi)，段落碼為001，段落起始電平st為16，量化間隔step為1elseif 32<=abs(x(i) &am

23、p; abs(x(i)<64 out(2)=0;out(3)=0;out(4)=1;step=2;st=32;%x的絕對(duì)值在32到64之間，則落在第二段內(nèi)，段落碼為010，段落起始電平st為32，量化間隔step為2elseif 64<=abs(x(i) & abs(x(i)<128 out(2)=0;out(3)=1;out(4)=0;step=4;st=64;%x的絕對(duì)值在64到128之間，則落在第三段內(nèi)，段落碼為011，段落起始電平st為64，量化間隔step為4elseif 128<=abs(x(i) & abs(x(i)<256 out(

24、2)=0;out(3)=1;out(4)=1;step=8;st=128;%x的絕對(duì)值在128到256之間，則落在第四段內(nèi)，段落碼為100，段落起始電平st為128，量化間隔step為8elseif 256<=abs(x(i) & abs(x(i)<512 out(2)=1;out(3)=0;out(4)=0;step=16;st=256;%x的絕對(duì)值在256到512之間，則落在第五段內(nèi)，段落碼為101，段落起始電平st為256，量化間隔step為16elseif 512<=abs(x(i) & abs(x(i)<1024 out(2)=1;out(3)

25、=0;out(4)=1;step=32;st=512;%x的絕對(duì)值在512到1024之間，則落在第六段內(nèi)，段落碼為110，段落起始電平st為512，量化間隔step為32elseif 1024<=abs(x(i) & abs(x(i)<2048 out(2)=1;out(3)=1;out(4)=0;step=64;st=1024;%x的絕對(duì)值在1024到2048之間，則落在第七段內(nèi)，段落碼為111，段落起始電平st為1024，量化間隔step為64else out(2)=1;out(3)=1;out(4)=1;step=64;st=1024;%x的絕對(duì)值超出了2048，則段

26、落碼為111，段落起始電平st為1024，量化間隔step為64end%確定段內(nèi)碼if (abs(x(i)>=2048) out(2:8)= 1 1 1 1 1 1 1;%x的絕對(duì)值超出了2048，段落碼和段內(nèi)碼均為1111111else tmp=floor(abs(x(i)-st)/step);%確定x落在某段的第tmp級(jí)內(nèi) t=dec2bin(tmp,4)-48;%將tmp轉(zhuǎn)化為四位二進(jìn)制碼 out(5:8)=t(1:4);%段內(nèi)碼為tenda(i*8-7:i*8)=out(1:8);endmax=512;%2FSK調(diào)制部分fs=2000; %采樣頻率dt=1/fs;f1=20;f2

27、=120; %兩個(gè)信號(hào)的頻率g1=a;g2=a; %信號(hào)反轉(zhuǎn)，和g1反向g11=(ones(1,200)'*g1; %抽樣 -首先生成1行2000列的全1矩陣,然后豎過(guò)來(lái).然后與g1進(jìn)行矩陣乘法g1a=g11(:)' %將無(wú)數(shù)行,無(wú)數(shù)列的一個(gè)矩陣g11,轉(zhuǎn)置成為1行N列g(shù)21=(ones(1,200)'*g2;g2a=g21(:)'t=0:dt:51.2-dt;t1=length(t);subplot(2,1,2);plot(t,g1a);title('PCM編碼后的信號(hào)(局部)')ylabel('幅度')grid on;axis

28、(49.8 50.3 -0.2 1.2);fsk1=g1a.*cos(2*pi*f1.*t);fsk2=g2a.*cos(2*pi*f2.*t);fsk=fsk1+fsk2; %產(chǎn)生的信號(hào)figure(2)subplot(2,1,1);plot(t,fsk);title('FSK信號(hào)(局部)')ylabel('幅度')axis(49.8 50.3 -1.2 1.2);sn=awgn(fsk,10); %通過(guò)高斯信道figure(2)subplot(2,1,2);plot(t,sn); %噪聲波形title('通過(guò)高斯以后的FSK信號(hào)(局部)')y

29、label('幅度')axis(49.8 50.3 -1 1.2);%FSK解調(diào) b1=fir1(101,10/800 20/800);b2=fir1(101,90/800 110/800); %設(shè)置帶通參數(shù)H1=filter(b1,1,sn);H2=filter(b2,1,sn); %經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的信號(hào)figure(3)subplot(2,1,1);plot(t,H1);title('經(jīng)過(guò)帶通濾波器f1后的波形(局部)')axis(49.8 50.3 -1 1.2);ylabel('幅度')xlabel('t')subplo

30、t(2,1,2);plot(t,H2);title('經(jīng)過(guò)帶通濾波器f2后的波形(局部)')axis(49.8 50.3 -1 1.2);ylabel('幅度')xlabel('t')sw1=H1.*H1;sw2=H2.*H2; %經(jīng)過(guò)相乘器figure(4)subplot(211);plot(t,sw1);title('經(jīng)過(guò)相乘器h1后的波形')axis(49.8 50.3 -1 1.2);ylabel('幅度')subplot(212);plot(t,sw2);title('經(jīng)過(guò)相乘器h2后的波形

31、9;)ylabel('幅度')axis(49.8 50.3 -1 1.2);xlabel('t')bn=fir1(101,15/800); %經(jīng)過(guò)低通濾波器figure(5)st1=filter(bn,1,sw1);st2=filter(bn,1,sw2);subplot(211);plot(t,st1);title('經(jīng)過(guò)低通濾波器sw1后的波形')axis(49.8 50.3 -1 1.2);ylabel('幅度')subplot(212);plot(t,st2);title('經(jīng)過(guò)低通濾波器sw2后的波形')

32、ylabel('幅度')axis(49.8 50.3 -1 1.2);xlabel('t')%判決for i=1:length(t) if(st1(i)>=st2(i) st(i)=1; else st(i)=0; endendfigure(6)subplot(211);plot(t,st);axis(0 10 -1.5 1.5);title('經(jīng)過(guò)抽樣判決器后的波形')axis(49.8 50.3 -1 1.2);grid on;ylabel('幅度')%對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行反PCM編碼%抽取其中的PCM編碼序列for i=

33、1:512pcm(i)=st(i*200);end%循環(huán)將PCM編碼變成量化電平數(shù)for i=1:64; %初始化計(jì)算參數(shù) dlm=0; dp=0; %將2-4位段落碼換算成起始電平 if pcm(i*8-6)=1; dlm=dlm+4; end if pcm(i*8-5)=1; dlm=dlm+2; end if pcm(i*8-4)=1; dlm=dlm+1; end %得到由段落碼換算來(lái)的起始電平 dp=2(dlm+4); %先加上最小量化電平的一半 dp=dp+2(dlm)/2; %將5-8位段內(nèi)碼結(jié)合段落碼一起轉(zhuǎn)換成電平數(shù) %第5位 if pcm(i*8-3)=1; dp=dp+2(dlm+3); end %第6位 if pcm(i*8-2)=1; dp=dp+2(dlm+2); end %第7位 if pcm(i*8-1)=1; d