通信原理课程设计报告.doc

通信原理课程设计报告专业：电子信息工程 班级：电1404-2班 学号： 2014 姓名： 电气与电子工程学院2017.04.20课程设计任务书一、课程设计目的在本课程设计中使用的软件工具是MATLAB。目的是希望在以下几方面有所收获：1.会MATLAB软件的最基本运用。MATLAB是一种很实用的数学软件，它易学易用。MATLAB对于许多的通信仿真类问题来说是比较合适的。2.了解计算机仿真的基本原理及方法，知道怎样通过仿真的方法去研究通信问题。3.加深对信号与系统和通信原理及其相关课程内容的理解。二 软件实现特点与硬件实验相比，软件实验具如下一些特点：1.软件实验具有广泛的实用性和极好的灵活性。在硬件实验中改变系统参数也许意味着要重做硬件，而在软件实验中这只是该一两个数据，或者只是在屏幕上按几下鼠标。2.软件实验更有助于我们较为全面地研究通信系统。有许多问题，通过硬件试验来研究可能非常困难，但在软件实验中却易于解决。 3.硬件实验的精确度取决于元器件及工艺水平，软件实现的精确度取决于CPU的运算速度或者说是程序的运算量。4.软件实验开发周期短，成本低。三 基本要求1.掌握matlab的基本操作及了解基本的仿真方法。2.在MATLAB中调试运行以下内容：（1）基本信号的仿真（2）数字基带传输码型的仿真（3）调制解调系统设计及仿真（4）数字基带系统设计及仿真目录课程设计任务书2一、课程设计目的2二 软件实现特点2三 基本要求2摘要4第1章 课程设计内容51.1编程实现基本信号的仿真51.2.编程实现数字基带信号的码型的仿真81.3.2ASK(用两种解调方式实现)调制解调系统设计及仿真111.4.数字基带系统设计与仿真，采用simulink对系统建模设计一个数字基带系统；采用开根号升余弦滤波器，滚降系数自定。17第2章 课程设计总结19参考文献20摘要本设计主要是基于MATLAB的通信原理仿真，可以通过对M文件中的程序进行设计，也可以利用SIMULINK模块建立模型，从而实现对各种情况的仿真。本设计从简单的信号入手，通过在M文件中编写程序从而产生并且绘出各个信号，再到编程实现数字基带信号的码型的仿真，接着对调制解调系统的设计及仿真，最后到数字基带系统的设计与仿真。由浅入深，将通信原理中的理论知识在MATLAB软件中仿真出来。其中在调制解调系统中，要按照原理框图的顺序进行仿真，在数字基带信号的设计中也包含多个基础部分，将各个部分连接起来即可达到预期的仿真结果。关键字：M文件，SIMULINK模块，调制，解调。 第1章 课程设计内容1.1编程实现基本信号的仿真(1) 产生并绘出以下信号。b.单位阶跃序列MATLAB程序如下：k=-20:20;y=zeros(1,20),ones(1,21);stem(k,y) %绘制序列波形程序运行结果如图1-1所示。图1-1 单位阶跃序列运行结果图1-1中横坐标为序列自变量的取值，纵坐标为其对应的函数，单位阶跃序列在自变量k=0时，函数值均为1，且各个点离散。d.周期方波square()（2）下面产生T=6s的周期方波，MATLAB程序如下：x=-10:0.5:10;y=square(x,50); %生成函数，占空比为50%plot(x,y);grid; %绘制网格ylim(-1.5 1.5); %值域取值范围程序运行结果如图1-2所示。图1-2 周期方波运行结果（3）f.sin2pif1t*sin2pif2t其中f1=1KHz，f2=2KHz，MATLAB的程序如下：t=0:0.01:5;f1=1;f2=2;y1=sin(2*pi*f1*t);y2=sin(2*pi*f2*t);y=y1.*y2;plot(t,y);运行结果如图1-3所示。图 1-3 sin2pif1t*sin2pif2t的运行结果图中包络仍为正弦函数的波形，因为两个相乘的正弦信号频率相差一倍，所以在半个周期内含有两个峰值。（4）正弦信号及其频谱。下面产生T=0.2s的正弦信号，MATLAB程序如下：f=100;t=-4*pi/100:pi/1024:4*pi/100;y=sin(f.*t);subplot(2,1,1)plot(t,y) N=256;t=0:N-1;y1=sin(f.*t); k=0:N/2;w=2*pi/N*k;X=fft(y1,N);magX=abs(X(1:N/2+1);subplot(2,1,2)plot(w/pi,magX);正弦信号的运行结果如图1-4所示，频谱如图1-5所示。图1-4 正弦信号波形图图1-5 正弦信号的频谱图（5）利用MATLAB/SMULINK功能建立如图1-6所示模型，并对信号频谱进行观察，其中正弦信号频率自定。仿真结果如图1-7所示。图 1-6 SMULINK模块图图1-7 SMULINK模型仿真结果图1-7中黄线为正弦信号的波形，蓝线为两个正弦信号相乘之后的波形，这两个正弦信号的频率相同，故相乘之后波形在横坐标上方。1.2.编程实现数字基带信号的码型的仿真(1)单极性不归零码、单极性归零码，占空比50%。MATLAB程序如下：Ts = 1; % 码元周期N_sample = 128; % 单个码元抽样点数dt = Ts / N_sample; % 抽样时间间隔N = 10; %码元数t = 0 : dt : (N * N_sample - 1) * dt; % 序列传输时间gt1 = ones(1, N_sample); % NRZgt2 = ones(1, N_sample / 2), zeros(1, N_sample / 2); % RZin =1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 ; % 随机输入0 1序列se1 = ;se2 = ;for i = 1 : N % 生成序列 if in(i)=1 se1 = se1 gt1; se2 = se2 gt2; else se1 = se1 zeros(1, N_sample); se2 = se2 zeros(1, N_sample); endendsubplot(2, 1, 1);plot(t, se1);grid on;axis(0 10 0 2);title(NRZ);subplot(2, 1, 2);plot(t, se2);grid on;axis(0 10 0 2);title(RZ); 运行结果如图1-8所示图1-8 单极性不归零及单极性归零码由图1-8所示单极性码只含有0电平与1电平，不归零码在一个码元周期内电平没有变化，归零码在一个码元周期内会含有零电平。（2）AMI码、双相码等仿真，AMI码仿真结果如图1-9所示，双相码仿真结果如图1-10所示。AMI码的MATLAB程序如下：n=20;fs=200;t=0:1/fs:n-1/fs; %源码产生，n为元素长度scod=randint(1,n);subplot(2,1,1);plot(t,scod(ceil(t+1/fs); %源码波形axis(0,n,-1.5,1.5);xlabel(t);ylabel(幅值);title(源码 n=20,fs=200);acod=scod;j=1;for i=1:n if acod(i)=1 acod(i)=acod(i)*j; j=-1*j; endendsubplot(2,1,2);plot(t,acod(ceil(t+1/fs); %AMI码波形axis(0,n,-1.5,1.5);xlabel(t);ylabel(幅值); title(AMI编码 n=20,fs=200);图1-9 AMI码经过两图的比较可以看出，AMI码就是将相邻的高电平，变为正负交替的电平量，而零电平依旧保持不变。双相码的MATLAB程序如下：function y=drz(x);x=0 1 1 1 0 0 1 1 0; t0=300; t=0:1/t0:length(x);for i=1:length(x); if x(i)=1; for j=1:t0/2; y(t0/2*(2*i-2)+j)=1; y(t0/2*(2*i-1)+j)=0; end else for j=1:t0/2; y(t0/2*(2*i-2)+j)=0; y(t0/2*(2*i-1)+j)=1; endendendy=y,x(i);plot(t,y); title(双相码 0 1 1 1 0 0 1 1 0); axis(0 i -0.2 1.2);图1-10 双相码在图2-10中，双相码是将“0”码编为“01”码，“1”码编为“10”码，这样能够降低传输错误率，提高传输系统的可靠性。1.3.2ASK(用两种解调方式实现)调制解调系统设计及仿真2ASK调制原理框图如图1-11所示。二进制不归零信号 e2ASK(t)s(t)cos wct图1-11 2ASK调制器原理框图带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器e2ASK(t) coswct 定时脉冲(a)带通滤波器全波整流器低通滤波器抽样判决器 定时脉冲(b)图1-12 2ASK解调器原理框图(a)相干解调方式；(b)非相干解调方式调制及相干解调的MATLAB程序如下：a=randint(1,15,2);t=0:0.001:0.999;m=a(ceil(15*t+0.01); figure(1);subplot(3,1,1)plot(t,m);axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(信源); f=100; %载波carry=cos(2*pi*f*t);st=m.*carry; %2ASK调制subplot(3,1,2);plot(t,st)axis(0 1.2 -1.2 1.2)title(2ASK信号)nst=awgn(st,70); %加高斯噪声nst=nst.*carry; %解调部分subplot(3,1,3)plot(t,nst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(乘以相干载波后的信号)wp=2*pi*2*f*0.5; %低通滤波器设计ws=2*pi*2*f*0.9;Rp=2;As=45;N,wc=buttord(wp,ws,Rp,As,s);B,A=butter(N,wc,s); %低通滤波h=tf(B,A); %转换为传输函数dst=lsim(h,nst,t);figure(2)subplot(2,1,1)plot(t,dst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(经过低通滤波器后的信号);k=0.25; %判决器pdst=1*(dst0.25);subplot(2,1,2)plot(t,pdst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(经过抽样判决后的信号) %调制信号频谱T=t(end);df=1/T;N=length(st);f=(-N/2:N/2-1)*df;sf=fftshift(abs(fft(st);figure(3)subplot(2,1,1)plot(f,sf)title(调制信号频谱)%信源频谱mf=fftshift(abs(fft(m);subplot(2,1,2)plot(f,mf)title(信源频谱) % 乘以相干载波后的频谱mmf=fftshift(abs(fft(nst);figure(4)subplot(2,1,1) plot(f,mmf)title(与相干载波相乘后的频谱) %经过低通滤波后的频谱dmf=fftshift(abs(fft(dst);subplot(2,1,2)plot(f,dmf)title(经过低通滤波后的频谱);图1-13 信源、2ASK信号及其乘载波后的波形图1-14 低通滤波后与抽样判决后的波形信源为未经过调制的基带信号，根据图1-13可知信源为单极性不归零码，调制后在高电平处含有载波信息，零电平处没有变化，解调时经过载波后高电平处的频率更高了，零电平处依旧没有变化。如图1-14，经过低通滤波器后，滤除了高频成分但是仍含有毛刺，高电平时函数值大体在0.5左右，再经过抽样判决后，得到基带信号。（a）（b）图1-15 调制信号、信源、2ASK信号乘载波及其通过低通滤波器后的信号的频谱调制与非相干解调的Simulink模型如图1-16所示，仿真结果如图1-17所示。图1-16 非相干解调的Simulink模型Pube Generator用于产生基带信号，Sine Wave用于产生载波信号，Product是将基带信号与载波信号相乘，从而将基带信号调制。Abs用于全波整流，Analog Fitter Design用于低通滤波，Relay是用于抽样判决的，从而将已调信号解调为基带信号。 （a） （b） （c） （d） （e）图1-17 调制及非相干解调过程中各个部分的波形图在图1-17中，(a)为载波信号的波形，(b)为已调信号的波形，(c)为经过全波整流器的波形，(d)为经过低通滤波器后的信号的波形，(e)中蓝线为原始的基带信号，黄线为经过调制与解调之后的基带信号，由于中间含有延时，故两条线没有重合。1.4.数字基带系统设计与仿真，采用simulink对系统建模设计一个数字基带系统；采用开根号升余弦滤波器，滚降系数自定。图1-18 数字基带系统的simulink模型左上角的框图产生数字双向码，再通过滤波器，和3个（1/z）延迟，然后再通过滤波器，解调，transport延迟，使眼图对齐，达到最佳的效果。图1-19眼图第2章 课程设计总结通过本次的课程设计受益匪浅，感触良多。首先是进一步加深了对于通信原理，信号与系统，matlab程序设计等课程的理解和认知，