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1、1课 程 设 计 报 告课程名称 通信原理 课题名称 数字信号频带传输系统设计 专 业 通信工程 班 级 0881 学 号 姓 名 指导教师 2011 年 1 月 10 日2湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 通信原理 课 题 数字信号频带传输系统设计 专业班级 通信工程 0881 学生姓名 学 号 指导老师 审 批 任务书下达日期 2011 年 1 月 10 日任 务 完 成 日 期 2011 年 1 月 19 日3通信原理课程设计任务书一、设计目的与设计内容学生通过自己设计及建立通信系统，掌握通信系统的构成原理、信号传输的概念，加深对通信系统及信号的认识，提高学生的实际应用、动
2、手能力。要求学生经过课程设计这一教学环节学会应用 MATLAB 软件来实现信号传输中的各个基本环节。可选的设计题目有：（1）信息论基本计算。要求：编程实现信源平均信息量的计算(以高斯分布的信源为例)；编程实现离散信道容量的计算(以输入符号等概分布为例)；编程实现信源编码过程(以 Huffman 编码为例)；（2）脉冲编码调制(PCM)实现编程实现 PCM 技术的三个过程：采样、量化与编码。采样：低通连续信号采样，以 为例说明低通采样定221sin(0)()si()ttct理，绘出信号时、频图形；带通连续信号采样，以 为例说明带通采样定2ict理，绘出信号时、频图形。量化：均匀量化，以幅度 的正
3、弦信号为例实现为 64 级电平的均匀量化；非m1vA均匀量化，输入 A 律 PCM 编码器的正弦信号 ，采样序列为()sin160)xtt，将其进行 PCM 编码，给出编码器的输出码组序列()sin0.2),1,0x ()yn编码：以上述信号为例，实现 A 律的 13 折线近似法及国际标准 PCM 对数 A 律量化编码。（3）数字信号基带传输系统设计编程实现常见基带信号的波形、码型转换，包括：单/双极性、非归零/归零码、数字双相码(曼彻斯特码)、密勒码、AMI 码、HDB 3码，并绘出每种波形、码型的功率谱分布，给出与在理论课上所学相符合的分析与理解；编程实现基带传输系统的误码率计算，包括：二
4、电平和多电平编码的误码率计算；编程实现基带信号传输的扰码与解扰。（4）数字信号频带传输系统设计编程实现 ASK 调制/解调技术，绘出时、频域波形；编程实现 FSK 调制/解调技术，绘出时、频域波形；编程实现 PSK、DPSK 调制/解调技术，绘出时、频域波形；4编程实现 16/64QAM 调制/解调技术，绘出时、频域波形；（5）数字通信频带传输系统综合设计综合(1)、(2)、(3)、(4)的设计程序，并将它们封装为 SIMULINK 模块，设计一个完整的数字通信频带传输系统。（三）、进度安排：第 十 八 周 星期一： 课题讲解，查阅资料星期三: 总体设计，详细设计星期四： 编程，上机调试、修改
5、程序第十九周 星期一：编程，上机调试、修改程序星期二：上机调试、完善程序星期三： 答辩星期四-星期六：撰写课程设计报告5目录一、 课题的主要功能 .7二、课题的功能模块的划分 .71、平均信息量的计算 .72、离散信道容量的计算 .73、以 Huffman 编码实现信源编码 .84、ASK 调制技术，绘出时、频域波形 .85、FSK 调制技术，绘出时、频域波形 .96、PSK、DPSK 调制技术，绘出时、频域波形 .97、16/64QAM 调制技术，绘出时、频域波形 .9三、主要功能的实现 .101、 信源平均信息量的计算（以高斯分布的信源为例） .102、 离散信道容量的计算 .103、 信
6、源编码（以 Huffman 编码为例） .114、 编程实现 ASK 调制技术、绘制时、频域波形 .115、 编程实现 FSK 调制技术、绘制时、频域波形 .126、 编写实现 PSK/DPSK 调制技术，绘制时。频域波形 .127、 编程实现 16/64QAM 调制/解调技术，绘出时、频域波形 .12四数字信号频带传输系统 .13五、程序调试 .141、程序的图 .146六、总结 .19七、附件 .20八、评分表 .257一、 课题的主要功能MATLAB Mat MATLAB MathWorks 公司推出的一套高效率的数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构
7、成了一个方便的、界面友好的用户环境。学生通过自己设计及建立通信系统，掌握通信系统的构成原理、信号传输的概念，加深对通信系统及信号的认识，提高学生的实际应用、动手能力。要求学生经过课程设计这一教学环节学会应用 MATLAB 软件来实现信号传输中的各个基本环节。二、课题的功能模块的划分1、平均信息量的计算根据题目要求，用高斯过程 X(t)d 的一维概率密度函数服从正态分布的表达式f=1/(u*sqrt(2*pi)*exp(-(x-o)2/2*u2 来完成信源平均信息量的计算。平均信息量：平均每个符号所能提供的信息量，也叫平均自信息量。H(X)= ；iiixplog高斯分布函数： ；*21ep2a-
8、x2、离散信道容量的计算我们利用函数 dmessage 来求信源的熵，利用函数 hemssage 来求平均互信息量，并最终得到信道的容量。离散信道容量：信道容量是信道所能传送的最大的信息量。C=maxI(X;Y) （比特/码元）I(X;Y)=H(Y)H(Y/X);83、以 Huffman 编码实现信源编码对于所要求的信源，可以对其进行作为一元信源的哈夫曼编码并得到编码效率，相应的二元信源的哈夫曼编码及其编码效率。uffman 编码方法：（1） 将信源信息呼号按其出现的概率大小依次排列；（2） 取两个概率最小的字母分别配以 0 和 1 两个码元，并将这两个概率相加作为一个新字母的概率，与未分配的
9、二进符号的字母重新排队；（3） 对重排后的两个概率最小符号重复步骤（2）的过程；（4） 不断重复上述过程，知道最后两个符号配以 0 和 1 为止；（5） 从最后一级开始，向前返回得到各个信源符号所对应的码元序列，及相应的码字；Huffman 编码的意义：将概率大的信息符号编以短的码字，概率小的符号配以长的码字，使得平均码字长度最短，冗余度减小。4、ASK 调制技术，绘出时、频域波形在幅度键控中载波幅度是随着调制信号而变化的，最简单的形式是载波在二进制调制信号1或0的控制下通或断，这种调制方式称为通断一段键控（ook） 。时域表达式为 y=sin(2*pi*t)2ASKs(t)1 0 1 1Tb
10、0 0 1ttt95、FSK 调制技术，绘出时、频域波形将信号的调制在载波的频率上的调制方法称为频移键控（FSK） ，它也包括二点平频移键控（BFSK）和电平频移键控（MFSK） ，频移键控的原理与跳频类似，只是使用数字信号而已。6、PSK、DPSK 调制技术，绘出时、频域波形在载波相位的调制中，将信道发送的信息调制在载波的相位上，相位通常范围是（0，2） ，2PSK 信号码元的“0” “1”分别用初始相位 0 和 来表示，而其振幅和频率保持不变。gT(t)为发射端的滤波脉冲，决定了信号的频谱特征。2PSK 信号属于 DSB 信号,它的解调,不再能采用包络检测的方法,只能进行相干解调。2PSK
11、 相干解调系统框图及个测试行波形如下：7、16/64QAM 调制技术，绘出时、频域波形16 进制相移键控，它的每一个矢量点对应 4 位 b1b2b3b4 共 16 种可能的信息符号序列。每一种都对应不同的相位因为 QAM 调制在 MATLAB7.1 中有库函数，直接调用该库函数即可。10三、主要功能的实现1、 信源平均信息量的计算（以高斯分布的信源为例）syms x u ou=3;o=4;f=1/(u*sqrt(2*pi)*exp(-(x-o)2/2*u2);t=-f*log2(f);r=int(t,-inf,inf);disp(平均信息量为：)r=double(r)2、 离散信道容量的计算x
12、=0.25,0.25,0.25,0.25;f1=1/4,1/4,1/4,1/41/4,1/4,1/4,1/41/4,1/4,1/4,1/41/4,1/4,1/4,1/4;hf1=hmessage(x,f1,4,4)hx=dmessage(x,4)disp(c1 信道容量为);c1=hx-hf1f2=1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/81/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/81/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/81/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8;hf2=hmessage(x,f2,4,8)hx=dmessage(x,4)11disp(c2 信道容量为);c2=hx-hf2在这个程序之中有两个信道容量的转移概率矩阵，为了求两个信道容量，调用了两个函数：hmessage()和 dmessage()，利用 dmessage 来求信源的熵，利用函数 hmessage 来求平均互信息量并最终得到信道容量。3、 信源编码（以 Huffman 编码为例）p=1/2,1/4,1/8,1/16,1/16i=dmessage(p,5)h,l=huffman(p)n=i/l采用了哈夫曼编码，对离散的信源直接调用 huffman.m 函数文件就能得到编码，调用
