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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、动手能力。要求学生经过课程设计
2、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理，绘出信号时、频图形。量化：均匀量化，以幅度的正弦信号为例实现为64级电平的均匀量化；非均匀量化，输入A律PCM编码器的正弦信号，采样序列为
3、，将其进行PCM编码，给出编码器的输出码组序列编码：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、HDB3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P
4、SK、DPSK调制/解调技术，绘出时、频域波形；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 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H
5、uffman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
6、13五、程序调试141、程序的图14六、总结19七、附件20八、评分表25一、 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
7、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)= ；高斯分布函数：；2、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);3、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。
8、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
9、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)5、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。2PS
10、K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。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
11、量为：)r=double(r)2、 离散信道容量的计算x=0.25,0.25,0.25,0.25; f1=1/4,1/4,1/4,1/4 1/4,1/4,1/4,1/4 1/4,1/4,1/4,1/4 1/4,1/4,1/4,1/4; hf1=hmessage(x,f1,4,4) hx=dmessage(x,4) disp(c1信道容量为); c1=hx-hf1 f2=1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8,1/8 1/8,1/8,1/8,1/8,1/
12、8,1/8,1/8,1/8; hf2=hmessage(x,f2,4,8) hx=dmessage(x,4) disp(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=1/2,1/4,1/8,1/16,1/16 i=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dmessage函数得到平均信息量。4、 编程实现ASK调制技术、绘制时、频域波形y=sin(2*pi*t1); %二元序列为10101100 x=ones(1,100),zeros(1,101),ones(1,100),zeros(1,100), ones(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100); 。 z=x.*y; %二元序列点乘y 即进行ask调制。 Am3,pha3=dft3(x); %fft变换二进制序列为10101100把二元序列点乘正弦载波。并绘制出
