通信原理I课程设计报告材料材料Word文档格式.docx
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课程设计进度安排(起止时间、工作内容)
课程设计共设8个题目,每班每人1套实验环境,每组选作不同的题目。
本课程设计上机16学时,分4次,每次4学时,具体安排如下:
课前准备:
了解设计题目,查阅相关文献,复习通信原理的基本知识;
上机(14学时):
按照题目要求,完成通信系统设计,编写并调试仿真程序;
上机(2学时):
现场验收答辩;
课后:
撰写课程设计报告,上机结束后一周内上交。
课程设计开始日期
2014.12
课程设计完成日期
2015.1
课程设计实验室名称
计算中心
地点
计算机中心机房
资料下载地址
各班公共邮箱
1、概述-------------------------------------------------4
2、设计目的与要求---------------------------------------4
3、设计内容---------------------------------------------4
4、设计原理---------------------------------------------5
5、实验结果---------------------------------------------9
6、心得与体会------------------------------------------11
7、参考文献--------------------------------------------12
8、附录:
源代码----------------------------------------12
1.概述
本次课程设计是对通信原理所学的最主要知识,即模拟或数字通信系统的各种调制方式的设计仿真实现。
二.设计目的和要求
通信原理I课程设计的目的是为了使学生加深对所学的通信原理知识的理解,比较扎实地掌握通信原理的基础知识和基本理论,增强分析问题和解决问题的能力,培养学生的专业素质,提高其利用通信原理知识处理通信系统问题的能力,为今后专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。
本课设要求,学生根据所学知识独立完成基本设计任务;
经老师审核同意并在条件允许的情况下,可以自行命题。
本课程设计以上机为主,大部分时间由学生上机操作,必要时配合少量的理论讲授。
3.设计内容
输入:
输入模拟信号,例如正弦型单音频信号等,至少选择两种模拟信号。
给出其时域波形和功率谱密度。
将此模拟信号数字化(PCM编码),得到数字信号,接着进行PCM解码,将编码前和解码后的信号波形进行比较,验证所作PCM编码的正确性。
调制:
对输入的模拟信号进行DSB、SSB、PM调制,给出调制后信号的时域波形和功率谱密度。
信道:
假定信道属于加性高斯信道,或自行设计。
自行设计可以加分。
解调:
DSB、SSB、PM解调,仿真获得该系统的输出波形,并得到该模拟传输系统的性能指标,即该系统的输出信噪比随输入信噪比的变化曲线。
4.设计原理
1.PCM编码
PCM就是把一个时间连续,取值连续的模拟信号变换成时间离散,取值离散的数字信号后在信道中传输.脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样,再对样值幅度量化,编码的过程.
所谓抽样,就是对模拟信号进行周期性扫描,把时间上连续的信号变成时间上离散的信号.该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息,也就是说能无失真的恢复原模拟信号.它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的.设一个频带限制的(0,fH)Hz内的时间连续信号m(t)如果它不少于2fH次每秒的速率进行抽样,则m(t)可以由抽样值完全确定。
抽样定理指出,由样值序列无失真恢复原信号的条件是fS≥2fh,为了满足抽样定理,要求模拟信号的频谱限制在0~fh之内(fh为模拟信号的最高频率)。
为此,在抽样之前,先设置一个前置低通滤波器,将模拟信号的带宽限制在fh以下,如果前置低通滤波器特性不良或者抽样频率过低都会产生折叠噪声。
抽样频率小于2倍频谱最高频率时,信号的频谱有混叠。
抽样频率大于2倍频谱最高频率时,信号的频谱无混叠。
另外要注意的是,采样间隔的周期要足够的小,采样率要做够的大,要不然会出现如下图所示的混叠现象,一般情况下TsWs=2π,Wn>
2Wm。
在该实验中,抽样速率采用8Kbit/s.
所谓量化,就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散,即用一组规定的电平,把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示.一个模拟信号经过抽样量化后,得到已量化的脉冲幅度调制信号,它仅为有限个数值.
所谓编码,就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值.然而,实际上量化是在编码过程中同时完成的,故编码过程也称为模/数变换,可记作A/D.
话音信号先经防混叠低通滤波器,进行脉冲抽样,变成8KHz重复频率的抽样信号(即离散的脉冲调幅PAM信号),然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号,再经编码后转换成二进制码。
对于电话,CCITT规定抽样率为8KHz,每抽样值编8位码,即共有2∧8=256个量化值,因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。
为解决均匀量化时小信号量化误差大,音质差的问题,在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法,即量化特性在小信号时分层密,量化间隔小,而在大信号时分层疏,量化间隔大。
在实际中使用的是两种对数形式的压缩特性:
A律和U律,A律编码主要用于30/32路一次群系统,U律编码主要用于24路一次群系统。
A律PCM用于欧洲和中国,U律PCM用于北美和日本。
PCM帧结构,一个复帧包括16个帧,一个帧为125μs,分为32个时隙,其中偶帧的零时隙传输同步信息码0011011,奇帧的零时隙传输对告码,16时隙传输信令信息,其它各时隙传输数据,每个时隙传输8比特数据。
可采用u率或者是A率进行编码。
我国采用的是A率13折线编码。
2.PM调制与解调
1)调相信号
在模拟调制中,一个连续波有三个参数可以用来携带信息而构成已调信号。
当幅度和频率保持不变时,改变载波的相位使之随未调信号的大小而改变,这就是调相的概念。
角度调制信号的一般表示形式为:
S
(t)=Acos[ω
t+φ(t)]
式中,A是载波的恒定振幅;
[ω
t+φ(t)]是信号的瞬时相位,而φ(t)称为瞬时相位偏移;
d[ω
t+φ(t)]/dt为信号的瞬时频率,而dφ(t)/dt称为瞬时频率偏移,即相对于ω
的瞬时频率偏移。
设高频载波为u
=U
cosω
t,调制信号为UΩ(t),则调相信号的瞬时相位
φ(t)=ω
+K
UΩ(t)
瞬时角频率ω(t)=
=ω
调相信号u
cos[ω
t+K
uΩ(t)]
将信号的信息加在载波的相位上则形成调相信号,调相的表达式为:
(t)=Acos[ω
f(t)+φ
]
这里K
称为相移指数,这种调制方式,载波的幅度和角频率不变,而瞬时相位偏移是调制信号f(t)的线性函数,称为相位调制。
调相与调频有着相当密切的关系,我们知道相位与频率有如下关系式:
ω=
f(t)
φ(t)=
ω
所以在调相时可以先将调制信号进行微分后在进行频率调制,这样等效于调相,此方法称为间接调相,与此相对应,上述方法称为直接调相。
调相信号的产生如图所示:
PM调相信号的产生
2)调制原理
实现相位调制的基本原理是使角频率为ω
的高频载波u
(t)通过一个可控相移网络,此网络产生的相移Δφ受调制电压uΩ(t)控制,满足Δφ=K
uΩ(t)的关系,所以网络输出就是调相信号,可控相移网络调相原理图如图所示:
可控相移网络调相原理图
3)调相信号的解调——相干解调
由于调相信号可以分解成同相分量与正交分量之和,因而可以采用线性调制中的相干解调法来进行解调,如图:
PM信号相干解调
根据公式可以设调相信号
并设相干载波
则相乘器的输出为
经过低通滤波器取出其低频分量
再经微分器,即得解调输出
可见,相干解调可以恢复原调制信号。
这种解调方法需要本地载波与调制载波同步,否则将使解调信号失真。
五、实验结果
1.PCM编码与解码:
2.对原始的模拟基带信号进行PM调制
3.对调相信号进行解调
六.心得与体会
七.参考文献
八.附录:
实验源代码
closeall
clearall;
clc;
Fs=100000;
%抽取电压值样本的频率
t=[0:
1/Fs:
0.00999];
%每隔1/Fs秒抽取一个样本,共抽取从0~0.001时间段内的样本点,用来组成"
模拟信号"
f=300;
%该信号的频率
m=cos(2*pi*f*t);
%调制信号
figure
(1)
subplot(3,1,1);
plot(t,m);
gridon;
title('
模拟信号的波形'
)
axis([01/f*2-22]);
fori=1:
length(m);
%设计输入范围是-1.2~1.2V,对模拟信号抽取1000个样本
%循环对每个样本进行归一化并计算出量化单位x
%设量化器最大分层电平是2048个量化单位.
x(i)=m(i)/1.2*2048;
end
%对每个样本进行编码
%length(y)=n1
ifx(i)>
0%x(i)=A(i)
out
(1)=1;
%抽样值大于0,极性码为1%code(i,1)=out()
else
out
(1)=0;
%抽样值小于0,极性码为0
%确定段落码
ifabs(x(i))>
=0&
abs(x(i))<
32
out
(2)=0;
out(3)=0;
out(4)=0;
step=1;
st=0;
%x的绝对值在0到32之间,则落在第一段内,段落码为001,段落起始电平st为16,量化间隔step为1
elseif32<
=abs(x(i))&
64
out(4)=1;
step=2;
st=32;
%x的绝对值在32到64之间,则落在第二段内,段落码为010,段落起始电平st为32,量化间隔step为2
elseif64<
128
out(3)=1;
step=4;
st=64;
%x的绝对值在64到128之间,则落在第三段内,段落码为011,段落起始电平st为64,量化间隔step为4
elseif128<
256
step=8;
st=128;
%x的绝对值在128到256之间,则落在第四段内,段落码为100,段落起始电平st为128,量化间隔step为8
elseif256<
512
out
(2)=1;
step=16;
st=256;
%x的绝对值在256到512之间,则落在第五段内,段落码为101,段落起始电平st为256,量化间隔step为16
elseif512<
1024
step=32;
st=512;
%x的绝对值在512到1024之间,则落在第六段内,段落码为110,段落起始电平st为512,量化间隔step为32
elseif1024<
2048
step=64;
st=1024;
%x的绝对值在1024到2048之间,则落在第七段内,段落码为111,段落起始电平st为1024,量化间隔step为64
%x的绝对值超出了2048,则段落码为111,段落起始电平st为1024,量化间隔step为64
%确定段内码
if(abs(x(i))>
=2048)
out(2:
8)=[1111111];
%x的绝对值超出了2048,段落码和段内码均为1111111
tmp=floor((abs(x(i))-st)/step);
%确定x落在某段的第tmp级内
t=dec2bin(tmp,4)-48;
%将tmp转化为四位二进制码
out(5:
8)=t(1:
4);
%段内码为t
a(i*8-7:
i*8)=out(1:
8);
%输出PCM编码
t=0:
0.001:
799.999;
y=a(ceil(10*t+0.01));
subplot(3,1,2)
plot(t,y);
axis([24-0.21.2]);
PCM编码后的信号(局部)'
);
%对该PCM编码进行反PCM编码
%%抽取其中的PCM编码序列
length(m)*8
pcm(i)=y(i*100-50);
%循环将PCM编码变成量化电平数
%初始化计算参数
dlm=0;
dp=0;
%将2-4位段落码换算成起始电平
ifpcm(i*8-6)==1;
dlm=dlm+4;
ifpcm(i*8-5)==1;
dlm=dlm+2;
ifpcm(i*8-4)==1;
dlm=dlm+1;
%得到由段落码换算来的起始电平
dp=2^(dlm+4);
%先加上最小量化电平的一半
dp=dp+2^(dlm)/2;
%将5-8位段内码结合段落码一起转换成电平数
%第5位
ifpcm(i*8-3)==1;
dp=dp+2^(dlm+3);
%第6位
ifpcm(i*8-2)==1;
dp=dp+2^(dlm+2);
%第7位
ifpcm(i*8-1)==1;
dp=dp+2^(dlm+1);
%第8位
ifpcm(i*8)==1;
dp=dp+2^(dlm);
%最后判断第1位码,决定正负
ifpcm(i*8-7)==0;
dp=-dp;
jiedp(i)=dp;
%将量化电平数变成电压
dianya(i)=jiedp(i)/2048*1.2;
t3=[0:
%每隔1/Fs秒抽取一个样本,共抽取从0~0.01时间段内的样本点,用来组成"
figure
(1);
subplot(3,1,3);
plot(t3,dianya);
gridon
PCM解码后的模拟信号'
t=[0:
y=1;
M=fft(m);
M=abs(M(1:
length(M)/2+1));
%调制信号频谱
frqM=[0:
length(M)-1]*Fs/length(M)/2;
Fc=30000;
m1=amod(y*m,Fc,Fs,'
pm'
%pm调制
m11=awgn(m1,4);
%加噪声
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,'
%未加高斯白噪声的解调
u11=ademod(m11,Fc,Fs,'
%加高斯白噪声解调
U1=fft(u1);
U1=abs(U1(1:
length(U1)/2+1));
frqU1=[0:
length(U1)-1]*Fs/length(U1)/2;
U11=fft(u11);
U11=abs(U11(1:
length(U11)/2+1));
frqU11=[0:
length(U11)-1]*Fs/length(U11)/2;
%功率谱
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;
%设置频率范围
f2=f2-fs2/2;
power1=(norm(m1)^2)/length(m1+1);
spow1=abs(fft(m1,nfft).^2);
power2=(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)%子图形式显示结果
plot(t,m)%现在的m信号是重新构建的信号,%因为在对m求傅里叶变换时m=[m,zeros(1,n-n2)]
%定义两轴的刻度
xlabel('
时间t'
)
原调制信号的时域图'
subplot(3,3,2)
plot(frqM,M)%fftshift:
将FFT中的DC分量移到频谱中心
axis([-1000500000550])
频率f'
原调制信号的频谱图'
subplot(3,3,3)
plot(f2,fftshift(spow));
原调制信号的功率谱'
disp(['
power='
num2str(power),'
.'
]);
subplot(3,3,4)
plot(t,m1)
已调信号的时域图'
subplot(3,3,5)
plot(frqM1,M1)
axis([0500000550])
已调信号的频谱图'
subplot(3,3,6)
plot(f2,fftshift(spow1));
已调信号的功率谱'
power1='
num2str(power1),'
subplot(3,3,7)
plot(t,m11)
加入高斯噪声后信号的时域图'
subplot(3,3,8)
plot(frqM11,M11)
信号的频谱图'
subplot(3,3,9)
plot(f2,fftshift(spow2));
信号的功率谱'
power2='
num2str(power2),'
figure(3);
subplot(2,3,1)
plot(t,u1)
解调信号的时域图(未加噪声)'
subplot(2,3,2)
plot(frqU1,U1)
axis([-20005000002])
解调信号的频谱图'
subplot(2,3,3)
plot(f2,fftshift(spow3));
解调信号的功率谱'
power3='
num2str(power3),'
subplot(2,3,4)
plot(t,u11)
解调信号的时域图(加噪声)'
subplot(2,3,5)
plot(frqU11,U11)
subplot(2,3,6)
plot(f2,fftshift(spow4));
解调
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- 通信 原理 课程设计 报告 材料