通信原理课程设计报告模拟传输系统PM调制与解调

课程设计报告通信原理I目：模拟传输系统PM调制与解调学院：信息与通信工程学院专业：通信工程学生姓名：班级：学号：《通信原理I课程设计》任务书 题目 模拟（数字）通信系统Matlab仿真平台的设计和实现 主要内容 1、完成系统的设计；2、完成仿真程序的设计与调试；3、分析仿真结果，得出合理结论。 设计要求 1、仿真输入的模拟信号，给出信号波形和功率谱密度；2、实现题目要求的模拟信号的调制与解调，画出调制后的信号波形和功率谱密度，以及解调后的输出信号波形；3、实现题目要求的模拟信号的数字化；4、实现题目要求的数字基带码型变换和反变换，画出变换后数字基带信号的波形；5、实现题目要求的数字信号的调制与解调，画出调制后的信号波形和功率谱密度，以及解调后的输出信号波形；6、在不同的条件下（基带码型、调制方式，输入信噪比），对系统信噪比（模拟）和误码性能（数字）进行分析，画出系统误码率仿真曲线；7、实现系统仿真平台正常运行；8、按要求完成设计报告。 主要仪器设备 1、计算机1台，Matlab仿真软件一套。 主要参考文献 [1]《通信原理》，周炯槃等，2005年11月北京邮电大学出版社[2]《现代通信原理》，曹志刚等，清华大学出版社，1992年[3]《通信原理》，樊昌信等，国防工业出版社，2006第6版[4]《DigitalandAnalogCommunicationSystems》，LeonW.Couch，清华大学出版社影印版，1999第5版[5]《DigitalModulationandCoding》，StephenG.Wilson，电子工业出版社影印版，1998年 课程设计进度安排（起止时间、工作内容） 课程设计共设8个题目，每班每人1套实验环境，每组选作不同的题目。本课程设计上机16学时，分4次，每次4学时，具体安排如下：课前准备：了解设计题目，查阅相关文献，复习通信原理的基本知识；上机（14学时）：按照题目要求，完成通信系统设计，编写并调试仿真程序；上机（2学时）：现场验收答辩；课后：撰写课程设计报告，上机结束后一周内上交。 课程设计开始日期 2012.9.19 课程设计完成日期 2012.10.17 课程设计实验室名称 计算中心 地点 计算机中心机房 资料下载地址 各班公共邮箱1、课程设计基本信息--------------------------------------32、课程设计目的与要求------------------------------------33、课程设计内容------------------------------------------34、设计原理----------------------------------------------45、实验结果----------------------------------------------86、心得与体会-------------------------------------------107、参考文献---------------------------------------------108、附录：实验源代码-------------------------------------11一．课程设计基本信息1、课程性质：专业必修课2、适用专业：通信工程3、课程设计学时/学分：16学时/1学分二．课程设计目的和要求通信原理I课程设计的目的是为了使学生加深对所学的通信原理知识的理解，比较扎实地掌握通信原理的基础知识和基本理论，增强分析问题和解决问题的能力，培养学生的专业素质，提高其利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。本课设要求，学生根据所学知识独立完成基本设计任务；经老师审核同意并在条件允许的情况下，可以自行命题。本课程设计以上机为主，大部分时间由学生上机操作，必要时配合少量的理论讲授。3．课程设计内容输入：输入模拟信号，例如正弦型单音频信号等，至少选择两种模拟信号。给出其时域波形和功率谱密度。将此模拟信号数字化（PCM编码），得到数字信号，接着进行PCM解码，将编码前和解码后的信号波形进行比较，验证所作PCM编码的正确性。调制：对输入的模拟信号进行DSB、SSB、PM调制，给出调制后信号的时域波形和功率谱密度。信道：假定信道属于加性高斯信道，或自行设计。自行设计可以加分。解调：DSB、SSB、PM解调，仿真获得该系统的输出波形，并得到该模拟传输系统的性能指标，即该系统的输出信噪比随输入信噪比的变化曲线。4．设计原理1.PCM编码PCM就是把一个时间连续,取值连续的模拟信号变换成时间离散,取值离散的数字信号后在信道中传输.脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样,再对样值幅度量化,编码的过程.所谓抽样,就是对模拟信号进行周期性扫描,把时间上连续的信号变成时间上离散的信号.该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息,也就是说能无失真的恢复原模拟信号.它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的.设一个频带限制的（0，fH）Hz内的时间连续信号m（t）如果它不少于2fH次每秒的速率进行抽样，则m(t)可以由抽样值完全确定。抽样定理指出，由样值序列无失真恢复原信号的条件是fS≥2fh，为了满足抽样定理，要求模拟信号的频谱限制在0～fh之内（fh为模拟信号的最高频率）。为此，在抽样之前，先设置一个前置低通滤波器，将模拟信号的带宽限制在fh以下，如果前置低通滤波器特性不良或者抽样频率过低都会产生折叠噪声。抽样频率小于2倍频谱最高频率时，信号的频谱有混叠。抽样频率大于2倍频谱最高频率时，信号的频谱无混叠。另外要注意的是，采样间隔的周期要足够的小，采样率要做够的大，要不然会出现如下图所示的混叠现象，一般情况下TsWs=2π,Wn>2Wm。在该实验中,抽样速率采用8Kbit/s.所谓量化,就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散,即用一组规定的电平,把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示.一个模拟信号经过抽样量化后,得到已量化的脉冲幅度调制信号,它仅为有限个数值.所谓编码,就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值.然而,实际上量化是在编码过程中同时完成的,故编码过程也称为模/数变换,可记作A/D.话音信号先经防混叠低通滤波器，进行脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码后转换成二进制码。对于电话，CCITT规定抽样率为8KHz，每抽样值编8位码，即共有2∧8=256个量化值，因而每话路PCM编码后的数码率是64kb/s。为解决均匀量化时小信号量化误差大，音质差的问题，在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密，量化间隔小，而在大信号时分层疏，量化间隔大。　　在实际中使用的是两种对数形式的压缩特性：A律和U律，A律编码主要用于30/32路一次群系统，U律编码主要用于24路一次群系统。A律PCM用于欧洲和中国，U律PCM用于北美和日本。PCM帧结构，一个复帧包括16个帧，一个帧为125μs，分为32个时隙，其中偶帧的零时隙传输同步信息码0011011，奇帧的零时隙传输对告码，16时隙传输信令信息，其它各时隙传输数据，每个时隙传输8比特数据。　　可采用u率或者是A率进行编码。我国采用的是A率13折线编码。2.PM调制与解调1)调相信号在模拟调制中，一个连续波有三个参数可以用来携带信息而构成已调信号。当幅度和频率保持不变时，改变载波的相位使之随未调信号的大小而改变，这就是调相的概念。角度调制信号的一般表示形式为：S(t)=Acos[ωt+φ(t)]式中，A是载波的恒定振幅；[ωt+φ(t)]是信号的瞬时相位，而φ(t)称为瞬时相位偏移；d[ωt+φ(t)]/dt为信号的瞬时频率，而dφ(t)/dt称为瞬时频率偏移，即相对于ω的瞬时频率偏移。设高频载波为u=Ucosωt，调制信号为UΩ(t)，则调相信号的瞬时相位φ(t)=ω+KUΩ(t)瞬时角频率ω(t)==ω+KEMBEDEquation.3调相信号u=Ucos［ωt+KuΩ(t)］将信号的信息加在载波的相位上则形成调相信号，调相的表达式为：S(t)=Acos[ωt+Kf(t)+φ]这里K称为相移指数，这种调制方式，载波的幅度和角频率不变，而瞬时相位偏移是调制信号f(t)的线性，称为相位调制。调相与调频有着相当密切的关系，我们知道相位与频率有如下关系式：ω==ω+Kf(t)φ(t)=ωt+KEMBEDEquation.3所以在调相时可以先将调制信号进行微分后在进行频率调制，这样等效于调相，此方法称为间接调相，与此相对应，上述方法称为直接调相。调相信号的产生如图所示：PM调相信号的产生2)调制原理实现相位调制的基本原理是使角频率为ω的高频载波u(t)通过一个可控相移网络,此网络产生的相移Δφ受调制电压uΩ(t)控制,满足Δφ=KuΩ(t)的关系,所以网络输出就是调相信号，可控相移网络调相原理图如图所示：可控相移网络调相原理图3)调相信号的解调——相干解调由于调相信号可以分解成同相分量与正交分量之和，因而可以采用线性调制中的相干解调法来进行解调，如图：PM信号相干解调根据公式可以设调相信号并设相干载波则相乘器的输出为经过低通滤波器取出其低频分量再经微分器，即得解调输出可见，相干解调可以恢复原调制信号。这种解调方法需要本地载波与调制载波同步，否则将使解调信号失真。5、实验结果1.PCM编码与解码：2.原调制信号经PM调制得到已调信号后再经过加性高斯信道。图中分别给出了原调制信号的时域图，频域图，功率谱，已调信号的时域图，频域图，功率谱，经过加性高斯信道后的带噪声已调信号的时域图，频域图，功率谱。3.对已调信号进行解调图中给出的分别是未经过高斯信道的已调信号的解调结果，时域图，频域图，功率谱，和经过高斯信道的已调信号的解调结果，时域图，频域图，功率谱。5、心得与体会参考文献[2]《现代通信原理》，曹志刚等，清华大学出版社，1992年[3]《通信原理》，樊昌信等，国防工业出版社，2006第6版附录：实验源代码closeallclearall;clc;Fs=100000;%抽取电压值样本的频率t=[0:1/Fs:0.00999];%每隔1/Fs秒抽取一个样本,共抽取从0～0.001时间段内的样本点,用来组成"模拟信号"f=300;%该信号的频率m=cos(2*pi*f*t);%调制信号figure(1)subplot(3,1,1);plot(t,m);gridon;title('模拟信号的波形')axis([01/f*2-22]);fori=1:length(m);%设计输入范围是-1.2～1.2V,对模拟信号抽取1000个样本%循环对每个样本进行归一化并计算出量化单位x%设量化器最大分层电平是2048个量化单位.x(i)=m(i)/1.2*2048;end%对每个样本进行编码fori=1:length(m);%length(y)=n1ifx(i)>0%x(i)=A(i)out(1)=1;%抽样值大于0，极性码为1%code(i,1)=out()elseout(1)=0;%抽样值小于0，极性码为0end%确定段落码ifabs(x(i))>=0&abs(x(i))<32out(2)=0;out(3)=0;out(4)=0;step=1;st=0;%x的绝对值在0到32之间，则落在第一段内，段落码为001，段落起始电平st为16，量化间隔step为1elseif32<=abs(x(i))&abs(x(i))<64out(2)=0;out(3)=0;out(4)=1;step=2;st=32;%x的绝对值在32到64之间，则落在第二段内，段落码为010，段落起始电平st为32，量化间隔step为2elseif64<=abs(x(i))&abs(x(i))<128out(2)=0;out(3)=1;out(4)=0;step=4;st=64;%x的绝对值在64到128之间，则落在第三段内，段落码为011，段落起始电平st为64，量化间隔step为4elseif128<=abs(x(i))&abs(x(i))<256out(2)=0;out(3)=1;out(4)=1;step=8;st=128;%x的绝对值在128到256之间，则落在第四段内，段落码为100，段落起始电平st为128，量化间隔step为8elseif256<=abs(x(i))&abs(x(i))<512out(2)=1;out(3)=0;out(4)=0;step=16;st=256;%x的绝对值在256到512之间，则落在第五段内，段落码为101，段落起始电平st为256，量化间隔step为16elseif512<=abs(x(i))&abs(x(i))<1024out(2)=1;out(3)=0;out(4)=1;step=32;st=512;%x的绝对值在512到1024之间，则落在第六段内，段落码为110，段落起始电平st为512，量化间隔step为32elseif1024<=abs(x(i))&abs(x(i))<2048out(2)=1;out(3)=1;out(4)=0;step=64;st=1024;%x的绝对值在1024到2048之间，则落在第七段内，段落码为111，段落起始电平st为1024，量化间隔step为64elseout(2)=1;out(3)=1;out(4)=1;step=64;st=1024;%x的绝对值超出了2048，则段落码为111，段落起始电平st为1024，量化间隔step为64end%确定段内码if(abs(x(i))>=2048)out(2:8)=[1111111];%x的绝对值超出了2048，段落码和段内码均为1111111elsetmp=floor((abs(x(i))-st)/step);%确定x落在某段的第tmp级内t=dec2bin(tmp,4)-48;%将tmp转化为四位二进制码out(5:8)=t(1:4);%段内码为tenda(i*8-7:i*8)=out(1:8);end%输出PCM编码t=0:0.001:799.999;y=a(ceil(10*t+0.01));figure(1)subplot(3,1,2)plot(t,y);axis([24-0.21.2]);gridon;title('PCM编码后的信号(局部)');%对该PCM编码进行反PCM编码%%抽取其中的PCM编码序列fori=1:length(m)*8pcm(i)=y(i*100-50);end%循环将PCM编码变成量化电平数fori=1:length(m);%初始化计算参数dlm=0;dp=0;%将2-4位段落码换算成起始电平ifpcm(i*8-6)==1;dlm=dlm+4;endifpcm(i*8-5)==1;dlm=dlm+2;endifpcm(i*8-4)==1;dlm=dlm+1;end%得到由段落码换算来的起始电平dp=2^(dlm+4);%先加上最小量化电平的一半dp=dp+2^(dlm)/2;%将5-8位段内码结合段落码一起转换成电平数%第5位ifpcm(i*8-3)==1;dp=dp+2^(dlm+3);end%第6位ifpcm(i*8-2)==1;dp=dp+2^(dlm+2);end%第7位ifpcm(i*8-1)==1;dp=dp+2^(dlm+1);end%第8位ifpcm(i*8)==1;dp=dp+2^(dlm);end%最后判断第1位码,决定正负ifpcm(i*8-7)==0;dp=-dp;endjiedp(i)=dp;end%将量化电平数变成电压fori=1:length(m);dianya(i)=jiedp(i)/2048*1.2;endFs=100000;%抽取电压值样本的频率t3=[0:1/Fs:0.00999];%每隔1/Fs秒抽取一个样本,共抽取从0～0.01时间段内的样本点,用来组成"模拟信号"f=300;%该信号的频率figure(1);subplot(3,1,3);plot(t3,dianya);gridonaxis([01/f*2-22]);title('PCM解码后的模拟信号')Fs=100000;%抽取电压值样本的频率t=[0:1/Fs:0.00999];%每隔1/Fs秒抽取一个样本,共抽取从0～0.001时间段内的样本点,用来组成"模拟信号"y=1;M=fft(m);M=abs(M(1:length(M)/2+1));%调制信号频谱frqM=[0:length(M)-1]*Fs/length(M)/2;Fc=30000;m1=amod(y*m,Fc,Fs,'pm');%pm调制m11=awgn(m1,4);%加噪声M1=fft(m1);M1=abs(M1(1:length(M1)/2+1));frqM1=[0:length(M1)-1]*Fs/length(M1)/2;M11=fft(m11);M11=abs(M11(1:length(M11)/2+1));frqM11=[0:length(M11)-1]*Fs/length(M11)/2;u1=ademod(m1,Fc,Fs,'pm');%未加噪声的解调u11=ademod(m11,Fc,Fs,'pm');%解调U1=fft(u1);U1=abs(U1(1:length(U1)/2+1));frqU1=[0:length(U1)-1]*Fs/length(U1)/2;U11=fft(u11);U11=abs(U11(1:length(U11)/2+1));frqU11=[0:length(U11)-1]*Fs/length(U11)/2;%功率谱fs2=800;ts2=1/fs2;t2=0:ts2:2;nfft=64;power=(norm(m)^2)/length(m+1);spow=abs(fft(m,nfft).^2);f2=(0:nfft-1)/ts2/nfft;%设置频率范围f2=f2-fs2/2;power1=(norm(m1)^2)/length(m1+1);spow1=abs(fft(m1,nfft).^2);power2=(norm(m11)^2)/length(m11+1);spow2=abs(fft(m11,nfft).^2);power3=(norm(u1)^2)/length(u1+1);spow3=abs(fft(u1,nfft).^2);power4=(norm(u11)^2)/length(u11+1);spow4=abs(fft(u11,nfft).^2);figure(2);subplot(3,3,1)%子图形式显示结果plot(t,m)%现在的m信号是重新构建的信号，%因为在对m求傅里叶变换时m=[m,zeros(1,n-n2)]%定义两轴的刻度xlabel('时间t')title('原调制信号的时域图')subplot(3,3,2)plot(frqM,M)%fftshift：将FFT中的DC分量移到频谱中心axis([-1000500000550])xlabel('频率f')title('原调制信号的频谱图')subplot(3,3,3)plot(f2,fftshift(spow));xlabel('频率f');title('原调制信号的功率谱');disp(['power=',num2str(power),'.']);subplot(3,3,4)plot(t,m1)xlabel('时间t')title('已调信号的时域图')subplot(3,3,5)plot(frqM1,M1)axis([0500000550])xlabel('频率f')title('已调信号的频谱图')subplot(3,3,6)plot(f2,fftshift(spow1));xlabel('频率f');title('已调信号的功率谱');disp(['power1=',num2str(power1),'.']);subplot(3,3,7)plot(t,m11)xlabel('时间t')title('加入高斯噪声后信号的时域图')subplot(3,3,8)plot(frqM11,M11)axis([0500000550])xlabel('频率f')title('信号的频谱图')subplot(3,3,9)plot(f2,fftshift(spow2));xlabel('频率f');title('信号的功率谱');disp(['power2=',num2str(power2),'.']);figure(3);subplot(2,3,1)plot(t,u1)xlabel('时间t')title('解调信号的时域图（未加噪声）')subplot(2,3,2)plot(frqU1,U1)axis([-20005000002])xlabel('频率f')title('解调信号的频谱图')subplot(2,3,3)plot(f2,fftshift(spow3));xlabel('频率f');title('解调信号的功率谱');disp(['power3=',num2str(power3),'.']);subplot(2,3,4)plot(t,u11)xlabel('时间t')title('解调信号的时域图（加噪声）')subplot(2,3,5)plot(frqU11,U11)axis([-20005000002])xlabel('频率f')title('解调信号的频谱图')subplot(2,3,6)plot(f2,fftshift(spow4));xlabel('频率f');title('解调信号的功率谱');disp(['power3=',num2str(power3),'.']);�EMBEDEquation.3\*MERGEFORMAT����EMBEDEquation.3\*MERGEFORMAT����EMBEDEquation.3\*MERGEFORMAT���75-1-_1234567905.unknown_1234567913.unknown_1234567917.unknown_1234567921.unknown_1234567923.unknown_1234567925.unknown_1234567926.unknown_1234567927.unknown_1234567924.unknown_1234567922.unknown_1234567919.unknown_1234567920.unknown_1234567918.unknown_1234567915.unknown_1234567916.unknown_1234567914.unknown_1234567909.unknown_1234567911.unknown_1234567912.unknown_1234567910.unknown_1234567907.unknown_1234567908.unknown_1234567906.unknown_1234567897.unknown_1234567901.unknown_1234567903.unknown_1234567904.unknown_1234567902.unknown_1234567899.unknown_1234567900.unknown_1234567898.unknown_1234567893.unknown_1234567895.unknown_1234567896.unknown_1234567894.unknown_1234567891.unknown_1234567892.unknown_1234567890.unknown