《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

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 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 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

2、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；非均勻量化，輸入a律pcm編碼器的正弦信號，采樣序列為

3、，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準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)fsk調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，繪出時、頻域波形；編程實現(xiàn)p

4、sk、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 星期三: 總體設(shè)計，詳細設(shè)計星期四： 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7二、課題的功能模塊的劃分71、平均信息量的計算72、離散信道容量的計算73、以h

5、uffman編碼實現(xiàn)信源編碼84、ask調(diào)制技術(shù)，繪出時、頻域波形85、fsk調(diào)制技術(shù)，繪出時、頻域波形96、psk、dpsk調(diào)制技術(shù)，繪出時、頻域波形97、16/64qam調(diào)制技術(shù)，繪出時、頻域波形9三、主要功能的實現(xiàn)101、 信源平均信息量的計算（以高斯分布的信源為例）102、 離散信道容量的計算103、 信源編碼（以huffman編碼為例）114、 編程實現(xiàn)ask調(diào)制技術(shù)、繪制時、頻域波形115、 編程實現(xiàn)fsk調(diào)制技術(shù)、繪制時、頻域波形126、 編寫實現(xiàn)psk/dpsk調(diào)制技術(shù)，繪制時。頻域波形127、 編程實現(xiàn)16/64qam調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，繪出時、頻域波形12四數(shù)字信號頻帶傳輸系統(tǒng)

6、13五、程序調(diào)試141、程序的圖14六、總結(jié)19七、附件20八、評分表25一、 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(t)d的一維概率密度函數(shù)服從正

7、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)的二元信源的哈夫曼編碼及其編碼效率。

8、uffman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隨著調(diào)制信號而變化的，最簡單的形

9、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)5、fsk調(diào)制技術(shù)，繪出時、頻域波形將信號的調(diào)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。6、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“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。2ps

10、k信號屬于dsb信號,它的解調(diào),不再能采用包絡(luò)檢測的方法,只能進行相干解調(diào)。2psk相干解調(diào)系統(tǒng)框圖及個測試行波形如下：7、16/64qam調(diào)制技術(shù)，繪出時、頻域波形16進制相移鍵控，它的每一個矢量點對應(yīng)4位b1b2b3b4共16種可能的信息符號序列。每一種都對應(yīng)不同的相位因為qam調(diào)制在matlab7.1中有庫函數(shù)，直接調(diào)用該庫函數(shù)即可。三、主要功能的實現(xiàn)1、 信源平均信息量的計算（以高斯分布的信源為例） syms x u ou=3;o=4;f=1/(u*sqrt(2*pi)*exp(-(x-o)2/2*u2);t=-f*log2(f);r=int(t,-inf,inf);disp(平均信息

11、量為：)r=double(r)2、 離散信道容量的計算x=0.25,0.25,0.25,0.25; f1=1/4,1/4,1/4,1/4 1/4,1/4,1/4,1/4 1/4,1/4,1/4,1/4 1/4,1/4,1/4,1/4; hf1=hmessage(x,f1,4,4) hx=dmessage(x,4) disp(c1信道容量為); c1=hx-hf1 f2=1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/

12、8,1/8,1/8,1/8; hf2=hmessage(x,f2,4,8) hx=dmessage(x,4) disp(c2信道容量為); c2=hx-hf2 在這個程序之中有兩個信道容量的轉(zhuǎn)移概率矩陣，為了求兩個信道容量，調(diào)用了兩個函數(shù)：hmessage()和dmessage()，利用dmessage來求信源的熵，利用函數(shù)hmessage來求平均互信息量并最終得到信道容量。3、 信源編碼（以huffman編碼為例）p=1/2,1/4,1/8,1/16,1/16 i=dmessage(p,5) h,l=huffman(p) n=i/l采用了哈夫曼編碼，對離散的信源直接調(diào)用huffman.m函數(shù)

13、文件就能得到編碼，調(diào)用dmessage函數(shù)得到平均信息量。4、 編程實現(xiàn)ask調(diào)制技術(shù)、繪制時、頻域波形y=sin(2*pi*t1); %二元序列為10101100 x=ones(1,100),zeros(1,101),ones(1,100),zeros(1,100), ones(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100); 。 z=x.*y; %二元序列點乘y 即進行ask調(diào)制。 am3,pha3=dft3(x); %fft變換二進制序列為10101100把二元序列點乘正弦載波。并繪制出原始二元序列和調(diào)制后的時域/頻域圖形。繪制頻譜圖時，對其進行

14、傅立葉變換（調(diào)用dft3.m函數(shù)文件）即可。5、 編程實現(xiàn)fsk調(diào)制技術(shù)、繪制時、頻域波形%二元序列為10110010 t=ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,100) ,zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,101); y=sin(x.*(2*pi+2*t);。 am3,pha3=dft3(x); %fft變換6、 編寫實現(xiàn)psk/dpsk調(diào)制技術(shù)，繪制時。頻域波形二元序列為10110010 d=ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,10

15、0), zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,101); s=cos(2*pi*fc*x+pi.*d);。 am3,pha3=dft3(x); %fft變換7、 編程實現(xiàn)16/64qam調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，繪出時、頻域波形 %產(chǎn)生隨機序列函數(shù) x = randint(n,1);。 %轉(zhuǎn)換為4比特的矢量點并映射成十進制數(shù) xsym = bi2de(reshape(x,k,length(x)/k).,left-msb);。 %調(diào)用qammod.m庫函數(shù)文件 y = qammod(xsym,m)。 16qam是用兩路獨立的正交4ask信號疊加形成的。

16、 qam信號的時域表達式為 四數(shù)字信號頻帶傳輸系統(tǒng)輸入基帶信號和載波開始qam調(diào)制2ask調(diào)制2fsk調(diào)制2psk調(diào)制2dpsk調(diào)制2ask調(diào)制2fsk調(diào)制2psk調(diào)制2dpsk調(diào)制圖4 數(shù)字信號頻帶傳輸流程圖五、程序調(diào)試1、程序的圖圖（1）該圖是用高斯分布實現(xiàn)平均信息量的計算圖（2）以輸入符號等概分布來實現(xiàn)離散信道容量的計算圖（3）是實現(xiàn)信源編碼過程圖（4）表示原信號的頻域波形，頻率為50hz圖（5）是ask調(diào)制后的時域波形圖(6)原信號的頻域波形圖（7）表示用fsk調(diào)之后的頻域波形可以看出載頻有所改變，由于跳頻同時必然帶來了相位改變所以有相位的突變。圖（8）用psk、dpsk調(diào)制之后的頻譜

17、波形圖（9）qam原始的結(jié)果圖（10）qam調(diào)制后的結(jié)果 圖（11）qam調(diào)制后的時域波形六、總結(jié)此次課程設(shè)計，我做的題目是數(shù)字信號頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計，在兩周的課程設(shè)計之中，我體會到了很多東西，也學(xué)到了很多很多的東西，也按時的完成了老師所布置的任務(wù)，通過兩周的努力，現(xiàn)在我較好地完成了既定目標，在試驗中我學(xué)到了不少東西，也感觸很深，在自己的努力下收獲了成的喜悅。在“三分編程七分調(diào)試”，說明程序調(diào)試的工作量要比編程大得多對于這次課程設(shè)計，我感觸頗多，從拿到題目到完成整個課程設(shè)計，從理論到實踐，在整整兩個星期的日子里，學(xué)到了很多很多的的東西，同時不僅鞏固了學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過

18、的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到很多很多的問題，因為這畢竟是第一次通信原理課程設(shè)計，難免會遇到各種各樣的問題。當(dāng)程序能正確運行時那種成就感無法言表，我感受到了收獲的喜悅。也就是從現(xiàn)在我更深刻體會到學(xué)海無涯，我要用正確的態(tài)度面對學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)，理論聯(lián)系實際，進一步熟練掌握科學(xué)知識，武裝自己的頭腦，為將來走向社會打下堅實的基礎(chǔ)。” 在這兩周中，我的心情有時候會因為程序的成功而高興不已，有時也會因為設(shè)計的失敗而感

19、到沮喪，但是對于我來說，不管怎么樣，只要我自己的能力得到了提升，再怎么樣都沒有問題，再實驗過程中，我的問題還是有一些，有時候自己解決不了的我就虛心的請求其他會做的同學(xué)幫忙，在自己的努力下和同學(xué)老師的幫助下，終于做完了此次的課程設(shè)計，最后向老師說聲感謝，因為你們的幫助室我認識到許多錯誤，同時也是使我在實踐的時候少走了不少彎路，感謝你們給我一個鍛煉和實踐的機會！七、附件平均信息量的計算：syms x u ou=3;o=4;f=1/(u*sqrt(2*pi)*exp(-(x-o)2/2*u2);t=-f*log(f)/log(2);r=int(t,-inf,inf);disp(平均信息量為)r=do

20、uble(r)信道容量：x=0.25,0.25,0.25,0.25f1=1/2,1/2,1/2,1/2 1/2,1/2,1/2,1/2 1/2,1/2,1/2,1/2 1/2,1/2,1/2,1/2;hf1=hmessage(x,f1,4,4)hx=dmessage(x,4)c1=hx-hf1;f2= 1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8; hf2=hmessage(x,f2,4

21、,8) hx=dmessage(x,4)實現(xiàn)信源編碼的過程；p=1/2,1/4,1/8,1/16,1/16;i=dmessage(p,5)h,l=huffman(p)n=i/l平均互信息量函數(shù)文件：function r=hmessage(x,f,nx,my); sum=0; for i=1:nx for j=1:my t=f(i,j)*x(i) sum=sum-t*log(f(i,j)/log(2); end;end; r=sum; disp(平均互信息量為);平均信息量函數(shù)文件：function r=cmessage(f)t=-f*log(f)/log(2);r=int(t,-inf,inf

22、);disp(平均信息量);r=double(r);信源熵函數(shù)文件：function r=dmessage(x,n)r=0;for i=1:n r=r-x(i)*log(x(i)/log(2);enddisp(次離散信源的平均信息量為);ask調(diào)制方式：t=0:0.01:8;fs=50;y=sin(2*pi*t);x=ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,101);figure(1)subplot(2,1,1);plot(t1,x)am3,ph

23、a3=dft3(x);n=0:(length(x)-1);w=(2*pi/length(x)*n;subplot(2,1,2), plot(fs*w/(2*pi),10*log10(am3),b); grid;xlabel(frequency in radians);ylabel(|x(exp(jw)|);z=x.*y;figure(2)n=0:(length(x)-1);w=(2*pi/length(x)*n;subplot(2,1,1), plot(t1,z); am3,pha3=dft3(z);subplot(2,1,2), plot(fs*w/(2*pi),10*log10(am3),

24、b); grid;title(phase part);xlabel(frequency in radians);ylabel(argxexp(jw)/radians); fsk調(diào)制方式：x=0:0.01:8;t=ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,101);y=sin(x.*(2*pi+2*t);plot(x,y)figure(1)n=0:(length(x)-1);w=(2*pi/length(x)*n;subplot(2,1,1);plo

25、t(t1,t);am3,pha3=dft3(t);subplot(2,1,2), plot(fs*w/(2*pi),10*log10(am3),b); grid;xlabel(frequency in radians);ylabel(|x(exp(jw)|);figure(2)n=0:(length(x)-1);w=(2*pi/length(y)*n;subplot(2,1,1), plot(t1,y); am3,pha3=dft3(y);subplot(2,1,2), plot(fs*w/(2*pi),10*log10(am3),b); grid;xlabel(frequency in ra

26、dians);ylabel(argxexp(jw)/radians); 2psk調(diào)制方式x=0:0.01:8;fc=2;fs=50;%二元序列為10110010d=ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,101);s=cos(2*pi*fc*x+pi.*d);%z=d.*s;subplot(211);plot(x,d);title(原始二元序列);xlabel(時間);ylabel(幅度);am3,pha3=dft3(d);%原信號頻域波形sub

27、plot(2,1,2), plot(fs*w/(2*pi),10*log10(am3),b); grid;xlabel(頻率/hz);ylabel(振幅);figure(2)n=0:(length(s)-1);w=(2*pi/length(s)*n;subplot(2,1,1);plot(x,s);title(調(diào)制后的信號);xlabel(時間);ylabel(幅度);am3,pha3=dft3(s);%調(diào)制后的頻譜波形subplot(2,1,2), plot(fs*w/(2*pi),10*log10(am3),b); grid;xlabel(頻率/hz);ylabel(振幅);16qam調(diào)制：t1=0:0.01:8;m = 16; k = log2(m); % 4 位n = 3e4; nsamp = 1; %產(chǎn)生隨機信號 40比特 x = randint(n,1); figure(1);% 產(chǎn)生40位.stem(x(1:40),filled);tit