2023年新版通信原理实验报告.pdf
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1、中 聋)夫 普 信 息 科 学 与 工 程 学 院 课 程 设 计 报 告 书 课 题:通 信 原 理 班 级:学 号:姓 名:指 导 教 师:郭 丽 梅-0-0 年 十 月目 录 令 目 录 一.-.-3,*令 一、课 程 设 计 目 的 一 一.一 一 一 一 一 Q 1令 二、课 程 设 计 题 目.一 一 一 一-.-2 J令 三、课 程 设 计 实 验 原 理-3令 四、建 立 模 型 描 述 一 一 一.一 一 6令 五、模 块 功 能 分 析 及 源 程 序 代 码 一-6令 六、倜 试 过 程 及 结 论-22令 七、调 试 分 析 一.-3 4令 八、基 于 MATLAB 的
2、 M ASK、M F SK、M PSK调 制 拓 展(M=4;M=8)-3 4令 九、心 得 体 会 一-.一-A n 十、参 考 文 献-一.41摘 要:通 信 原 理 是 通 信 工 程 专 业 相 称 重 要 的 学 科,对 日 后 就 业 和 科 研 有 重 大 的 意 义,通 过 M A T L A B,我 们 可 以 清 楚 地 理 解 通 信 原 理 中 难 以 理 解 的 一 面,对 理 论 的 知 识 加 以 深 化。关 键 字:MATLAB 通 信 原 理 G U I 序 列 频 谱 相 位 相 干 非 相 干 一、课 程 设 计 题 目 1)、应 用 MATLAB编 制
3、信 号 生 成 程 序,并 对 信 号 进 行 HDB 3 编 码 和 译 码。2)、课 程 设 计 需 要 运 用 MAT L A B编 程 实 现 2ASK,2 FSK,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、课 程 设 计 目 的 通 信 原 理 是 一 门 以 算 法 为 核 心,理 论 和 实 践 性 较 强 的 学 科。是 电 子 信 息 工 程、通 信 工 程 专 业、电 子 信 息 科 学 与 技 术 专 业 的 一 门 重 要 的 专 业 技 术 基 础 课。通 信 原 理 课 程
4、 设 计 是 在 学 习 完 通 信 原 理 的 相 关 理 论 后,进 行 的 综 合 性 训 练 课 程,其 目 的 是:1.使 学 生 进 一 步 巩 固 通 信 原 理 的 基 本 概 念、理 论、分 析 方 法 和 实 现 方 法;2.增 强 学 生 应 用 M a 11 ab语 言 编 写 数 字 信 号 解 决 的 应 用 程 序 及 分 析、解 决 实 际 问 题 的 能 力;3.全 面 复 习 课 程 所 学 理 论 知 识,巩 固 所 学 知 识 重 点 和 难 点,将 理 论 与 实 践 很 好 地 结 合 起 来;4.提 高 综 合 运 用 所 学 知 识 独 立 分
5、析 和 解 决 问 题 的 能 力;5.纯 熟 使 用 一 种 高 级 语 言 进 行 编 程 实 现。三、课 程 设 计 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
6、 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 0 0 0V 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 000 V 取 代 节,偶 数 时 则 选 用 B0 0 V 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
7、 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
8、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)=A co sw t;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。解 调 原 理 图 定 时 脉 冲 图 1 2ASK非 相 干 解 调 接 受 系 统 图 2 2 ASK相 干 解 调 接 受 系 统(2)一 个 2FSK信 号 可 以 当 作 是 两 个 不 同 载 波 的 2ASK信 号 的 叠 加。其 解 调 和 解 调 方 法 和 A S K差 不 多。2FSK信 号 的 频 谱 可 以 当 作 是 f 1和 f 2 的 两 个 2A
9、 SK频 谱 的 组 合。解 调 原 理 图图 3 2 F S K 相 干 解 调 接 受 系 统 图 4 2 FSK非 相 干 解 调 接 受 系 统(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:t图 5 间 接 法 信 号 调 制 器 原 理 方 框 图 2DPSK信 号 的 解 调,重 要 有 两 种 方 法,即 相 位 比 较 法 和 相 干 解 调 法。相
10、干 解 调 法 原 理 方 框 图 如 下 图:图 6 相 干 解 调 法 原 理 方 框 图 四、建 立 模 型 描 述 用 MA TLA B实 现 二 进 制 振 幅 键 控(2ASK)的 调 制 和 解 调 在 这 里 用 MATLAB函 数 来 对 这 个 二 进 制 振 幅 键 控(2 A S K)来 实 现 调 制 与 解 调 的 仿 真。二 进 制 振 幅 键 信 号 可 以 表 达 完 毕 一 个 单 极 性 矩 形 脉 冲 序 列 与 一 个 正 弦 型 载 波 的 乘 积。通 常 它 的 调 制 方 法 有 两 种,即 模 拟 幅 度 调 制 方 法 和 键 控 方 法,在
11、 MATLAB里 我 们 采 用 模 拟 幅 度 调 制 的 方 法,解 调 采 用 相 干 解 调(包 络 检 波 法)的 方 式。我 们 用 SOURCE函 数 来 产 生 一 个 原 始 二 进 制 基 带 信 号,即 一 个 单 矩 形 脉 冲 序 列。以 a s k M。d u 函 数 来 进 行 模 拟 幅 度 调 制,得 到 一 个 已 调 2ASK信 号,并 用 此 函 数 进 行 此 2ASK信 号 的 频 谱 分 析。然 后 用 guss i an函 数 加 入 加 性 高 斯 白 噪 声,再 用 demoAS K函 数 进 行 想 干 解 调 并 分 别 输 出 各 点
12、的 输 出 波 形,最 后 通 过 抽 样 判 决 后 得 出 输 出 波 形。同 时 我 们 用 C h e e kR atePe函 数 来 得 出 误 码 率,最 后 运 营 主 函 数 ASK_ma in可 以 看 到 各 种 波 形。用 M ATLAB函 数 来 对 2 F S K、2PSK、2 D P S K 实 现 调 制 与 解 调 的 仿 真 与 2ASK的 调 制 与 解 调 过 程 的 仿 真 类 似。五、模 块 功 能 分 析 及 源 程 序 代 码 5.1 HDB3码 的 编 码 和 译 码 gl o ba 1 xx n=x;y n=xn;n u m=0;%计 数 器
13、初 始 化 for k=1:1 e n gth(xn)if xn(k)=l%1的 计 数 器 num=num+1;if num/2=fix(n um/2)/奇 数 个 一 时 输 出 一 1,进 行 记 性 交 替 yn(k)=l;e Iseyn(k)=-l;endendend%HDB3编 码 num=0;y h=yn;sign=0;v=zeros(1,1 ength(y n);B=ze r o s(1,length(y n);%B 脉 冲 位 置 记 录 for k=l:len g t h(yn)if y n(k)=0num=num+1;%连 0个 数 计 数 if num=4%假 如 4连
14、 0n u m=O;%计 数 器 清 零 yh(k)=l*y h(k-4)*最 后 一 个 0改 变 与 前 一 个 非 零 符 号 同 极 性 v(k)=y h(k);if yh(k)=s ign%假 如 当 前 V与 前 一 个 极 性 相 同 y h(k)=-l*yh(k);%则 当 前 V 符 号 极 性 反 转,yh(k-3)=yh(k);%添 加 B脉 冲 B(k-3)=yh(k);%8脉 冲 位 置 v(k)=y h(k);%V脉 冲 位 置 y h(k+1:leng t h(yn)=1*yh(k+1:len g th(y n);endsign二 y h(k);%计 算 前 一
15、个 V符 号 的 极 性 en de Isen uni=O;%当 前 输 入 为 0,则 计 数 器 清 零 ende ndre=xn,,yn,,yh),v,,B,;%HDB3解 码 i np u t=yh;d e c od e=in p ut;sign=0;为 极 性 标 志 初 始 化 for k=1:le n gth(yh)if input(k)=0if sign=yh(k)%假 如 当 前 码 与 前 一 个 非 零 码 的 极 性 相 同 d e code(k-3:k)=0 0 0 0;endsign=i npu t(k);%极 性 标 志 endenddec o de=a b s(
16、d ecode);su b plot(3,1,1);stairs(xn);ax i s(l 1 e n gth(xn)-2 2);gr i d;ylabel(xn);title。HDB3码 的 编 码 前 图 形);s ubplo t(3,1,2);s t airs(y h);axis(1 length(xn)-2 2);grid;yla b el(HDB 3 codes);title(,H D B 3 码 的 编 码 后(解 码 前)图 形);subpl o t(3,1,3);sta i rs(dec ode);axis(1 leng t h(xn)-2 2);gr i d;y labe 1
17、(decoded x n);ti t leC HDB3码 的 解 码 后 图 形);c o del=y h;d ecode 1=d e c o de;5.2 ASK的 调 制 与 解 调 5.2.1 source 函 数 fu n ct i on s e nd S ign a 1=source(n,N)s e ndS i g nal=r and i n t(1,n)bi t=;for i=l:length(s e ndSi g nal)if s e ndSign a 1(i)=0b i t 1=zer o s(1,N);e 1 seb i tl=ones(1,N);e n dbit=b i t
18、,b i t 1;endfigu r e(1)plot(l:len g th(b i t),bit),title(发 送 端 二 进 制 波 形),grid on;a x i s(0,N*lengt h(send S ignal),-2,2);end5.2.2 a sk M o d u函 数 源 程 序 fun c t ion t r an s mi t ted Sig n al=askModu(sign al,bitRate,f c,N)%signal=l 0 1 0 1 0 0 1;%bi t Rate=l 0 00 0 00;%fc=1000 0 0 0;%N=3 2;t=linsp a
19、 c e(0,1/bit R a te,N);c=s i n(2*pi*t*f c);t ran sm i t tec!Signal=;for i=l:length(sig nal)t r a nsmi t t e d S i g nal=t r ansmi t ted S i g n a 1,s i gna 1(i)*c;endfigu r e(2)plo t(1:leng t h(t ran s mi t tedSigna 1),tran s mitte d S i g n a 1);tit 1 e(A S K调 制 波 形);grid on;figur e(3)m=0:le n gth(
20、tran s mitt e d Signa 1)-1;F=f ft(tran s mitt e dS i g n al);pl o t(m,a bs(re a 1(F),ti t le(ASK仿 真 频 谱 分 析);gr i d o n;%f i gure(4)%plot(m,imag(F);title。ASK fre q uency-domai n an a ly s is imag,);%grid o n;End5.2.3 gus s i a n 函 数 源 程 序 f u nctio n s i g n a l=gussian(t r ansm i t tedSignal,noise)
21、signal=sqrt(2)*t r an s m ittedSignal;sig n a l=aw g n(sign a 1,no i se);f i g u r e(5)plot(1:le n gth(s ignal),sig n a l);ti t 1 e(z包 含 噪 声 的 波 形),gr i d on;en d5.2.4 CheckRatepe 函 数 源 程 序 func t i o n PeW r ong=CheckR a t e Pe(signalL signa 1 2,s)right s=0;wron g s=0;for ki=l:s 2if(s ig n all(ki)=
22、signal2(ki)rights=rig h t s+1;elsew r o n g s=w r ongs+1;e ndendPeWron g=wr ongs/(wrongs+rig hts);End5.2.5 de mo ASK函 数 源 程 序 f unc t ion bits t re a m=demo ASK(receive d Si gnal,bi tRa t e,fc,n,N)load numsigna 1 1=r eceiv e d Sig n al;s ign a 12=abs(signal 1);%整 流 si g nal3=filte r(numl,1,s ign a 1
23、2);%LPF,包 络 检 波”IN=f i x(1 e ngth(n uml)/2);%延 迟 时 间 b i t s tr e am=口;LL=fc/bit Rate*N;i=IN+LL/2;whi 1 e(i=0.5 1;i=i+LL;endfigure(6)subplot(3,1,1);plot(l:leng th(sign a 11),s i gnal 1);ti t le(接 受 端 波 形(包 含 噪 声);g r id on;s u bplot(3,1,2);p 1 o t(1:len g th(sign a 12),s i g nal2);t i t le(,整 流 之 后
24、的 波 形);g r i d on;subplot(3,1,3);p lot(l:len gth(sign a 1 3),s i gna 1 3);tit 1 e(LPF 滤 波 后 的 包 络 波 形);g ridon;bit=;fo r i=l:1 e n g th(b i t s tream)if b i ts t r e am(i)=0b it 1=zeros(l,N);elseb i t 1=one s(1,N);e n db i t=bit,bit 1;en df igu r e(7)plot(bit),ti t leC 接 受 端 二 进 制 波 形),g r id on;axi
25、s(0,N*1 e n g th(bi t stream),-2.5,2.5);end5.2.6 ASK_m a i n 函 数 源 程 序 clos e al 1c 1 e a r al 1%(ti=0;fpeask=;st a rtn=-6;endn=18;for ti=star t n:en d nn=100 0;%n=16;fc=1 0 00000;%fc=bitR a te fc/b i t Ra t e为 每 个 包 含 sin周 期 个 数 b i tRate=1000000;N=5 0;%n o ise=ti;n o i se=l 0;s i g n a 1=source(n,
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