数字信号频带传输系统设计.doc
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数字信号频带传输系统设计.doc
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《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、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
星期三:
总体设计,详细设计
星期四:
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 7
二、课题的功能模块的划分 7
1、平均信息量的计算 7
2、离散信道容量的计算 7
3、以Huffman编码实现信源编码 8
4、ASK调制技术,绘出时、频域波形 8
5、FSK调制技术,绘出时、频域波形 9
6、PSK、DPSK调制技术,绘出时、频域波形 9
7、16/64QAM调制技术,绘出时、频域波形 9
三、主要功能的实现 10
1、信源平均信息量的计算(以高斯分布的信源为例) 10
2、离散信道容量的计算 10
3、信源编码(以Huffman编码为例) 11
4、编程实现ASK调制技术、绘制时、频域波形 11
5、编程实现FSK调制技术、绘制时、频域波形 12
6、编写实现PSK/DPSK调制技术,绘制时。
频域波形 12
7、编程实现16/64QAM调制/解调技术,绘出时、频域波形 12
四.数字信号频带传输系统 13
五、程序调试 14
1、程序的图 14
六、总结 19
七、附件 20
八、评分表 25
一、课题的主要功能
MATLABMatMATLABMathWorks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,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*u^2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=max[I(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效率,相应的二元信源的哈夫曼编码及其编码效率。
uffman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)
5、FSK调制技术,绘出时、频域波形
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。
6、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),2PSK信号码元的“0”“1”分别用初始相位0和π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信号属于DSB信号,它的解调,不再能采用包络检测的方法,只能进行相干解调。
2PSK相干解调系统框图及个测试行波形如下:
7、16/64QAM调制技术,绘出时、频域波形
16进制相移键控,它的每一个矢量点对应4位b1b2b3b4共16种可能的信息符号序列。
每一种都对应不同的相位因为QAM调制在MATLAB7.1中有库函数,直接调用该库函数即可。
.
三、主要功能的实现
1、信源平均信息量的计算(以高斯分布的信源为例)
symsxuo
u=3;
o=4;
f=1/(u*sqrt(2*pi))*exp(-(x-o)^2/2*u^2);
t=-f*log2(f);
r=int(t,-inf,inf);
disp('平均信息量为:
')
r=double(r)
2、离散信道容量的计算
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信道容量为');
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,f2,4,8)
hx=dmessage(x,4)
disp('c2信道容量为');
c2=hx-hf2
在这个程序之中有两个信道容量的转移概率矩阵,为了求两个信道容量,调用了两个函数:
hmessage()和dmessage(),利用dmessage来求信源的熵,利用函数hmessage来求平均互信息量并最终得到信道容量。
3、信源编码(以Huffman编码为例)
p=[1/2,1/4,1/8,1/16,1/16]
i=dmessage(p,5)
[h,l]=huffman(p)
n=i/l
采用了哈夫曼编码,对离散的信源直接调用huffman..m函数文件就能得到编码,调用dmessage函数得到平均信息量。
4、编程实现ASK调制技术、绘制时、频域波形
y=sin(2*pi*t1);
%二元序列为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;%二元序列点乘y即进行ask调制
。
。
。
。
。
。
[Am3,pha3]=dft3(x);%fft变换
二进制序列为10101100把二元序列点乘正弦载波。
并绘制出原始二元序列和调制后的时域/频域图形。
绘制频谱图时,对其进行傅立叶变换(调用dft3.m函数文件)即可。
5、编程实现FSK调制技术、绘制时、频域波形
%二元序列为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变换
6、编写实现PSK/DPSK调制技术,绘制时。
频域波形
二元序列为10110010
d=[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);
。
。
。
。
。
。
[Am3,pha3]=dft3(x);%fft变换
7、编程实现16/64QAM调制/解调技术,绘出时、频域波形
%产生随机序列函数
x=randint(n,1);
。
。
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。
%转换为4比特的矢量点并映射成十进制数
xsym=bi2de(reshape(x,k,l
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- 关 键 词:
- 数字信号 频带 传输 系统 设计