通信原理课程设计报告.docx
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通信原理课程设计报告.docx
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通信原理课程设计报告
《通信原理》
课程设计报告
专业:
通信工程
班级:
X班
学号:
XXXXXXX
姓名:
XX
指导教师:
XXXXXXXXXXX
201X年X月X日
目录
1.课程设计目的......................................................................................3
2.课程设计题目描述和要求................................................................3
2.1课程设计题目...............................................................................3
2.2课程设计要求...............................................................................3
2.3课程设计题目选择.....................................................................4
3课程设计实现...................................................................................4
3.1整体设计思路.............................................................................4
3.2整体实现过程.............................................................................4
3.2.1数字基带信号生成.........................................................4
3.2.22PSK信号生成..............................................................7
3.2.3经过信道后信号.............................................................7
3.2.4解调信号.......................................................................8
3.2.5对解调信号进行滤波......................................................10
3.2.6抽样判决........................................................................11
4课程设计总结..................................................................................12
5参考书目........................................................................................12
附录A课程设计源代码...........................................................13
1.课程设计目的
通信原理课程设计的目的是:
使自己加深对所学的通信原理知识理解,培养自己的专业素质,提高利用通信原理知识处理通信系统问题的能力,为今后的专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。
使自己能比较扎实地掌握本专业的基础知识和基本理论,掌握数字通信系统及有关设备的分析、开发等基本技能,受到必要工程训练和初步的科学研究方法和实践训练,增强分析和解决问题的能力,了解本通信专业的新发展。
2.课程设计题目描述和要求
2.1课程设计题目
题目1:
2ASK系统的设计
题目2:
2PSK系统的设计
目标:
(1)系统工作原理
(2)设计系统
(3)设定参数(码速率,仿真时间,抽样频率,载频,信噪比等),利用Matlab仿真
2.2课程设计要求
本次课程设计最终要求提交设计说明书,由以下各部分组成:
(1)概述所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能;
(2)调制解调原理及系统性能的描述;
(3)软件设计流程及描述;
(4)源程序代码(要有注释);
(5)用matlab软件仿真系统的各个部分的波形和频谱图。
2.3课程设计题目的选择
本设计采用题目2,即设计2PSK系统
数字基带信号可以分为:
:
1,单极性波形。
只有正电平和零电平
2,双极性波形。
正负电平1,0
3,单极性归零
4,双极性归零。
5,差分波形。
6.,多电平波形
数字基带信号控制载波将数字基带信号变换为数字带通信号的过程成为数字调制。
利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波,从而实现数字调制。
这种方法通常称为键控法。
对载波的振幅进行键控称为振幅键控(ASK),对载波的频率进行键控称为频移键控(FSK),对载波的相位进行键控称为相移键控(PSK)。
调制信号时二进制数字基带信号时,称为二进制数字调制。
3课程设计实现
3.1整体设计思路
1.课程设计按照以下系统框图进行设计:
图1
(1)发送端采用模拟法产生已调信号:
若要产生2ASK信号,则基带信号s(t)是单极性波形,若要产生2PSK信号,则基带信号s(t)是双极性波形;
(2)将已调信号送入信道进行传输:
由于信道中常见的噪声是高斯白噪声,因而,假设信道是高斯白噪声信道。
已调信号在送入信道传输的过程中,叠加上高斯白噪声。
(3)信道输出端信号的解调
采用同步解调法进行解调。
(4)基带信号的恢复
对解调器的输出进行抽样判决恢复基带信号。
2.下面对设计的各个步骤进行简要说明:
(1)消息代码的产生
(2)基带信号的产生
(3)已调信号的产生
(4)已调信号通过白噪声信道
(5)对信道输出端混合信号中的噪声进行抑制
(6)信号的解调
(7)基带信号的恢复
系统实现的流程图如下:
图2
3.2整体实现过程
3.2.1产生数字基带信号
通过matlab软件产生一串随机的“0”、“1”消息代码序列,对于2PSK系统,消息代码是双极性的,同时需要进行单双极性变换。
程序代码如下:
max=10;%二进制码个数
machang=10;%码长(与码元时间的概念不同)
g=randint(1,max);%长度为max的随机二进制序列;(a,b)表示a行b列
st=[];%s(t)为数字基带信号
mod1=[];%调制信号函数(modulation:
调制);[]表示函数的内容等待填写
f=2*pi*machang;%求得载波的角频率
t=0:
0.01:
1-0.01;%此处用到冒号表达式,t=初始值:
步长:
终止值
%也可以用linspace(a,b,n)表示与a:
(b-a)/(n-1):
b;默认步长为1
forn=1:
length(g);
ifg(n)==0;%g中第n个元素的值
A=-ones(1,10*machang);%若在1到码长上g(n)=0,s(t)=-1;
else
A=ones(1,10*machang);%g(n)=1,s(t)=1
end
st=[stA];%对s(t)进行双极性变换
end
%产生载波函数
figure
(1);
subplot(2,1,1);plot(st);gridon;
axis([01000-1.21.2]);title('原始信号时域波形');
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(st)));
axis([0machang*length(g)0400]);title('原始信号频域波形');
图3
3.2.2调制信号生成
数字调制技术的两种方法:
①利用模拟调制的方法去实现数字式调制,即把数字调制看成是模拟调制的一个特例,把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理;②利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波,从而实现数字调制。
这种方法通常称为键控法,比如对载波的相位进行键控,便可获得相移键控(PSK)基本的调制方式。
数字调相:
如果两个频率相同的载波同时开始振荡,这两个频率同时达到正最大值,同时达到零值,同时达到负最大值,它们应处于"同相"状态;如果其中一个开始得迟了一点,就可能不相同了。
如果一个达到正最大值时,另一个达到负最大值,则称为"反相"。
一般把信号振荡一次(一周)作为360度。
如果一个波比另一个波相差半个周期,我们说两个波的相位差180度,也就是反相。
当传输数字信号时,"1"码控制发0度相位,"0"码控制发180度相位。
载波的初始相位就有了移动,也就带上了信息。
相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息,而振幅和频率保持不变。
在2PSK中,通常用初始相位0和π分别表示二进制“1”和“0”。
因此,2PSK信号的时域表达式为
(t)=Acos
t+
)
其中,
表示第n个符号的绝对相位:
=
因此,上式可以改写为
具体实现程序代码如下:
max=10;%二进制码个数
machang=10;%码长(与码元时间的概念不同)
g=randint(1,max);%长度为max的随机二进制序列;(a,b)表示a行b列
st=[];%s(t)为数字基带信号
mod1=[];%调制信号函数(modulation:
调制);[]表示函数的内容等待填写
f=2*pi*machang;%求得载波的角频率
t=0:
0.01:
1-0.01;%此处用到冒号表达式,t=初始值:
步长:
终止值
%也可以用linspace(a,b,n)表示与a:
(b-a)/(n-1):
b;默认步长为1
forn=1:
length(g);
ifg(n)==0;%g中第n个元素的值
A=-ones(1,10*machang);%若在1到码长上g(n)=0,s(t)=-1;
else
A=ones(1,10*machang);%g(n)=1,s(t)=1
end
st=[stA];%对s(t)进行双极性变换
end
%产生载波函数
mod=[];
forn=1:
length(g);
ifg==0;
c=sin(f*t);
elseg==1;
c=sin(f*t);
end
mod=[modc];%与s(t)等长的载波信号
end
tiaozhi=st.*2.*mod;%调制过程
figure
(1);
subplot(2,1,1);plot(st);gridon;
axis([01000-1.21.2]);title('原始信号时域波形');
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(st)));
axis([0machang*length(g)0400]);title('原始信号频域波形');
figure
(2);
subplot(2,1,1);plot(tiaozhi);gridon;
title('2PSK信号的时域波形');
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(tiaozhi)));
axis([0machang*length(g)0400]);title('2PSK信号频谱');
图4
3.2.3经过信道后信号
通信系统中常见的热噪声近似为白噪声,且热噪声的取值恰好服从高斯分布,所以在分析通信系统的抗噪声性能时,常用高斯白噪声作为通信信道中的噪声模型。
%%%%%添加高斯白噪声%%%%%
%wgn(m,n,p)是产生高斯白噪声的函数;awgn(x,SNR);SNR:
信噪比
SNR=10;%SNR:
信噪比
channel=awgn(tiaozhi,SNR);%channel:
信道
figure(3);
subplot(2,1,1);plot(channel);gridon;
title('信号通过信道后波形');
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(channel)));
axis([010000400]);title('通过信道后信号频谱');
图5
3.2.4解调信号
2PSK信号的解调方法是相干解调法。
由于PSK信号本身就是利用相位传递信息的,所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。
图6
3.2.5对解调信号进行滤波
设计数字低通滤波器,对解调信号进行滤波。
实现程序如下:
Fs=800;Fb=10;Fc=18;%数字滤波器设计所要求的频带参数
fb=2*pi*Fb/Fs;
fc=2*pi*Fc/Fs;
T=1/Fs;wb=tan(fb/2);wc=tan(fc/2);%将数字指标转换成模拟指标
As=100;Ap=1;
[N,wc]=buttord(wb,fc,Ap,As,'s');%求出模拟滤波器阶数
[num,den]=butter(N,wc,'s');%求出模拟滤波器分子多项式(num)和分母多项式(den)
[numd,dend]=bilinear(num,den,0.5);%双线性变换法求得数字滤波器的分子多项式(numd)和分母多项式(dend)
[H,W]=freqz(numd,dend);%计算数字滤波器频率响应
figure(5);
plot(W*Fs/(2*pi),abs(H));gridon;%图像背景网格
xlabel('频率/Hz');ylabel('频率响应幅度');title('Butterworth');
y=filter(numd,dend,demod);
figure(6);
subplot(2,1,1);plot(y);gridon;
title('经过LPF后时域波形');
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(y)));
title('经过LPF后频域波形');
图7
图8
3.2.6抽样判决
实现程序如下:
form=1:
10*machang*length(g);
ify(m)>=0;
demod(m)=1;
else
demod(m)=-1
end
end
figure(7);
subplot(2,1,1);plot(demod);gridon;
title('经抽样判决后信号s(t)波形');
axis([01000-1.21.2]);
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(demod)));
title('经抽样判决后信号频谱');
figure(8);
subplot(2,1,1);plot(st);gridon;
axis([01000-1.21.2]);title('原始信号时域波形');
subplot(2,1,2);plot(demod);gridon;
axis([01000-1.21.2]);title('抽样判决后信号波形');
图9
图10
4课程设计总结
通过这次的课程设计我们可以学的到很多的东西,不仅可以巩固以前所学过的知识,还可以学到很多在书本上所没有学到过的知识。
进一步加深了对通信原理的了解,让我对它有了更加浓厚的兴趣。
参考书目:
[1]陈后金等著,数字信号处理,北京:
高等教育出版社,2004
[2]刘卫国著,MATLAB程序设计与应用,北京:
高等教育出版社,2002
[3]刘树棠译,信号与系统,西安:
西安交通大学出版社,1998
[4]樊昌信等著,通信原理,北京:
国防工业出版社,2006
附录源程序代码
%%%%%对二进制基带信号进行调制%%%%%
max=10;%二进制码个数
machang=10;%码长(与码元时间的概念不同)
g=randint(1,max);%长度为max的随机二进制序列;(a,b)表示a行b列
st=[];%s(t)为数字基带信号
mod1=[];%调制信号函数(modulation:
调制);[]表示函数的内容等待填写
f=2*pi*machang;%求得载波的角频率
t=0:
0.01:
1-0.01;%此处用到冒号表达式,t=初始值:
步长:
终止值
%也可以用linspace(a,b,n)表示与a:
(b-a)/(n-1):
b;默认步长为1
forn=1:
length(g);
ifg(n)==0;%g中第n个元素的值
A=-ones(1,10*machang);%若在1到码长上g(n)=0,s(t)=-1;
else
A=ones(1,10*machang);%g(n)=1,s(t)=1
end
st=[stA];%对s(t)进行双极性变换
end
%产生载波函数
mod=[];
forn=1:
length(g);
ifg==0;
c=sin(f*t);
elseg==1;
c=sin(f*t);
end
mod=[modc];%与s(t)等长的载波信号
end
tiaozhi=st.*2.*mod;%调制过程
figure
(1);
subplot(2,1,1);plot(st);gridon;
axis([01000-1.21.2]);title('原始信号时域波形');
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(st)));
axis([010000400]);title('原始信号频域波形');
figure
(2);
subplot(2,1,1);plot(tiaozhi);gridon;
axis([01000-44]);title('2PSK信号的时域波形');
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(tiaozhi)));
axis([010000400]);title('2PSK信号频谱');
%%%%%添加高斯白噪声%%%%%
%wgn(m,n,p)是产生高斯白噪声的函数;awgn(x,SNR);SNR:
信噪比
SNR=10;%SNR:
信噪比
channel=awgn(tiaozhi,SNR);%channel:
信道
figure(3);
subplot(2,1,1);plot(channel);gridon;
title('信号通过信道后波形');
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(channel)));
axis([010000400]);title('通过信道后信号频谱');
%%%%%对通过信道后信号进行解调%%%%%
demod=mod.*channel;%同步解调
figure(4);
subplot(2,1,1);plot(demod);gridon;
axis([0machang*length(g)-22]);title('解调后信号时域波形');
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(demod)));
axis([010000400]);title('解调后信号频域波形');
%%%%%数字低通滤波器%%%%%
Fs=800;Fb=10;Fc=18;%数字滤波器设计所要求的频带参数
fb=2*pi*Fb/Fs;
fc=2*pi*Fc/Fs;
T=1/Fs;wb=tan(fb/2);wc=tan(fc/2);%将数字指标转换成模拟指标
As=100;Ap=1;
[N,wc]=buttord(wb,fc,Ap,As,'s');%求出模拟滤波器阶数
[num,den]=butter(N,wc,'s');%求出模拟滤波器分子多项式(num)和分母多项式(den)
[numd,dend]=bilinear(num,den,0.5);%双线性变换法求得数字滤波器的分子多项式(numd)和分母多项式(dend)
[H,W]=freqz(numd,dend);%计算数字滤波器频率响应
figure(5);
plot(W*Fs/(2*pi),abs(H));gridon;%图像背景网格
xlabel('频率/Hz');ylabel('频率响应幅度');title('Butterworth');
y=filter(numd,dend,demod);
figure(6);
subplot(2,1,1);plot(y);gridon;
title('经过LPF后时域波形');
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(y)));
title('经过LPF后频域波形');
%%%%%抽样判决%%%%%
form=1:
10*machang*length(g);
ify(m)>=0;
demod(m)=1;
else
demod(m)=-1
end
end
figure(7);
subplot(2,1,1);plot(demod);gridon;
title('经抽样判决后信号s(t)波形');
axis([01000-1.21.2]);
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(demod)));
title('经抽样判决后信号频谱');
figure(8);
subplot(2,1,1);plot(st);gridon;
axis([01000-1.21.2]);title('原始信号时域波形');
subplot(2,1,2);plot(demod);gridon;
axis([01000-1.21.2]);title('抽样判决后信号波形');
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