通信原理课程设计 mat.doc

1、1长 沙 学 院课 程 设 计 说 明 书题目 二进制数字调制技术以及扩频通信系统的仿真研究。系(部) 电子与通信工程系专业(班级) 姓名 学号 指导教师 起止日期 2长 沙 学 院课程设计指导书系（部） 电子与通信工程系 专 业 通信工程专业 2009 年 6 月 3 日3课程名称：通信原理课程设计课程编号：7040630360主 笔 人：主 审 人：一、课程设计的目的通过本课程设计，提高学生所学通信原理、电子技术、计算机等方面知识的综合运用能力，巩固所学知识，同时培养学生初步的创新能力、二次开发能力以及科研能力。本课程设计重点是使学生掌握运用 MATLAB 软件进行通信仿真的方法，并且加深

2、通信原理中数字调制、扩频通信技术的理解和运用。二、课程设计的题目1.二进制数字调制技术以及扩频通信系统的仿真研究。三、设计内容（主要技术关键的分析、解决思路和方案比较等）1.二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，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。2.扩频通信系统扩频是指将信号的频谱扩展至占用很宽的频带。扩

3、展频谱通信系统是将基带信号的频谱通过某种调制扩展到远大于原基带信号带宽的系统。扩频技术分为三类：（1）直接序列扩频，通常采用一段伪随机序列表示一个信息码元，对载波进行调制。 （2）跳频扩频，它使发射机的载频在一个信息码元的时间内，按照预定的规律，离散地快速跳变。 （3）线性调制，载频在一个信息码元时间内在一个宽的频段中线性地变化。3.二进制数字调制技术及扩频通信系统的仿真实现4MATLAB 是一种功能强大的科学计算和工程仿真软件，它的交互式集成界面能够帮助用户快速的完成数值分析、数字信号处理、仿真建模、和优化等功能。本课程设计需要运用 MATLAB 编程实现 2ASK,2FSK,2PSK，2D

4、PSK 调制解调过程，并且输出其调制后的波形，画出频谱、功率谱密度图，比较各种调制的误码率情况。运用 SIMULINK 仿真工具搭建直接扩频通信系统。系统中应包括信元产生模块，伪随机码产生，进行直接序列扩频，使用 BPSK 调制方法调制后，分别运用高斯信道和瑞利衰落信道传输，再在接收端进行解调解码，并用示波器观察其输出波形以及频谱，比较扩频前后的频谱特性。4.卷积编译码器的仿真实现以 MATLAB 为仿真工具仿真实现（2，1，3）卷积编/译码器，具体要求有：、用 M 文件编写仿真程序；、编写完整的（2，1，3）卷积编/译码器程序；、不能直接使用 encode，decode 这样的编译码函数；、

5、译码程序采用维特比译码算法（软判决、硬判决均可） ；、验证（2，1，3）卷积编/ 译码器的纠错性能。 （不硬性要求） ，考虑在如下简单通信仿真模型里验证其中，信源为随机输入的 10 000 个二进制码元，信道为简单的加性高斯白噪声信道，调制方式为 BPSK 调制，译码方式采用 Viterbi 硬判决译码。5.伪随机序列的仿真实现利用 MATLAB 作为仿真工具完成综合设计任务。要求对常用的伪随机码 m 序列、Gold 码的产生和性能进行仿真设计与分析，具体要求有： 、应用 MATLAB 中的 Simulink 工具对 m 序列、Gold 码序列以及 M 序列的产生进行仿真设计；、要求 m 序列

6、、Gold 码序列有两种阶数的仿真，移位寄存器在 6 阶以上；M 序列编写一种（4 阶或 6 阶） ；、Simulink 工具产生Gold 码序列采用串联、并联两种方式。四、设计步骤1.根据题目，查阅有关资料，掌握数字带通调制技术以及扩频通信原理。2.学习 MATLAB 软件，掌握 MATLAB 各种函数以及 SIMULINK 仿真软件的使用。53.根据数字带通调制原理，运用 MATLAB 进行编程，仿真调制过程，记录并分析仿真结果。4.利用 SIMULINK 通信仿真工具箱，搭建直接序列扩频通信系统，记录仿真原理图以及示波器输出波形，并观察频谱扩展情况。5.形成设计报告。五、设计要点1.进行

7、数字调制仿真过程中体现调制算法过程，在最后进行仿真结果分析时，将各种调制方式的误码率情况放在一张图中进行比较。2.运用 SIMULINK 进行扩频通信系统搭建时，要注意各个模块的参数设置，以及改变参数后对系统的影响，观察频谱的变化情况。六、设计进度安排第十六周：查找资料，熟悉软件使用，进行扩频通信系统搭建。第十七周：2ASK,2FSK,2PSK 程序编译，写出设计报告，制作 PPT 答辩。七、考核标准1.课程考核成绩构成对于学生课程设计的考核的标准，将根据其设计方案、课程设计过程中的学习态度，设计结果的有效性、完整性，答辩及设计报告的质量等进行综合评定。课程设计方案 课程设计态度 设计结果 答

8、辩及设计报告质量20 20% 20% 40%八、注意事项（ 1） 步 骤 ： 预 习 、 仿 真 、 调 试 、 测 试 、 总 结 。（ 2） 验 收 时 上 交 设 计 总 结 报 告 。 设 计 总 结 报 告 要 求 同 时 上 交 纸 质 文 档 （ A4）和 电 子 文 档 （ word） 。（ 3） 通过本课程设计，应重点掌握一般仿真设计方法、指标计算和调试测试方法。（ 4） 要保持整洁和安静，不要大声喧哗，不要随地吐痰,不要乱丢纸屑、杂物。（5）爱护仪器设备及公物，凡违反操作规程不听从教师指导而损坏仪器及6公物，按规定赔偿。长沙学院课程设计鉴定表姓名 学号 专业 班级 1设计题

9、目指导教师意见：评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定等级： 答辩小组长签名： 日期： 教研室意见：教研室主任签名： 日期： 7系（部）意见：系主任签名： 日期： 说明 课程设计成绩分“优秀” 、 “良好” 、 “及格” 、 “不及格”四类；目录一、设计目的： .8二、课程设计的主要原理及任务： .9三、设计要点及 思路分析： .10四、设计步 骤： .10五、扩频通信系统 simulink 仿真 10六、二进制数字调制技术的 matlab 仿真 .13七、实验总结 .19参考文献 .208二进制数字调制技术以及扩频通信系统的仿真研究一、设计目的：通过本课程设计，提高学生所学通信原

10、理、电子技术、计算机等方面知识的综合运用能力，巩固所学知识，同时培养学生初步的创新能力、二次开发能力以及科研能力。本课程设计重点是使学生掌握运用 MATLAB 软件进行通信仿真的方法，并且加深通信原理中数字调制、扩频通信技术的理解和运用。二、课程设计的主要原理及任务：2.1 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，一时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

11、调制，比如对载波的振幅、频率和相位进行键控。2.2 扩频通信系统扩频是指将信号的频谱扩展至占用很宽的频带。扩展频谱通信系统是将基带信号的频谱通过某种调制扩展到远大于原基带信号带宽的系统。由直扩序列扩频系统原理图可以看出，在发射端，信源输出的信号与伪随机码产生器产生的伪随机码进行模 2 加，产生9一速率与伪随机码速率相同的扩频序列，然后再用扩频序列去调制载波，这样得到已扩频调制的射频信号。在接收端，接收到的扩频信号经高放和混频后，用与发射端同步的伪随机序列对扩频调制信号进行相关解扩，将信号的频带恢复为信息序列的频带，然后进行解调，恢复出所传输的信息。扩频技术分为三类：（1）直接序列扩频，通常采用

12、一段伪随机序列表示一个信息码元，对载波进行调制。 （2）跳频扩频，它使发射机的载频在一个信息码元的时间内，按照预定的规律，离散地快速跳变。 （3）线性调制，载频在一个信息码元时间内在一个宽的频段中线性地变化。2.3 二进制数字调制技术及扩频通信系统的仿真实现MATLAB 是一种功能强大的科学计算和工程仿真软件，它的交互式集成界面能够帮助用户快速的完成数值分析、数字信号处理、仿真建模、和优化等功能。本课程设计需要运用 MATLAB 编程实现 2ASK,2FSK,2PSK 调制解调过程，并且输出其调制后的波形，画出频谱、功率谱密度图,比较各种调制的误码率情况。运用 SIMULINK 仿真工具搭建直

13、接扩频通信系统。系统中应包括信元产生模块，伪随机码产生，进行直接序列扩频，使用 BPSK 调制方法调制后,分别运用高斯信道和瑞利衰落信道传输，再在接收端进行解调解码，并用示波器观察其输出波形以及频谱，比较扩频前后的频谱特性。三、设计要点及思路分析：首先在理解了二进制数字调制技术原理及扩频通信原理的基础上将理论付诸与实践的关键就是对 MATLAB 的熟练掌握，如：(1) MATLAB 控制流程序： for 循环语句；(2) 掌握 MATLAB 各种函数库的使用；(3) 掌握 SIMULINK 进行扩频通信系统搭建；4) 学会利用 MATLAB 的 help 功能；10四、设计步骤：4.1、扩频通

14、信系统（1） 、分析扩频通信系统技术原理，画出流程图。（2） 、利用 Simulink 绘出扩频通信系统技术原理图。（3） 、在 Simulink 界面中调试运行。（4） 、观察并记录扩频前和扩频后波形图，并分析二进制序列波形特征。（5） 、改变参数，观察波形变化，知道参数的物理意义。学会调整波形。4.2、二进制数字调制技术（1） 、分析二进制数字调制技术技术原理，画出流程图。（2） 、利用 Matlab 语言编写二进制数字调制解调程序。（3） 、在 Matlab 界面中调试。（4） 、观察并记录二进制序列，载波，FSK,PSK,ASK 及加入噪声后，解调后序列，误码率与信噪比的关系等波形图。

15、学会计算误码率，信噪比。知道调节哪些参数影响误码率，信噪比。五、扩频通信系统 simulink 仿真5.1 扩展频谱系统原信源 信源编码 信道编码 载波调制 扩频调制信源译码 信道译码 解调 解扩频信道11扩展频谱系统框图5.2 扩频通信系统 simulink 仿真扩频通信系统 simulink 仿真图5.3 二进制解调示波器图二进制原图和解调后的二进制图形解调出原信号125.4 频谱图13二进制原频谱图和扩展后的频谱图六、二进制数字调制技术的 matlab 仿真6.1 ASK 程序clcclearx1=round(rand(1,100);T=100;t=0:0.01:9.99;for i=1

16、:10if x1(i)=1for g=1:100A(100*(i-1)+g)=1;endelse for g=1:100A(100*(i-1)+g)=0;end14endendsubplot(4,2,1);plot(t,A,r);title(二进制序列);y=cos(5*pi*t);subplot(4,2,2);plot(t,y); title(载波 );s=A.*y;subplot(4,2,3);plot(t,s);title(ASK 信号);nosie=rand(1,1000);s=s+nosie;subplot(4,2,4);plot(t,s);title(加入噪声);z3=abs(ff

17、t(s,512);subplot(4,2,8);plot(z3);axis(0, 50, 0, 300);title(频谱 );grid on z=s.*y;subplot(4,2,5);plot(t,z);title(相乘后信号);n,Wn = buttord(0.01,0.1,0.5,40); %临界频率采用角频率表示b,a=butter(n,Wn);y1=filter(b,a,z);subplot(4,2,6);plot(t,y1); title(滤波后信号);for i=0:9if y1(i*100+50)0.2for j=1:100out(100*i+j)=1;endelsefor

18、j=1:100out(100*i+j)=0;endendendsubplot(4,2,7);plot(t,out);title(抽样判决);156.2 ASK 波形6.3 FSK 程序clcclearx1=round(rand(1,100);T=100;t=0:0.01:9.99;for i=1:10if x1(i)=1for g=1:100A(100*(i-1)+g)=1;endelse for g=1:100A(100*(i-1)+g)=0;endendendsubplot(5,2,1);plot(t,A,r);title(二进制序列);16y1=cos(3*pi*t);y2=cos(10

19、*pi*t);subplot(5,2,2);plot(t,y1); title(载波 1);s=A.*y1;subplot(5,2,3);plot(t,y2); title(载波 2);s=s+not(A).*y2;subplot(5,2,4);plot(t,s);title(FSK 信号);nosie=rand(1,1000);s=s+nosie;subplot(5,2,5);plot(t,s);title(加入噪声);z=s.*y1;z3=abs(fft(s,512);subplot(5,2,6);plot(z3);axis(0, 100, 0, 300);title(频谱 );grid

20、on subplot(5,2,7);plot(t,z);title(相乘后信号);n,Wn = buttord(0.01,0.1,0.5,40); %临界频率采用角频率表示b,a=butter(n,Wn);y1=filter(b,a,z);subplot(5,2,8);plot(t,y1); title(滤波后信号);for i=0:9if y1(i*100+50)0.2for j=1:100out(100*i+j)=1;endelsefor j=1:100out(100*i+j)=0;endendendsubplot(5,2,9);plot(t,out);title(抽样判决);6.4 FS

21、K 波形176.5 PSK 程序clcclearx1=round(rand(1,100);T=100;t=0:0.01:9.99;for i=1:10if x1(i)=1for g=1:100A(100*(i-1)+g)=1;endelse for g=1:100A(100*(i-1)+g)=0;endendendsubplot(4,2,1);plot(t,A,r);title(二进制序列);y=cos(5*pi*t);18subplot(4,2,2);plot(t,y); title(载波 );s=-A.*y;s=s+not(A).*y;subplot(4,2,3);plot(t,s);ti

22、tle(PSK 信号);nosie=rand(1,1000);s=s+nosie;subplot(4,2,4);plot(t,s);title(加入噪声);z=s.*y;z3=abs(fft(s,512);subplot(4,2,8);plot(z3);axis(0, 500,-1, 300);title(频谱 );grid on subplot(4,2,5);plot(t,z);title(相乘后信号);n,Wn = buttord(0.01,0.1,0.5,40); %临界频率采用角频率表示b,a=butter(n,Wn);y1=filter(b,a,z);subplot(4,2,6);p

23、lot(t,y1); title(滤波后信号);for i=0:9if y1(i*100+50)0.2for j=1:100out(100*i+j)=0;endelsefor j=1:100out(100*i+j)=1;endendendsubplot(4,2,7);plot(t,out);title(抽样判决);6.6 psk 波形196.7 三种数字调制系统的误码率与信噪比的关系从图形可以看出，在相同的信噪比的情况下相干解调 2PSK 的误码率最小，2ASK的误码率最大。20三种数字调制系统的误码率与信噪比的关系图七、实验总结本次课程设计是基于本学期所学习的通信原理方面的知识，是一次比较全

24、面的应用，也是一次多方面的学习。在设计中，除了对通信原理方面已经学习过的知识进行了复习和应用以外，最大的收获是学习了 MATLAB 仿真软件的操作使用方法。设计要求运用MATLAB 编程实现 2ASK,2FSK,2PSK 调制/解调过程，并输出其调制后的波形，画出频谱、功率谱密度图，比较各种调制的误码率情况。运用 SIMULINK 仿真工具搭建直接扩频通信系统。系统中应包括信元产生模块，伪随机码产生器，进行直接序列扩频，使用 BPSK调制方法调制后，分别运用高斯信道和瑞利衰落信道传输，再在接收端进行解调解码，并用示波器观察其输出波形以及频谱，比较扩频前后的频谱特性。这次课程设计也使我认识到自己在理论知识方面的不足，以至于一度停滞必须回头去复习课本的知识，也只有真正动手了才能发现自己的不足和存在的问题，但是在同学的帮助下，我还是顺利完成了设计。虽然这次设计是以个人为单位，还是能够看到团队合作的力量。参考文献1 樊昌信. 通信原理. 北京：国防工业出版社，2007 年212 孙屹等. Simulink 通信仿真开发手册. 北京：国防工业出版社，2006 年3 王华等. MATLAB 电子仿真 .国防工业出版社，2005 年4 曾一凡. 扩频通信原理. 机械工业出版社，2005 年5 常魏等.MATLAB R2007 基础与提高 电子工业出版社