《现代通信原理及技术》课程设计-模拟频带通信系统的设计及仿真.doc

通信原理课程设计说明书 现代通信原理及技术课程设计一、课程标识课程编码：01.2243名 称：现代通信原理及技术课程设计学 时：一周适合专业：四年制本科光信息科学与技术专业二、本课程性质和任务现代通信原理课程设计针对于光信息科学与技术专业，是现代通信原理及技术的课程设计。现代通信原理及技术主要讲授现代通信的基本原理，包括通信系统信道的特性、信号调制的基本原理、信息基带和频带传输的特性、信源和信道的编码等主要原理；通信技术主要包括有线通信，无线通信和网络通信等技术。任务要求在掌握现代通信基本原理、了解现代通信的基本技术的基础上，设计一套通信系统，此系统包括调制解调、加噪声的信道及信号的接收处理和显示，并利用MATLAB对所设计的通信系统进行仿真。三、课程内容1、设计题目：l 题目：模拟频带通信系统的设计及仿真系统参数： （1）传输语音信号（04kHz） （2）载波频率(100kHz) （3）噪声双边功率谱密度（2*10-9w/Hz） （4）信号功率（5mw）计算：（1）系统的传输速率 （2）系统的信噪比 要求：（1）、设计：模拟频带通信系统：包括模拟调制（AM、DSB、SSB和FM、PM任选一种）解调（相干解调）、加噪声（高斯噪声）的信道及信号的发送和接收。（2）、利用MATLAB中simulink软件进行仿真。 要求：信源信号的显示； 已调信号的显示； 已调信号的频谱； 加噪声的信道； 解调信号的显示；解调信号与信源信号的对比分析。l 题目：数字频带通信系统的设计及仿真系统参数： （1）传输数字语音信号码元速率（4kHz） （2）载波频率(100kHz) （3）噪声功率谱密度（2*10-9w/Hz） （4）信号功率（5mw）计算：（1）系统的传输速率 （2）系统的误码率要求：（1）、设计：数字频带通信系统：包括数字调制（2ASK、2FSK、2PSK任选一种）解调（相干解调）、加噪声（高斯噪声）的信道及信号的发送和接收。（2）、利用MATLAB中simulink软件进行仿真。 要求：信源信号的显示； 已调信号的显示； 已调信号的频谱； 加噪声的信道； 解调信号的显示；解调信号与信源信号的误码分析。2、课程设计教学方法手段的基本要求教学方法手段的基本要求：理论教学和开放式实验。设计说明书的内容和要求：（1）、题目和任务书（2）、目录（3）、引言（4）、正文（5）、总结（6）、参考文献及参考书目录1、 引言 : 1.1语音信号传输的现状. 1.1.1 语音信号的无线传输. 1.1.2 “蓝牙“技术的介绍.1.1.3 语音信号的有线传输 1.2 系统的选择与设计方案概述 1.2.1数字基带传输系统方框图. 1.2.2基本原理. 1.2.3总的设计图.2、通信系统的参数. 2.1系统已知参数. 2.1.1所选通信系统的参数计算.3、Matlab 仿真. 3.1 对Matlab 的基本了解与介绍 3.1.2 Matlab的特点 3.1.3 Simulink 的仿真原理. 3.2 运用软件进行仿真.4、 总结.参考文献及参考书1、 引言：随着技术的发展，现在的社会已经是一个信息化的社会，大到航天事业，国际网络，医学研究，小到我们的日常生活都离不开通信系统。现代通信系统的研制已经达到一个全新的水平，但是由于环境，地域的影响，通信系统传输信号的效果还是会受到一定的影响，本文主要介绍一个基于“蓝牙”技术的基本通信系统（语音信号的二进制键控法调制及它的相干解调原理），及语音信号的传输现状。1.1 语音信号的传输现状1.1.1 语音信号的无线传输 1.1.1.1 常见无线传输方式简介目前普遍采用的无线数据传输技术主要包括：GPRS/GSM、Wi-F（i802.11b）、Bluetooth（802.15.1）和 ZigBee（802.15.4）等。从应用角度而言，这几种技术都存在着一定的局限性，具体技术对比分析如下表 1 所示。从以上分析可以看出，由于通常待测设备工作区域较为广阔、部分检测参数数据量大，仅仅通过某一种无线传输方式不能满足共性参数测控系统的传输要求， 因此本课题采用三种无线传输方式满足系统传输需要，即 ZigBee、GPRS 和 GSM。1.1 .1.2 ZigBee该方式主要用于近距离测控需要，可满足 100 米范围内测控需要，部分高功率模块最大距离可达 1000 米。主要应用在上位机距离设备检测现场距离不远、数据量较大、实时性要求较高的场合。1.1.1.3GPRS该方式主要用于远距离、数据量较大的传输需要6-7其应用场合为，在手机信号覆盖区域进行设备的性能参数的检测，然而由于上、下位机距离较远或有障碍物，通过 ZigBee 方式无法实现无线传输的情况下，可采用 GPRS 方式实现。GPRS 传输方式要求接收上位机有固定的 IP 地址和端口号，测控仪把该 IP 地址和相应端口号作为发送的目的地址，通过 GPRS 模块发送打包后的采集数据到基站，然后借助互联网传送到相应的上位机。因此，该方式比较适用于大区域的数据采集和统计。但该方式需按数据流量计费，相对成本来说较 ZigBee 高。1.1.1.4 GSM该方式主要用于远距离、数据量较小的传输场合需要，其传输速度只有 GPRS 的 1/10，传输范围与 GPRS 相同6-7。其优点是可以直接发送数据到手机上，上位机不需要固定的 IP地址和端口号，甚至不需要接入互联网。适应于检测参数数据量小、实时性要求不高，并且使用 ZigBee 和 GPRS 方式受到限制的场合。如检测系统工作地点、工作状态的检测等等；但由于其计费方式依短信按条收费，相对而言使用费用较高。 因此，该测控系统在实际使用过程中应首选 ZigBee 方式，然后是 GPRS 方式，最后才考虑使用 GSM 短信方式。通过三种方式的集成，克服了单独使用某一方式的局限性，增加了通过数据无线传输方式在共性参数测控系统中应用的实用性。1.1.2“蓝牙”技术的介绍 “蓝牙”是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。 “蓝牙”技术的组成“蓝牙”技术的特点1.1.3语音信号的有线传输 远距离无中继有线语音通信系统采用 结合语音信号处理芯片进行语音信号的处理，同时它采用和传输数字化后的语音信号。在整体上，该系统采用单片处理器负责接口、各环节之间的数据通信和必要的数据处理，由于该系统具有比较鲜明的设计针对性，并且采用了先进的语音压缩技术和具开发潜力的载波传输技术，因而具有无中继传输距离远、语音质量好、抗干扰性好等特点，而且使其在完全满足具体工程的技术要求的基础上，获得了在语音固态录音、卫星移动通讯、无线电台、电话等领域内的广阔的应用前景。1.2 系统的选择与设计方案概述1.2.1 数字基带传输系统方框图信道信号形成器（发送滤波器）产生适合于信道传输的基带信号波形(已调信号)，通过已加噪声的信道，经过接收滤波器滤除噪声和其它干扰，使输出的基带波形有利于抽样判决，在经过抽样判决器对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接收信号中提取，定位时的准确与否将直接影响判决效果。1.2.2基本原理：振幅键控是利用载波的振幅变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。在2ASK中，载波的振幅只有两种变化状态，分别对应二进制“0”或“1”。一种常用的，也是最简单的二进制振幅键控方式称为通断键控，其表达式为：2ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法（相成器法）和键控法模拟振幅调制的方法，用乘法器实现。数字键控法，其中的开关电路受s(t)控制。 模拟相乘法 数字键控法2ASK信号也有两种基本的解调方法：非相干解调和相干解调。1.2.3总的设计图：coswctS(t)2.所选通信系统的参数2.1系统已知参数：（1）传输数字语音信号码元速率（4kHz） （2）载波频率(100kHz) （3）噪声功率谱密度（2*10-9w/Hz） （4）信号功率（5mw）2.2参数计算： r1 所以误码率：3 Matlab 仿真3.1 对Matlab 的基本了解与介绍Matlab是Math Works公司开发的一种跨平台的，用于矩阵数值计算的简单高效的数学语言，与其它计算机高级语言相比，Matlab语言编程要简洁的多，编程语句更加接近数学描述，可读性好，其强大的图形功能和可视化数据处理能力也是其它高级语言望尘莫及的。对于具有任何一门高级语言寄出的阅读者来说，学习Matlab 十分容易。但是，用好Matlab可不是在短时间就可以达到的，这并不是它语句复杂难懂，而是实际问题的求解往往更多的是需要使用者具备数学知识和专业知识，Matlab使人摆脱了常规计算机编程的繁琐，让人们能够将大部分的时间和精力投入到研究问题的数学建模上，可以说，应用Matlab这一数学计算和系统仿真的强大工具，可以是科学研究的效率得以成百倍的提高。3.1.1 Matlab 的特点 Matlab 是一种高级语言，语法简单，计算精度高，具有强大的绘图能力，与其它语言相比，它对计算机内存，硬盘空间的要求也是比较高的。Matlab具有串口操作，声音输入输出，等硬件操控能力，它可以直接映射为DSP芯片可接受的代码啊，大大提高了现代电子通信设备的研发效率。3.1.3 Simulink 的仿真原理Simulink仿真与Matlab编程的数据交换及Simulink 提供的这些功能，利用Simulink基本库，我们就可以构建自己的仿真模型、自己的专业模型库，并进行仿真和数据结果分析。 Simulink进行仿真本质上就是利用某种求解算法对系统状态方程进行求解的过程。Simulink设计了固定格式的S函数接口，通过S函数可将系统的数学方程表达形式与方框表达形式联系起来。 通过编写和使用S函数，用户也可以构建出采用Simulink普通模块难以搭建出来的系统模型，