1、課 程 設 計 報 告課程名稱 通信原理 課題名稱 數字信號頻帶傳輸系統設計 專 業 通信工程 班 級 0881 學 號 姓 名 指導教師 2011年1月 10 日湖南工程學院課 程 設 計 任 務 書課程名稱 通信原理 課 題 數字信號頻帶傳輸系統設計 專業班級 通信工程0881 學生姓名 學 號 指導老師 審 批 任務書下達日期 2011 年 1月 10 日任務完成日期 2011 年 1 月 19日通信原理課程設計任務書一、設計目的與設計內容學生通過自己設計及建立通信系統，掌握通信系統的構成原理、信號傳輸的概念，加深對通信系統及信號的認識，提高學生的實際應用、動手能力。要求學生經過課程設計

2、這一教學環節學會應用matlab軟件來實現信號傳輸中的各個基本環節。可選的設計題目有：（1）信息論基本計算。要求：編程實現信源平均信息量的計算(以高斯分布的信源為例)；編程實現離散信道容量的計算(以輸入符號等概分布為例)；編程實現信源編碼過程(以huffman編碼為例)；（2）脈沖編碼調制(pcm)實現編程實現pcm技術的三個過程：采樣、量化與編碼。采樣：低通連續信號采樣，以為例說明低通采樣定理，繪出信號時、頻圖形；帶通連續信號采樣，以為例說明帶通采樣定理，繪出信號時、頻圖形。量化：均勻量化，以幅度的正弦信號為例實現為64級電平的均勻量化；非均勻量化，輸入a律pcm編碼器的正弦信號，采樣序列為

3、，將其進行pcm編碼，給出編碼器的輸出碼組序列編碼：以上述信號為例，實現a律的13折線近似法及國際標準pcm對數a律量化編碼。（3）數字信號基帶傳輸系統設計編程實現常見基帶信號的波形、碼型轉換，包括：單/雙極性、非歸零/歸零碼、數字雙相碼(曼徹斯特碼)、密勒碼、ami碼、hdb3碼，并繪出每種波形、碼型的功率譜分布，給出與在理論課上所學相符合的分析與理解；編程實現基帶傳輸系統的誤碼率計算，包括：二電平和多電平編碼的誤碼率計算；編程實現基帶信號傳輸的擾碼與解擾。（4）數字信號頻帶傳輸系統設計編程實現ask調制/解調技術，繪出時、頻域波形；編程實現fsk調制/解調技術，繪出時、頻域波形；編程實現p

4、sk、dpsk調制/解調技術，繪出時、頻域波形；編程實現16/64qam調制/解調技術，繪出時、頻域波形；（5）數字通信頻帶傳輸系統綜合設計綜合(1)、(2)、(3)、(4)的設計程序，并將它們封裝為simulink模塊，設計一個完整的數字通信頻帶傳輸系統。（三）、進度安排：第十八周 星期一： 課題講解，查閱資料 星期三: 總體設計，詳細設計星期四： 編程，上機調試、修改程序第十九周 星期一：編程，上機調試、修改程序星期二：上機調試、完善程序星期三： 答辯星期四-星期六：撰寫課程設計報告 目錄一、 課題的主要功能7二、課題的功能模塊的劃分71、平均信息量的計算72、離散信道容量的計算73、以h

5、uffman編碼實現信源編碼84、ask調制技術，繪出時、頻域波形85、fsk調制技術，繪出時、頻域波形96、psk、dpsk調制技術，繪出時、頻域波形97、16/64qam調制技術，繪出時、頻域波形9三、主要功能的實現101、 信源平均信息量的計算（以高斯分布的信源為例）102、 離散信道容量的計算103、 信源編碼（以huffman編碼為例）114、 編程實現ask調制技術、繪制時、頻域波形115、 編程實現fsk調制技術、繪制時、頻域波形126、 編寫實現psk/dpsk調制技術，繪制時。頻域波形127、 編程實現16/64qam調制/解調技術，繪出時、頻域波形12四數字信號頻帶傳輸系統

6、13五、程序調試141、程序的圖14六、總結19七、附件20八、評分表25一、 課題的主要功能matlab mat matlab mathworks公司推出的一套高效率的數值計算和可視化軟件，它集數值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構成了一個方便的、界面友好的用戶環境。學生通過自己設計及建立通信系統，掌握通信系統的構成原理、信號傳輸的概念，加深對通信系統及信號的認識，提高學生的實際應用、動手能力。要求學生經過課程設計這一教學環節學會應用matlab軟件來實現信號傳輸中的各個基本環節。二、課題的功能模塊的劃分1、平均信息量的計算根據題目要求，用高斯過程x(t)d的一維概率密度函數服從正

7、態分布的表達式f=1/(u*sqrt(2*pi)*exp(-(x-o)2/2*u2來完成信源平均信息量的計算。平均信息量：平均每個符號所能提供的信息量，也叫平均自信息量。h(x)= ；高斯分布函數：；2、離散信道容量的計算我們利用函數dmessage來求信源的熵，利用函數hemssage來求平均互信息量，并最終得到信道的容量。離散信道容量：信道容量是信道所能傳送的最大的信息量。c=maxi(x;y) （比特/碼元）i(x;y)=h(y)h(y/x);3、以huffman編碼實現信源編碼對于所要求的信源，可以對其進行作為一元信源的哈夫曼編碼并得到編碼效率，相應的二元信源的哈夫曼編碼及其編碼效率。

8、uffman編碼方法：（1） 將信源信息呼號按其出現的概率大小依次排列；（2） 取兩個概率最小的字母分別配以0和1兩個碼元，并將這兩個概率相加作為一個新字母的概率，與未分配的二進符號的字母重新排隊；（3） 對重排后的兩個概率最小符號重復步驟（2）的過程；（4） 不斷重復上述過程，知道最后兩個符號配以0和1為止；（5） 從最后一級開始，向前返回得到各個信源符號所對應的碼元序列，及相應的碼字；huffman編碼的意義：將概率大的信息符號編以短的碼字，概率小的符號配以長的碼字，使得平均碼字長度最短，冗余度減小。4、ask調制技術，繪出時、頻域波形在幅度鍵控中載波幅度是隨著調制信號而變化的，最簡單的形

9、式是載波在二進制調制信號1或0的控制下通或斷，這種調制方式稱為通斷一段鍵控（ook）。時域表達式為 y=sin(2*pi*t)5、fsk調制技術，繪出時、頻域波形將信號的調制在載波的頻率上的調制方法稱為頻移鍵控（fsk），它也包括二點平頻移鍵控（bfsk）和電平頻移鍵控（mfsk），頻移鍵控的原理與跳頻類似，只是使用數字信號而已。6、psk、dpsk調制技術，繪出時、頻域波形在載波相位的調制中，將信道發送的信息調制在載波的相位上，相位通常范圍是（0，2），2psk信號碼元的“0”“1”分別用初始相位0和 來表示，而其振幅和頻率保持不變。gt(t)為發射端的濾波脈沖，決定了信號的頻譜特征。2ps

10、k信號屬于dsb信號,它的解調,不再能采用包絡檢測的方法,只能進行相干解調。2psk相干解調系統框圖及個測試行波形如下：7、16/64qam調制技術，繪出時、頻域波形16進制相移鍵控，它的每一個矢量點對應4位b1b2b3b4共16種可能的信息符號序列。每一種都對應不同的相位因為qam調制在matlab7.1中有庫函數，直接調用該庫函數即可。三、主要功能的實現1、 信源平均信息量的計算（以高斯分布的信源為例） syms x u ou=3;o=4;f=1/(u*sqrt(2*pi)*exp(-(x-o)2/2*u2);t=-f*log2(f);r=int(t,-inf,inf);disp(平均信息

11、量為：)r=double(r)2、 離散信道容量的計算x=0.25,0.25,0.25,0.25; f1=1/4,1/4,1/4,1/4 1/4,1/4,1/4,1/4 1/4,1/4,1/4,1/4 1/4,1/4,1/4,1/4; hf1=hmessage(x,f1,4,4) hx=dmessage(x,4) disp(c1信道容量為); c1=hx-hf1 f2=1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/

12、8,1/8,1/8,1/8; hf2=hmessage(x,f2,4,8) hx=dmessage(x,4) disp(c2信道容量為); c2=hx-hf2 在這個程序之中有兩個信道容量的轉移概率矩陣，為了求兩個信道容量，調用了兩個函數：hmessage()和dmessage()，利用dmessage來求信源的熵，利用函數hmessage來求平均互信息量并最終得到信道容量。3、 信源編碼（以huffman編碼為例）p=1/2,1/4,1/8,1/16,1/16 i=dmessage(p,5) h,l=huffman(p) n=i/l采用了哈夫曼編碼，對離散的信源直接調用huffman.m函數

13、文件就能得到編碼，調用dmessage函數得到平均信息量。4、 編程實現ask調制技術、繪制時、頻域波形y=sin(2*pi*t1); %二元序列為10101100 x=ones(1,100),zeros(1,101),ones(1,100),zeros(1,100), ones(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100); 。 z=x.*y; %二元序列點乘y 即進行ask調制。 am3,pha3=dft3(x); %fft變換二進制序列為10101100把二元序列點乘正弦載波。并繪制出原始二元序列和調制后的時域/頻域圖形。繪制頻譜圖時，對其進行

14、傅立葉變換（調用dft3.m函數文件）即可。5、 編程實現fsk調制技術、繪制時、頻域波形%二元序列為10110010 t=ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,100) ,zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,101); y=sin(x.*(2*pi+2*t);。 am3,pha3=dft3(x); %fft變換6、 編寫實現psk/dpsk調制技術，繪制時。頻域波形二元序列為10110010 d=ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,10

15、0), zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,101); s=cos(2*pi*fc*x+pi.*d);。 am3,pha3=dft3(x); %fft變換7、 編程實現16/64qam調制/解調技術，繪出時、頻域波形 %產生隨機序列函數 x = randint(n,1);。 %轉換為4比特的矢量點并映射成十進制數 xsym = bi2de(reshape(x,k,length(x)/k).,left-msb);。 %調用qammod.m庫函數文件 y = qammod(xsym,m)。 16qam是用兩路獨立的正交4ask信號疊加形成的。

16、 qam信號的時域表達式為 四數字信號頻帶傳輸系統輸入基帶信號和載波開始qam調制2ask調制2fsk調制2psk調制2dpsk調制2ask調制2fsk調制2psk調制2dpsk調制圖4 數字信號頻帶傳輸流程圖五、程序調試1、程序的圖圖（1）該圖是用高斯分布實現平均信息量的計算圖（2）以輸入符號等概分布來實現離散信道容量的計算圖（3）是實現信源編碼過程圖（4）表示原信號的頻域波形，頻率為50hz圖（5）是ask調制后的時域波形圖(6)原信號的頻域波形圖（7）表示用fsk調之后的頻域波形可以看出載頻有所改變，由于跳頻同時必然帶來了相位改變所以有相位的突變。圖（8）用psk、dpsk調制之后的頻譜

17、波形圖（9）qam原始的結果圖（10）qam調制后的結果 圖（11）qam調制后的時域波形六、總結此次課程設計，我做的題目是數字信號頻帶傳輸系統設計，在兩周的課程設計之中，我體會到了很多東西，也學到了很多很多的東西，也按時的完成了老師所布置的任務，通過兩周的努力，現在我較好地完成了既定目標，在試驗中我學到了不少東西，也感觸很深，在自己的努力下收獲了成的喜悅。在“三分編程七分調試”，說明程序調試的工作量要比編程大得多對于這次課程設計，我感觸頗多，從拿到題目到完成整個課程設計，從理論到實踐，在整整兩個星期的日子里，學到了很多很多的的東西，同時不僅鞏固了學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過

18、的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到很多很多的問題，因為這畢竟是第一次通信原理課程設計，難免會遇到各種各樣的問題。當程序能正確運行時那種成就感無法言表，我感受到了收獲的喜悅。也就是從現在我更深刻體會到學海無涯，我要用正確的態度面對學習的挑戰，理論聯系實際，進一步熟練掌握科學知識，武裝自己的頭腦，為將來走向社會打下堅實的基礎。” 在這兩周中，我的心情有時候會因為程序的成功而高興不已，有時也會因為設計的失敗而感

19、到沮喪，但是對于我來說，不管怎么樣，只要我自己的能力得到了提升，再怎么樣都沒有問題，再實驗過程中，我的問題還是有一些，有時候自己解決不了的我就虛心的請求其他會做的同學幫忙，在自己的努力下和同學老師的幫助下，終于做完了此次的課程設計，最后向老師說聲感謝，因為你們的幫助室我認識到許多錯誤，同時也是使我在實踐的時候少走了不少彎路，感謝你們給我一個鍛煉和實踐的機會！七、附件平均信息量的計算：syms x u ou=3;o=4;f=1/(u*sqrt(2*pi)*exp(-(x-o)2/2*u2);t=-f*log(f)/log(2);r=int(t,-inf,inf);disp(平均信息量為)r=do

20、uble(r)信道容量：x=0.25,0.25,0.25,0.25f1=1/2,1/2,1/2,1/2 1/2,1/2,1/2,1/2 1/2,1/2,1/2,1/2 1/2,1/2,1/2,1/2;hf1=hmessage(x,f1,4,4)hx=dmessage(x,4)c1=hx-hf1;f2= 1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8; hf2=hmessage(x,f2,4

21、,8) hx=dmessage(x,4)實現信源編碼的過程；p=1/2,1/4,1/8,1/16,1/16;i=dmessage(p,5)h,l=huffman(p)n=i/l平均互信息量函數文件：function r=hmessage(x,f,nx,my); sum=0; for i=1:nx for j=1:my t=f(i,j)*x(i) sum=sum-t*log(f(i,j)/log(2); end;end; r=sum; disp(平均互信息量為);平均信息量函數文件：function r=cmessage(f)t=-f*log(f)/log(2);r=int(t,-inf,inf

22、);disp(平均信息量);r=double(r);信源熵函數文件：function r=dmessage(x,n)r=0;for i=1:n r=r-x(i)*log(x(i)/log(2);enddisp(次離散信源的平均信息量為);ask調制方式：t=0:0.01:8;fs=50;y=sin(2*pi*t);x=ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,101);figure(1)subplot(2,1,1);plot(t1,x)am3,ph

23、a3=dft3(x);n=0:(length(x)-1);w=(2*pi/length(x)*n;subplot(2,1,2), plot(fs*w/(2*pi),10*log10(am3),b); grid;xlabel(frequency in radians);ylabel(|x(exp(jw)|);z=x.*y;figure(2)n=0:(length(x)-1);w=(2*pi/length(x)*n;subplot(2,1,1), plot(t1,z); am3,pha3=dft3(z);subplot(2,1,2), plot(fs*w/(2*pi),10*log10(am3),

24、b); grid;title(phase part);xlabel(frequency in radians);ylabel(argxexp(jw)/radians); fsk調制方式：x=0:0.01:8;t=ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,101);y=sin(x.*(2*pi+2*t);plot(x,y)figure(1)n=0:(length(x)-1);w=(2*pi/length(x)*n;subplot(2,1,1);plo

25、t(t1,t);am3,pha3=dft3(t);subplot(2,1,2), plot(fs*w/(2*pi),10*log10(am3),b); grid;xlabel(frequency in radians);ylabel(|x(exp(jw)|);figure(2)n=0:(length(x)-1);w=(2*pi/length(y)*n;subplot(2,1,1), plot(t1,y); am3,pha3=dft3(y);subplot(2,1,2), plot(fs*w/(2*pi),10*log10(am3),b); grid;xlabel(frequency in ra

26、dians);ylabel(argxexp(jw)/radians); 2psk調制方式x=0:0.01:8;fc=2;fs=50;%二元序列為10110010d=ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,101);s=cos(2*pi*fc*x+pi.*d);%z=d.*s;subplot(211);plot(x,d);title(原始二元序列);xlabel(時間);ylabel(幅度);am3,pha3=dft3(d);%原信號頻域波形sub

27、plot(2,1,2), plot(fs*w/(2*pi),10*log10(am3),b); grid;xlabel(頻率/hz);ylabel(振幅);figure(2)n=0:(length(s)-1);w=(2*pi/length(s)*n;subplot(2,1,1);plot(x,s);title(調制后的信號);xlabel(時間);ylabel(幅度);am3,pha3=dft3(s);%調制后的頻譜波形subplot(2,1,2), plot(fs*w/(2*pi),10*log10(am3),b); grid;xlabel(頻率/hz);ylabel(振幅);16qam調制：t1=0:0.01:8;m = 16; k = log2(m); % 4 位n = 3e4; nsamp = 1; %產生隨機信號 40比特 x = randint(n,1); figure(1);% 產生40位.stem(x(1:40),filled);tit