通信原理 201313020220邓泉铃.doc

通信原理 课程设计(论文)

设计（论文）题目 数字通信原理课程设计

学院名称 信息科学与技术学院
专业名称 电子信息科学与技术
学生姓名 邓泉铃
学生学号 201313020220
任课教师 周冬梅
设计（论文）成绩

教务处 制
年 月 日

数字通信原理课程设计
概述

随着信息技术在教学中的广泛应用，特别是计算机技术的广泛应用，传统的教学体系受到了巨大冲击，教育体制、教育内容、学习方式等都将发生大的变化。在通信原理实践教学中，往往采用计算机仿真实践训练以及基于EDA技术的数字通信系统的建模与仿真的方法来设计和分析通信系统，掌握仿真工具软件的原理和使用方法是进行实践训练的基础。
通信原理课程设计是通信原理实践教学环节中的一个重要内容，是针对通信原理课程对学生能力培养的要求进行综合训练性质的课程。其任务是让学生通过相关课题的设计计算和仿真调试，进一步加深对所学基础知识的理解，从而培养和提高学生自学能力、实践动手能力和分析解决实际问题的能力，为参与通信系统设计及研制新产品打下基础。
本章列出的课程设计题目，分别以Matlab、SystemView及EDA技术为手段，多方面考量学生对通信原理基础知识的掌握程度。每个设计题目给出知识要点与参考框图、设计要求、设计步骤及参考资料，学生按设计要求独立设计分析

实验一 通信系统仿真建模工具软件基础
1，Matlab/Simulink基本知识
先创建一个magicrank.m的脚本文件如下(采用edit命令进行编辑)。
%Investigate the rank of magic squares
r = zeros(1,32); %调用Matlab函数，产生1*32的0向量
for n = 3:32 %循环30次
r(n) = rank(magic(n)); %调用幻方函数magic(n)得到n*n的幻方矩阵
end %并求其秩
r
bar(r)
然后在Matlab环境中执行以下命令。
>>magicrank
如图
2、 运用Simulink仿真举例:
建立如图的模型：

仿真后结果如下：

3，运用systemView进行仿真
假如描述某线性系统的微分方程为：

系统模拟框图：

仿真模型：

仿真运行结束后，要对仿真结果进行分析，需要单击按钮 进入到分析窗口就可以观察到仿真得到的3个接收器的时域波形图：

为了更清楚地比较扫频信号和输出端信号的时域波形，可将这两个波形图以覆盖图示。
可以发现输出信号较输入信号有一定的延迟。计算这两个信号的延迟量，可以通过计算两个波形的互相关函数，由互相关函数最大值时的延迟量来确定。

实验二 通信原理MATLAB仿真设计
设低通信号。试用Matlab软件完成下列操作。
　　① 画出该低通信号的波形。
　　② 画出抽样速率为的抽样序列。
③ 抽样序列恢复出原始信号
clear all;
dt = .01;
t = 0:dt:10;
xt = 0.5*cos(1.5*pi*t)+1.5*sin(2*pi*t)+0.25*cos(3*pi*t);
[f,xf] = T2F(t,xt);
fs = 4;
sdt = 1/fs;
t1 = 0:sdt:10;
st = 0.5*cos(1.5*pi*t1)+1.5*sin(2*pi*t1)+0.25*cos(3*pi*t1);
t2 = -50:dt:50;
gt = sinc(fs*t2);
stt = sigexpand(st,sdt/dt);
xtt = conv(stt,gt);
figure(1);
subplot(311);
plot(t,xt);title('原始信号');
subplot(312);
stem(t1,st);title('抽样信号');
subplot(313);t3 = -50:dt:60+sdt-dt;
plot(t3,xtt);title('恢复信号')
axis([0 10 -4 4]);
function [f,sf] = T2F(t,st)
dt = t(2) - t(1);
T = t(end);
df = 1/T;
N = length(st);
f = -N/2*df:df:N/2*df - df;
sf = fft(st);
sf = T/N*fftshift(sf);
function [out] = sigexpand(d,M)
N = length(d);
out =zeros(M,N);
out(1,:) = d;
out =reshape(out,1,M*N);
抽样结果如下：

设模拟基带信号的频带为(0,100)Hz。对其进行采样的序列为均匀间隔的窄脉冲串。为保证无失真采样，最低采样率设计为200次/s。试用Simulink设计仿真采样和恢复过程。观察采样前后信号的波形和频谱。
时域仿真波形：

被采样信号功率频谱，采样输出信号功率频谱，恢复信号功率频谱：

实验三 QPSK解调的VHDL建模与设计
QPSK解调器方框图及电路建模符号如图所示。没有包含模拟电路图部分，QPSK信号为数字信号。

解调信号说明

QPSK解调器的VHDL参考程序如下，文件名为PL_QPSK2：

仿真波形如图所示：

实验四 数字基带传输系统的仿真
1，仿真目的：
(1) 掌握数字基带传输系统的基本工作原理。
(2) 熟悉数字基带信号的功率谱特性。
(3) 掌握眼图及误码率的分析方法。
(4) 掌握SystemView中相关图符库和观察窗的使用方法。
数字基带传输系统的组成框图如图所示。它主要由码型变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器、位同步提取电路、抽样判决和码元再生电路等部分组成。
下面直接给出数字基带信号功率谱的计算公式：

2，仿真内容
构建基于SystemView 仿真的模型图：

经高斯脉冲形成滤波器的输出基带信号，抽样判决器输出信号：
叠加噪声的传输信号：
接收信号的眼图如图所示。若改变信道特性和噪声强度，眼图会发生明显变化，甚至产生明显的接收误码。

实验五 DPCM系统设计
差分脉冲编码调制(DPCM)是用二进制码组对信号的差值进行幅度量化和编码。“差值”就是信号的当前抽样值与预测值之差。任何信号，不论语音或图像，采用直接采样—量化—编码的方式进行编码，都会发现码组之间具有很强的相关性。由于相关性的存在，故传输数据中存在大量不需要传输的信息，其被称为“冗余”信息。DPCM就是通过预测和差分编码方式来减少冗余，以实现数据压缩的目的。
1，设计原理
输入一个正弦信号，对其进行DPCM编码后再进行BCH编码，送入二进制对称信道传输，在接收端对其进行BCH解码和DPCM解码以恢复原信号。观察传输前后波形变化。  进行语音信号基带通信传输系统基于DPCM编码和BCH码的仿真，首先要对输入信号进行DPCM编码。DPCM编码是经过抽样、量化、编码等过程，将输入的模拟信号编程数字信号。DPCM编码是广泛运用的预测编码方法之一。在DPCM编码中，每个抽样值不是独立的编码，而是将前一个抽样值当做预测值，然后再取当前抽样值和预测值之差进行编码并传输。DPCM译码同样是将前一个值当做预测值，然后取当前值与预测值之差进行解码，将一个个脉冲码组转换成对应的量化采样值，最后经过一个低通滤波器重建原模拟信号。
DPCM系统的原理框图如图示。
2，设计步骤
在模型建立界面中加入正弦信号后，双击正弦信号模块，可对正弦信号进行设置。在Frequency栏中填入正弦信号的频率，本次课程设计中用的是频率为2*pi的模拟正弦信号。进行完正弦信号模块参数的设置后，添加一个示波器模块观察正弦信号的仿真波形。  模拟正弦信号仿真波形图如图所示。

完成正弦信号的调用及观察后，接下来要对产生的模拟信号进行DPCM编码，调用一个DPCM Encoder，双击模块进行参数设置。DPCM模块的参数设置程序如一下程序段所示：  >> t=0:0.1:10;x=sin(2*pi*t);  >> help dpcmopt  >> [PREDICTOR,CODEBOOK,PARTITION]  DPCMOPT(x,1,4)  依据以上程序可得到DPCM Encoder的参数：  PREDICTOR =           0    0.8172  CODEBOOK =     -0.5129   -0.1816    0.1816    0.5129  PARTITION =     -0.3473    0.0000    0.3473  将计算所得的结果相应的填入DPCM Encoder模块参数设置对话框中，单击“OK”完成DPCM Encoder模块参数设置。运用示波器观察DPCM编码后仿真波形。DPCM编码模型图如图4-3所示。DPCM编码仿真波形如图4-4所示。
进行完模拟信号的DPCM编码后，就将模拟信号转化为了数字信号，此时的数字信号是以整数的形式表示的，在进行下一步的纠错编码前，要将信号从整数形式转化为比特形式，因此需要调用一个Integer to Bit Converter模块进行数码转化。双击模块进行参数设置，在弹出的对话框中填入每个整数所转换的比特数，单击“OK”完成设置。本次课程设计中我是将一个数转化为2 bit，故在参数设置对话框中应填入“2”。用示波器观察数码转换后仿真波形图。  模拟信号DPCM编码数码转换模型图如图4-5所示。数码转换仿真波形图如图4-6所示。
如图4-6所示，模拟信号经过DPCM编码、数码转换后的波形在示波器中是并行输出的，为了便于观察，我们需要进行串并转换，调用模块Frame Conversion、Buffer、Unbuffer，并在Buffer中设置输入的并联数据路数，单击“OK”完成设置。由于要多次运用串并转换，为了简化模型建立，我们可以将串并转换模型打包，作为一个模块使用。串并转换模块如图4-7所示。
完成串并转换后用示波器观察结果。串并转换后模拟信号DPCM编码模型如图4-8所示。串并转换后DPCM仿真波形如图所示。
根据课程目的，完成模拟信号的DPCM编码后，要将编码后的信号调用通信模块库中的BCH Encoder模块再进行纠错编码。

至此发射部分处理完毕。
完成DPCM编码、BCH编码后，就要进行相应的解码，并用低通滤波器还原出原始波形。
最后还原出原始信号，需要通过一个低通滤波器。本课程设计选择的是巴特沃兹低通滤波器。在通信模块库中选择一个低通滤波器模块，双击设置模块参数，在Passband edge Frequency一栏中填入与输入正弦波信号相同的频率，单击“OK”完成设置。因为刚开始输入的模拟正弦信号的频率设定为2*pi，故巴特沃兹低通滤波器的频率也应当设置为2*pi。用示波器观察还原信号。
通过低通滤波器还原出来的信号如图所示。

3，结果分析
正弦信号系带传输通信系统仿真结果如图所示。从上图可以看出输入的模拟正弦信号经过DPCM编解码、BCH编解码后，通过一个巴特沃兹低通滤波器成功的还原出了正弦信号，说明该正弦信号基带通信传输系统是正确的，它的结果符合理论结论，故该系统的功能成功实现。

学生学习心得
通过本次课程设计，让我更深入的了解了PCM脉冲编码调制原理以及DPCM编码、BCH编码及实现过程，使我对通信系统原理这门科目产生了很大的兴趣。相信我以后还有更多的机会与此软件近距离接触，从而从中获悉更多的宝贵知识财富，当然，在这次课程设计中，更重要的是让我学会了动手做事情的能力，以及从中获取更多快乐的方式。
学生（签名）：
年 月 日
诚信承诺
本人郑重声明所呈交的课程报告是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同学对本文研究所做的贡献均已在报告中作了明确的说明并表示谢意。
学生（签名）：
任课
教师
评语

成绩评定：
任课教师（签名）：
年 月 日