通信原理项目报告

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1、1上海大学上海大学 20132014 学年冬季学期学年冬季学期“通信原理通信原理”课程项目报告课程名称： 通信原理 课程编号： 07275086 项目名称和内容： 搭建一个在高斯信道中传输的时分（或频分或码分）复用频带传输系统，并测试其性能。 （码速率、调制方式、时分复用路数、信号功率和噪声功率自定） 。要求：1、 搭建包括发送、信道、接收在内的完整系统。2、 系统性能用表格或曲线表达。3、 鼓励利用硬件完成。4、 撰写项目报告（含摘要、概述、内容、测试结果与分析、结论与感想） 。5、使用教学专用实验平台上交项目报告。评语:成 绩: 任课教师: 评阅日期: 2基于基于 Matlab 的频带传输

2、系统搭建的频带传输系统搭建2014 年 2 月 25 日摘摘 要：要：该报告总结了本组完成通信原理课程项目的情况以及项目的具体方案、目的、原理、结果分析等相关内容，并将本组在整个项目完成过程中的收获与感想进行了总结。本次课题中我们小组以 matlab 为平台，分别使用了两种方案搭建出了频带传输系统，包括频分复用和时分复用两种系统。1. 引言引言通信就是成功地将信息从一地传输到另一地的过程，而这个过程需要一个非常复杂的系统来完成。 这个系统可以基础地分为几个主要部分，信息源，发送器，信道，接收器和收信者。在实际应用中， 其每一个部分都按一定的规则进行处理，例如编码，解码，调制，解调，复用等等，之

3、后再进行信 息的的传输和交换。 本次课题我们小组以 Matlab 为平台，分别使用两种方法搭建出了基带传输系统。一是基于 matalab 中 simulink 这一组件仿真实现了频分复用和时分复用，并进行了误码率的计算；另一个是 用 matlab 编程的形式，使用了 GUI 界面实现了频分两路复用的系统。2. 课程项目的目的课程项目的目的（1）利用已学和自学的通信原理的知识，在 Matlab 这个软件的协助下，搭建出一个频带传输系统。（2）通过课下的自我的学习，加深对书本理论知识的理解，提升自身的实际应用能力； （3）巩固所学的通信原理理论知识，使自身对信息的处理，传输，接收等有一个系统的掌握

4、和理 解； （4）培养自我学习的能力和对相关课程的兴趣；3. 概述概述通过前期的资料查询以及小组讨论。我们采用了两种方式进行对基带传输系统的仿真，分别是matlab 编程+GUI 界面、Simulink 仿真。Matlab 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，信道为高斯噪声信道，设计滤波器为切比雪夫数字滤波器。实现的 GUI 界面如下所示：3Simulink 仿真在 simulink 仿真中实现了频分复用与时分复用，并进行了误码率的计算。频分复用：输入信号为：伯努利二进制序列产生器产生的二进制序列，通过低通滤波器以及抑制载波的双边带调幅后经加性

5、高斯噪声信道后，经带通滤波器与相干解调得到信号源发出的信号。主要利用不同的载波频率将基带信号迁移到不同的频段上实现传输。实现图像如下图：时分复用：实现方法主要是产生一个占空比为 1/3 的方波，利用延时器进行 1/3 周期、2/3 周期的延迟，通过这三个方波的与信号相乘附加后就可以实现时分复用，在信号的接收端也通过同样的方波延时分解得到信号源发出的信号。44. 基本原理介绍基本原理介绍一.设计原理 1.1PCM 编码脉冲编码调制是一种用二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信方式。PCM 信 号的形成是模拟信号经过“抽样、量化、编码”三个步骤实现的。抽样是把模拟信号以其信号带宽 2

6、倍以上的频率提取样值，变为在时间轴上离散的抽样信号的过程。如果一个连续信号的频谱)(tf中最高频率不超过，当抽样频率时，抽样后的信号就包含原连续的全部信息。抽样后的ffF2 信号仍然是模拟信号，为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取 整” ，使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值，这一过程称为量化。通常将抽样值通 过压缩再进行均匀量化，PCM 编码方式采用的也是 A 压缩律。A 律压缩方式具有以下公式：AxAAxy10 ,ln111,ln1ln1xAAAxy我们采用 13 折线（A=87.6）的压扩特性来模拟 A 律压缩特性。我们把量化后的离散信号变换成二

7、进制数代码就是编码。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。PAM 输入码流PCM1CsIwI82 CC极性判决全波整流保持电路比较器恒流源7/11 变 换电路记忆 电路+ +框图逐次比较型编码器组成1.2 时分复用 时分复用是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。时分 多路复用以时间作为信号分割的参量，故必须使各路信号在时间轴上互不重叠。51C2C3C起始标志1SA2SA1C2C3CPCM 编码PCM 编码标志识别时分多路复用适用于数字信号的传输。由于信道的位传输率超过每一路信号的数据传输率,因 此可将信道按时间分成若干片段轮换地给多个

8、信号使用。每一时间片由复用的一个信号单独占用, 在规定的时间内,多个数字信号都可按要求传输到达,从而也实现了一条物理信道上传输多个数字信 号。假设每个输入的数据比特率是 9. 6kbit / s ,线路的最大比特率为 76. 8 kbit / s ,则可传输 8 路信号。1.3 频分复用 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

9、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。LP F基带 信号调制器BPF复 合基带信号LP F调制器调制器信号基带 LP FBPFBPF信 道BPFBPFBPF解调器解调器解调器LP FLP FLP Fcnf2cf1cf输出输出输出HnCHnCHnC1.4 载波恢复技术在数字传输系统中，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。同步实现的方法 可分为插入导频法和直接法，我们在载波恢复中主要用的是直接法中的平方变换法和平方环法。对 于抑制载波的双边带信号，由于调制信号不包含直流分量，因而

10、已调信号twtmtsccos)()()(tm中无载波分量。接收端将通过一平方律电路之后，)(ts)(ts，信号功率一般不为零，因而中会有一个频)(tetwtmtmtsc2cos2)( 2)()(22 2)(2tm)(tecw2率分量。若调制信号，则为二相移相信号，我们用锁相环将频率分量滤出，并1)(tm)(tscw2经过二分频便可得到载波。锁相环具有良好的窄带滤波，跟踪和记忆特性。cw输入已调信号)(ts载波输入平方律电路鉴相器环路滤波器压控振荡器二分频平方环法提取载波4. 仿真实验方法仿真实验方法62.1 图形用户界面设计图形用户界面 GUI (Graphics User Interface

11、) 是由各种图形对象,如图形窗口、图轴、菜单、按钮、文本框等构建的用户界面,是人机交流信息的工具和方法。GUI 设计即可以基本的 MATLAB 程序设计为主,也可以鼠标为主利用 GUIDE 工具进行设计。GUIDE ( Graphics User Interface Design Environ2ment) 是一个专用于 GUI 程序设计的快速开发环境,使用者通过鼠标就能迅速地产生各种 GUI 控件,并随心所欲地改变它们的外形、大小及颜色等,从而帮助用户方便地设计出各种符合要求的图形用户界面。调用 GUIDE 的方法有 2 种,在 MATLAB 命令窗口中输入 guide 命令,或在 MATL

12、AB 主菜单中点击 File New GUI 即可打开一个可编辑的新窗口。在 GUIDE 设计环境中,需要用到的工具有属性编辑器、控件布置编辑器、菜单编辑器、对象浏览器、网格标尺设置编辑器以及 GUI 应用属性设置编辑器等。GUI 设计面板是 GUI 设计工具应用的平台,面板上部提供了菜单和常用工具按钮,左边提供了多种GUI 控件,如按钮、单选按钮、复选框、文本框等。进行 GUI 设计时,首先单击 GUI 面板左边所需的控件,然后在右边的图形界面编辑区中再次单击某一恰当的位置,这时将在该位置上为图形界面添加一相应的控件,接下来,通过属性编辑器和对齐编辑器对各控件设置相关属性和进行界面布置,以完

13、善界面功能。2.2 simulink 组件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处理的复杂仿真和设计。Simulink 可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。Simulink 是用于动态系统和嵌入式系统的多领域

14、仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink 提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.GUI 程序编程中，对主要函数及工具说明：Matlab 工具及函数作用及使用说明Wavcord .Wavwrite.Wavread.用于声音的录制以及声音文件的保存，读取。FFT信号进行离散傅里叶变化，画出信号的频谱图。y = awgn(x,SNR)在信号 x 中加入高斯白噪声。信噪比 SNR 以 dB 为单位。x 的强度假定为 0dBW。如果 x 是复数，就加入复噪声。Fdatool 工具箱可以设计各种数字滤波器

15、，再通过 export 导出到workplace 中，这样我们就可以轻松的调用 fdatool 工具获取低通带通滤波器。7y=filter(b,a,M);滤波器使用，b,a 为滤波器参数，M 为输入信号。global y02全局变量的定义set(handles.edit3,string,num2str(snr);让 edit 框中显示我们需要显示的数值snr= get(hObject,Value);获取滑动条所处位置对应的数值axes(handles.axes3)GUI 中作图函数，相当于 plotcla(handles.axes1,reset)将 axes1 清屏image(II)设置背景图

16、片Simulink 中应用的模块在此就不一一赘述，可在搭建的原理图中明了看出。Matlab 信道计算公式说明调制方式：DSP 调制x1=2*x1.*cos(2*pi*4000*t); x2=2*x2.*cos(2*pi*13000*t); 输入信噪比根据 y = awgn(x,SNR)，SNR 即为信噪比输出信噪比获得通过带通滤波器的信号、噪声再根据 snr=10*log10(s*s)/(y*y);/y 为通过带通滤波器，低通滤波器的信号幅度，噪声幅度。信号功率pow=10*log10(sum(s.2)/(length(s)/fs);解调方式：相干解调x1=2*x1.*cos(2*pi*4000*t); x2=2*x2.*cos(2*pi*13000*t);5. 测试结果与分析测试结果与分析我们依托 Matlab 制作了