模擬通信系統(tǒng)（PM調(diào)制）Matlab仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、北京信息科技大學(xué)通信原理i課程設(shè)計(jì) 題 目: 模擬通信系統(tǒng)（pm調(diào)制）matlab仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 學(xué) 院： 信息與通信工程學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 學(xué)生姓名： 陳慶波 班級(jí)/學(xué)號(hào) 通信1103/2011010359 指導(dǎo)老師： 楊瑋/李振松/崔英花/汪毓鐸 起止時(shí)間： 2015年1月 通信原理i課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目模擬（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)，畫出調(diào)制后的信號(hào)波形和功率譜密度

2、，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

3、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 systems ，leon w.couch，清華大學(xué)出版社影印版，1999第5版5 digital modulation and coding ，stephen g. 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）課程設(shè)計(jì)共設(shè)8個(gè)題目，每班每人1套實(shí)驗(yàn)環(huán)境，每組選作不同的題目。本課程設(shè)計(jì)上機(jī)16學(xué)時(shí)，分4次，每次4學(xué)時(shí)，具體安排如下：課前準(zhǔn)備：了解設(shè)計(jì)題目，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，復(fù)習(xí)通信原理的基本知識(shí)；上機(jī)（14學(xué)時(shí)）：按照

4、題目要求，完成通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，編寫并調(diào)試仿真程序；上機(jī)（2學(xué)時(shí)）：現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收答辯；課后：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，上機(jī)結(jié)束后一周內(nèi)上交。課程設(shè)計(jì)開始日期2014.12課程設(shè)計(jì)完成日期2015.1課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室名稱計(jì)算中心地 點(diǎn)計(jì)算機(jī)中心機(jī)房資料下載地址各班公共郵箱目錄1、 概述-42、 設(shè)計(jì)目的與要求-43、 設(shè)計(jì)內(nèi)容-44、 設(shè)計(jì)原理-55、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果-96、 心得與體會(huì)-117、 參考文獻(xiàn)-128、 附錄：源代碼-121 概述 本次課程設(shè)計(jì)是對(duì)通信原理所學(xué)的最主要知識(shí)，即模擬或數(shù)字通信系統(tǒng)的各種調(diào)制方式的設(shè)計(jì)仿真實(shí)現(xiàn)。二設(shè)計(jì)目的和要求通信原理i課程設(shè)計(jì)的目的是為了使學(xué)生加深對(duì)所學(xué)的通信原理知識(shí)的理解，

5、比較扎實(shí)地掌握通信原理的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論，增強(qiáng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，提高其利用通信原理知識(shí)處理通信系統(tǒng)問(wèn)題的能力，為今后專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作打下良好的基礎(chǔ)。本課設(shè)要求，學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)獨(dú)立完成基本設(shè)計(jì)任務(wù)；經(jīng)老師審核同意并在條件允許的情況下，可以自行命題。本課程設(shè)計(jì)以上機(jī)為主，大部分時(shí)間由學(xué)生上機(jī)操作，必要時(shí)配合少量的理論講授。3 設(shè)計(jì)內(nèi)容輸入：輸入模擬信號(hào)，例如正弦型單音頻信號(hào)等，至少選擇兩種模擬信號(hào)。給出其時(shí)域波形和功率譜密度。將此模擬信號(hào)數(shù)字化（pcm編碼），得到數(shù)字信號(hào)，接著進(jìn)行pcm解碼，將編碼前和解碼后的信號(hào)波形進(jìn)行比較，驗(yàn)證所作pcm編碼的正確

6、性。調(diào)制：對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行dsb、ssb、pm調(diào)制，給出調(diào)制后信號(hào)的時(shí)域波形和功率譜密度。信道：假定信道屬于加性高斯信道，或自行設(shè)計(jì)。自行設(shè)計(jì)可以加分。解調(diào)： dsb、ssb、pm解調(diào)，仿真獲得該系統(tǒng)的輸出波形，并得到該模擬傳輸系統(tǒng)的性能指標(biāo)，即該系統(tǒng)的輸出信噪比隨輸入信噪比的變化曲線。4 設(shè)計(jì)原理1. pcm編碼pcm就是把一個(gè)時(shí)間連續(xù),取值連續(xù)的模擬信號(hào)變換成時(shí)間離散,取值離散的數(shù)字信號(hào)后在信道中傳輸.脈沖編碼調(diào)制就是對(duì)模擬信號(hào)先抽樣,再對(duì)樣值幅度量化,編碼的過(guò)程.所謂抽樣,就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性掃描,把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào).該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號(hào)中所有

7、信息,也就是說(shuō)能無(wú)失真的恢復(fù)原模擬信號(hào).它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的.設(shè)一個(gè)頻帶限制的（0，fh）hz內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)m（t）如果它不少于2fh次每秒的速率進(jìn)行抽樣，則m(t)可以由抽樣值完全確定。抽樣定理指出，由樣值序列無(wú)失真恢復(fù)原信號(hào)的條件是f s2 f h ，為了滿足抽樣定理，要求模擬信號(hào)的頻譜限制在0f h之內(nèi)（fh為模擬信號(hào)的最高頻率）。為此，在抽樣之前，先設(shè)置一個(gè)前置低通濾波器，將模擬信號(hào)的帶寬限制在fh以下，如果前置低通濾波器特性不良或者抽樣頻率過(guò)低都會(huì)產(chǎn)生折疊噪聲。抽樣頻率小于2倍頻譜最高頻率時(shí)，信號(hào)的頻譜有混疊。抽樣頻率大于2倍頻譜最高頻率時(shí)，信號(hào)的頻譜無(wú)混疊。另外要

8、注意的是，采樣間隔的 周期要足夠的小，采樣率要做夠的大，要不然會(huì)出現(xiàn)如下圖所示的混疊現(xiàn)象，一般情況下tsws=2,wn2wm。在該實(shí)驗(yàn)中,抽樣速率采用8kbit/s. 所謂量化,就是把經(jīng)過(guò)抽樣得到的瞬時(shí)值將其幅度離散,即用一組規(guī)定的電平,把瞬時(shí)抽樣值用最接近的電平值來(lái)表示. 一個(gè)模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣量化后,得到已量化的脈沖幅度調(diào)制信號(hào),它僅為有限個(gè)數(shù)值. 所謂編碼,就是用一組二進(jìn)制碼組來(lái)表示每一個(gè)有固定電平的量化值.然而,實(shí)際上量化是在編碼過(guò)程中同時(shí)完成的,故編碼過(guò)程也稱為模/數(shù)變換,可記作a/d.話音信號(hào)先經(jīng)防混疊低通濾波器，進(jìn)行脈沖抽樣，變成8khz重復(fù)頻率的抽樣信號(hào)（即離散的脈沖調(diào)幅pam信

9、號(hào)），然后將幅度連續(xù)的pam信號(hào)用“四舍五入”辦法量化為有限個(gè)幅度取值的信號(hào)，再經(jīng)編碼后轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼。對(duì)于電話，ccitt規(guī)定抽樣率為8khz，每抽樣值編8位碼，即共有28=256個(gè)量化值，因而每話路pcm編碼后的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼率是64kb/s。為解決均勻量化時(shí)小信號(hào)量化誤差大，音質(zhì)差的問(wèn)題，在實(shí)際中采用不均勻選取量化間隔的非線性量化方法，即量化特性在小信號(hào)時(shí)分層密，量化間隔小，而在大信號(hào)時(shí)分層疏，量化間隔大。 在實(shí)際中使用的是兩種對(duì)數(shù)形式的壓縮特性：a律和u律，a律編碼主要用于30/32路一次群系統(tǒng)，u律編碼主要用于24路一次群系統(tǒng)。a律pcm用于歐洲和中國(guó)，u律pcm用于北美和日本。pcm幀結(jié)

10、構(gòu)，一個(gè)復(fù)幀包括16個(gè)幀，一個(gè)幀為125s，分為32個(gè)時(shí)隙，其中偶幀的零時(shí)隙傳輸同步信息碼0011011，奇幀的零時(shí)隙傳輸對(duì)告碼，16時(shí)隙傳輸信令信息，其它各時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)，每個(gè)時(shí)隙傳輸8比特?cái)?shù)據(jù)。 可采用u率或者是a率進(jìn)行編碼。我國(guó)采用的是a率13折線編碼。2.pm調(diào)制與解調(diào)1) 調(diào)相信號(hào)在模擬調(diào)制中，一個(gè)連續(xù)波有三個(gè)參數(shù)可以用來(lái)攜帶信息而構(gòu)成已調(diào)信號(hào)。當(dāng)幅度和頻率保持不變時(shí)，改變載波的相位使之隨未調(diào)信號(hào)的大小而改變，這就是調(diào)相的概念。角度調(diào)制信號(hào)的一般表示形式為： s (t)=acost+(t)式中，a是載波的恒定振幅；t+(t)是信號(hào)的瞬時(shí)相位，而(t)稱為瞬時(shí)相位偏移；dt+(t)/dt

11、為信號(hào)的瞬時(shí)頻率，而d(t)/dt稱為瞬時(shí)頻率偏移，即相對(duì)于的瞬時(shí)頻率偏移。設(shè)高頻載波為u=ucost，調(diào)制信號(hào)為u(t)，則調(diào)相信號(hào)的瞬時(shí)相位(t)=+ku(t)瞬時(shí)角頻率 (t)=+k調(diào)相信號(hào) u=ucost+ku(t) 將信號(hào)的信息加在載波的相位上則形成調(diào)相信號(hào)，調(diào)相的表達(dá)式為： s(t)=acost+kf(t)+這里k稱為相移指數(shù)，這種調(diào)制方式，載波的幅度和角頻率不變，而瞬時(shí)相位偏移是調(diào)制信號(hào)f(t)的線性函數(shù)，稱為相位調(diào)制。調(diào)相與調(diào)頻有著相當(dāng)密切的關(guān)系，我們知道相位與頻率有如下關(guān)系式： =+kf(t) (t)=t+k所以在調(diào)相時(shí)可以先將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行微分后在進(jìn)行頻率調(diào)制，這樣等效于調(diào)相

12、，此方法稱為間接調(diào)相，與此相對(duì)應(yīng)，上述方法稱為直接調(diào)相。調(diào)相信號(hào)的產(chǎn)生如圖所示：pm調(diào)相信號(hào)的產(chǎn)生2) 調(diào)制原理實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制的基本原理是使角頻率為的高頻載波u(t)通過(guò)一個(gè)可控相移網(wǎng)絡(luò), 此網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的相移受調(diào)制電壓u(t)控制, 滿足=ku(t)的關(guān)系, 所以網(wǎng)絡(luò)輸出就是調(diào)相信號(hào)，可控相移網(wǎng)絡(luò)調(diào)相原理圖如圖所示：可控相移網(wǎng)絡(luò)調(diào)相原理圖3) 調(diào)相信號(hào)的解調(diào)相干解調(diào)由于調(diào)相信號(hào)可以分解成同相分量與正交分量之和，因而可以采用線性調(diào)制中的相干解調(diào)法來(lái)進(jìn)行解調(diào)，如圖：pm信號(hào)相干解調(diào)根據(jù)公式可以設(shè)調(diào)相信號(hào) 并設(shè)相干載波 則相乘器的輸出為 經(jīng)過(guò)低通濾波器取出其低頻分量再經(jīng)微分器，即得解調(diào)輸出可見，相干解調(diào)

13、可以恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)。這種解調(diào)方法需要本地載波與調(diào)制載波同步，否則將使解調(diào)信號(hào)失真。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.pcm編碼與解碼：2. 對(duì)原始的模擬基帶信號(hào)進(jìn)行pm調(diào)制 3. 對(duì)調(diào)相信號(hào)進(jìn)行解調(diào)六心得與體會(huì)七參考文獻(xiàn)1 通信原理 ，周炯槃等，2005年11月 北京郵電大學(xué)出版社3 通信原理 ，樊昌信等，國(guó)防工業(yè)出版社，2006第6版八附錄：實(shí)驗(yàn)源代碼close allclear all;clc;fs=100000; %抽取電壓值樣本的頻率t=0:1/fs:0.00999; %每隔1/fs秒抽取一個(gè)樣本,共抽取從00.001時(shí)間段內(nèi)的樣本點(diǎn),用來(lái)組成模擬信號(hào)f=300; %該信號(hào)的頻率m=cos(2*pi*

14、f*t); %調(diào)制信號(hào)figure(1)subplot(3,1,1);plot(t,m);grid on;title(模擬信號(hào)的波形)axis(0 1/f*2 -2 2);for i=1:length(m);%設(shè)計(jì)輸入范圍是-1.21.2v,對(duì)模擬信號(hào)抽取1000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)=m(i)/1.2*2048;end%對(duì)每個(gè)樣本進(jìn)行編碼for i=1:length(m);%length(y)=n1if x(i)0 %x(i)=a(i)out(1)=1;%抽樣值大于0，極性碼為1 %code(i,1)=out()

15、elseout(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)32out(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)64out(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

16、(x(i)128out(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)256out(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)512out(2)=1;out(3)=0;out(4)=0;step=16;

17、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)1024out(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)=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1111111elsetmp=flo

18、or(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);end%輸出pcm編碼t=0:0.001:799.999;y=a(ceil(10*t+0.01);figure(1)subplot(3,1,2)plot(t,y);axis(2 4 -0.2 1.2);grid on;title(pcm編碼后的信號(hào)(局部);%對(duì)該pcm編碼進(jìn)行反pcm編碼%抽取其中的pcm編碼序列for i=1:length(m)*8pcm(i

19、)=y(i*100-50);end%循環(huán)將pcm編碼變成量化電平數(shù)for i=1:length(m);%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;endif pcm(i*8-5)=1;dlm=dlm+2;endif 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

20、*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);end%最后判斷第1位碼,決定正負(fù)if pcm(i*8-7)=0;dp=-dp;endjiedp(i)=dp;end%將量化電平數(shù)變成電壓for i=1:length(m);dianya(i)=jiedp(i)/2048*1.2;endfs=100000; %抽取電壓值樣本的頻率t3=0:1/fs:0.00999; %每隔1/fs秒抽取一個(gè)樣本,共抽取從00.01時(shí)間段內(nèi)的樣本點(diǎn),用來(lái)組成模擬信號(hào)f=300

21、; %該信號(hào)的頻率figure(1);subplot(3,1,3);plot(t3,dianya);grid onaxis(0 1/f*2 -2 2);title(pcm解碼后的模擬信號(hào))fs=100000; %抽取電壓值樣本的頻率 t=0:1/fs:0.00999; %每隔1/fs秒抽取一個(gè)樣本,共抽取從00.001時(shí)間段內(nèi)的樣本點(diǎn),用來(lái)組成模擬信號(hào) y=1;m=fft(m);m=abs(m(1:length(m)/2+1);%調(diào)制信號(hào)頻譜frqm=0:length(m)-1*fs/length(m)/2;fc=30000;m1=amod(y*m,fc,fs,pm); %pm調(diào)制m11=aw

22、gn(m1,4);%加噪聲m1=fft(m1);m1=abs(m1(1:length(m1)/2+1);frqm1=0:length(m1)-1*fs/length(m1)/2;m11=fft(m11);m11=abs(m11(1:length(m11)/2+1);frqm11=0:length(m11)-1*fs/length(m11)/2;u1=ademod(m1,fc,fs,pm);%未加高斯白噪聲的解調(diào)u11=ademod(m11,fc,fs,pm);%加高斯白噪聲解調(diào)u1=fft(u1);u1=abs(u1(1:length(u1)/2+1);frqu1=0:length(u1)-1

23、*fs/length(u1)/2;u11=fft(u11);u11=abs(u11(1:length(u11)/2+1);frqu11=0:length(u11)-1*fs/length(u11)/2;%功率譜fs2=800;ts2=1/fs2;t2=0:ts2:2;nfft=64;power=(norm(m)2)/length(m+1);spow=abs(fft(m,nfft).2);f2=(0:nfft-1)/ts2/nfft;%設(shè)置頻率范圍f2=f2-fs2/2;power1=(norm(m1)2)/length(m1+1);spow1=abs(fft(m1,nfft).2);power

24、2=(norm(m11)2)/length(m11+1);spow2=abs(fft(m11,nfft).2);power3=(norm(u1)2)/length(u1+1);spow3=abs(fft(u1,nfft).2);power4=(norm(u11)2)/length(u11+1);spow4=abs(fft(u11,nfft).2); figure(2); subplot(3,3,1) %子圖形式顯示結(jié)果plot(t,m) %現(xiàn)在的m信號(hào)是重新構(gòu)建的信號(hào)， %因?yàn)樵趯?duì)m求傅里葉變換時(shí)m=m,zeros(1,n-n2) %定義兩軸的刻度xlabel(時(shí)間t) title(原調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖)subplot(3,3,2)plot(frqm,m) %fftshift：將fft中的dc分量移到頻譜中心axis(-1000 50000 0 550)xlabel(頻率f)title(原調(diào)制信號(hào)的頻譜圖)subplot(3,3,3)plot(f2,fftshift(spow);xlabel(頻率f);title(原調(diào)制信號(hào)的功率譜);disp(power=,num2str(power),.);subplot(3,3,4)plot(t,m1)xlabel(時(shí)間t)title(已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖)subplot(3,3,5)plot(frqm1,m1)axis(0 50000 0 5