通信原理設(shè)計性實驗報告Ｍａｔｌａｂ的數(shù)字通信系統(tǒng)仿真畢業(yè)設(shè)計論文word格式

1、通信技術(shù)綜合課程設(shè)計設(shè)計報告課題名稱： 指導(dǎo)老師： 專業(yè)班級： 姓 名： 學(xué) 號： 起止時間： 重慶交通大學(xué)計算機與信息學(xué)院目 錄一、課題內(nèi)容2二、設(shè)計目的2三、設(shè)計要求2四、實驗條件2五、系統(tǒng)設(shè)計21、通信系統(tǒng)的原理22. 所設(shè)計子系統(tǒng)的原理3六、詳細(xì)設(shè)計與編碼51. 設(shè)計方案52. 編程工具的選擇53. 編碼與測試64.運行結(jié)果及分析10七、設(shè)計心得.13八、參考文獻.13一、課題內(nèi)容本課題是基于的數(shù)字通信系統(tǒng)仿真二、設(shè)計目的1. 綜合應(yīng)用Matlab原理及應(yīng)用、信號與系統(tǒng)、現(xiàn)代通信原理、無線通信原理及應(yīng)用等多門課程知識，使學(xué)生建立通信系統(tǒng)的整體概念2. 培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計與系統(tǒng)開發(fā)的思想；

2、3. 培養(yǎng)學(xué)生利用軟件進行通信仿真的能力三、設(shè)計要求1.對通信系統(tǒng)有整體的較深入的理解，深入理解自己仿真部分的原理的基礎(chǔ)，畫出對應(yīng)的通信子系統(tǒng)的原理框圖2.提出仿真方案3.完成仿真軟件的編制4.仿真軟件的演示四、實驗條件上網(wǎng)的計算機、Matlab軟件五、系統(tǒng)設(shè)計1、通信系統(tǒng)的原理要仿真的數(shù)字通信系統(tǒng)包括三個部分：圖1 數(shù)字通信系統(tǒng)信源編碼的作用就是將模擬或數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)字序列，它的目的在于盡量減少信號的冗余，讓通信能夠以最少的開銷傳輸更多的信息。信道編碼的行為恰好與信源編碼相反，它將信息序列中添加適當(dāng)?shù)娜哂嘈裕沟猛ㄐ畔到y(tǒng)能夠糾正一定程度上的傳輸出錯，增加通信系統(tǒng)的可靠性。要將數(shù)字信號

3、通過一定的形式發(fā)送出去，就需要調(diào)制技術(shù)，并采用這些調(diào)制技術(shù)的通信系統(tǒng)進行仿真。一個數(shù)字通信系統(tǒng)的性能主要由傳輸速率和通信出錯的概率衡量。信息傳輸速率用語衡量一個數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性，這方面的具體指標(biāo)有波特率和比特率，波特率是住系統(tǒng)沒秒傳誦分得碼元個數(shù)，比特率是只系統(tǒng)沒秒傳誦臺信息比特數(shù)。（說明：我主要負(fù)責(zé)數(shù)字調(diào)制與解調(diào)傳輸中的FSK與BPSK2的部分，另外加上一個QAM）2. 所設(shè)計子系統(tǒng)的原理在一個實際通信問題中，信道往往都是帶通的，要在這種情況下進行通信，就必須對包含有信息的信號進行調(diào)制，把它的頻譜搬移到信道的頻帶之內(nèi)，然后將調(diào)制后的信號通過信道進行傳輸；相應(yīng)的，在接收端要對收到的信號進行

4、解調(diào)，才能得到進行通信的原始信號。（1） FSKFSK的解調(diào)過程比較特殊，它使用一個信號向量來匹配已調(diào)制信號，解調(diào)過程計算接收信號與信號向量的相關(guān)度，并據(jù)此判斷最有可能的碼符。用載波頻率的變化來表征被傳信息的狀態(tài)FSK信號的一般時域數(shù)學(xué)表達式為： 式中， 是2FSK信號的產(chǎn)生通常有兩種方式：（1）頻率選擇法；（2）載波調(diào)頻法。由于頻率選擇法產(chǎn)生的2FSK信號為兩個彼此獨立的載波振蕩器輸出信號之和，在二進制碼元狀態(tài)轉(zhuǎn)換（或）時刻，2FSK信號的相位通常是不連續(xù)的，這會不利于已調(diào)信號功率譜旁瓣分量的收斂。載波調(diào)頻法是在一個直接調(diào)頻器中產(chǎn)生2FSK信號，這時的已調(diào)信號出自同一個振蕩器，信號相位在載頻

5、變化時始終是連續(xù)的，這將有利于已調(diào)信號功率譜旁瓣分量的收斂，使信號功率更集中于信號帶寬內(nèi)。因此我們選用頻率選擇法調(diào)制，其原理圖如下：圖2 2FSK信號產(chǎn)生原理圖（2）BPSK2BPSK2的調(diào)制過程與FSK的類似，通過計算輸入信號與一組載波的相關(guān)度來實現(xiàn)。（3）QAM式中，Tb為瑪元寬度，Am和Bm為離散的振幅值，m=1、2、，M，M為Am和Bm的個數(shù)。 式中A是固定的振幅，與信號的平均功率有關(guān)，（dm,em）表示QAM調(diào)制信號矢量殿點在信號空間的坐標(biāo)，由輸入數(shù)據(jù)決定。圖3 QAM 調(diào)制原框圖圖4 QAM解調(diào)框圖六、詳細(xì)設(shè)計與編碼1. 設(shè)計方案（1）分組情況在這次課程設(shè)計中，我小組經(jīng)過討論決定由

6、一人做格式化和信源譯碼，另兩人做數(shù)字調(diào)制與解調(diào)傳輸，又將其中的4個載波調(diào)制技術(shù)（FSK、ASK、BPSK1、BPSK2）分為2部分，每人做一個部分，而我負(fù)責(zé)的就是數(shù)字調(diào)制與解調(diào)傳輸中的FSK與BPSK2的部分，另外再加上自己寫的QAM，最后將三人做的部分綜合起來。（2）編程的流程圖圖5 數(shù)字調(diào)制過程 （3）設(shè)計思路：先利用一個均勻分布的隨即信源產(chǎn)生大量的隨即信號，然后信號通過信道，信號將受到噪聲的影響。在接受端，將通過信道后的信號通過一個最佳接受機進行接收判決，就得到接收到的信號，將這個信號與圓心好相比，就可以得到通信誤碼率。2. 編程工具的選擇本次仿真選擇的是MATLAB軟件。MATLAB軟

7、件是國際上公認(rèn)的功能最強大的數(shù)值計算和仿真軟件之一。其軟件包的主要特點有： 1)它是一種解釋性語言，采用了工程技術(shù)的計算語言，幾乎與數(shù)學(xué)表達式相同，語言中的基本元素是矩陣，它提供了各種矩陣的運算和操作，并且具有符號計算、數(shù)學(xué)和文字統(tǒng)一處理、離線和在線計算等功能。2)具有較強的繪圖功能，計算結(jié)果和編程可視化。3)具有很強的開放性，針對不同的應(yīng)用學(xué)科，3. 編碼與測試（1）FSKfigure(1);N = 100;noise_amp = 3;signal_set = 'fsk'bits = '1', '0', '1', '0&

8、#39;, '0', '1'signal1 = sqrt(2)*sin(2*pi*2*0:N-1/N);signal0 = sqrt(2)*sin(2*pi*3*0:N-1/N); color0='r'color1='g'x = ; xcolor = ;%disp(length(bits);for n=1:length(bits)x=x eval(strcat('signal',bits(n); % 0/1 二進制xcolor = xcolor eval(strcat('color',bits(n)

9、;% disp(x);% disp(xcolor)end% Send signal through white noise channel r=x%r = x + noise_amp*randn(1,length(x); %信道噪聲% Run matched filters,利用匹配濾波器進行解調(diào)y1=filter(signal1(N:-1:1),1,r);%求通過濾波器的信號y0=filter(signal0(N:-1:1),1,r);% Graphicssubplot(211)t=0:length(r)-1;plot(t,r,'k');hold ona = axis;xp=

10、x*(0.75*max(abs(a(3) a(4)/max(x);for n=1:length(bits)plot(t(n-1)*N+1:n*N),xp(n-1)*N+1:n*N),xcolor(n) '-');h = text(n-1)*N+N/2,max(xp),bits(n);set(h,'fontsize',16);set(h,'color',xcolor(n);end%for n=N*1:length(bits),h=line(n n,a(3:4);set(h,'linestyle','-');endh=

11、title('Received signal');set(h,'fontsize',18);hold offsubplot(212)plot(t,y0,color0,t,y1,color1)a = axis;for n=1:length(bits)if y1(n*N)>= y0(n*N)h = text(n*N-10,.75*a(4),'1');set(h,'fontsize',16);set(h,'color',color1);if bits(n) = '0'set(h,'fontw

12、eight','bold');endelse h = text(n*N-10,.75*a(4),'0');set(h,'fontsize',16);set(h,'color',color0);if bits(n) = '1'set(h,'fontweight','bold');end endendfor n=N*1:length(bits),h=line(n n,a(3:4);set(h,'linestyle','-');endh=title(

13、'Matched Filter Output');set(h,'fontsize',18);%figure2是接收端的誤碼率% Compute Pre curves 計算誤碼率%figure(2)snrdb = -10:.5:12;snr = 10.(snrdb/10);p_bpsk = Qfunct(sqrt(2*snr);%需要編寫函數(shù)Qfunct（）p_fsk = Qfunct(sqrt(snr);h=semilogy(snrdb,p_bpsk,snrdb,p_fsk,'r-');grid;axis(-10 12 10(-8) 1)set(

14、gca,'fontsize',18);h=xlabel('Signal-to-Noise Ratio (dB)');set(h,'fontsize',18);h=ylabel('Bit Error Probability');set(h,'fontsize',18);legend('BPSK','FSK');（2）BPSK2figure(1);N = 100;noise_amp = 3;signal_set = 'bpsk2'bits = '1', &

15、#39;0', '1', '0', '0', '1'if strcmp(signal_set, 'bpsk2') signal1 = sqrt(2)*sin(2*pi*2*0:N-1/N); signal0 = -signal1; elseperror(sprintf('Unknown signal set %sn',signal_set);endcolor0='g'color1='b'x = ; xcolor = ;%disp(length(bits);fo

16、r n=1:length(bits)x=x eval(strcat('signal',bits(n); % 0/1 二進制xcolor = xcolor eval(strcat('color',bits(n);% disp(x);% disp(xcolor)end% Send signal through white noise channel r=x%r = x + noise_amp*randn(1,length(x); %信道噪聲% Run matched filters,利用匹配濾波器進行解調(diào)y1=filter(signal1(N:-1:1),1,r);

17、%求通過濾波器的信號y0=filter(signal0(N:-1:1),1,r);% Graphicssubplot(211)t=0:length(r)-1;plot(t,r,'k');hold ona = axis;xp=x*(0.75*max(abs(a(3) a(4)/max(x);for n=1:length(bits)plot(t(n-1)*N+1:n*N),xp(n-1)*N+1:n*N),xcolor(n) '-');h = text(n-1)*N+N/2,max(xp),bits(n);set(h,'fontsize',16);s

18、et(h,'color',xcolor(n);end%for n=N*1:length(bits),h=line(n n,a(3:4);set(h,'linestyle','-');endh=title('Received signal');set(h,'fontsize',18);hold offsubplot(212)plot(t,y0,color0,t,y1,color1)a = axis;for n=1:length(bits)if y1(n*N)>= y0(n*N)h = text(n*N-10,.

19、75*a(4),'1');set(h,'fontsize',16);set(h,'color',color1);if bits(n) = '0'set(h,'fontweight','bold');endelse h = text(n*N-10,.75*a(4),'0');set(h,'fontsize',16);set(h,'color',color0);if bits(n) = '1'set(h,'fontweight

20、9;,'bold');endendendfor n=N*1:length(bits),h=line(n n,a(3:4);set(h,'linestyle','-');endh=title('Matched Filter Output');set(h,'fontsize',18);%figure2是接收端的誤碼率% Compute Pre curves 計算誤碼率%figure(2)snrdb = -10:.5:12;snr = 10.(snrdb/10);p_bpsk = Qfunct(sqrt(2*snr);%

21、需要編寫函數(shù)Qfunct（）p_fsk = Qfunct(sqrt(snr);h=semilogy(snrdb,p_bpsk,snrdb,p_fsk,'r-');grid;axis(-10 12 10(-8) 1)set(gca,'fontsize',18);h=xlabel('Signal-to-Noise Ratio (dB)');set(h,'fontsize',18);h=ylabel('Bit Error Probability');set(h,'fontsize',18);legend(

22、'BPSK','FSK');（3）需要的小函數(shù)function y=Qfunct(x) %Q函數(shù)，在接收端求誤碼率時使用y=1/2 *erfc(x/sqrt(2);%max_bound=1000;%fun=inline('1/sqrt(2*pi)*exp(-x.2/2)');%Q_return_value=quad(fun,alpha,max_bound);（4）QAMclear;Fd=10; %消息序列的采樣速率Fs=3*Fd; %已調(diào)纖毫的采樣速率M=16; SNR_db=0:12; %仿真信噪比范圍SNR1_db=0:0.1:12; %理論

23、計算信噪比范圍for n=1:length(SNR_db) Eb_N0=10(SNR_db(n)/10); sgma=sqrt(5/(4*Eb_N0); %nc、ns的均方差 x=randint(10000,1,M); %產(chǎn)生隨即消息序列 y=dmodce(x,Fd,Fs,'qask',M); %QAM調(diào)制 ynoise=y+sqrt(Fs/Fd)*sgma*(randn(length(y),1)+j*randn(length(y),1); %加入噪聲 z=ddemodce(ynoise,Fd,Fs,'qask',M); %解調(diào) numbers,pe(n)=sy

24、merr(x,z); %計算誤符號率end;for m=1:length(SNR1_db) %計算理論誤碼率 Eb_N0=10(SNR1_db(m)/10); sq_M=sqrt(M); temp=Qfunct(sqrt(Eb_N0*(3*(log2(M)/(M-1); pe_theory(m)=1-(1-(2*(sq_M-1)*temp)/sq_M)2;endsemilogy(SNR_db,pe,'*',SNR1_db,pe_theory); %作出圖象xlabel('信噪比(dB)');ylabel('誤碼率(Pe)');legend('仿真得到的誤符號率','理論符號誤碼曲線');（5）編譯過程中出現(xiàn)的問題a. 對MATLAB的函數(shù)不熟悉，要想用某個函數(shù)的時候還要在書中查找函數(shù)，這樣降低了整個編譯過程的效率。b. 在編譯完成后的運行中，系