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1、MATLAB 通信原理课程设计报告目 录1 课题名称 .12 课程设计的方案和基本原理 .12.1 信息论基本计算 .12.2 数字信号基带传输系统 .13 课程设计步骤 .33.1 信息论基本计算的设计步骤 .33.2 数字信号基带传输系统的设计步骤 .34 课程设计结果和结果分析论证 .44.1 信息论的基本运算结果 .44.2 数字信号基带传输系统的设计结果 .65、心得体会 .116 附件 .126.1 信息论基本计算 .126.2 数字信号基带传输系统 .147 评分表 .2811 课题名称（1）信息论基本计算。（3）数字信号基带传输系统设计2 课程设计的方案和基本原理2.1 信息论
2、基本计算2.1.1 平均信息量：平均每个符号所能提供的信息量。H(X) 。2.12 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) R=I(X;Y)=H(X)-H(XY)2.13 信源编码过程：Huffman 编码的意义是，用最少的编码长度来表达符号的信息。为了使平均码长度最小，将发生概率较大的符号用比较短的码组来表示，将发生概率较小的符号用较长的码组实现，以得到最佳的变长编码，减少冗余度，提高系统传输的效率。2.2 数字信号基带传输系统2.2.1 数字基带信号的码型：由于数字基带信号是数字信息的电脉冲表示，不同形式的基带信号（又称为码型）有不同的频谱结构和功率谱分
3、布。不同的码型有不同的优点，常用的码型有单/双极性码、非归零/归零码、数字双相码(曼彻斯特码)、密勒码、AMI 码、HDB 3码。2.2.2 单/双极性码：单极性码是用电平 1 来表示二元信息中的1 ，用电平0 来表示二元信息中的 0，电平在整个码元的持续时间里保持不变，记做 NRZ 码。双极性码与单极性码的区别仅在于它用电平-1 来表示二元信息中的0 。2.2.3 非归零/归零码：归零码与非归零码的区别仅在于，非归零码在整个码元持续时间内保持电平值不变，而归零码的码元持续时间的前一半时间内保持，而后一半时间内回到 0.22.2.4 数字双相码(曼彻斯特码)：此种码型采用在一个码元的持续时间中
4、央时刻从 0 到 1 的跳变来表示 1，从 1 到 0 的跳变来表示 0。或者与之相反用在一个码元的持续时间中央时刻从 0 到 1 的跳变来表示 0，从 1 到 0 的跳变来表示1。2.2.5 密勒码：该码型是双相码的变型。它采用码元中央时刻跳变表示信息1 即前半时间的电平和前一码元的后半时间的电平相同，中间跳变。遇到信息0 做如下处理：首先对 0 的码元在整个持续时间内保持同一电平值，其次若此0 的前一信息是一则码元的电平同前面信息 1 的码元后半时间电平相同，若前一信息为 0，则与前面码元的电平相反。2.2.6 AMI 码、HDB 3码: AMI 码是传号交替反转码。其编码规则是将消息码中
5、的“1”交替变成“+1”和“-1” ，将消息码中的“0”仍保持为“0” 。HDB3 码的全称是 3 阶高密度双极性码。首先将信息码变换成 AMI 码，然后检查 AMI 码中连 0 的情况，没有发现 4 个以上连 0 的码元串时码型不需变换，仍为 AMI 码的形状。若发现 4 个以上连 0 的码元串时，则根据相应规则把第四个 0 变换成相应符号。2.2.7 码型的功率谱分布：数字基带信号一般是随机信号，因此分析随机信号的频谱特性要用功率诺密度来分析。一般来说，求解功率谱是一件相当困难的事，但由于上述几种码型比较简单，我们可以求出其功率谱密度函数。对单极性非归零码、单极性归零码、双极性非归零码和双
6、极性归零码这 4 种码。由于统计的独立性，课由由功率谱公式画出功率谱波形图。数字双相码的功率相关公式如下：“y=sin(pi*x/2);y=y./(pi*x/2);y(1)=1;mache=sin(pi*x/2).*sin(pi*x/2);mache=mache.*y;mache=mache.*y”。密勒码的相关功率公式如下：“x=x*pi;miler=(23-2*cos(x)-22*cos(2*x)-12*cos(3*x)+5*cos(4*x)+12*cos(5*x)+2*cos(6*x)-8*cos(7*x)+2*cos(8*x)./(17+8*cos(8*x);t=x.*x;miler=
7、miler./t;”对于AMI码和HDB3码的功率谱函数，则需要进行实际的码型进行分析。33 课程设计步骤3.1 信息论基本计算的设计步骤3.1.1 信源平均信息量的计算(以高斯分布的信源为例)：通过系统产生一个高斯随机信源，再求出它的平均信息量。3.1.2 离散信道容量的计算(以输入符号等概分布为例)：编写hmessage函数求出平均互信息，编写dmessage函数，求出离散信息熵，调用hmessage函数和dmessage函数得出hf和hx,最后信道容量c=hx-hf。3.1.3 信源编码过程(以 Huffman 编码为例)：先编写 huffman 函数，对系列排序并求出 huffman
8、编码。调用 huffman 函数和 dmessage 函数，得出编码后的码字。3.2 数字信号基带传输系统的设计步骤3.2.1单/双极性归零/非归零码:先对原始码型进行相应的码型变换，画出码型子图,再由功率谱公式画出功率谱波形图。3.2.2 数字双相码：先进行码型变换，再画出功率谱，功率相关公式如下：“y=sin(pi*x/2);y=y./(pi*x/2);y(1)=1;mache=sin(pi*x/2).*sin(pi*x/2);mache=mache.*y;mache=mache.*y”。3.2.3 密勒码：密勒码的相关功率公式如下：“x=x*pi;miler=(23-2*cos(x)-2
9、2*cos(2*x)-12*cos(3*x)+5*cos(4*x)+12*cos(5*x)+2*cos(6*x)-8*cos(7*x)+2*cos(8*x)./(17+8*cos(8*x);t=x.*x;miler=miler./t;”3.2.4AMI 码：编写 AMI 函数，求的 AMI 码型变换。编写 t2f 函数，功能是将时域信号做傅里叶变换到频域。为了求 AMI 码的功率谱密度，编写 AMIpower 函数，该函数中又调用了 t2f 函数。43.2.5HDB3 码：编写 HDb3 函数和 t2f 函数，分别实现 HDb3 编码和傅里叶变换。调用 HDb3 函数和 t2f 函数，得出原序
10、列图、编码后的序列图和功率谱图。4 课程设计结果和结果分析论证4.1 信息论的基本运算结果4.1.1 信源平均信息量的计算(以高斯分布的信源为例)：图 4.1.1 连续信源平均信息量4.1.2 离散信道容量的计算(以输入符号等概分布为例)5图 4.1.2 离散信道容量信道容量为信源的平均信息量减去互信息量。4.1.3 信源编码过程(以 Huffman 编码为例)图 4.1.3 huffman 编码哈弗曼编码是把出现概率较大的用较短的码元来实现，概率出现较小的用较长的码元实现。64.2 数字信号基带传输系统的设计结果4.2.1 单极性非归零码及其功率谱图 4.2.1 单极性非归零码码型和功率谱输
11、入的序列是x=1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1,输出的序列是y=1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1经编码规则验证是正确的。功率谱显示，码型的功率分布有分段性，并以某些频率为中心。4.2.2 单极性归零码及其功率谱7图 4.2.2 单极性归零码码型和功率谱由图可知，输入的序列是x=1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1，输出的序列是y=10 10 00 10 00 00 10 00 10 00 00 10 经编码规则验证是正确的。功率谱显示，码型的功率分布有分段性，并以某些频率为中心。4.2.3双极性非归零码及其功率谱图 4.2.3 双极性非归零码码型和功率谱由图可知输入的序列为x=1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1，输出的序列为y=1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 1, 经编码规则验证是正确的。功率谱显示，码型的功率分布有分段性，并以某些频率为中心。4.2.4 双极性归零码及其功率谱密度8图 4.2.4 双极性归零码码型和功率谱由图可知，输入序列为x=1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1，输出序列为y=10 10 -10 10 -10 -10 10 -10 10 -10 -10 10。经编码规则验证是正确的。功率谱显示，码型的功率分
