通信系统课程设计模版.doc

1、 成 绩 评 定 表学生姓名 康继龙 班级学号 1003030220专 业 电子信息工程课程设计题目 PCM 编码仿真评语组长签字：成绩日期 2012 年 7 月 1 日课程设计任务书学 院 信息科学与工程 专 业 电子信息工程学生姓名 张超 班级学号 0903030226课程设计题目 PM 系统仿真实践教学要求与任务:利用 MATLAB/Simulink 进行编程和仿真，仿真的内容可以是关于信源、信源编码、模拟调制、数字调制、多元调制、差错控制、多址技术、信道仿真及具体通信电路的仿真实现。也可以用 MATLAB 编程对通信的某一具体环节进行仿真。工作计划与进度安排:2012 年 06 月 2

2、5 日 选题目查阅资料2012 年 06 月 26 日 编写软件源程序或建立仿真模块图2012 年 06 月 27 日 调试程序或仿真模型2012 年 06 月 28 日 性能分析及验收2012 年 06 月 29 日 撰写课程设计报告、答辩指导教师：2012 年 6 月 21日专业负责人：2012 年 6 月 21 日学院教学副院长：2012 年 6 月 21日沈阳理工大学通信系统课程设计报告摘 要在通信技术的发展中，通信系统的仿真技术是一个技术重点。本文将着重讨论模拟通信系统中的调制解调系统的基本原理以及抗噪声性能，并在 MATLAB软件平台上仿真实现几种常见的模拟调制方式。最常用最重要的

3、模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。常见的调幅（AM）、双边带（DSB）、残留边带（VSB）和单边带（SSB）等调制就是幅度调制的几个典型实例；而频率调制（FM）就是角度调制中被广泛采用的一种。在线性调制系统中，文中将以调幅（AM）、双边带（DSB）和单边带（SSB）为说明对象，从原理等方面进行分析阐述并进行仿真分析；而在非线性调制中，以常用的调频（FM）和调相(PM)为说明对象，说明其调制原理，并进行举例仿真分析。利用 MATLAB对模拟调制系统进行仿真，将结合 MATALB 模块和 Simulink 工具箱的实现，并对仿真结果进行分析，从而更深入地掌握模拟调制系统的相关知识

4、。关键词: MATLAB 调相（PM） 调制解调 仿真 频谱分析 沈阳理工大学通信系统课程设计报告I目 录1 课程设计目的12 课程设计要求13 相关知识14 课程设计分析55 仿真. 106 结果分析.147 参考文献14沈阳理工大学通信系统课程设计报告II沈阳理工大学通信系统课程设计报告0PCM 系统仿真程序设计1.课程设计目的（1）加深对 PCM 编码基本理论知识的理解。（2）培养独立开展科研的能力和编程能力。（3）掌握用 MATLAB 实现信号的 PCM 编码仿真。（4）掌握 MATLAB 软件的使用。2.课程设计要求（1）掌握 PCM 编码的相关知识、概念清晰。（2）掌握 MATLA

5、B 使用方法，利用软件绘制图像。（3）程序设计合理、能够正确运行。3.相关知识3.1 模拟通信系统简介通 信 系 统 是 为 了 有 效 可 靠 的 传 输 信 息 ， 信 息 由 信 源 发 出 ， 以 语 言 、 图 像、 数 据 为 媒 体 ,通 过 电 (光 )信 号 将 信 息 传 输 ， 由 信 宿 接 收 。 通 信 系 统 又 可 分为 数 字 通 信 与 模 拟 通 信 。 信 源 是 模 拟 信 号 ， 信 道 中 传 输 的 也 是 模 拟 信 号 的 系统 为 模 拟 通 信 。 模 拟 通 信 系 统 的 模 型 如 图 1 所 示 。图 1 模拟通信系统模型沈阳理工

6、大学通信系统课程设计报告13.2 PCM 编码的概念沈阳理工大学通信系统课程设计报告23.3 MATLAB 简介3.3.1 基本功能MATLAB 是 很 实 用 的 数 学 软 件 它 在 数 学 类 科 技 应 用 软 件 中 在 数 值 运 算 方面 首 屈 一 指 。 MATLAB 可 以 进 行 运 算 、 绘 制 函 数 和 数 据 、 实 现 算 法 、 创 建 用户 界 面 、 连 接 接 其 他 编 程 语 言 的 程 序 等 ， 主 要 应 用 于 工 程 计 算 、 控 制 设 计 、信 号 处 理 与 通 讯 、 金 融 建 模 设 计 与 分 析 等 领 域 。 MAT

7、LAB 的 基 本 数 据 单 位 是 矩 阵 ， 它 的 指 令 表 达 式 与 数 学 、 工 程 中 常 用 的形 式 十 分 相 似 ， 故 用 MATLAB 来 解 算 问 题 要 比 用 C， FORTRAN 等 语 言 完 成 相同 的 事 情 简 捷 得 多 ， 并 且 mathwork 也 吸 收 了 像 Maple 等 软 件 的 优 点 ,使 MA沈阳理工大学通信系统课程设计报告3TLAB 成 为 一 个 强 大 的 数 学 软 件 。 可 以 直 接 调 用 ,用 户 也 可 以 将 自 己 编 写 的 实用 程 序 导 入 到 MATLAB 函 数 库 中 方 便 自

8、 己 以 后 调 用 ， 此 外 许 多 的 MATLAB 爱好 者 都 编 写 了 一 些 经 典 的 程 序 ， 用 户 可 以 直 接 进 行 下 载 就 可 以 用 。3.3.2 MATLAB 产品应用MATLAB 产 品 族 可 以 用 来 进 行 以 下 各 种 工 作 ： 数 值 分 析 数 值 和 符 号 计 算 工 程 与 科 学 绘 图 控 制 系 统 的 设 计 与 仿 真 数 字 信 号 处 理 技 术 通 讯 系 统 设 计 与 仿 真 3.3.3 MATLAB 特点 此 高 级 语 言 可 用 于 技 术 计 算 此 开 发 环 境 可 对 代 码 、 文 件 和

9、数 据 进 行 管 理 交 互 式 工 具 可 以 按 迭 代 的 方 式 探 查 、 设 计 及 求 解 问 题 二 维 和 三 维 图 形 函 数 可 用 于 可 视 化 数 据 各 种 工 具 可 用 于 构 建 自 定 义 的 图 形 用 户 界 面 3.3.4 MATLAB 系列工具优势（1）友好的工作平台和编程环境MATLAB 由 一 系 列 工 具 组 成 。 这 些 工 具 方 便 用 户 使 用 MATLAB 的 函 数 和文 件 ， 其 中 许 多 工 具 采 用 的 是 图 形 用 户 界 面 。 包 括 MATLAB 桌 面 和 命 令 窗 口、 历 史 命 令 窗 口

10、 、 编 辑 器 和 调 试 器 、 路 径 搜 索 和 用 于 用 户 浏 览 帮 助 、 工 作 空间 、 文 件 的 浏 览 器 。 随 着 MATLAB 的 商 业 化 以 及 软 件 本 身 的 不 断 升 级 ， MATLAB 的 用 户 界 面 也 越 来 越 精 致 ， 更 加 接 近 Windows 的 标 准 界 面 ， 人 机 交 互 性沈阳理工大学通信系统课程设计报告4更 强 ， 操 作 更 简 单 。 而 且 新 版 本 的 MATLAB 提 供 了 完 整 的 联 机 查 询 、 帮 助 系统 ， 极 大 的 方 便 了 用 户 的 使 用 。 简 单 的 编 程

11、环 境 提 供 了 比 较 完 备 的 调 试 系 统， 程 序 不 必 经 过 编 译 就 可 以 直 接 运 行 ， 而 且 能 够 及 时 地 报 告 出 现 的 错 误 及 进行 出 错 原 因 分 析 。 （ 2） 简 单 易 用 的 程 序 语 言MATLAB 一 个 高 级 的 矩 阵 /阵 列 语 言 ， 它 包 含 控 制 语 句 、 函 数 、 数 据 结 构、 输 入 和 输 出 和 面 向 对 象 编 程 特 点 。 用 户 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 个 较 大 的 复 杂 的 应

12、用 程 序 （ M 文 件 ） 后 再一 起 运 行 。 新 版 本 的 MATLAB 语 言 是 基 于 最 为 流 行 的 C 语 言 基 础 上 的 ，因 此 语 法 特 征 与 C 语 言 极 为 相 似 ， 而 且 更 加 简 单 ， 更 加 符 合 科 技 人 员 对数 学 表 达 式 的 书 写 格 式 。 使 之 更 利 于 非 计 算 机 专 业 的 科 技 人 员 使 用 。 而 且 这种 语 言 可 移 植 性 好 、 可 拓 展 性 极 强 ， 这 也 是 MATLAB 能 够 深 入 到 科 学 研 究 及工 程 计 算 各 个 领 域 的 重 要 原 因 。 （ 3

13、） 强 大 的 科 学 计 算 机 数 据 处 理 能 力MATLAB 是一个包含大量计算算法的集合。其拥有 600 多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。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，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如 C 复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。 3.4 SIMULINK 简介SIMULINK 是 MATLAB 软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与 MATLAB 语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于 Windows 的

14、模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。在 simulink 环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直观地“画”出系统模型，然后直接进行仿真。它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。而所谓模型化图形输入是指 SIMULINK 提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl 檔进行存取），进而进行仿真与分析。SIMILINK 沈阳理工大学通信系统课程设计报告5

15、模块库按功能进行分类，包括以下 8 类子库： Continuous（连续模块），Discrete（离散模块），Functionif nargin=2 n1=0; %nargin 为输入参量的个数else n1=fs/df;endn2=length(m);n=2(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2); %nextpow2(n)取 n 最接近的较大 2 次幂M=fft(m,n); %M 为信号 m 的傅里叶变换，n 为快速傅里叶变换的点数，及基 n-FFT 变换m=m,zeros(1,n-n2); %构建新的 m 信号df=fs/n; %重新定义频率分辨率%上述 m 文件以“

16、fftseq.m”保存。5.2 求信号相角的子函数代码在实现相位解调时要调用两个子函数，分述如下：%求信号相角的子函数，这是调频、调相都要用到的方法function v,phi=env_phas(x,ts,f0)沈阳理工大学通信系统课程设计报告12if nargout=2 %nargout 为输出变数的个数z=loweq(x,ts,f0); %产生调制信号的正交分量phi=angle(z); %angle 是对一个复数求相角的函数endv=abs(hilbert(x); %abs 用来求复数 hilbert(x)的模%上述 m 文件以“env_phas.m”保存。5.3 产生调制信号的正交分量

17、function x1=loweq(x,ts,f0)t=0:ts:ts*(length(x)-1);z=hilbert(x); %希尔伯特变换对的利用-通过实部来求虚部x1=z.*exp(-j*2*pi*f0*t); %产生信号 z 的正交分量，%并将 z 信号与它的正交分量加在一起%上述 m 文件以“loweq.m”保存5.4 主程序%主程序t0=0.2; %信号的持续时间,用来定义时间向量ts=0.001; %抽样间隔fs=1/ts; %抽样频率fc=300; %载波频率,fc 可以任意改变t=-t0/2:ts:t0/2; %时间向量沈阳理工大学通信系统课程设计报告13kf=100; %偏

18、差常数df=0.25; %所需的频率分辨率，用在求傅里叶变换时，它表示 FFT 的最小频率间隔m=sin(100*t); %调制信号，m(t)可以任意更改int_m(1)=0; %求信号 m(t)的积分for i=1:length(t)-1 int_m(i+1)=int_m(i)+m(i)*ts;endM,m,df1=fftseq(m,ts,df); %对调制信号 m(t)求傅里叶变换M=M/fs; %缩放，便于在频谱图上整体观察f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2; %时间向量对应的频率向量u=cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_m); %调制后的信号

19、U,u,df1=fftseq(u,ts,df); %对调制后的信号 u 求傅里叶变换U=U/fs; %缩放%通过调用子程序 env_phas 和 loweq 来实现解调功能v,phase=env_phas(u,ts,fc); %解调，求出 u 的相位phi=unwrap(phase); %校正相位角，使相位在整体上连续，便于 后面对该相位角求导dem=(1/(2*pi*kf)*(diff(phi)*fs); %对校正后的相位求导%再经一些线性变换来恢复原调制信号%乘以 fs 是为了恢复原信号，因为前面使用 了缩放 subplot(3,2,1) %子图形式显示结果plot(t,m(1:lengt

20、h(t) %现在的 m 信号是重新构建的信号，%因为在对 m 求傅里叶变换时m=m,zeros(1,n-n2)沈阳理工大学通信系统课程设计报告14axis(-0.1 0.1 -1 1) %定义两轴的刻度xlabel(时间 t) title(原调制信号的时域图)subplot(3,2,2)plot(t,u(1:length(t)axis(-0.1 0.1 -1 1)xlabel(时间 t)title(已调信号的时域图)subplot(3,2,3)plot(f,abs(fftshift(M) %fftshift：将 FFT 中的 DC 分量移到频谱中心axis(-600 600 0 0.04)xl

21、abel(频率 f)title(原调制信号的频谱图)subplot(3,2,4)plot(f,abs(fftshift(U)axis(-600 600 0 0.04)xlabel(频率 f)title(已调信号的频谱图)subplot(3,2,5)plot(t,m(1:length(t)axis(-0.1 0.1 -1 1)xlabel(时间 t)title(原调制信号的时域图)subplot(3,2,6)plot(t,dem(1:length(t)axis(-0.1 0.1 -1 1)xlabel(时间 t)title(解调后信号的时域波形)沈阳理工大学通信系统课程设计报告156.结果分析通过理论与编程实践，其运行结果如图所示： 7.参考文献1 徐明远，邵玉斌， MATLAB 仿真在通信与电子信息工程中的应用，西安电子科技大学出版社，2005.62 樊昌信，曹丽娜，通信原理 第六版，国防工业出版社，2011.8沈阳理工大学通信系统课程设计报告16