通信原理matlab课程设计报告.doc

目录一 问题描述-3二 实验原理-4三 源程序-6四 数据测试-16五 调试分析-22六 用户使用手册-23七 心得体会-24一、问题描述1. 使用matlab编程完成HDB3的编码与解码。2. 课程设计需要运用MATLAB编程实现2ASK,2FSK,2PSK，2DPSK调制解调过程，并且输出其源码，调制后码元以及解调后码元的波形。二、实验原理1.HDB3编码解码原理HDB3码：三阶高密度双极性码。 HDB3码与二进制序列的关系： (1)二进制信号序列中的“0”码在HDB3码中仍编为“0”码，二进制信号中“1”码，在HDB3码中应交替地成+1和-1码，但序列中出现四个连“0”码时应按特殊规律编码（引入传号交替反转码的“破坏点”V码）； (2)二进制序列中四个连“0”按以下规则编码：信码中出现四个连“0”码时，要将这四个连“0”码用000V或B00V取代节来代替(B和V也是“1”码，可正、可负)。这两个取代节选取原则是，使任意两个相邻v脉冲间的传号数为奇数时选用000V取代节，偶数时则选用B00V取代节。2.二进制数字调制技术原理数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。通常使用键控法来实现数字调制，比如对载波的振幅、频率和相位进行键控。(1)2ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制和键控法。解调有相干解调和非相干解调。P=1时f(t)=Acoswt;p=0时f(t)=0;其功率谱密度是基带信号功率谱的线性搬移(2) 一个2FSK信号可以看成是两个不同载波的2ASK信号的叠加。其解调和解调方法和ASK差不多。2FSK信号的频谱可以看成是f1和f2的两个2ASK频谱的组合。(3) 2PSK以载波的相位变化作为参考基准的，当基带信号为0时相位相对于初始相位为0， 当基带信号为1时相对于初始相位为180。(4) 2DPSK调制原理方框图如下图。S(t) 载波移相p码变换 A(t) 间接法信号调制器原理方框图2DPSK信号的解调，主要有两种方法，即相位比较法和相干解调法。相干解调法原理方框图如下图： 带通滤波相乘低通滤波抽样判决逆码变换本地载波 提取相干解调法原理方框图三、源程序clearclca=20; %a表示元素个数，可以修改码元为任意个数如1024r=unidrnd(2,1,a-1); %随机产生离散均匀二值分布（1，2），共a-1个rn=r-1; %每个元素减1变为（0，1）二值随机数列rn=1,rn; %跟书上一致，从1开始随机产生离散均匀二值分布（1，2），共a个ori=rn; %将原序列保存起来，便于后面解码后比较oril=1; for k=1:a-3 if abs(rn(k)=1 m=rn(k); %m记录可能存在的连续4个0前面非零码元的符号 end if rn(k)=0 if rn(k+1)=0 if rn(k+2)=0 if rn(k+3)=0 %检测是否连续4个码元都是0 rn(k+3)=2*m; %用2表示书上的V end end end endendrn ; %插入V(2)后 checked l=1; %l=1表示两个V之间有偶数个非零码，0是偶数，所以初始为1，l=-1表示两个V之间有奇数个非零码for s=1:a if abs(rn(s)=2 for d=s+1:a if abs(rn(d)=1 %V之间的非零码只有+1，-1遇到一个一使l变一次号，表示偶数或奇数 l=-l; end if abs(rn(d)=2 if l=1 l=1; %不需要插入B时若检测到V也应把计数器清零 %最初版本的升级处1 else %检测到下一个V时，若为偶数个，则插入B rn(d-3)=3*(-(rn(d-4)/(abs(rn(d-4); %3代表B,插入不带符号的B rn(d:a)=-rn(d:a); end %V后的符号再交替 end end endendrn %到此处完成了插入不带符号的B%for s=1:a % if abs(rn(s)=3 %找到B %rn(s)=rn(s)*(-(rn(s-1)/(abs(rn(s-1); %B（3）与前一个位置的带符号的归一值相乘再取反，实现符号B(3)的极性与前一非符号的相反 %B后面第三个就是接下来的V,从它开始非零码正负号交替变化 %end%end HDB=rn; %给B(3)添加了符号，并且实现了V后的符号再交替HDB %以上便实现了HDB3的编码 %下面进行解码for k=1:a if abs(rn(k)=2 rn(k-3)=0;rn(k)=0; %每个V（2）都变成0，V前面第三个有可能是B(3)有可能是0也恢复为0 end if abs(rn(k)=1 rn(k)=1; endendrn %解码后的恢复序列rn-ori %解码与原码比较全为0则解码正确 s=menu(通信原理,2ASK,2PSK,2FSK,2DPSK)switch s case 1,scolor=2ASK;n=8;N=100;K=4;a=randint(1,n);bita=;sl=;bitRate=1e3;fc=1e3;%载频1KHZt=linspace(0,1/bitRate,N);for i=1:length(a) if a(i)=0 bit1=zeros(1,N); else bit1=ones(1,N); end bita=bita,bit1; c=sin(2*pi*t*fc); sl=sl c;endfigure(1);subplot(K,1,1);plot(bita,LineWidth,1.5),title(基带信号),grid on;axis(0,N*length(a),-2.5,2.5);tz=bita*6.*sl;subplot(K,1,2);plot(tz,LineWidth,1.5);title(ASK调制后信号);grid on;signal=awgn(tz,80,measured);subplot(K,1,3);plot(signal,LineWidth,1.5),grid on;title(信号+噪声)Fs=3e3;b,a=ellip(4,0.1,40,999.9,1000.1*2/Fs);%设计IIR带通滤波器，阶数为4，通带纹波0.1，阻带衰减40DBsf=filter(b,a,signal);%信号通过该滤波器figure(2);K1=4;subplot(K1,1,1);plot(sf,LineWidth,1.5),grid on;title(BPF)signal2=abs(sf); %乘同频同相sinsubplot(K1,1,2);plot(signal2,LineWidth,1.5),grid on;title(全波整流器); Fs=3e3;%抽样频率400HZb,a=ellip(4,0.1,40,50*2/Fs);%设计IIR低通滤波器sf1=filter(b,a,signal2);%信号通过该滤波器，输出信号sfsubplot(K1,1,3);plot(sf1,LineWidth,1.5),grid on;title(LPF); sf2=;LL=fc/bitRate*N;i=LL/2;bitb=;while (i=0.001; i=i+LL; end for i=1:length(sf2) if sf2(i)=0 bit1=zeros(1,N); else bit1=ones(1,N); end bitb=bitb,bit1;endfigure(1);subplot(K,1,4); plot(bitb,LineWidth,1.5),grid on;title(解调后信号); axis(0,N*length(sf2),-2.5,2.5); case 2,scolor=2PSK; l=linspace(0,pi,50);% 数据初始化t=linspace(0,9*pi,450);b=1:1:9;out=1:1:450;f=1:1:450;g=1:1:450;w1=2 %正弦波f1的频率,可以根据自己想要的频率在此改写 %正弦波f2的频率,可以根据自己想要的频率在此改写f1=sin(w1*l);figure(1);f2=sin(w1*l+pi);figure(1);subplot(2,1,1),plot(l,f1),axis(0 pi -1.2 1.2),xlabel(t),ylabel(f1);%画出f1信号波形subplot(2,1,2),plot(l,f2),axis(0 pi -1.2 1.2),xlabel(t),ylabel(f2);%画出f2信号波形a=0 1 0 0 0 1 1 0 1for i=1:9 %2pSK编码 if a(i)=0 for k=1:50 %如果二进制原码为0则输出f1波形 out(k+50*(i-1)=f1(k); end else for j=1:50 out(j+50*(i-1)=f2(j); %r如果二进制原码为1则输出f2波形 end endendfor i=1:9 %2PSK解码 n=0;m=0; for j=1:50 if out(j+50*(i-1)-f1(j)=0 n=n+1; else if out(j+50*(i-1)-f2(j)=0 m=m+1; end end end if nm b(i)=0; else b(i)=1; endend bfor i=1:9 %画出解码后的波形 ,包括原码和解码出的码,进行对比 for j=1+50*(i-1):50*i f(j)=a(i); g(j)=b(i); endendfigure(2);subplot(3,1,1),plot(t,f),axis(0 9*pi -0.2 1.2),xlabel(t),ylabel(数字基带调制原码);subplot(3,1,2),plot(t,out),axis(0 9*pi -1.2 1.2),xlabel(t),ylabel(调制好的波形);subplot(3,1,3),plot(t,g),axis(0 9*pi -0.2 1.2),xlabel(t),ylabel(解码得到的码);Num,Rat=biterr(f,g) case 3,scolor=2FSK;%=生成随机码元、基带信号、调制=%n=8;%随机码元个数N=100;%模拟一个码元的点数K=4;%figure1画四个小图a=randint(1,n)%码元生成bita=;%定义空数组，存放基带信号for i=1:length(a) if a(i)=0 bit1=zeros(1,N); else bit1=ones(1,N); end bita=bita,bit1;%基带信号endfigure(1);subplot(K,1,1);plot(bita,LineWidth,1.5),title(基带信号),grid on;axis(0,N*length(a),-2.5,2.5);bitRate=1e3;%每一个码元中采样点的间隔宽度0.001sfc=1e3;%载频1KHZt=linspace(0,1/bitRate,N);tz=; c1=sin(2*pi*t*fc);%载波 c2=sin(2*pi*t*fc*2);%载波 for i=1:length(a) if a(i)=1 tz=tz,c1; else tz=tz,c2; end endsubplot(K,1,2);plot(tz,LineWidth,1.5);title(2FSK已调信号);grid on;signal=awgn(tz,20,measured);%加噪subplot(K,1,3);plot(signal,LineWidth,1.5),grid on;title(信号+噪声)%=解调=%Fs=5e3;%采样频率b1,a1=ellip(4,0.1,40,999.9,1000.1*2/Fs);%设计IIR带通滤波器，阶数为4，通带纹波0.1，阻带衰减40DBb2,a2=ellip(4,0.1,40,1999.9,2000.1*2/Fs);sa=filter(b1,a1,signal);%信号通过该滤波器sb=filter(b2,a2,signal);figure(2);K1=3;%figure2画（3*2)幅图表示解调过程subplot(K1,2,1);plot(sa,LineWidth,1.5),grid on;title(BPF)subplot(K1,2,2);plot(sb,LineWidth,1.5),grid on;title(BPF)%=相乘器=%t=linspace(0,1/bitRate,N);c1=sin(2*pi*t*fc);c2=sin(2*pi*t*fc*2);sia=;sib=; for i=1:n sia=sia,c1; sib=sib,c2; end siga=sa.*sia;%乘同频同相sia sigb=sb.*sib;%乘同频同相sibsubplot(K1,2,3);plot(siga,LineWidth,1.5),grid on;title(相乘器); subplot(K1,2,4);plot(sigb,LineWidth,1.5),grid on;title(相乘器); %=LPF=%Fs=5e3;%抽样频率400HZb1,a1=ellip(4,0.1,40,50*2/Fs);%设计IIR低通滤波器b2,a2=ellip(4,0.1,40,50*2/Fs);%设计IIR低通滤波器sfa=filter(b1,a1,siga);%信号通过该滤波器，输出信号sfasfb=filter(b2,a2,sigb);%信号通过该滤波器，输出信号sfbsubplot(K1,2,5);plot(sfa,LineWidth,1.5),grid on;title(LPF); subplot(K1,2,6);plot(sfb,LineWidth,1.5),grid on;title(LPF);%=抽样判决=%s2a=;s2b=;LL=fc/bitRate*N;i1=LL/2;i2=LL;bitb=;while (i1=0; i1=i1+LL;endwhile (i2=length(sfb) s2b=s2b,sfb(i2)s2b(i) bit1=zeros(1,N); else bit1=ones(1,N); end bitb=bitb,bit1;endfigure(1);subplot(K,1,4); plot(bitb,LineWidth,1.5),grid on;title(解调后信号); axis(0,length(bitb),-2.5,2.5); case 4,scolor=2DPSK; %- 2DPSK 调制与解调%-%Initial_Part%-fs = 30000;Time_Hold_On = 0.1;Num_Unit = fs * Time_Hold_On;High_Level = ones ( 1, Num_Unit );Low_Level = zeros ( 1, Num_Unit );w = 300;A = 1;%-%Initial_The_Signal%-Sign_Set = 0,1,1,0,1,0,0,1Lenth_Of_Sign = length ( Sign_Set );st = zeros ( 1, Num_Unit * Lenth_Of_Sign );sign_orign = zeros ( 1, Num_Unit * Lenth_Of_Sign );sign_result = zeros ( 1, Num_Unit * Lenth_Of_Sign );t = 0 : 1/fs : Time_Hold_On * Lenth_Of_Sign - 1/fs;%-%产生基带信号%-for I = 1 : Lenth_Of_Sign if Sign_Set(I) = 1 sign_orign( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = High_Level; else sign_orign( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = Low_Level; endend%-%调制部分%-for I = 1 : Lenth_Of_Sign if Sign_Set(I) = 1 st( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = A * cos ( 2 * pi * w * t( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit ) + ( pi / 2 ) ); else st( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = A * cos ( 2 * pi * w * t( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit ) ); endendfiguresubplot ( 2,1,1 )plot(t, sign_orign);axis( 0 , Time_Hold_On *( Lenth_Of_Sign + 1), - (A / 2), A + (A / 2) );title ( 原始信号 );gridsubplot ( 2, 1, 2 );plot ( t, st );axis( 0 , Time_Hold_On *( Lenth_Of_Sign + 1), - 3*(A / 2), 3*(A / 2) );title ( 调制后的信号 );grid%-%相乘%-dt = st .* cos ( 2 * pi * w * t );figureplot ( t, dt );axis( 0 , Time_Hold_On *( Lenth_Of_Sign + 1), - 3*(A / 2), 3*(A / 2) );title ( 相乘后的波形 );grid%-%低通滤波部分%-N,Wn = buttord( 2*pi*50, 2*pi*150,3,25,s); %临界频率采用角频率表示b,a=butter(N,Wn,s);bz,az=impinvar(b,a,fs); %映射为数字的dt = filter(bz,az,dt);figureplot ( t, dt );axis( 0 , Time_Hold_On *( Lenth_Of_Sign + 1), - 3*(A / 2), 3*(A / 2) );title ( 低通滤波后的波形 );grid%-%抽样判决 & 逆码变换部分%-for I = 1 : Lenth_Of_Sign if dt(2*I-1)*Num_Unit/2) 0.25 sign_result( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = High_Level; else sign_result( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = Low_Level; endendfigureplot ( t, sign_result );axis( 0 , Time_Hold_On *( Lenth_Of_Sign + 1), - 3*(A / 2), 3*(A / 2) );title ( 解调后信号 );grid end四、测试数据运行程序命令窗口会显示随进产生的二进制码，对此二进制码进行HDB3编码之后得码元，解码之后得码元以及解码之后得码元与原基带码进行比较得结果 如下图：还会出现调制解调得选择窗口，来进行选择调制解调方式 如下在选择窗口中可以看到有四种调制解调方式选择2ASK进行调制解调可以看到随机得基带信号，2ASK调制后的信号以及2ASK解调后的信号进入菜单 从新选择2PSK可以看到随机产生得2PSK基带信号，2PSK调制后的信号以及2PSK解调后的信号进入菜单栏重新选择2FSK调制解调可以看到随机产生得基带信号，使用2FSK调制后的信号以及使用2FSK解调后的信号进入菜单栏从新选择2DPSK调制解调以上为随机产生得二进制原始信号以及2DPSK调制之后得信号使用2DPSK解调之后的信号五、调试分析1、调试方法：运行程序，按要求测试各功能能否实现，如果不能实现，则寻找问题原因，修改程序后再次运行，再次测试功能能否实现，直到成功实现所有功能。2、问题分析与解决措施.在调试过程中遇到了（1）输出数据出错.错误：有时运行程序，在产生随机二进制码时由于程序的不稳定，在产生1的时候却产生了2，进行程序修改之后是之变得稳定。（2）输出提示语句未显示错误：提示语与程序中设置显示语言发生冲突。（3）使用menu模块时未能成功连接错误：连接语使用不一致六、用户使用手册通信原理（第六版） 樊昌信 曹丽娜编国防工业出版社MATLAB程序设计与应用（第二版）刘卫国主编高等教育出版社七、心得体会通过这两周的通信原理课程设计实践，我复习了MATLAB编程语言的基本概念、语法、语义和数据类型的使用特点，加深了对课堂所学理论知识的理解，掌握了运用结构化程序设计的基本思想和方法，更重要的是培养了自己的自学能力。因为这是我们第二次接触MATLAB编程语言，在编写程序以及调试的过程中遇到了很多困难，但是我通过去图书馆查找资料，请教同学老师，再自己一点点改善程序，最终编写出一个比较完善的程序，实现了所有要求功能，这是最值得我欣慰的一点。 以下是我的几点切身感受： （一）编写程序需要一个清醒的头脑，明确的思路，同时也要有耐心毅力。