2022年通信系统课群综合训练与设计方案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用课程设计任务书同学姓名：专业班级：指导老师：工作单位：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,使同学加强对电子电路的懂得,学会对电路分析运算以及设计；进一步提高分析解决实际问题的才能,通过完成综合设计型和创新性试验及训练,制造一个动脑动手独立开展电路试验的机会,锤炼分析解决电子电路问题的实际本事,实现由课本学问向实际才能的转化；加深对通信原理的懂得,提高同学对现代通信系统的全面熟识,增强同学的实践才能；2 课程设计要求要求：把握以上各种电路与通信技术的基本原理,把握试验的设计、电路调试与测量

2、的方法；1. 培育同学依据需要选学参考书,查阅手册,图表和文献资料的自学才能,通过独立摸索深化钻研有关问题,学会自己分析解决问题的方法；2. 通过对试验电路的分析运算,明白简洁有用电路的分析方法和工程设计方法；3. 把握示波器,频谱仪,失真度仪的正确使用方法,学会简洁电路的试验调试和整机指标测试方法,提高动手才能；4. 把握简洁的 matlab 仿真才能；3 课程设计进度支配序号 设 计 内 容 所用时间1 依据设计任务,分析电路原理,确定试验方案 2天2 依据试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周指导老师签名：年 月 日系主任 或责任老师）签名：

3、年 月 日目录名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 个人资料整理仅限学习使用第 2 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用摘要本次课程设计主要是利用仿真软件或硬件试验系统平台上设计完成一个典型的通信系统；一般的通信系统是由信源,发送设备,信道,接收设备,接收者构成；依据此次课程设计的要 求,是将一模拟信号经过数字化,信源编码,信道编码,数字调制后再经过相应的解码调制后,得到原始信号；其中数字化方式为增量调制,基带码为AMI 码

4、,信道码为循环码,数字调制方式为 ASK 调制,信道为衰落信道；并且要求完成整个系统各环节以及整个系统的仿真,最终在接收端或者精确或者近似地再现输入, calculation distortion, and reasons for analysis.Keywords: digital modulation, AMI codes, cyclic codes, ASK modulation.名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用1课程设计任务1.1 设计目的通过课程设计,使同学加强对电子电路的懂得

5、,学会对电路分析运算以及设计；进一步提 高分析解决实际问题的才能,通过完成综合设计型和创新性试验及训练,制造一个动脑动手独立开展电路试验的机会,锤炼分析解决电子电路问题的实际本事,实现由课本学问向实际 才能的转化；加深对通信原理的懂得,提高同学对现代通信系统的全面熟识,增强同学的实践 才能；1.2 课程设计要求要求：把握以上各种电路与通信技术的基本原理,把握试验的设计、电路调试与测量的方 法；1. 培育同学依据需要选学参考书,查阅手册,图表和文献资料的自学才能,通过独立摸索深化钻研有关问题,学会自己分析解决问题的方法；2. 通过对试验电路的分析运算,明白简洁有用电路的分析方法和工程设计方法；3

6、. 把握示波器,频谱仪,失真度仪的正确使用方法,学会简洁电路的试验调试和整机指标 测试方法,提高动手才能；1.3 课程设计任务利用仿真软件 如 Matlab 或 SystemView）,或硬件试验系统平台上设计完成一个典型的通 信系统；同学要完成整个系统各环节以及整个系统的仿真,最终在接收端或者精确或者近似地再现输入 信源）,运算失真度,并且分析缘由；码为 AMI 码,信道码为循环码,调制方式为信源为模拟信源,数字化方式为增量调制,基带 ASK 调制,信道类型为衰落信道）；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料

7、整理 仅限学习使用2.试验电路原理分析2.1 试验原理框图模拟信源模数转换基带编码信道编码数字调制信道模拟信源数模转换基带解码信道解码数字解调图 2.1 通信系统的原理框图 模数转换中有三个基本过程：抽样、量化、编码；依据编码的不同有几种调制方法,如脉 冲振幅调制 PAM）,脉冲编码调制 PCM）,差分脉冲编码调制 DPCM ）,增量调制；基带传输的常用码型有 AMI 码,HDB3 码, PST码,曼彻斯特码,密勒码,CMI 码；信道编码的常用编码有汉明码,卷积码,循环码,BCH 码；常见的数字调制方式有振幅键控ASK）,频移键控 FSK）,相移键控 而不是代表抽样值本身的大小,因此把它称为增

8、量调制；在增量调制系统的发端调制后的二进制代码1 和 0 只表示信号这一个抽样时刻相对于前一个抽样时刻是增加用 1码仍是削减 用 0 码；收端译码器每收到一个1 码,译码器的输出相对于前一个时刻的值上名师归纳总结 - - - - - - -升一个量化阶,而收到一个0 码,译码器的输出相对于前一个时刻的值下降一个量化阶；增量调制系统框图如图2.3 所示 ,其中量化器是一个零值比较器,依据输入的电平极性 ,输出为 ,猜测器是一个单位推迟器,其输出为前一个采样时刻的解码样值,编码器也是一个零值比较第 6 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理仅限学习使用 ,然

9、后与猜测器,如其输入为负值 ,就编码输出为 0,否就输出为 1；解码器将输入1,0符号转换为值相加后得出解码样值输出,同时也作为猜测器的输入；输入样值 en en= sgne n 传输 sgne n x n=x n-1+ sgne n xn+ - + + 编码 解码猜测输出 + n-1 + 猜测输出解码样值输出 xn-1 猜测输入 xn=x n-1+ sgne n 单 位 推迟图 2.3 增量调制原理框图推迟2.3AMI 码AMI 码的全称是传号交替反转码；这是一种将消息代码0 和 1 按如下规章进行编码的码：代码的 0 仍变换为传输码的0,而把代码中的1 交替地变换为传输码的 +1、-1、+

10、1、-1 ,例如：消息代码： 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 AMI 码： +1 0 0 -1+1 0 0 0-1+1-1 2.4 循环码2.4.1 循环码介绍循环码是线性分组码的一种,所以它具有线性分组码的一般特性,此外仍具有循环性；循环码的编码和解码设备都不太复杂,且检纠错才能强；它不但可以检测随机的错误,仍可以检错突发的错误； n,k）循环码可以检测长为 n-k 或更短的任何突发错误,包括首尾相接突发 错误；循环码是一种无权码,循环码编排的特点是相邻两个数码之间符合卡诺图中的邻接条件,即相邻两个数码之间只有一位码元不同,码元就是组成数码的单元；符合这个特点的有多种方 案,但循

11、环码只能是表中的那种；循环码的优点是没有瞬时错误,由于在数码变换过程中,在 速度上会有快有慢,中间经过其它一些数码形式,称它们为瞬时错误；这在某些数字系统中是不答应的,为此期望相邻两个数码之间仅有一位码元不同,即满意邻接条件,这样就不会产生 瞬时错误；循环码就是这样一种编码,它可以在卡诺图中依次循环得到；循环码最大的特点就是码字的循环特性,所谓循环特性是指：循环码中任一许用码组经过 循环移位后,所得到的码组仍旧是许用码组；如 ）为一循环码组,就 ）、） 仍是许用码组；也就是说,不论是左移仍是右移,也不论移多少位,仍旧是许用的循环码组；1） 循环码的多项式表示设码长为 n 的循环码表示为 ）,其

12、中为二进制数,通常把码组中 各 码 元 当 做 二 进 制 的 系 数 , 即 把 上 式 中 长 为 的各项系数,就码字与码多项式一一对应,这种多项式中,n 的 各 个 分 量 看 做 多 项 式 ：x 仅表示码元位置的标记 ,因此我们名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用并不关怀 x 的取值,这种多项式称为码多项式；循环码的生成多项式 n,k循环码的生成多项式写为 gx,它是n,k循环码码集中唯独的,幂次为 n-k 的码多项式,就 是一个幂次为 n 的码多项式；按模 运算,此时：22）即

13、运算后的 “ 余且因 gx也是 n 阶幂,故Qx=1；由于它是循环码,故式”也是循环码的一个码字,它必能被gx整除,即： 24）由以上两式可以得到： 应当是 26）的一个因式,即循环码多项式应当是的一个 n-k 次因式；除,有： 27）式中 是余式,表示为： 的倍式,即是码多项式,由此得到系统形式的生成矩阵为：29它是一个 k n 阶的矩阵；同样,由 G =0 可以得到系统形式的一样校验矩阵为： 210）如 已 知 7 , 4 ） 循 环 码 的 生 成 多 项 式 和 校 验 多 项 式 分 别 为 ：,；写得其生成矩阵和校验矩阵分别为： 211）名师归纳总结 - - - - - - -第

14、8 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 ,得到的,最高幂次为 n-1,该过程相当于把信息码 除 得到余式 rx,其次数必小于 gx的次数,即小于 加于信息位后做监督位,即将 rx于 相加,得到的多项式必为一码多项式；: : 图 2.4 编码程序框图2.4.3 循环码的纠错原理纠错码的译码是该编码能否得到实际应用的关键所在；译码器往往比编码较难实现,对于纠错才能强的纠错码更复杂；依据不同的纠错或检错目的,循环码译码器可分为用于纠错目的和用于检错目的的循环码译码器；通常,将接收到的循环码组进行除法运算,假如除尽,就说明正确传输；假如未除尽,

15、就在寄存器中的内容就是错误图样,依据错误图样可以确定一种规律,来确定差错的位置,从而达到纠错的目的；用于纠错目的的循环码的译码算法比较复杂,感爱好的话可以参考一些参考书；而用于检错目的循环码,一般使用ARQ 通信方式；检测过程也是将接受到的码组进行除法运算,假如除尽,就说明传输无误；假如未除尽,就说明传输显现差 错,要求发送端重发；用于这种目的的循环码常常被成为循环冗余校验码,即 CRC 校验 码； CRC 校验码由于编码电路、检错电路简洁且易于实现,因此得到广泛的应用；在通过名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人

16、资料整理 仅限学习使用MODEM 传输文件的协议如 ZMODEM 、XMODEM 协议中均用到了 CRC 校验技术；在磁盘、光盘介质储备技术中也使用该方法；当码字 c 通过噪声信道传送时,会受到干扰而产生错误；假如信道产生的错误图样是 e,译码器收到的 n 重接受矢量是 y,就表示为： 215）上式也可以写成多项式形式： 中得到,然后求的估值码字217）并从中得到信息组；循环码译码可按以下三个步骤进行： 运算相伴式 sx； 找出对应的估值错误图样；,就译码正确,否就,如 的次数为 n - k 次, gx 除 Ex 后得余式 共有 2 n-k 个可能的表达式,每一个表达式对应一个错误格式；可以知

17、道 7,4）循环码的Sx 共有 2 7-4 = 8 个可能的表达式,可依据错误图样表来订正 7,4）循环码中的一位错误,其相伴式如表 1 所示；表 1 BCH 相伴式2E6x=x 6 1000000 x 100 E5x=x 5 0100000 x 2+x 110 E4x=x 4 0010000 x 2+x+1 111 E3x=x 3 0001000 x+1 011 E2x=x 2 0000100 x 2+1 101 E1x=x 1 0000010 x 010 E0x=x 0 0000001 1 001 Ex=0 0000000 0 000 上式指出了系统循环码的译码方法：将收到的码字Rx 用

18、gx 去除,假如除尽就无错；否就有错；假如有错,可由余式Sx 一一找出对应图样,然后将错误图样Ex 与Rx 模2 和,即为所求码字 Cx ,从而实现纠错目的；名师归纳总结 依据前面的争论,可得 确定 Sx：Sx=0 ,无误码误码否由 Sx确定错误图样 Ex 纠错储备 cx 图 2.5 译码程序框图2.5 二进制幅移键控 为单极性数字基带信号；幅移键控 ASK）相当于模拟信号中的调幅,只不过与载频信号相乘的是二进数码而已；幅移就是把频率、相位作为常量,而把振幅作为变量,信息比特是通过载波的幅度来传递的；由于调制信号只有 0 或 1 两个电平,相乘的结果相当于将载频或者关断,或者接通,它的实际意义

19、是当调制的数字信号 1 时,传输载波；当调制的数字信号为图 2.6 信号调制波形0时,不传输载波；由图可以看出2ASK 信号的时间波形e2ASKt）随二进制基带信号st）通断变化；所以又被称为通断键控信号名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 2.7 2ASK 信号非相干解调过程的时间波形2.6 衰落信道瑞利衰落信道 Rayleigh fading channel）是一种无线电信号传播环境的统计模型；这种模型假设信号通过无线信道之后,其信号幅度是随机的,表现为 号包络听从瑞利分布；由此,这

20、种多径衰落也称为瑞利衰落；“衰落 ”特性,并且多径衰落的信 这一信道模型能够描述由电离层和对流层反射的短波信道,以及建筑物密集的城市环境；瑞利衰落只适用于从发射机到接收机 不存在直射信号的情形,否就应使用莱斯衰落信道作为信道模型；假设经反射 = r0 =1/2 ） 219）第 12 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3试验方案3.1 仿真部分方案一：采纳 MATLAB 下的 SIMULINK 对各个模块进行建仿照真；方案二：运用 MATLAB 编程语言来实现对各个模块的仿真；由于本次课设是对通信系统的仿真,如用

21、SIMULINK来试验,就会涉及到大量的模块设计和参数的设置,在调试参数的过程中会很不便利,并且可能由于版本的问题导致有些模块不存在而给仿真带来不必要的麻烦；而用MATLAB编程语言就能比较简洁便利地实现本次课程设计的任务,故挑选方案二；3.2ASK 调制部分 ASK 信号的产生方法通常有两种：模拟调制法和键控法；方案一：模拟调制法使用乘法器实现图 3.1 模拟调制流程图方案二：键控法使用开关电路实现图 3.2 键控法流程图依据本次课程设计的要求,ASK 调制之前有各种编码,模拟调制的只需要用乘法器来实现,编程实现比较简洁；而键控法就需要设计一个开关电路,由于之前没有做过,所以挑选方案一模拟调

22、制法；3.3ASK 解调部分 ASK 有两种基本解调方法：相干解调法 同步检测法）和非相干解调法 包络检波法）；相干解调需要将载频位置的已调信号频谱重新搬回原始基带位置,因此用相乘器与载波相乘来实现；为确保无失真仍原信号,必需在接收端供应一个与调制载波严格同步的本地载波,这是整个解调过程能否顺当完好进行的关键；方案一：相干解调输出名师归纳总结 带通相乘器低通抽样 判第 13 页,共 20 页滤波器 图 3.3 相干解调流程图滤波器决器- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用方案二：非相干解调a b c d 输出带通全波低通抽样滤波器

23、判决器滤波器整流器图 3.4 非相干解调流程图 由图 3.3 和图 3.4 中的原理框图可以看出两者的不同就是相干解调中用到了相乘器,而和名师归纳总结 非相干解调中用到的是全波整流器,由于相乘器比较好用程序实现故挑选方案一相干解调；第 14 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用4.仿真结果分析4.1 仿真图形图 4.1 原始信号和抽样信号图 4.2 增量调制和 AMI 编码图像图 4.3 三进制转换二进制和循环编码图像名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 20 页精选学习资料 - - - -

24、- - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 4.4ASK 调制信号与 ASK 解调信号图 4.5 循环解码和二进制转三进制图 4.6AMI 解码和增量调制图像由 4.2 到 4.6 对比可以看出经过增量调制,AMI 编码,三进制转换二进制,循环编码,ASK 调制, ASK 解调,循环解码,二进制转换三进制,波形大致相像,与输入波形稍有出入；由运算得失真度为AMI 解码,增量解调后的波形与输入 5.4417e-004；由于 AMI 编码后为 +1,-1,0 组成的一个三进制序列,没方法直接进行循环码编码,所以又将三进制序列转换成了二进制,即分别用00,01,10 来代替 -1,0,+1.从

25、而码的长度增加了名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用一倍；在后面也有相应的二进制转三进制的解码；这里的循环编码用的是 figure1 ； %信号subplot2,1,1 ；plott,x ；title 原始信号 ；subplot2,1,2 ；stemt,x；title 抽样信号 ；y1=ZL_tzx ；figure2 ；subplot2,1,1 ；stairsy1 ；axis0 30 0 1.2 ；title 增量调制 ；y2=AMI_Cy1 ；subplot2,1,2 ；stairsy2

26、 ；axis0 30 -1.2 1.2 ；titleAMI 编码 ；y3=ZH_Cy2 ；figure3 ；subplot2,1,1 ；stairsy3 ；axis0 30 0 1.2 ；title 三进制转换二进制 ；y4=XH_Cy3 ；subplot2,1,2 ；stairsy4 ；axis0 30 0 1.2 ；title 循环编码 ；y5=AKSy4 y6=XH_Dy5 ；figure6 subplot2,1,1 ；stairsy6 ；axis0 30 0 1.2 ；title 循环解码 ；y7=ZH_Dy6 ；subplot2,1,2 ；stairsy7 ；axis0 30 -1.

27、2 1.2 ；title 二进制转三进制 ；y8=AMI_Dy7 ；名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用figure7 subplot2,1,1 ；stairsy8 ；axis0 30 0 1.2 ；titleAMI 解码 ；y9=ZL_jty8 figure7 ；subplot2,1,2 stairst,y9；axis0 0.04 -1.2 1.2 ；title 增量解调 %运算失真度 da=0；for i=1:lengtht dc=xi-y9i2/lengtht； da=da+dc；e

28、nd da 2.%ZL_tz.m function codeout=ZL_tzx Ts=1e-4；t=0:Ts:399*Ts ；delta=0.04； % 量化阶距 D1+lengtht=0 ； %猜测器初始状态 for k=1:lengtht ek=xk-Dk ； %误差信号 e_qk=delta*2*ek=0-1； %量化器输出 Dk+1=e_qk+Dk ； %推迟器状态更新 codeoutk=e_qk0 ； %编码输出 end codeout=reshapecodeout,1,lengthcodeout；3.%AMI_C.m function AMI=AMI_codex m=length

29、x %初始化 AMI 编码 AMI=zeros1,m ；%反标志初始化 f=0 ； for i=1:m %如原码为 0,直接将 AMI 码置 0 if xi=0 AMIi=0 ； %否就,使得 else AMI 码交替为 +1、-1 f=xorf,1 ； AMIi=2*f-1； end end 4.%ZH_C.m function t=ZH_Cx m=lengthx for i=1:m if xi=-1 t2*i-1=0 ； t2*i=0 ；名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 elseif xi=0 t2*i-1=0 ； t2*i=1 ； else xi=1 t2*i-1=1 ； t2*i=0 ； end end 5.%XH_C.m function code=XH_Cx n=7；k=4 ；p=cyclpolyn,k ；% 循环码生成多项式 code = encodex,n,k,cyclic,p ； %对信号进行差错编码 code=reshapecode,1,lengthcode；6.%AKS.m function yn4 =AKScode codn=lengthcode ；fc=10；fs=fc*6 ；名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 20 页