通信系统课群综合训练与设计课程实习任务.doc

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学生姓名:专业班级:通信0902班
指引教师:艾青松工作单位:信息工程学院
题目:通信系统课群综合训练与设计
初始条件:MATLAB软件平台
设计任务与规定:
1、运用仿真软件MATLAB,或硬件实验系统平台上设计完毕一种典型的通信系统
2、学生要完毕整个系统各环节以及整个系统的仿真,最后在接受端或者精确或者近似地再现输入(信源),计算失真度,并且分析因素。
参照资料:
[1]《通信原理》樊昌信,国防工业出版社,5月
[2]《通信系统仿真》冯育涛,国防工业出版社,
[3]《matlab仿真技术与应用实例教程》张森张正亮,***出版社,1月
时间安排:
第18周:理论解说
第19周:理论设计及实验室安装调试;
地点:鉴主13通信工程综合实验室,鉴主15通信工程实验室(1);
第20周:撰写设计报告及答辩;地点:鉴主15楼通信实验室(3)。
指引教师签名:年月日
系主任(或责任教师)签名:年月日
目录
摘要 1
Abstract 2
1MATLAB简介 3
2设计规定 6
3系统原理及实现 7
7
11
12
13
15
4仿真成果 17
5心得体会 21
6参照文献 22
附件 23
摘要
MATLAB是由美国mathworks公司发布的重要面对科学计算、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种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,并在很大限度上挣脱了老式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。
通信系统是一种十分复杂的系统,在具体实现上有多种多样的措施,但总的过程却是具有共性的。对于一种模拟信号数字化传播,过程可分为数字化,信源编解码,信道编解码,调制解调,加扰等。本实验运用MATLAB实现了PCM编码,CMI码,汉明码,FSK调制,AWGN及相应的解调过程,完整实现了一种通信系统的所有过程。
核心字:通信系统,调制,解调,MATLAB
Abstract
MATLABisahigh-leveltechnicalcomputinglanguageandinteractiveenvironmentforalgorithmdevelopment,datavisualization,dataanalysis,,youcansolvetechnicalcomputingproblemsfasterthanwithtraditionalprogramminglanguages,suchasC,C++,andFortran.
,theprocesscanbedividedintodigital,sourcedecoding,channeldecoding,modem,scrambling,,CMIcode,hammingcode,FSKmodulation,AWGNandthecorrespondingdemodulationprocess,completeimplementsacommunicationsystemofallprocess.
Keywords:communicationsystem,modulation,demodulation,MATLAB
1MATLAB简介
MATLAB是MatrixLaboratory的缩写,是一款由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高档技术计算语言和交互式环境。除了矩阵运算、绘制函数/数据图像等常用功能外,MATLAB还可以用来创立顾客界面及与调用其他语言(涉及C,C++和FORTRAN)编写的程序。
尽管MATLAB重要用于数值运算,但运用为数众多的附加工具箱(Toolbox)它也适合不同领域的应用,例如控制系统设计与分析、图像解决、信号解决与通讯、金融建模和分析等。
MATLAB的重要优势如下:

MATLAB由一系列工具构成。这些工具以便顾客使用MATLAB的函数和文献,其中许多工具采用的是图形顾客界面。涉及MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、途径搜索和用于顾客浏览协助、工作空间、文献的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件自身的不断升级,MATLAB的顾客界面也越来越精致,更加接近Windows的原则界面,人机交互性更强,操作更简朴。并且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、协助系统,极大的以便了顾客的使用。简朴的编程环境提供了比较完备的调试系统,程序不必通过编译就可以直接运营,并且可以及时地报告浮现的错误及进行出错因素分析。

MATLAB一种高档的矩阵/阵列语言,它涉及控制语句、函数、数据构造、输入和输出和面向对象编程特点。顾客可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步,也可以先编写好一种较大的复杂的应用程序(M文献)后再一起运营。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基本上的,因此语法特性与C++语言极为相似,并且更加简朴,更加符合科技人员对数学体现式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。并且这种语言可移植性好、可拓展性极强,这也是MATLAB可以进一步到科学研究及工程计算各个领域的重要因素。

MATLAB是一种涉及大量计算算法的集合。其拥有600多种工程中要用到的数学运算函数,可以以便的实现顾客所需的多种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果,而前通过了多种优化和容错解决。在一般状况下,可以用它来替代底层编程语言,如C和C++。在计算规定相似的状况下,使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集涉及从最简朴最基本的函数到诸如矩阵,特性向量、迅速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大体涉及矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的记录分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的多种运算、三角函数和其她初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。

MATLAB自产生之日起就具有以便的数据可视化功能,以将向量和矩阵用图形体现出来,并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图涉及二维和三维的可视化、图象解决、动画和体现式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形解决功能作了很大的改善和完善,使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能(例如二维曲线和三维曲面的绘制和解决等)方面更加完善,并且对于某些其她软件所没有的功能(例如图形的光照解决、色度解决以及四维数据的体现等),MATLAB同样体现了杰出的解决能力。同步对某些特殊的可视化规定,例如图形对话等,MATLAB也有相应的功能函数,保证了顾客不同层次的规定。此外新版本的MATLAB还着重在图形顾客界面(GUI)的制作上作了很大的改善,对这方面有特殊规定的顾客也可以得到满足。

MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说,它们都是由特定领域的专家开发的,顾客可以直接使用工具箱学****应用和评估不同的措施而不需要自己编写代码。目前,MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域,诸如数据采集、数据库接口、概率记录、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号解决、图像解决、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时迅速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等,都在工具箱(Toolbox)家族中有了自己的一席之地。
(涉及顾客界面)
在开发环境中,使顾客更以便地控制多种文献和图形窗口;在编程方面支持了函数嵌套,有条件中断等;在图形化方面,有了更强大的图形标注和解决功能,涉及对性对起连接注释等;在输入输出方面,可以直接向Excel和HDF5进行连接。
2设计规定
可以用软件(如Matlab),也可以在硬件实验系统平台上完毕一种典型的通信系统(如下图所示)的仿真。
图1典型的通信系统
输入:一方面输入模拟信号,给出此模拟信号的时域波形。
数字化:将模拟信号进行数字化,得到数字信号,选择PCM编码。
信道编码:实现简朴的信道编译码汉明码
信源编码:实现基带码形变换(CMI码)
信道:采用加性高斯信道。
PCM解码:给出解码后的模拟信号的时域波形,并与输入信号进行比较。
要完毕整个系统各环节以及整个系统的仿真,最后在接受端或者精确或者近似地再现输入(信源),计算失真度,并且分析因素。
3系统原理及实现

脉冲编码调制(pulsecodemodulation,PCM)是概念上最简朴、理论上最完善的编码系统,是最早研制成功、使用最为广泛的编码系统,但也是数据量最大的编码系统。PCM的编码原理比较直观和简朴,下图为PCM系统的原理框图:
抽样
量化
编码
信道
干扰
m(t)
ms(t)
msq(t)
A/D变换
译码
低通滤波
msq(t)
m(t)
图2PCM系统的原理框图
图中,输入的模拟信号m(t)经抽样、量化、编码后变成了数字信号(PCM信号),经信道传播达到接受端,由译码器恢复出抽样值序列,再由低通滤波器滤出模拟基带信号m(t)。一般,将量化与编码的组合称为模/数变换器(A/D变换器);而译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(D/A变换器)。前者完毕由模拟信号到数字信号的变换,后者则相反,即完毕数字信号到模拟信号的变换。
PCM在通信系统中完毕将语音信号数字化功能,它的实现重要涉及三个环节完毕:抽样、量化、编码。分别完毕时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表达。根据CCITT的建议,为改善小信号量化性能,采用压扩非均匀量化,有两种建议方式,分别为A律和μ律方式,国内采用了A律方式,由于A律压缩实现复杂,常使用13折线法编码,采用非均匀量化PCM编码。
2、PCM编码原理
(1)抽样
所谓抽样,就是对模拟信号进行周期性扫描,把时间上持续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号通过抽样后还应当涉及原信号中所有信息,也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理拟定的。
(2)量化
量化,就是把通过抽样得到的瞬时值将其幅度离散,即用一组规定的电平,把瞬时抽样值用最接近的电平值来表达。
从数学上来看,量化就是把一种持续幅度值的无限数集合映射成一种离散幅度值的有限数集合。一种模拟信号通过抽样量化后,得到已量化的脉冲幅度调制信号,它仅为有限个数值。
如下图所示,量化器输出L个量化值yk,k=1,2,3,…,L。yk常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度x落在xk与xk+1之间时,量化器输出电平为yk。这个量化过程可以体现为:
(公式一)
模拟入
量化器
量化值
这里称为分层电平或判决阈值。一般称为量化间隔。
模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。