2022年通信系统课群综合训练与设计课设报告 .pdf
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1、武汉理工大学通信系统课群综合训练与设计报告1 课程设计任务书学生姓名:王博弈专业班级:通信 gj1001 班指导教师:郭志强工作单位:武汉理工大学题目:通信系统课群综合训练与设计1 课程设计的目的通过课程设计,使学生加强对电子电路的理解,学会对电路分析计算以及设计。进一步提高分析解决实际问题的能力,通过完成综合设计型和创新性实验及训练,创造一个动脑动手独立开展电路实验的机会,锻炼分析解决电子电路问题的实际本领,实现由课本知识向实际能力的转化;加深对通信原理的理解,提高学生对现代通信系统的全面认识,增强学生的实践能力。2 课程设计要求要求:掌握以上各种电路与通信技术的基本原理,掌握实验的设计、电
2、路调试与测量的方法。1.培养学生根据需要选学参考书,查阅手册,图表和文献资料的自学能力,通过独立思考深入钻研有关问题,学会自己分析解决问题的方法。2.通过对实验电路的分析计算,了解简单实用电路的分析方法和工程设计方法。3.掌握示波器,频谱仪,失真度仪的正确使用方法,学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法,提高动手能力。3 课程设计进度安排序号设计内容所用时间1 根据设计任务,分析电路原理,确定实验方案2 天2 根据实验条件进行电路的测试,并对结果进行分析7 天3 撰写课程设计报告1 天合计2 周指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-
3、第 1 页,共 32 页 -武汉理工大学通信系统课群综合训练与设计报告2 目录摘要 .3Abstract.41 综述 .51.1MA TLAB 简介.51.2 典型通信系统.62 增量调制.72.1 工作原理.72.2 代码实现.82.3 代码分析.82.4 仿真结果.93AMI 编码.10 3.1 工作原理.10 3.2 代码实现.11 3.3 代码分析.11 3.4 仿真结果.12 4 汉明码编码.13 4.1 工作原理.13 4.2 代码实现.13 4.3 代码分析.13 4.4 仿真结果.14 5FSK 调制、信道传输与FSK 解调 .15 5.1 工作原理.15 5.2 代码实现.1
4、5 5.3 代码分析.18 5.4 仿真结果.19 6 汉明码解码.21 6.1 代码实现.21 6.2 仿真结果.21 7AMI 解码.22 7.1 代码实现.22 7.2 代码分析.22 7.3 仿真结果.22 8 增量解调.23 8.1 代码实现.23 8.2 代码分析.23 8.3 仿真结果.24 参考文献.25 附录代码清单.26 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页,共 32 页 -武汉理工大学通信系统课群综合训练与设计报告3 摘要一个典型的通信系统由信息源、编码、调制、传输介质、解调、解码、信宿构成。本设计采用增量编码调制作为数字化方式,AMI码作为基带码,汉
5、明码作为循环码,FSK 作为调制方式,加性高斯白噪声作为传输信道的噪声输入来构建一个典型通信系统。本设计在 MATLAB 平台完成,通过MATLAB 提供的通信系统工具箱和自行编写的函数来实现对一个典型通信系统的仿真分析。通过设计进一步熟悉基带码、信道码、调制和解调等通信基本概念和基本方法。通过对MATLAB 代码编写进一步熟悉 m 文件和 MATLAB 语法的应用。关键词:MATLAB、通信系统、FSK、AMI、基带码。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页,共 32 页 -武汉理工大学通信系统课群综合训练与设计报告4 Abstract A typical communic
6、ation system,the information sourcecoding,modulation,transmission media,demodulation,decoding,constituting the sink.This design usesa digitally coded modulation incremental way,AMI code asa basebandcode,Hamming code as a loop,FSK modulation mode as additivewhite Gaussiannoise asthe noise input of th
7、e transmissionchannel to build a typicalcommunication system.This design is completed in the MATLABplatform,communication systemsand functions toolbox provided by MATLAB preparethemselvesto achievea typicalcommunication system simulation.By designing more familiar with the basebandcode,the basic con
8、cepts ofcommunication channel code,modulationanddemodulation,and basic methods.MATLABcode written by more familiar withthe syntax of MATLABm-files and applications.Keywords:MATLAB,communication systems,FSK,AMI,the basebandcode.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页,共 32 页 -武汉理工大学通信系统课群综合训练与设计报告5 1 综述1.1MATLAB
9、 简介MATLAB 是 matrix&laboratory 两个词的组合,意为矩阵工厂(矩阵实验室)。是由美国 mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB 和 Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。它在数学
10、类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB 来解算问题要比用C,FORTRAN 等语言完成相同的事情简捷得多,并且 MATLAB 也吸收了像 Maple等软件的优点,使 MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C+,JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导
11、入到MATLAB 函数库中方便自己以后调用,此外许多的MATLAB 爱好者都编写了一些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页,共 32 页 -武汉理工大学通信系统课群综合训练与设计报告6 1.2 典型通信系统一个典型的通信系统如下图所示。图 1-1 典型通信系统原理图本设计采用增量编码调制作为数字化方式,AMI码作为基带码,汉明码作为循环码,FSK 作为调制方式,加性高斯白噪声作为传输信道的噪声输入来构建一个典型通信系统。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页,共 32 页 -武汉理工大学通信系统课群综合训练与设计报
12、告7 2 增量调制2.1 工作原理增量调制简称M或增量脉冲编码调制方式(DM),它是继 PCM 后出现的又一种模拟信号数字化的方法。1946 年由法国工程师 De Loraine 提出,目的在于简化模拟信号的数字化方法。主要在军事通信和卫星通信中广泛使用,有时也作为大规模集成电路中的A/D 转换器使用。它是一种把信号上一采样的样值作为预测值的单纯预测编码方式。增量调制是预测编码中最简单的一种。它将信号瞬时值与前一个抽样时刻的量化值之差进行量化,而且只对这个差值的符号进行编码,而不对差值的大小编码。因此量化只限于正和负两个电平,只用 1 比特传输一个样值。如果差值是正的,就发“1”码,若差值为负
13、就发“0”码。因此,数码“1”和“0”只是表示信号相对前一时刻的增减,不代表信号的绝对值。同样,在接收端,每收到一个“1”码,译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量阶。每收到一个“0”码就下降一个量阶。当收到连“1”码时,表示信号连续增长;当收到连“0”码时,表示信号连续下降。译码器的输出经过低通滤波器滤去高频量化噪声,从而恢复原信号,只要抽样频率足够高,量化结局大小适当,接收端恢复的信号与原信号非常接近,量化噪声可以很小。增量编码的工作原理框图如下图所示。图 2-1 增量编码调制原理框图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页,共 32 页 -武汉理工大学通信系统课群综合
14、训练与设计报告8 2.2 代码实现%信源产生和增量编码ts=1e-3;t=0:ts:20*ts;x=sin(2*pi*50*t)+0.5*sin(2*pi*150*t);delta=0.4;D(1+length(t)=0;for k=1:length(t)e(k)=x(k)-D(k);e_q(k)=delta*(2*(e(k)=0)-1);D(k+1)=e_q(k)+D(k);codeout(k)=(e_q(k)0);end figure(1)subplot(211);plot(t,x,-o);axis(0 20*ts,-2 2);title(随机信源);subplot(212);stairs
15、(t,codeout);axis(0 20*ts,-2 2);title(增量编码);2.3 代码分析代码前部分首先产生了一个模拟话音信号。后半部分根据编码原理框图对信号进行调制,e(k)作为预测误差、D(k)为预测器。通过通过e(k)和预测系数产生一个e_q(k),对 e_q(k)与 0 的关系即可给出输出数据。通过plot 语句画出模拟信号波形,再通过stairs 画出增量编码后的信号波形。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页,共 32 页 -武汉理工大学通信系统课群综合训练与设计报告9 2.4 仿真结果图 2-2 增量编码仿真结果可以看到增量编码在模拟信号增加阶段保持
16、1 状态,在信号减少阶段保持0状态,基本达到跟随原始信号的目的。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页,共 32 页 -武汉理工大学通信系统课群综合训练与设计报告10 3AMI 编码3.1 工作原理为防止单极性归零信号对电缆充电引起信号的直流漂移,同时也为了容易实现接收器与发送器的同步,信号在松山电缆传输时将单极性归零码变成AMI 码,这是一种正负向间的双极性归零码。AMI 码序列Ka与数字信息码Kd有下列关系:二进制的零仍变换为传输码的零,而二进制的1 交替变换为传输码的+1、-1,见表3-1。Ka是一个随机脉冲序列,由于正、负信号相等,其功率谱密度的基带信号没有直流或者接
17、近直流的分量。表 3-1 二进制码与AMI 码对照表Kd1011101101000010Ka+10-1+1-10+1-10+10000-10一种典型的 AMI 码编码电路如图 3-1 所示。图 3-1 AMI 编码电路名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页,共 32 页 -武汉理工大学通信系统课群综合训练与设计报告11 3.2 代码实现%AMI编码xn=codeout*1;%逻辑值转换成数值yn=xn;num=0;for k=1:length(yn)if xn(k)=1 num=num+1;if num/2=fix(num/2)yn(k)=1;else yn(k)=-1;e
18、nd end end figure(2)stairs(0:length(yn)-1,yn);axis(0 length(yn),-2 2);title(AMI编码);3.3 代码分析由增量编码输出的codeout作为 AMI 编码的输入。此处需要注意 codeout是逻辑属性,无法直接对其进行矩阵运算,故在代码开头将 codeout与数字 1 相乘,相乘的结果 xn 便具有了数字属性,同时也具有codeout所携带的信息。AMI 编码的过程主要在for 循环语句中完成,通过if 判断该码元是否为1,如果不是 1 则直接输出 0,如果是 1 则判断其奇偶性,分别输出+1、-1。最后通过 stai
19、rs函数画出编码之后的结果。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页,共 32 页 -武汉理工大学通信系统课群综合训练与设计报告12 3.4 仿真结果图 3-2AMI 码仿真结果通过仿真可以看出在出现1 的时候,AMI 编码输出是正负1 交替,从而实现了 AMI 编码。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页,共 32 页 -武汉理工大学通信系统课群综合训练与设计报告13 4 汉明码编码4.1 工作原理与其他的错误校验码类似,汉明码也利用了奇偶校验位的概念,通过在数据位后面增加一些比特,可以验证数据的有效性。利用一个以上的校验位,汉明码不仅可以验证数据是否有
20、效,还能在数据出错的情况下指明错误位置。在接受端通过纠错译码自动纠正传输中的差错来实现码纠错功能,称为前向纠错 FEC。在数据链路中存在大量噪音时,FEC 可以增加数据吞吐量。通过在传输码列中加入冗余位(也称纠错位)可以实现前向纠错。但这种方法比简单重传协议的成本要高。汉明码利用奇偶块机制降低了前向纠错的成本。现以数据码 1101 为例讲讲汉明码的编码原理,此时D8=1、D4=1、D2=0、D1=1,在 P1编码时,先将 D8、D4、D1 的二进制码相加,结果为奇数3,汉明码对奇数结果编码为1,偶数结果为 0(奇数位。若奇数结果编码为0.偶数结果为 1,则叫偶数位),因此 P1 值为 1,D8
21、+D2+D1=2,为偶数,那么P2 值为 0,D4+D2+D1=2,为偶数,P3值为 0。这样,参照上文的位置表,汉明码处理的结果就是 1010101。在这个 4 位数据码的例子中,我们可以发现每个汉明码都是以三个数据码为基准进行编码的。4.2 代码实现%汉明码编码HanMing=encode(xn,7,4,hamming);figure(3)stairs(0:41,HanMing);axis(0 41,0 1.5);title(汉明码编码);4.3 代码分析由于 MATLAB 工具箱提供了汉明码编码函数,故直接调用 encode函数,参名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13
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