通信原理课程设计数字信号频带传输系统设计

1、课 程 设 计 报 告课程名称 通信原理 课题名称 数字信号频带传输系统设计 专 业 通信工程 班 级 0881 学 号 200813120111 姓 名 指导教师 2011年1月 10 日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 通信原理 课 题 数字信号频带传输系统设计 专业班级 通信工程0881 学生姓名 李友 学 号 200813120111 指导老师 张细政 彭祯 审 批 任务书下达日期 2011 年1月 10 日任务完成日期 2011年 1 月 19日通信原理课程设计任务书一、设计目的与设计内容学生通过自己设计及建立通信系统，掌握通信系统的构成原理、信号传输的概念，加深对通信

2、系统及信号的认识，提高学生的实际应用、动手能力。要求学生经过课程设计这一教学环节学会应用matlab软件来实现信号传输中的各个基本环节。可选的设计题目有：（1）信息论基本计算。要求：编程实现信源平均信息量的计算(以高斯分布的信源为例)；编程实现离散信道容量的计算(以输入符号等概分布为例)；编程实现信源编码过程(以huffman编码为例)；（2）脉冲编码调制(pcm)实现编程实现pcm技术的三个过程：采样、量化与编码。采样：低通连续信号采样，以为例说明低通采样定理，绘出信号时、频图形；带通连续信号采样，以为例说明带通采样定理，绘出信号时、频图形。量化：均匀量化，以幅度的正弦信号为例实现为64级电

3、平的均匀量化；非均匀量化，输入a律pcm编码器的正弦信号，采样序列为，将其进行pcm编码，给出编码器的输出码组序列编码：以上述信号为例，实现a律的13折线近似法及国际标准pcm对数a律量化编码。（3）数字信号基带传输系统设计编程实现常见基带信号的波形、码型转换，包括：单/双极性、非归零/归零码、数字双相码(曼彻斯特码)、密勒码、ami码、hdb3码，并绘出每种波形、码型的功率谱分布，给出与在理论课上所学相符合的分析与理解；编程实现基带传输系统的误码率计算，包括：二电平和多电平编码的误码率计算；编程实现基带信号传输的扰码与解扰。（4）数字信号频带传输系统设计编程实现ask调制/解调技术，绘出时、

4、频域波形；编程实现fsk调制/解调技术，绘出时、频域波形；编程实现psk、dpsk调制/解调技术，绘出时、频域波形；编程实现16/64qam调制/解调技术，绘出时、频域波形；（5）数字通信频带传输系统综合设计综合(1)、(2)、(3)、(4)的设计程序，并将它们封装为simulink模块，设计一个完整的数字通信频带传输系统。（三）、进度安排：第十八周 星期一： 课题讲解，查阅资料 星期二: 总体设计，详细设计星期三： 编程，上机调试、修改程序第十九周 星期一：编程，上机调试、修改程序星期二：上机调试、完善程序星期三： 答辩星期四-星期六：撰写课程设计报告 目录一、 课题的主要功能1二、课题的功

5、能模块的划分11、平均信息量的计算12、离散信道容量的计算13、以huffman编码实现信源编码24、ask调制技术，绘出时、频域波形25、fsk调制技术，绘出时、频域波形36、psk、dpsk调制技术，绘出时、频域波形37、16/64qam调制技术，绘出时、频域波形4三、主要功能的实现51、 信源平均信息量的计算（以高斯分布的信源为例）52、 离散信道容量的计算53、 信源编码（以huffman编码为例）64、 编程实现ask调制技术、绘制时、频域波形65、 编程实现fsk调制技术、绘制时、频域波形66、 编写实现psk/dpsk调制技术，绘制时。频域波形77、 编程实现16/64qam调制

6、/解调技术，绘出时、频域波形7四、程序调试81、程序的图8五、课程设计参考资料12六、总结12七、附件13八、评分表18一、 课题的主要功能matlab mat matlab mathworks公司推出的一套高效率的数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。学生通过自己设计及建立通信系统，掌握通信系统的构成原理、信号传输的概念，加深对通信系统及信号的认识，提高学生的实际应用、动手能力。要求学生经过课程设计这一教学环节学会应用matlab软件来实现信号传输中的各个基本环节。二、课题的功能模块的划分1、平均信息量的计算根据题目要求

7、，用高斯过程x(t)d的一维概率密度函数服从正态分布的表达式f=1/(u*sqrt(2*pi)*exp(-(x-o)2/2*u2来完成信源平均信息量的计算。平均信息量：平均每个符号所能提供的信息量，也叫平均自信息量。h(x)= ；高斯分布函数：；2、离散信道容量的计算我们利用函数dmessage来求信源的熵，利用函数hemssage来求平均互信息量，并最终得到信道的容量。离散信道容量：信道容量是信道所能传送的最大的信息量。c=maxi(x;y) （比特/码元）i(x;y)=h(y)h(y/x);3、以huffman编码实现信源编码对于所要求的信源，可以对其进行作为一元信源的哈夫曼编码并得到编码

8、效率，相应的二元信源的哈夫曼编码及其编码效率。huffman编码方法：（1） 将信源信息呼号按其出现的概率大小依次排列；（2） 取两个概率最小的字母分别配以0和1两个码元，并将这两个概率相加作为一个新字母的概率，与未分配的二进符号的字母重新排队；（3） 对重排后的两个概率最小符号重复步骤（2）的过程；（4） 不断重复上述过程，知道最后两个符号配以0和1为止；（5） 从最后一级开始，向前返回得到各个信源符号所对应的码元序列，及相应的码字；huffman编码的意义：将概率大的信息符号编以短的码字，概率小的符号配以长的码字，使得平均码字长度最短，冗余度减小。4、ask调制技术，绘出时、频域波形在幅度

9、键控中载波幅度是随着调制信号而变化的，最简单的形式是载波在二进制调制信号1或0的控制下通或断，这种调制方式称为通断一段键控（ook）。时域表达式为 y=sin(2*pi*t) 由于在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种信道中传输，因此，必须用数字基带信号对载波进行调制，产生已调数字信号，才能在无线信道、光纤信道等媒质中传输。2.2.1二进制振幅键控（2ask） 2ask是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。二进制时间波形图如下：5、fsk调制技术，绘出时、频

10、域波形将信号的调制在载波的频率上的调制方法称为频移键控（fsk），它也包括二点平频移键控（bfsk）和电平频移键控（mfsk），频移键控的原理与跳频类似，只是使用数字信号而已。二进制频移键控信号码元的1和0分别用两个不同频率的正弦波形来传送，而其振幅和初始相位不变。故其表示式为：当发送”1”时s(t)=当发送”0”时s(t)=当a为一个常数时，码元的包络是矩形脉冲。频移键控的时间波形图如下：aak1011001ts(t)ts(t)bcdtefgt2fsk信号ttt6、psk、dpsk调制技术，绘出时、频域波形在载波相位的调制中，将信道发送的信息调制在载波的相位上，相位通常范围是（0，2），2p

11、sk信号码元的“0”“1”分别用初始相位0和 来表示，而其振幅和频率保持不变。gt(t)为发射端的滤波脉冲，决定了信号的频谱特征。2psk信号码元的0和1分别分别用两个不同的初始相位0和表示，而其振幅和频率保持不变。故2psk信号表示式可以写为s(t)=,当发送“0”时，=0；当发送“1”时，=；2dpsk是利用相邻码元载波相位的相对值表示基带信号“0”和“1”的。用表示载波的初始相位。设为当前码元和前一码元的相位之差：发送“0”时=0；发送“1”时=；则信号码元可以表示为: s(t)= 00);demo(meg)=1;meg=find(recos=0);demo(meg)=0;s_2aslf

12、=fft(s_2ask);demof=fft(demo);figure(1)subplot(4,1,1);plot(t,s_2ask,r);grid;title(ask调制);xlabel(时间);ylabel(幅度);subplot(4,1,2);plot(f,abs(s_2ask),r);grid;title(ask调制);xlabel(频率);ylabel(幅度);subplot(4,1,3);plot(t,demo,r);grid;title(ask解调);xlabel(时间);ylabel(幅度);axis(0,8,-0.1,1.1);subplot(4,1,4);plot(f,ab

13、s(demof),r);grid;title(ask解调频谱);xlabel(频率);ylabel(幅度);fsk调制方式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(re

14、cos10);demo1(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调制);xlabel(时间);ylabel(幅度);subplot(4,1,2);plot(f,abs(s_2pskf),r);grid;title(psk调制频谱);xlabel(频率);ylabel(幅度);su

15、bplot(4,1,3);plot(t,demo2,r);grid;title(psk解调);xlabel(时间);ylabel(幅度);axis(0,8,-0.1,1.1);subplot(4,1,4);plot(f,abs(demof2),r);grid;title(psk解调频谱);xlabel(频率);ylabel(幅度);16qam调制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原始信号);subplot(5,1,2);plot(f,abs(y1),g);grid;title(16qam原始信号频谱);subplot(5,1,3);plot(z,g);grid;title(16qam解调);axis