通信原理 201313020220鄧泉鈴

課程設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)（論文）題目數(shù)字通信原理課程設(shè)計(jì)學(xué)院名稱 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)名稱 電子信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)生姓名 鄧泉鈴學(xué)生學(xué)號(hào) 201313020220任課教師 周冬梅設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)教務(wù)處制年月日數(shù)字通信原理課程設(shè)計(jì)概述隨著信息技術(shù)在教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的教學(xué)體系受到了巨大沖擊，教育體制、教育內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式等都將發(fā)生大的變化。在通信原理實(shí)踐教學(xué)中，往往采用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)踐訓(xùn)練以及基于EDA技術(shù)的數(shù)字通信系統(tǒng)的建模與仿真的方法來設(shè)計(jì)和分析通信系統(tǒng)，掌握仿真工具軟件的原理和使用方法是進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練的基礎(chǔ)。通信原理課程設(shè)計(jì)是通信原理實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要內(nèi)容，是針對(duì)通信原理課程對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求進(jìn)行綜合訓(xùn)練性質(zhì)的課程。其任務(wù)是讓學(xué)生通過相關(guān)課題的設(shè)計(jì)計(jì)算和仿真調(diào)試，進(jìn)一步加深對(duì)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生自學(xué)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和分析解決實(shí)際問題的能力，為參與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研制新產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。本章列出的課程設(shè)計(jì)題目，分別以Matlab>SystemView及EDA技術(shù)為手段，多方面考量學(xué)生對(duì)通信原理基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度。每個(gè)設(shè)計(jì)題目給出知識(shí)要點(diǎn)與參考框圖、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)步驟及參考資料，學(xué)生按設(shè)計(jì)要求獨(dú)立設(shè)計(jì)分析。實(shí)驗(yàn)一通信系統(tǒng)仿真建模工具軟件基礎(chǔ)Matlab/Simulink基本知識(shí)先創(chuàng)建一個(gè)magicrank.m的腳本文件如下(采用edit命令進(jìn)行編輯)。%Investigatetherankofmagicsquaresr=zeros(1,32);%調(diào)用Matlab函數(shù)，產(chǎn)生1*32的0向量forn=3:32%循環(huán)30次endr(n)=rank(magic(n));endr(n)=rank(magic(n));如圖%調(diào)用幻方函數(shù)magic(n)得至0n*n的幻方矩%并求其秩bar(r)然后在Matlab環(huán)境中執(zhí)行以下命令。>>magicrank2、運(yùn)用Simulink仿真舉例:建立如圖的模型:

紀(jì)untitled*FileEditViewDisplayDiagramSimulationAnalysisCodeToolsHelp腎冒◎▼昌▼瓣i(?UA"①▼5e-4 何"2 ▼]。▼齒iirititied?煎o|0皿+上tied=r仿真后結(jié)果如下:3,運(yùn)用systemView進(jìn)行仿真假如描述某線性系統(tǒng)的微分方程為：切')+8時(shí)‘)+3.240如')+64<10yt)=64<1(0/(?),t與)dt3 dt2系統(tǒng)模擬框圖:

仿真模型:仿真運(yùn)行結(jié)束后，要對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，需要單擊按鈕進(jìn)入到分析窗口就可以觀察到仿真得到的3個(gè)接收器的時(shí)域波形圖:為了更清楚地比較掃頻信號(hào)和輸出端信號(hào)的時(shí)域波形，可將這兩個(gè)波形圖以覆蓋圖示?？梢园l(fā)現(xiàn)輸出信號(hào)較輸入信號(hào)有一定的延遲。計(jì)算這兩個(gè)信號(hào)的延遲量，可以通過計(jì)算兩個(gè)波形的互相關(guān)函數(shù)，由互相關(guān)函數(shù)最大值時(shí)的延遲量來確定。實(shí)驗(yàn)二通信原理MATLAB仿真設(shè)計(jì)設(shè)低通信號(hào)。試用Matlab軟件完成下列操作。畫出該低通信號(hào)的波形。畫出抽樣速率為的抽樣序列。抽樣序列恢復(fù)出原始信號(hào)clearall;dt=.01;t=0:dt:10;xt=0.5*cos(1.5*pi*t)+1.5*sin(2*pi*t)+0.25*cos(3*pi*t);[f,xf]=T2F(t,xt);fs=4;sdt=1/fs;t1=0:sdt:10;st=0.5*cos(1.5*pi*t1)+1.5*sin(2*pi*t1)+0.25*cos(3*pi*t1);t2=-50:dt:50;gt=sinc(fs*t2);stt=sigexpand(st,sdt/dt);xtt=conv(stt,gt);figure(1);subplot(311);plot(t,xt);title('原始信號(hào)')；subplot(312);stem(t1,st);title('抽樣信號(hào)')；subplot(313);t3=-50:dt:60+sdt-dt;plot(t3,xtt);title('恢復(fù)信號(hào)');axis([010-44]);function[f,sf]=T2F(t,st)dt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;N=length(st);f=-N/2*df:df:N/2*df-df;sf=fft(st);sf=T/N*fftshift(sf);function[out]=sigexpand(d,M)N=length(d);out=zeros(M,N);out(1,:)=d;out=reshape(out,1,M*N);抽樣結(jié)果如下：

文件(F)編輯(E)查看文件(F)編輯(E)查看(V)插入⑴工M(T)袁面(D)窗dew)蒂助(H)原始信號(hào)抽樣信號(hào)恢復(fù)信號(hào)io*5q八妻?；章闋?zhēng)國(guó)中9的5/12/5設(shè)模擬基帶信號(hào)的頻帶為(0,100)Hz。對(duì)其進(jìn)行采樣的序列為均勻間隔的窄脈沖串。為保證無失真采樣，最低采樣率設(shè)計(jì)為200次/s。試用Simulink設(shè)計(jì)仿真采樣和恢復(fù)過程。觀察采樣前后信號(hào)的波形和頻譜。時(shí)域仿真波形:

寒寒?徽源4X國(guó)??015/12/5被采樣信號(hào)功率頻譜，采樣輸出信號(hào)功率頻譜，恢復(fù)信號(hào)功率頻譜:實(shí)驗(yàn)三QPSK解調(diào)的VHDL建模與設(shè)計(jì)QPSK解調(diào)器方框圖及電路建模符號(hào)如圖所示。沒有包含模擬電路圖部分，QPSK信號(hào)為數(shù)字信號(hào)。

PLQPSK2CLKSIARTYPLQPSK2CLKSIARTY載波相位加法器宓中間信號(hào)yyy0°0+0-2-3二50090°0+載波相位加法器宓中間信號(hào)yyy0°0+0-2-3二50090°0+解調(diào)信號(hào)說明1-2-0=301QPSK解調(diào)器的VHDL參考程序如下，文件名為PL_QPSK2：?MAX-l-plusII-e:\quanling\plqpsk2-[plqpsk2.vhd-TextEditor] -^3^-導(dǎo)森,T -^3^-導(dǎo)森,T[Line34 |Col57 |INS《||仿真波形如圖所示:匍MAX-I-plusli-e\quanIing\plqpsk2WPstartelktartTime：|0.0ns |EndTime：『O.Ous匍MAX-I-plusli-e\quanIing\plqpsk2WPstartelktartTime：|0.0ns |EndTime：『O.Ous一:直UseDeviceSetup/HoldCheckOutputsrOscillation0.0nspl_qpsk2.scf-WaveformEditorCH°T七險(xiǎn)盈。國(guó)徽+?*甕*6MAX+plusIIFileEditViewNodeAssignUtilitiesOptionsWindowHelpQ咨肩冬為|電|電|目列咨密匠回息檔通函矗食蠅Bl，鼐卷顯瞪昭€Simulator:TimingSimulation |d||回||沃[imulationInput：pl_qpsk2.scfimulationTime:10.Ous舟yy舟yyy舟91|dataa[2..O]舟der|dataa[2..O]舟51|dataa[2..O]舟der|dataa[2..O]舟O5|dataa[2..O]舟der|dataa[2..O]0kbL~TTYTYTYT^oBEirTYT~x2 fTYT^r^~、eJHz實(shí)驗(yàn)I數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真1,仿真目的：掌握數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的基本工作原理。熟悉數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜特性。掌握眼圖及誤碼率的分析方法。掌握SystemView中相關(guān)圖符庫(kù)和觀察窗的使用方法。數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的組成框圖如圖所示。它主要由碼型變換器、發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器、位同步提取電路、抽樣判決和碼元再生電路等部分組成。下面直接給出數(shù)字基帶信號(hào)功率譜的計(jì)算公式圖符編號(hào) 庫(kù)/圖符名稱 類型Source圖符編號(hào) 庫(kù)/圖符名稱 類型SourceCommAdderPNSeqPulseShapePs(f)=fP(1-P)|G1(f)-GJf)+f2寸pG(mf)+(1-p)G(mf)|2s(f一mf)一雙邊譜

sGaussian,PulseWidth=0.01sec,StdDev=0.3V 1s s' sGaussian,PulseWidth=0.01sec,StdDev=0.3Vm=一8Ps(f)=2fP(1-P)|G1(f)一氣(f)|2+f21PG1(0)+(1-p)G2(0)|25(t)+2f2礦\pG(mf)+(1-p)G(mf)|25(f-mf)-單邊譜

s 1s s sm=1仿真內(nèi)容構(gòu)建基于SystemView仿真的模型圖：參數(shù)設(shè)置Amp=2V,Rate=100Hz,Levels=2SourceOperatorGaussNoiseLinearSys5 Operator Sampler6OperatorHold7 Operator CompareSourceSinusoid?12SinkAnalysisStdDev=0.3V,Mean=0VButterworthLowpassIIR,5Poles,Fc=200HzInterpolating,Rate=100Hz,Aperture=0sec,ApertureJitter=0secLastValue,Gain=2Comparison=’>=’TrueOutput=1V,FalseOutput=0VAmp=0v,Freq=0Hz,Phase=0deg經(jīng)高斯脈沖形成濾波器的輸出基帶信號(hào)，抽樣判決器輸出信號(hào)：疊加噪聲的傳輸信號(hào):接收信號(hào)的眼圖如圖所示。若改變信道特性和噪聲強(qiáng)度，眼圖會(huì)發(fā)生明顯變化，甚至產(chǎn)生明顯的接收誤碼。oprqoprq一-dEV實(shí)驗(yàn)五DPCM系統(tǒng)設(shè)計(jì)差分脈沖編碼調(diào)制(DPCM)是用二進(jìn)制碼組對(duì)信號(hào)的差值進(jìn)行幅度量化和編碼?！安钪怠本褪切盘?hào)的當(dāng)前抽樣值與預(yù)測(cè)值之差。任何信號(hào)，不論語音或圖像，采用直接采樣一量化一編碼的方式進(jìn)行編碼，都會(huì)發(fā)現(xiàn)碼組之間具有很強(qiáng)的相關(guān)性。由于相關(guān)性的存在，故傳輸數(shù)據(jù)中存在大量不需要傳輸?shù)男畔?，其被稱為“冗余”信息ODPCM就是通過預(yù)測(cè)和差分編碼方式來減少冗余，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的目的。1,設(shè)計(jì)原理輸入一個(gè)正弦信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行DPCM編碼后再進(jìn)行BCH編碼，送入二進(jìn)制對(duì)稱信道傳輸，在接收端對(duì)其進(jìn)行BCH解碼和DPCM解碼以恢復(fù)原信號(hào)。觀察傳輸前后波形變化。進(jìn)行語音信號(hào)基帶通信傳輸系統(tǒng)基于DPCM編碼和BCH碼的仿真，首先要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行DPCM編碼。DPCM編碼是經(jīng)過抽樣、量化、編碼等過程，將輸入的模擬信號(hào)編程數(shù)字信號(hào)。DPCM編碼是廣泛運(yùn)用的預(yù)測(cè)編碼方法之一。在DPCM編碼中，每個(gè)抽樣值不是獨(dú)立的編碼，而是將前一個(gè)抽樣值當(dāng)做預(yù)測(cè)值，然后再取當(dāng)前抽樣值和預(yù)測(cè)值之差進(jìn)行編碼并傳輸。DPCM譯碼同樣是將前一個(gè)值當(dāng)做預(yù)測(cè)值，然后取當(dāng)前值與預(yù)測(cè)值之差進(jìn)行解碼，將一個(gè)個(gè)脈沖碼組轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的量化采樣值，最后經(jīng)過一個(gè)低通濾波器重建原模擬信號(hào)。

DPCM系統(tǒng)的原理框圖如圖[5]7.1DPCM 的原理指圖2,設(shè)計(jì)步驟在模型建立界面中加入正弦信號(hào)后，雙擊正弦信號(hào)模塊，可對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行設(shè)置。在Frequency欄中填入正弦信號(hào)的頻率，本次課程設(shè)計(jì)中用的是頻率為2*pi的模擬正弦信號(hào)。進(jìn)行完正弦信號(hào)模塊參數(shù)的設(shè)置后，添加一個(gè)示波器模塊觀察正弦信號(hào)的仿真波形。模擬正弦信號(hào)仿真波形圖如圖所示。圖4-2輸入正弦信號(hào)的仿真波形圖完成正弦信號(hào)的調(diào)用及觀察后，接下來要對(duì)產(chǎn)生的模擬信號(hào)進(jìn)行DPCM編碼，調(diào)用一個(gè)DPCMEncoder，雙擊模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。DPCM模塊的參數(shù)設(shè)置程序如一下程序段所示：>>t=0:0.1:10;x=sin(2*pi*t);>>helpdpcmopt>>[PREDICTOR,CODEBOOK,PARTITION]=DPCMOPT(x,1,4)依據(jù)以上程序可得到DPCMEncoder的參

數(shù)：PREDICTOR= 00.8172CODEBOOK=-0.5129-0.18160.18160.5129PARTITION=-0.34730.00000.3473將計(jì)算所得的結(jié)果相應(yīng)的填入DPCMEncoder模塊參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中，單擊“OK”完成DPCMEncoder模塊參數(shù)設(shè)置。運(yùn)用示波器觀察DPCM編碼后仿真波形。DPCM編碼模型圖如圖4-3所示。DPCM編碼仿真波形如圖4-4所示。進(jìn)行完模擬信號(hào)的DPCM編碼后，就將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為了數(shù)字信號(hào)，此時(shí)的數(shù)字信號(hào)是以整數(shù)的形式表示的，在進(jìn)行下一步的糾錯(cuò)編碼前，要將信號(hào)從整數(shù)形式轉(zhuǎn)化為比特形式，因此需要調(diào)用一個(gè)IntegertoBitConverter模塊進(jìn)行數(shù)碼轉(zhuǎn)化。雙擊模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，在彈出的對(duì)話框中填入每個(gè)整數(shù)所轉(zhuǎn)換的比特?cái)?shù)，單擊“OK”完成設(shè)置。本次課程設(shè)計(jì)中我是將一個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)化為2bit，故在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中應(yīng)填入“2”。用示波器觀察數(shù)碼轉(zhuǎn)換后仿真波形圖。模擬信號(hào)DPCM編碼數(shù)碼轉(zhuǎn)換模型圖如圖4-5所示。

數(shù)碼轉(zhuǎn)換仿真波形圖如圖4-6所示。數(shù)碼轉(zhuǎn)換仿真波形圖如圖4-6所示。如圖4-6所示，模擬信號(hào)經(jīng)過DPCM編碼、數(shù)碼轉(zhuǎn)換后的波形在示波器中是并行輸出的，為了便于觀察，我們需要進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，調(diào)用模塊FrameConversion>Buffer>Unbuffer，并在Buffer中設(shè)置輸入的并聯(lián)數(shù)據(jù)路數(shù)，單擊“OK”完成設(shè)置。由于要多次運(yùn)用串并轉(zhuǎn)換，為了簡(jiǎn)化模型建立，我們可以將串并轉(zhuǎn)換模型打包，作為一個(gè)模塊使用。串并轉(zhuǎn)換模塊如圖4-7所示。圖土7串并轉(zhuǎn)換模塊圖土7串并轉(zhuǎn)換模塊完成串并轉(zhuǎn)換后用示波器觀察結(jié)果。串并轉(zhuǎn)換后模擬信號(hào)DPCM編碼模型如圖4-8所示 。SineWdvei圖4-8串并轉(zhuǎn)換后DCPM編碼模型圖IM電g”toBrtConvtrleirSubsystemDPCMEncodeSineWdvei圖4-8串并轉(zhuǎn)換后DCPM編碼模型圖IM電g”toBrtConvtrleirSubsystemDPCMEncodef口.IntenttoSdCowtriefDPCMencodei>□Sc?pe2串并轉(zhuǎn)換后DPCM仿真波形如圖所示。TimeoffsetCiTimeoffsetCi根據(jù)課程目的，完成模擬信號(hào)的DPCM編碼后，要將編碼后的信號(hào)調(diào)用通信模塊庫(kù)中的BCHEncoder模塊再進(jìn)行糾錯(cuò)編碼。I伽!的扯BitConverterSin?Integer^BitConvEikrEncoderSupe2S<o?t3BCHEihm如 SwpeS軸愉擊mlI伽!的扯BitConverterSin?Integer^BitConvEikrEncoderSupe2S<o?t3BCHEihm如 SwpeS軸愉擊mlDPCMencoder:hiii仙川iiniiim顧in川iiiiiii川iiiinmiii川川iiiio.至此發(fā)射部分處理完畢。完成DPCM編碼、BCH編碼后，就要進(jìn)行相應(yīng)的解碼，并用低通濾波器還原出原始波形。BihityS