《通信原理》课程项目实施报告

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1、通信原理课程项目 实施报告 题 目： 频带传输系统搭建 组 号： 13 任课教师： 翟旭平 组 长： 13120809 朱凯豪 20% 签名： 成 员： 13121104 王国平 20% 签名： 成 员： 13122975 费点 20% 签名： 成 员： 13120908 陈翔宇 20% 签名： 成 员： 13120655 张明星 20% 签名： 联系方式： 18702119068 二零一六年二月二十六日 2 目录目录 1、 项目概述及平台简介项目概述及平台简介 1.1 项目制作摘要及概述 3 1.2 MATLAB 及 Simulink 简介.4 2、 频分复用系统实现频分复用系统实现 2.1

2、 频分复用系统原理 .5 2.2 信源.6 2.3 信源语音降噪 .7 2.4 调制基带信 .8 2.5 信号叠加.9 2.6 通过高斯信道 .10 2.7 带通滤波11 2.8 解调12 三、时分复用系统实现三、时分复用系统实现 2.1 时分复用系统原理 .14 2.2 合成时分复用基带信号 .14 2.3 256-PSK 调制并通过高斯信道传输.15 2.4 将量化电平转化成各个独立的基带信号16 四、四、 结论与感想结论与感想17 五、小组人员分工五、小组人员分工.18 六、参考文献六、参考文献.18 附录：附录：GUI 完整代码完整代码 3 一、项目概述及平台简介一、项目概述及平台简介

3、 1.1 项目制作摘要及概述项目制作摘要及概述 1.1.11.1.1 摘要摘要 本次项目我们分别用 Matlab 的 GUI 界面编程实现频分复用，用 Simulink 组件进行时分复用系统的搭建仿真实现。频分复用采用俩路语音信号在高斯信 道中传输。 1.1.21.1.2 频分复用系统概述频分复用系统概述 Matlab 的 GUI 编程，实现频分两路复用。输入信号为实时录制的语音信号。 调制方式是抑制载波的双边带调幅（DSB），信道为高斯噪声信道，设计用来进 行的低通、带通滤波器为切比雪夫数字滤波器。如图即为我们这次设计的频分 复用系统的 GUI 界面。 1.1.31.1.3 时分复用系统概述

4、时分复用系统概述 利用高频的周期性脉冲信号以及它延时后的信号与四路基带信号合成一个 时分复用基带信号，采用 256PSK 调制后经过高斯信道传输，解调，得到前面的 时分复用基带信号，再解调成四路基带信号。 4 1.2 MATLAB 及及 Simulink 简介简介 1.2.11.2.1 MATLABMATLAB Matlab 中图形用户界面（GUI）是一种人与计算机通信的界面显示格式，允 许用户使用鼠标等输入设备操纵屏幕上的图标或菜单选项，以选择命令、调用 文件、启动程序或执行其它一些日常任务。与通过键盘输入文本或字符命令来 完成例行任务的字符界面相比，图形用户界面有许多优点。图形用户界面由窗

5、 口、下拉菜单、对话框及其相应的控制机制构成，在各种新式应用程序中都是 标准化的，即相同的操作总是以同样的方式来完成，在图形用户界面，用户看 到和操作的都是图形对象，应用的是计算机图形学的技术。 1.2.21.2.2 SimulinkSimulink Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和 综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直 观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程 清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点 Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号

6、处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第 三方软件和硬件可应用于或被要求应用于 Simulink。 Simulink 紧密集成，可以直接访问 MATLAB 大量的工具来进行 算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信 号参数和测试数据的定义。 Simulink 特点如下： (1)丰富的可扩充的预定义模块库。 (2)交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图。 5 (3)以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理。 (4)通过 Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参 数、属性，生成模型代码。 (5)提供 API 用于与其他仿真程序的

7、连接或与手写代码集成。 (6)使用 Embedded MATLAB 模块在 Simulink 和嵌入式系统执行中调 用 MATLAB 算法。 (7)使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式 (Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行或以编 译 C 代码的形式来运行模型。 (8)图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为。 (9)可访问 MATLAB 从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信 号参数和测试数据。 (10)模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误。 二、频分复用系统实现二、频分复用系

8、统实现 2.1 频分复用系统原理频分复用系统原理 频分复用就是各路信号分别调制到传输信道的不同频段上，一般模拟信号 采用频分复用方式实现多路传输。n 路信号频分复用的原理框图如下。合并后 的频分复用信号为了更好利用信道传输特性，可以多级调制。它的主要问题在 于各路信号之间的相互串扰，所以要合理选择载波频率，使各路之间保留一定 的保护间隔。频分复用系统最大优点是提高了信道利用率，是模拟通信系统最 主要的一种复位方式。 在数字传输系统中，接收端解调部分通常采用相干解调的方法，相干解调 要求在接收端必须产生一个与载波同频同相的相干载波，从接收信号中产生相 干载波就称为载波同步。有了载波，即可解调出原

9、始信号。 6 2.2 信源信源 首先，点击“录音”按钮，录下俩段时长 3s 的语音信号，然后点击“显示” 按钮，即可读取.wav 文件，播放录下的俩段语音，对语音信号进行处理，傅立 叶变换，并将时域图形以及频谱图显示到相应的图像区域。 7 主要代码实现： msgbox(录音一开始) pause(1); fs=44100; %取样频率 duration=3; %录音时间 x=audiorecorder(fs,8,1); recordblocking(x,duration); a=getaudiodata(x); audiowrite(C:UsersAdministratorDesktop通信原理

10、1.wav,a,fs); 2.3 信源语音降噪信源语音降噪 点击“降噪”按钮，对语音进行降噪。由于我们的语音信号频率范围在 300Hz-3.4KHz 之间，所以设计切比雪夫低通滤波器（截止频率设置为 4KHz）进 行滤除高频分量，实现降噪功能。由频谱图可以明显看出，4KHz 以上的频率分 量基本为 0。 主要代码实现： 8 x1,fs=audioread(1.wav); x2,fs=audioread(2.wav); Rp=0.5; Rs=40; %通带最大、阻带最小衰减 Wp1=3400/22050; Ws1=4000/22050; n1,Wn1=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,Rs

11、); %确定滤波器阶数，截止频率 b1,a1=cheby2(n1,Rs,Wn1); h1,w1=freqz(b1,a1); mag1=abs(h1); db1=20*log10(mag1+eps)/max(mag1); %低通滤波器降噪 j1=filter(b1,a1,x1); j2=filter(b1,a1,x2); 2.4 调制基带信号调制基带信号 点击“调制”按钮，对录音一和录音二进行 DSB 调制，载波频率分别为 4KHz 和 13KHz。将调制后的录音信号显示到相应图像区域，观察频谱图可以得 出：俩段语音信号分别成功调制到 4KHz 和 13KHz 频率点上。 9 主要代码实现： f

12、s=44100; t=(0:length(j1)-1)/fs; t1=4*j1.*cos(2*pi*4000*t); t2=4*j2.*cos(2*pi*13000*t); 2.5 信号叠加信号叠加 点击“信号叠加”按钮，将调制后的俩段录音信号进行叠加，用于后面在 高斯信道上进行传输。在相应的图像区域显示频谱图，观察可知，频谱上分别 在俩个载波频率点上有双边带调制信号。 主要代码实现： fs=44100; s=t1+t2; 10 2.6 通过高斯信道通过高斯信道 点击“通过高斯信道”按钮，即可输出叠加信噪比为 20 的高斯噪声，观察 频谱图，我们可以明显的看出频谱的下方有“湮没”现象。同时我们

13、分离出噪 声，通过信噪比计算公式计算输入信噪比，可见确实在 20dB 左右。 主要代码实现： fs=44100; assignin(base,s,s); ys=awgn(s,20,measured); assignin(base,ys,ys); noise=ys-s; assignin(base,noise,noise); k=s*s; assignin(base,k,k); snr=10*log10(s*s)/(noise*noise); 11 2.7 带通滤波带通滤波 点击“带通滤波”按钮，将叠加在一起的信号进行带通滤波，我们只需要 单边带的信号，便完全包含了我们的语音信息内容。观察频谱图

14、，即可发现成 功滤出。同时我们将滤出的信号进行信噪比计算，发现大致在 21dB 左右，信噪 比有所增大。 主要代码实现： fs=44100; Rp=0.5; Rs=40; Wp1=4000 8000/22050; Ws1=3800 8500/22050; n1,Wn1=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,Rs); b1,a1=cheby2(n1,Rs,Wn1); h1,w1=freqz(b1,a1); mag1=abs(h1); 12 db1=20*log10(mag1+eps)/max(mag1); Wp2=13000 17000/22050; Ws2=12800 17200/22050

15、; n2,Wn2=cheb2ord(Wp2,Ws2,Rp,Rs); b2,a2=cheby2(n2,Rs,Wn2); h2,w2=freqz(b2,a2); mag2=abs(h2); db2=20*log10(mag2+eps)/max(mag2); y1=filter(b1,a1,ys); %带通滤波出 y1，y2 y2=filter(b2,a2,ys); 2.8 解调解调 点击“相乘”按钮，便用载波信号与上一步骤得到的信号相乘，进行解调 的第一步。相乘后便可以发现，波形图基本有点恢复原始信号的模样。 主要代码实现： fs=44100; %声音的采样频率为 44.1Khz duration=3; 13 t=0:duration*fs-1; y01=y1.*cos(2*pi*4000*t/fs); y02=y2.*cos(2*pi*13000*t/fs); %解调 noise01=noise1.*cos(2*pi*4000*t/fs); noise02=noise2.*cos(2*pi*13000*t/fs); 再点击“低通滤波”按钮，即可恢复出我们的原始信号，点击“播放”， 即可听取并与原声信号进行比对，发现还是非常接近，几乎没有失真的。同时， 我们对这时的信号进行信噪比计算，发现与解调之前相比，信噪比又增大到近 22dB。