《通信原理》課程設(shè)計(jì)報(bào)告數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課程名稱 通信原理 課題名稱 數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 0881 學(xué) 號(hào) 200813120111 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(jì) 任 務(wù) 書課程名稱 通信原理 課 題 數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 通信工程0881 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 200813120111 指導(dǎo)老師 審 批 任務(wù)書下達(dá)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(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)目的與設(shè)計(jì)內(nèi)容學(xué)生通過自己設(shè)計(jì)及建立通信系統(tǒng)，掌握通信系統(tǒng)的構(gòu)成原理、信號(hào)傳輸?shù)母拍?，加深?duì)通信系統(tǒng)及信號(hào)的認(rèn)識(shí)，提

2、高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用、動(dòng)手能力。要求學(xué)生經(jīng)過課程設(shè)計(jì)這一教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)會(huì)應(yīng)用matlab軟件來實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸中的各個(gè)基本環(huán)節(jié)?？蛇x的設(shè)計(jì)題目有：（1）信息論基本計(jì)算。要求：編程實(shí)現(xiàn)信源平均信息量的計(jì)算(以高斯分布的信源為例)；編程實(shí)現(xiàn)離散信道容量的計(jì)算(以輸入符號(hào)等概分布為例)；編程實(shí)現(xiàn)信源編碼過程(以huffman編碼為例)；（2）脈沖編碼調(diào)制(pcm)實(shí)現(xiàn)編程實(shí)現(xiàn)pcm技術(shù)的三個(gè)過程：采樣、量化與編碼。采樣：低通連續(xù)信號(hào)采樣，以為例說明低通采樣定理，繪出信號(hào)時(shí)、頻圖形；帶通連續(xù)信號(hào)采樣，以為例說明帶通采樣定理，繪出信號(hào)時(shí)、頻圖形。量化：均勻量化，以幅度的正弦信號(hào)為例實(shí)現(xiàn)為64級(jí)電平的均勻量化；非均勻

3、量化，輸入a律pcm編碼器的正弦信號(hào)，采樣序列為，將其進(jìn)行pcm編碼，給出編碼器的輸出碼組序列編碼：以上述信號(hào)為例，實(shí)現(xiàn)a律的13折線近似法及國際標(biāo)準(zhǔn)pcm對(duì)數(shù)a律量化編碼。（3）數(shù)字信號(hào)基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)編程實(shí)現(xiàn)常見基帶信號(hào)的波形、碼型轉(zhuǎn)換，包括：?jiǎn)?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(shí)現(xiàn)基帶傳輸系統(tǒng)的誤碼率計(jì)算，包括：二電平和多電平編碼的誤碼率計(jì)算；編程實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)傳輸?shù)臄_碼與解擾。（4）數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)編程實(shí)現(xiàn)ask調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，繪出時(shí)、頻域波形；編程實(shí)現(xiàn)f

4、sk調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，繪出時(shí)、頻域波形；編程實(shí)現(xiàn)psk、dpsk調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，繪出時(shí)、頻域波形；編程實(shí)現(xiàn)16/64qam調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，繪出時(shí)、頻域波形；（5）數(shù)字通信頻帶傳輸系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)綜合(1)、(2)、(3)、(4)的設(shè)計(jì)程序，并將它們封裝為simulink模塊，設(shè)計(jì)一個(gè)完整的數(shù)字通信頻帶傳輸系統(tǒng)。（三）、進(jìn)度安排：第十八周 星期一： 課題講解，查閱資料 星期二: 總體設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)星期三： 編程，上機(jī)調(diào)試、修改程序第十九周 星期一：編程，上機(jī)調(diào)試、修改程序星期二：上機(jī)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(jì)報(bào)告 目錄一、 課題的主要功能1二、課題的功能模塊的劃分11、平

5、均信息量的計(jì)算12、離散信道容量的計(jì)算13、以huffman編碼實(shí)現(xiàn)信源編碼24、ask調(diào)制技術(shù)，繪出時(shí)、頻域波形25、fsk調(diào)制技術(shù)，繪出時(shí)、頻域波形36、psk、dpsk調(diào)制技術(shù)，繪出時(shí)、頻域波形37、16/64qam調(diào)制技術(shù)，繪出時(shí)、頻域波形4三、主要功能的實(shí)現(xiàn)51、 信源平均信息量的計(jì)算（以高斯分布的信源為例）52、 離散信道容量的計(jì)算53、 信源編碼（以huffman編碼為例）64、 編程實(shí)現(xiàn)ask調(diào)制技術(shù)、繪制時(shí)、頻域波形65、 編程實(shí)現(xiàn)fsk調(diào)制技術(shù)、繪制時(shí)、頻域波形66、 編寫實(shí)現(xiàn)psk/dpsk調(diào)制技術(shù)，繪制時(shí)。頻域波形77、 編程實(shí)現(xiàn)16/64qam調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，繪出時(shí)、

6、頻域波形7四、程序調(diào)試81、程序的圖8五、課程設(shè)計(jì)參考資料12六、總結(jié)12七、附件13八、評(píng)分表1818一、 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(jì)算和可視化軟件，它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。學(xué)生通過自己設(shè)計(jì)及建立通信系統(tǒng)，掌握通信系統(tǒng)的構(gòu)成原理、信號(hào)傳輸?shù)母拍?，加深?duì)通信系統(tǒng)及信號(hào)的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用、動(dòng)手能力。要求學(xué)生經(jīng)過課程設(shè)計(jì)這一教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)會(huì)應(yīng)用matlab軟件來實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸中的各個(gè)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(jì)算根據(jù)題目要求，用高斯過程x(

7、t)d的一維概率密度函數(shù)服從正態(tài)分布的表達(dá)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(jì)算。平均信息量：平均每個(gè)符號(hào)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(jì)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(shí)現(xiàn)信源編碼對(duì)于所要求的信源，可以對(duì)其進(jìn)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

8、信源的哈夫曼編碼及其編碼效率。huffman編碼方法：（1） 將信源信息呼號(hào)按其出現(xiàn)的概率大小依次排列；（2） 取兩個(gè)概率最小的字母分別配以0和1兩個(gè)碼元，并將這兩個(gè)概率相加作為一個(gè)新字母的概率，與未分配的二進(jìn)符號(hào)的字母重新排隊(duì)；（3） 對(duì)重排后的兩個(gè)概率最小符號(hào)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(gè)符號(hào)配以0和1為止；（5） 從最后一級(jí)開始，向前返回得到各個(gè)信源符號(hào)所對(duì)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(hào)編以短的碼字，概率小的符號(hào)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(shí)、頻域波形在幅度鍵控中載波幅度是

9、隨著調(diào)制信號(hào)而變化的，最簡(jiǎn)單的形式是載波在二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)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(shí)域表達(dá)式為 y=sin(2*pi*t) 由于在實(shí)際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號(hào)不能直接在這種信道中傳輸，因此，必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)數(shù)字信號(hào)，才能在無線信道、光纖信道等媒質(zhì)中傳輸。2.2.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ask） 2ask是利用代表數(shù)字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個(gè)連續(xù)的載波，使載波時(shí)斷時(shí)續(xù)地輸出。有載波輸出時(shí)表示發(fā)送“1”，無載波輸出時(shí)表示發(fā)送“0”。二進(jìn)制時(shí)間波形圖如下：5、fsk調(diào)制技術(shù)，繪出時(shí)、頻域波形將信號(hào)的調(diào)

10、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(diǎn)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(hào)而已。二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)碼元的1和0分別用兩個(gè)不同頻率的正弦波形來傳送，而其振幅和初始相位不變。故其表示式為：當(dāng)發(fā)送”1”時(shí)s(t)=當(dāng)發(fā)送”0”時(shí)s(t)=當(dāng)a為一個(gè)常數(shù)時(shí)，碼元的包絡(luò)是矩形脈沖。頻移鍵控的時(shí)間波形圖如下：aak1011001ts(t)ts(t)bcdtefgt2fsk信號(hào)ttt6、psk、dpsk調(diào)制技術(shù)，繪出時(shí)、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(hào)碼元的“

11、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(hào)的頻譜特征。2psk信號(hào)碼元的0和1分別分別用兩個(gè)不同的初始相位0和表示，而其振幅和頻率保持不變。故2psk信號(hào)表示式可以寫為s(t)=,當(dāng)發(fā)送“0”時(shí)，=0；當(dāng)發(fā)送“1”時(shí)，=；2dpsk是利用相鄰碼元載波相位的相對(duì)值表示基帶信號(hào)“0”和“1”的。用表示載波的初始相位。設(shè)為當(dāng)前碼元和前一碼元的相位之差：發(fā)送“0”時(shí)=0；發(fā)送“1”時(shí)=；則信號(hào)碼元可以表示為: s(t)= 00);demo(meg)=1;meg=find(recos=0);demo(meg)=0;s_2aslf=fft(s_2

12、ask);demof=fft(demo);figure(1)subplot(4,1,1);plot(t,s_2ask,r);grid;title(ask調(diào)制);xlabel(時(shí)間);ylabel(幅度);subplot(4,1,2);plot(f,abs(s_2ask),r);grid;title(ask調(diào)制);xlabel(頻率);ylabel(幅度);subplot(4,1,3);plot(t,demo,r);grid;title(ask解調(diào));xlabel(時(shí)間);ylabel(幅度);axis(0,8,-0.1,1.1);subplot(4,1,4);plot(f,abs(demof)

13、,r);grid;title(ask解調(diào)頻譜);xlabel(頻率);ylabel(幅度);fsk調(diào)制方式clear all;t=0:0.01:8;y=sin(2*pi*t);x=ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,100),zeros(1,101);f=0:1/(length(x)-1):1s_2fsk=sin(t.*(2*pi+pi*x);recos1=s_2fsk.*sin(t.*(2*pi+pi*x)+pi*(x-1);meg1=find(recos10);d

14、emo1(meg1)=1;meg1=find(recos10);demo2(meg2)=1;meg2=find(recos20);demo2(meg2)=0;s_2pskf=fft(s_2psk);f=0:1/(length(x)-1):1demof2=fft(demo2);subplot(4,1,1);plot(t,s_2psk,r);grid;title(psk調(diào)制);xlabel(時(shí)間);ylabel(幅度);subplot(4,1,2);plot(f,abs(s_2pskf),r);grid;title(psk調(diào)制頻譜);xlabel(頻率);ylabel(幅度);subplot(4,

15、1,3);plot(t,demo2,r);grid;title(psk解調(diào));xlabel(時(shí)間);ylabel(幅度);axis(0,8,-0.1,1.1);subplot(4,1,4);plot(f,abs(demof2),r);grid;title(psk解調(diào)頻譜);xlabel(頻率);ylabel(幅度);16qam調(diào)制m=16;meg=randint(500,1,m);fc=1;fd=0.5;fs=16;y=qammod(meg,m);z=qamdemod(y,m);f=0:1/499:1y1=fft(y);z1=fft(z);subplot(5,1,1);stem(real(y),imag(y),g);grid;title(16qam原始信號(hào));subplot(5,1,2);plot(f,abs(y1),g);grid;title(16qam原始信號(hào)頻譜);subplot(5,1,3);plot(z,g);grid;title(16qam解調(diào));axis