通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課程名稱(chēng) 通信原理課程設(shè)計(jì) 課題名稱(chēng) 數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 2011年12月 12 日湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)課程名稱(chēng) 通信原理課程設(shè)計(jì) 課 題 數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 審 批 任務(wù)書(shū)下達(dá)日期 2011 年 12月 12 日任務(wù)完成日期 2011 年 12 月 26日一、設(shè)計(jì)目的與設(shè)計(jì)內(nèi)容結(jié)合通信原理課程內(nèi)容，培養(yǎng)實(shí)際動(dòng)手能力，增強(qiáng)把書(shū)本知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐設(shè)計(jì)的能力。在強(qiáng)調(diào)基本原理的同時(shí)，更突出設(shè)計(jì)過(guò)程的鍛煉。強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力和獨(dú)立進(jìn)行科研工作的能力。要求學(xué)生經(jīng)

2、過(guò)課程設(shè)計(jì)這一教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)會(huì)應(yīng)用matlab軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸中的各個(gè)基本環(huán)節(jié)。1設(shè)計(jì)內(nèi)容：具體設(shè)計(jì)題目包括：模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制、pcm編解碼、循環(huán)碼的編譯碼、m序列偽隨機(jī)碼、最佳接收等內(nèi)容。學(xué)生還可以根據(jù)自己的興趣，圍繞通信原理課程知識(shí)自由選題。題目1 信息論基本計(jì)算要求：（1）編程實(shí)現(xiàn)信源平均信息量的計(jì)算(以高斯分布的信源為例)（2）編程實(shí)現(xiàn)離散信道容量的計(jì)算(以輸入符號(hào)等概分布為例)（3）編程實(shí)現(xiàn)信源編碼過(guò)程(以huffman編碼為例) 題目2 pcm編譯碼器設(shè)計(jì)及應(yīng)用要求：（1）用simulink對(duì)系統(tǒng)建模設(shè)計(jì)一個(gè)pcm編譯碼器（2）輸入模擬話(huà)音信號(hào)觀(guān)察其輸出波形（3）輸入數(shù)字信號(hào)觀(guān)察其

3、輸出波形（4）對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真分析（5）對(duì)其應(yīng)用舉例闡述題目3 數(shù)字信號(hào)基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：（1）編程實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)基帶信號(hào)的波形、碼型轉(zhuǎn)換：非歸零/歸零碼、ami碼（2）并繪出每種波形、碼型的功率譜分布，給出與在理論課上所學(xué)相符合的分析與理解（3）編程實(shí)現(xiàn)基帶傳輸系統(tǒng)的誤碼率計(jì)算：二電平誤碼率計(jì)算（4）編程實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)傳輸?shù)臄_碼與解擾 題目4 數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）2ask調(diào)制/相干解調(diào)器和非相干解調(diào)系統(tǒng)（包絡(luò)檢波法）設(shè)計(jì)要求：a編程實(shí)現(xiàn)或是用simulink對(duì)系統(tǒng)建模 b輸入數(shù)字信號(hào)序列并進(jìn)行接收判決c通過(guò)多次輸入輸出對(duì)兩種系統(tǒng)性能進(jìn)行分析比較d繪出信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖（2

4、）2fsk調(diào)制/相干解調(diào)器和非相干解調(diào)系統(tǒng)（包絡(luò)檢波法）設(shè)計(jì)要求：a編程實(shí)現(xiàn)或是用simulink對(duì)系統(tǒng)建模 b輸入數(shù)字信號(hào)序列并進(jìn)行接收判決 c通過(guò)多次輸入輸出對(duì)兩種系統(tǒng)性能進(jìn)行分析比較d繪出信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖（3）2psk、2dpsk調(diào)制/相干解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：a編程實(shí)現(xiàn)或是用simulink對(duì)系統(tǒng)建模 b輸入數(shù)字信號(hào)序列并進(jìn)行接收判決 c通過(guò)多次輸入輸出對(duì)兩種系統(tǒng)性能進(jìn)行分析比較d繪出信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖（4）16/64qam調(diào)制/解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：a編程實(shí)現(xiàn)或是用simulink對(duì)系統(tǒng)建模 b輸入數(shù)字信號(hào)序列并進(jìn)行接收判決 c通過(guò)多次輸入輸出對(duì)兩種系統(tǒng)性能進(jìn)行分析比較d繪出信號(hào)的

5、時(shí)域波形和頻譜圖題目5 設(shè)計(jì)一個(gè)先驗(yàn)等概的2ask最佳接收機(jī) 要求：（1）編程實(shí)現(xiàn)或是用simulink對(duì)系統(tǒng)建模 （2）輸入數(shù)字信號(hào)序列并進(jìn)行接收判決 （3）通過(guò)多次輸入輸出對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能進(jìn)行分析題目6 設(shè)計(jì)一個(gè)dsb調(diào)制/解調(diào)（用平方環(huán)和科斯塔斯環(huán)實(shí)現(xiàn)載波提?。╇娐芬螅?（1）編程實(shí)現(xiàn)或是用simulink對(duì)系統(tǒng)建模（2）輸入模擬話(huà)音信號(hào)觀(guān)察其輸出波形（3）對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真分析（4）對(duì)其應(yīng)用舉例闡述題目7 數(shù)字通信頻帶傳輸系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)必做題目：題目1，2，3；選作題目：4（1）、4（2）、4(3)、4(4)，5，6中的一個(gè)；綜合題目7：每班同學(xué)中，做2、3、4、5題目的各選

6、2個(gè)同學(xué)，共計(jì)6人合作來(lái)完成題目7。2設(shè)計(jì)要求：1、在一周內(nèi)學(xué)生須上機(jī)16小時(shí)以上，程序調(diào)試完后，須由指導(dǎo)老師在機(jī)器上檢查運(yùn)行結(jié)果，經(jīng)教師認(rèn)可后的源程序可通過(guò)打印機(jī)輸出，并請(qǐng)教師在程序清單上簽字。2、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容和格式：設(shè)計(jì)題目，設(shè)計(jì)的詳細(xì)步驟，設(shè)計(jì)過(guò)程中的結(jié)果、圖形等，設(shè)計(jì)總結(jié)。3、每組每人必須獨(dú)立完成，成績(jī)的考核按設(shè)計(jì)結(jié)果、答辯成績(jī)及課程設(shè)計(jì)報(bào)告來(lái)綜合評(píng)定。成績(jī)分為優(yōu)、良、中、及格、不及格五級(jí)分評(píng)定。4、指導(dǎo)教師：彭禎，譚小蘭。二、進(jìn)度安排第十六周 星期三 8：0012：00 星期五 8：0012：00 星期日 8：0012：00 星期日 14：0018：00第十七周 星期二 14：0

7、018：00 星期四 14：0018：00附：課程設(shè)計(jì)報(bào)告裝訂順序：封面、任務(wù)書(shū)、目錄、正文、評(píng)分、附件（a4大小的圖紙及程序清單）。 正文的格式:一級(jí)標(biāo)題用3號(hào)黑體,二級(jí)標(biāo)題用四號(hào)宋體加粗,正文用小四號(hào)宋體;行距為22。正文的內(nèi)容:一、課題的主要功能；二、課題的功能模塊的劃分（要求畫(huà)出模塊圖）；三、主要功能的實(shí)現(xiàn)（至少要有一個(gè)主要模塊的流程圖）；四、程序調(diào)試；五、總結(jié)；六、附件（所有程序的原代碼，要求對(duì)程序?qū)懗霰匾淖⑨專(zhuān)?。正文總字?jǐn)?shù)要求在5000字以上（不含程序原代碼）。 目錄1、 主要功能.72、 功能模塊的劃分.71、 信源平均信息量的計(jì)算(以高斯分布的信源為例).72、 離散信道容量

8、的計(jì)算(以輸入符號(hào)等概分布為例).73、 信源編碼過(guò)程(以huffman編碼為例).74、 pcm編譯碼器設(shè)計(jì)及應(yīng)用.85、 數(shù)字信號(hào)基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì).86、 數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì).93、 主要功能的實(shí)現(xiàn)1、信源平均信息量的計(jì)算(以高斯分布的信源為例).102、離散信道容量的計(jì)算(以輸入符號(hào)等概分布為例).103、信源編碼過(guò)程(以huffman編碼為例).114、pcm編譯碼器設(shè)計(jì)及應(yīng)用.115、編程實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)基帶信號(hào)的波形、碼型轉(zhuǎn)換包括：?jiǎn)螛O性非歸零碼、單極性歸零碼、雙極性非歸零碼、雙極性歸零碼、ami碼.126、波形、碼型的功率譜分布的繪圖，包括：?jiǎn)螛O性非歸零碼、單極性歸零碼、雙極性非歸

9、零碼、雙極性歸零碼、ami碼.157、編程實(shí)現(xiàn)基帶傳輸系統(tǒng)的誤碼率計(jì)算：二電平誤碼率計(jì)算.18四、功能模塊的分析與流程圖.211、信息論基本運(yùn)算模塊.212、pcm編譯碼的設(shè)計(jì)及運(yùn)用模塊.21五、程序及simulink調(diào)試.23六、心得體會(huì).23七、評(píng)分表.25八、附件（程序清單）.26一、 主要功能 matlab是由mathworks公司開(kāi)發(fā)的一種主要用于數(shù)值計(jì)算及可視化圖形處理的工程語(yǔ)言，是當(dāng)今最優(yōu)秀的科技應(yīng)有軟件之一。它將集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、圖形圖像處理、信號(hào)處理和仿真等諸多強(qiáng)大的功能集成在較易使用的交互計(jì)算機(jī)環(huán)境之中，為科學(xué)研究、工程應(yīng)用提供了一種功能強(qiáng)、效率高的編程工具。本次課程設(shè)

10、計(jì)學(xué)生通過(guò)自己設(shè)計(jì)及建立通信系統(tǒng)，掌握通信系統(tǒng)的構(gòu)成原理、信號(hào)傳輸?shù)母拍?，加深?duì)通信系統(tǒng)及信號(hào)的認(rèn)識(shí)，提高自身的實(shí)際應(yīng)用、動(dòng)手能力。最終使學(xué)生通過(guò)課程設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)應(yīng)用matlab軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸中的各個(gè)基本環(huán)節(jié)。二、 功能模塊的劃分1、信源平均信息量的計(jì)算(以高斯分布的信源為例) 根據(jù)題目要求，用高斯過(guò)程x(t)d的一維概率密度函數(shù)服從正態(tài)分布的表達(dá)式f=1/(u*sqrt(2*pi)*exp(-(x-o)2/2*u2來(lái)完成信源平均信息量的計(jì)算。平均信息量：平均每個(gè)符號(hào)所能提供的信息量，也叫平均自信息量。h(x)= ；高斯分布函數(shù)：；2、離散信道容量的計(jì)算(以輸入符號(hào)等概分布為例) 我們利用函數(shù)

11、dmessage來(lái)求信源的熵，利用函數(shù)hemssage來(lái)求平均互信息量，并最終得到信道的容量。離散信道容量：信道容量是信道所能傳送的最大的信息量。c=maxi(x;y) （比特/碼元）i(x;y)=h(y)h(y/x)；3、信源編碼過(guò)程(以huffman編碼為例) 對(duì)于所要求的信源，可以對(duì)其進(jìn)行作為一元信源的哈夫曼編碼并得到編碼效率，相應(yīng)的二元信源的哈夫曼編碼及其編碼效率。huffman編碼方法如下：（1） 將信源信息呼號(hào)按其出現(xiàn)的概率大小依次排列；（2） 取兩個(gè)概率最小的字母分別配以0和1兩個(gè)碼元，并將這兩個(gè)概率相加作為一個(gè)新字母的概率，與未分配的二進(jìn)制符號(hào)的字母重新排隊(duì)；（3） 對(duì)重排后的

12、兩個(gè)概率最小符號(hào)重復(fù)步驟（2）的過(guò)程；（4） 不斷重復(fù)上述過(guò)程，直到最后兩個(gè)符號(hào)配以0和1為止；（5） 從最后一級(jí)開(kāi)始，向前返回得到各個(gè)信源符號(hào)所對(duì)應(yīng)的碼元序列，及相應(yīng)的碼字。huffman編碼的意義：將概率大的信息符號(hào)編以短的碼字，概率小的符號(hào)配以長(zhǎng)的碼字，使得平均碼字長(zhǎng)度最短，冗余度減小。4、pcm編譯碼器設(shè)計(jì)及應(yīng)用（1）pcm編碼器系統(tǒng) simulink實(shí)現(xiàn)pcm技術(shù)的三個(gè)過(guò)程：采樣、量化與編碼。其中以saturation作為限幅器，將輸入信號(hào)幅度值限制在pcm編碼定義的范圍內(nèi)，relay模塊的門(mén)限設(shè)置為0，其輸出即可作為pcm編碼輸出的最高位極性碼。樣值取絕對(duì)值后，以lookup ta

13、ble模塊進(jìn)行13折線(xiàn)壓縮，并用增益模塊將樣值范圍放大到0127,然后用間距為1的quantizer進(jìn)行四舍五入取整，最后將整數(shù)編碼為7位二進(jìn)制序列，作為pcm編碼的低7位。（2）pcm譯碼器系統(tǒng) pcm解碼器中首先分離并行數(shù)據(jù)中的最高位（極性碼）和7位數(shù)據(jù)，然后將7位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)值，再進(jìn)行歸一化、擴(kuò)張后與雙極性碼相乘得出解碼值。（3）pcm編譯碼器整體系統(tǒng)5、數(shù)字信號(hào)基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1） 編程實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)基帶信號(hào)的波形、碼型轉(zhuǎn)換包括：?jiǎn)螛O性非歸零碼、單極性歸零碼、雙極性非歸零碼、雙極性歸零碼、ami碼。單極性非歸零碼：用電平1來(lái)表示二元信息中的“1”，用電平0來(lái)表示二元信息中的“0”，電平在

14、整個(gè)碼元的時(shí)間里不變，記作nrz碼。單極性歸零碼：它與單極性非歸零碼不同處在于輸入二元信息為1時(shí)，給出得碼元前半時(shí)間為1，后半時(shí)間為0，輸入0則完全相同。雙極性非歸零碼：它與單極性非歸零碼類(lèi)似，區(qū)別在于雙極性使用電平-1來(lái)表示信息0.雙極性歸零碼：此種碼型比較特殊，它使用前半時(shí)間1,、后半時(shí)間0來(lái)表示1；采用前半時(shí)間-1、后半時(shí)間0來(lái)表示信息0.因此它具有3個(gè)電平，嚴(yán)格的說(shuō)是一種三元碼（電平1,0，-1）。ami碼：全稱(chēng)是傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼。其編碼規(guī)則是將消息碼中的“1”交替變成“+1”和“-1”，將消息碼中的“0”仍保持為“0”。（2） 波形、碼型的功率譜分布的繪圖，包括：?jiǎn)螛O性非歸零碼、單極性

15、歸零碼、雙極性非歸零碼、雙極性歸零碼、ami碼。數(shù)字基帶信號(hào)一般是隨機(jī)信號(hào)，因此分析隨隨機(jī)信號(hào)的頻譜特性要用功率譜密度來(lái)分析。一般來(lái)說(shuō)求解功率譜是一件相當(dāng)困難的事情，但由于上述幾種碼型比較簡(jiǎn)單，因此可以求出功率譜。（3）編程實(shí)現(xiàn)基帶 傳輸系統(tǒng)的誤碼率計(jì)算：二電平誤碼率計(jì)算。6、數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）2ask調(diào)制/相干解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（2）2ask調(diào)制/非相干解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包絡(luò)檢波法）產(chǎn)生二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的方法，或稱(chēng)調(diào)制方法，主要有兩種。第一種采用相乘電路法，用基帶信號(hào)和載波相乘就得到了已調(diào)信號(hào)輸出。第二種是采用開(kāi)關(guān)電路法。在振幅鍵控中載波幅度是隨著基帶信號(hào)的變化而變化的。使載波在二進(jìn)制基

16、帶信號(hào)1或0的控制下通或斷，即用載波幅度的有或無(wú)來(lái)代表信號(hào)中的“1”或“0”，這樣就可以得到2ask信號(hào)，這種二進(jìn)制振幅鍵控方式稱(chēng)為通斷鍵控（ook）。其時(shí)域數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （1）式中，a為未調(diào)載波幅度，為載波角頻率，為符合下列關(guān)系的二進(jìn)制序列的第n個(gè)碼元： （2）綜合式1和式2，令a1，則2ask信號(hào)的一般時(shí)域表達(dá)式為：式中，ts為碼元間隔，為持續(xù)時(shí)間 ts/2，ts/2 內(nèi)任意波形形狀的脈沖（分析時(shí)一般設(shè)為歸一化矩形脈沖），而就是代表二進(jìn)制信息的隨機(jī)單極性脈沖序列。采用相乘電路產(chǎn)生二進(jìn)制ask信號(hào)時(shí)，用基帶信號(hào)a（t）與載波coswt相乘就得到已調(diào)信號(hào)輸出。2ask信號(hào)解調(diào)時(shí)可采用相干解調(diào)

17、法和包絡(luò)檢波法，包絡(luò)檢波法解調(diào)器是用整流器和低通濾波器構(gòu)成的；相干解調(diào)中相乘電路需要有相干載波coswt,它必須從接收信號(hào)中提取，并且和接收信號(hào)的載波同頻同相，所以這種方法比包絡(luò)檢波法要復(fù)雜得多。2ask信號(hào)調(diào)制器方框圖如下：2ask信號(hào)的解調(diào)原理圖如下：三、 主要功能的實(shí)現(xiàn)1、信源平均信息量的計(jì)算(以高斯分布的信源為例)（1）程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）（2）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：2、離散信道容量的計(jì)算(以輸入符號(hào)等概分布為例)（1）程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）（2）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：3、信源編碼過(guò)程(以huffman編碼為例)（1）程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）（2）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：4、 pcm編譯

18、碼器設(shè)計(jì)及應(yīng)用13折線(xiàn)近似的pcm編碼器測(cè)試模型及仿真結(jié)果如下：13折線(xiàn)近似的pcm解碼器測(cè)試模型及仿真結(jié)果如下：pcm編碼器系統(tǒng)（子系統(tǒng)）設(shè)計(jì)如下：pcm譯碼器系統(tǒng)（子系統(tǒng)）設(shè)計(jì)如下：pcm編譯碼器整體設(shè)計(jì)如下：pcm編譯碼器運(yùn)行結(jié)果如下：（1） 輸入模擬語(yǔ)音信號(hào)觀(guān)察其輸出波形如下：（2） 輸入數(shù)字信號(hào)觀(guān)察其輸出波形如下：5.1編程實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)基帶信號(hào)的波形、碼型轉(zhuǎn)換包括：?jiǎn)螛O性非歸零碼、單極性歸零碼、雙極性非歸零碼、雙極性歸零碼、ami碼。（1）單極性非歸零碼程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：（2）單極性歸零碼程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：（3）雙極性非歸零碼程序代碼見(jiàn)

19、附件（程序清單）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：（4）雙極性歸零碼程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）運(yùn)行結(jié)果截圖如下： （5）ami碼程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：5.2波形、碼型的功率譜分布的繪圖，包括：?jiǎn)螛O性非歸零碼、單極性歸零碼、雙極性非歸零碼、雙極性歸零碼、ami碼。（1）單極性非歸零碼程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：（2）單極性歸零碼程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：（3）雙極性非歸零碼程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：（4）雙極性歸零碼程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：（5）ami碼程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：5.3編程實(shí)現(xiàn)基帶傳輸

20、系統(tǒng)的誤碼率計(jì)算：二電平誤碼率計(jì)算。程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：6、數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）2ask調(diào)制/相干解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：a、 各信號(hào)波形b、 各信號(hào)頻譜 （2）2ask調(diào)制/非相干解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包絡(luò)檢波法）程序代碼見(jiàn)附件（程序清單）運(yùn)行結(jié)果截圖如下：a、各信號(hào)波形b、各信號(hào)頻譜4、 功能模塊的分析與流程圖1、信息論基本運(yùn)算模塊（1）通過(guò)系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)高斯隨機(jī)信源，再求出它的平均信息量。（2）編寫(xiě)hmessage(the average mutual information)函數(shù)求出平均互信息，編寫(xiě)message(discrete

21、 entropy)函數(shù)，求出離散信息熵，調(diào)用hmessage函數(shù)和message函數(shù)得出hf和hx,最后信道容量c=hx-hf。（3）先編寫(xiě)huffman函數(shù)，對(duì)系列排序并求出huffman編碼。調(diào)用huffman函數(shù)得出編碼后的碼字2、pcm編譯碼的設(shè)計(jì)及運(yùn)用模塊pcm編譯碼器的步驟框圖如下:低通壓縮抽 樣量 化編 碼低通擴(kuò)張解 調(diào)解 碼信道接 收輸入輸出pcm即脈沖編碼調(diào)制，在通信系統(tǒng)中完成將語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化功能。pcm的實(shí)現(xiàn)主要包括三個(gè)步驟完成：抽樣、量化、編碼。分別完成時(shí)間上離散、幅度上離散、及量化信號(hào)的二進(jìn)制表示。根據(jù)ccitt的建議，為改善小信號(hào)量化性能，采用壓擴(kuò)非均勻量化，有兩種建

22、議方式，分別為a律和律方式，我國(guó)采用了a律方式，由于a律壓縮實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，常使用 13 折線(xiàn)法編碼,采用非均勻量化pcm編碼。a律壓擴(kuò)特性是連續(xù)曲線(xiàn)，a值不同壓擴(kuò)特性亦不同，在電路上實(shí)現(xiàn)這樣的函數(shù)規(guī)律是相當(dāng)復(fù)雜的。實(shí)際中，往往都采用近似于a律函數(shù)規(guī)律的13折線(xiàn)（a=87.6）的壓擴(kuò)特性。這樣，它基本上保持了連續(xù)壓擴(kuò)特性曲線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，又便于用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)中所用到的pcm編碼正是采用這種壓擴(kuò)特性來(lái)進(jìn)行編碼的。下表列出了13折線(xiàn)時(shí)的值與計(jì)算值的比較。0101按折線(xiàn)分段時(shí)的01段落12345678斜率16168421表中第二行的值是根據(jù)時(shí)計(jì)算得到的，第三行的值是13折線(xiàn)分段時(shí)的值?？梢?jiàn)，13折線(xiàn)各段

23、落的分界點(diǎn)與曲線(xiàn)十分逼近，同時(shí)按2的冪次分割有利于數(shù)字化。 編碼是把量化后的信號(hào)變換成代碼，其相反的過(guò)程稱(chēng)為譯碼。當(dāng)然，這里的編碼和譯碼與差錯(cuò)控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。 在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來(lái)分，大致可分為兩大類(lèi)：低速編碼和高速編碼。通信中一般都采用第二類(lèi)。編碼器的種類(lèi)大體上可以歸結(jié)為三類(lèi)：逐次比較型、折疊級(jí)聯(lián)型、混合型。在逐次比較型編碼方式中，無(wú)論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的順序排列。下面結(jié)合13折線(xiàn)的量化來(lái)加以說(shuō)明。 段落碼 段內(nèi)碼段落序號(hào)段落碼量化級(jí)段內(nèi)碼81111511111411107110131101121100610111

24、10111010105100910018100040117011160110301050101401002001300112001010001000100000 pcm編碼輸出的二進(jìn)制序列中，每個(gè)樣值用8位二進(jìn)制碼來(lái)表示，其中最高比特位是樣值的正負(fù)極性，規(guī)定負(fù)極性為用0表示，正極性用1表示，接下來(lái)三位為段落碼，最后四位是樣值處于段落內(nèi)16個(gè)均勻間隔上的間隔序號(hào)。5、 程序及simulink調(diào)試1、 在離散信道容量的計(jì)算(以輸入符號(hào)等概分布為例)引用程序文件hmessage.m文件中誤將function r=hmessage(x,f,nx,my)搞成了function r=message(x,f

25、,nx,my)結(jié)果出現(xiàn)如下報(bào)錯(cuò)：? input argument nx is undefined.error in = hmessage at 3for i=1:nx改正后運(yùn)行正常，出現(xiàn)平均互信息量hf 、此離散信源的平均信息量r、信道的信道容量c 的正確求值結(jié)果。2、 在波形、碼型的功率譜分布的繪圖時(shí)把相應(yīng)引用程序文件中的grid 值設(shè)置錯(cuò)誤（以單極性非歸零碼威力）導(dǎo)致無(wú)法正常顯示波形、碼型的功率譜分布。例如在單極性非歸零碼的求波形、碼型的功率譜分布時(shí)snrz.m文件代碼中g(shù)rid 設(shè)置為300而在單極性非歸零碼波形、碼型的功率譜分布繪圖的主程序中m設(shè)置為64結(jié)果出現(xiàn)以下報(bào)錯(cuò)：? error

26、 using = plotvectors must be the same lengths.error in = untitleddanfeigonglv at 14plot(f,10*(log10(ys);將snrz.m文件代碼中g(shù)rid 設(shè)置為64后程序運(yùn)行正常出現(xiàn)正確的功率譜分布圖像。3、在解碼子系統(tǒng)的block parameter:mux1中number of inputs設(shè)置參數(shù)時(shí)將其設(shè)置為8，結(jié)果出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)，分析其原因?yàn)閙ux1只能接收7位二進(jìn)制序列應(yīng)將其設(shè)置為7。將其設(shè)置為7后報(bào)錯(cuò)消失，系統(tǒng)運(yùn)行正常能夠顯示出輸入模擬話(huà)音信號(hào)的正確輸出波形和輸入數(shù)字信號(hào)的正確輸出波形。六、心得體會(huì)這

27、次通信原理的課程設(shè)計(jì)本來(lái)計(jì)劃是兩周完成，但是由于一些因素，我們壓縮了一半的時(shí)間，這對(duì)我們來(lái)說(shuō)不能不說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)。時(shí)間緊任務(wù)重，無(wú)時(shí)無(wú)刻不被這個(gè)課程設(shè)計(jì)搞得神經(jīng)緊繃。特別是剛開(kāi)始的時(shí)候，彭老師讓我們?nèi)D書(shū)館查資料，說(shuō)真的我真的不知道如何下手了。逼著自己去想，去找，結(jié)果發(fā)現(xiàn)圖書(shū)館的資料真是“神似”??！車(chē)到山前必有路，我們從圖書(shū)館、網(wǎng)上找到一些資料，然后仔細(xì)研究討論，漸漸地有了一些眉目。俗話(huà)說(shuō)萬(wàn)世開(kāi)頭難。接下來(lái)，總該做的順利一些了吧。結(jié)果可以引用方志敏的一句話(huà)：“你們想錯(cuò)了?！泵鎸?duì)資料里的各種信息，我不斷的甄別、調(diào)整。按資料上的不行，我就考慮到底是哪些地方出錯(cuò)了，然后一步步調(diào)。程序不對(duì)就改，數(shù)據(jù)不對(duì)

28、就調(diào)。就這樣一個(gè)個(gè)題目慢慢的有了結(jié)果，雖然速度慢了點(diǎn)，但還是很高興。不僅如此，這次課程設(shè)計(jì)讓我再一次感受到掌握matlab這個(gè)軟件對(duì)我們通信專(zhuān)業(yè)學(xué)生的重要性。因?yàn)槲覀兺ㄐ旁淼膶?shí)驗(yàn)是在通信實(shí)驗(yàn)室用通信實(shí)驗(yàn)箱做的，本以為課程設(shè)計(jì)會(huì)和實(shí)驗(yàn)一樣，結(jié)果課程設(shè)計(jì)卻是用matlab設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)。雖然這學(xué)期我們學(xué)了matlab但用它來(lái)設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)卻是頭一次。在接下來(lái)的幾天里我充分體會(huì)到matlab這個(gè)軟件的功能之強(qiáng)大，運(yùn)用之寬廣。尤其是pcm編譯碼器系統(tǒng)用simulink仿真，有許多模塊是以前沒(méi)有接觸過(guò)的，所以得慢慢摸索，在摸索中學(xué)著如何運(yùn)用。除此之外，從這次課程設(shè)計(jì)中我還得到了一些其它的體會(huì)。比如在編寫(xiě)波

29、形、碼型的功率譜分布的繪圖的程序時(shí)，我就糾結(jié)于是在時(shí)域顯示還是在頻域顯示。最終我還是選擇了在頻域顯示。這讓我體會(huì)到有時(shí)到達(dá)一個(gè)目的地可以選擇不同的路徑。在后來(lái)的2ask調(diào)制/相干解調(diào)器和非相干解調(diào)系統(tǒng)（包絡(luò)檢波法）設(shè)計(jì)中我同樣面臨著不同的選擇，選擇編程實(shí)現(xiàn)或是用simulink對(duì)系統(tǒng)建模。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題我選擇了編程。有時(shí)就是這樣，我們要選擇最簡(jiǎn)的路勁去完成任務(wù)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)我明白了，我們掌握的理論知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以滿(mǎn)足我們實(shí)際操作的需要。我們要加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與拓展，由點(diǎn)到線(xiàn)，由線(xiàn)到面，不斷地學(xué)習(xí)理論知識(shí)。但是僅僅依靠理論知識(shí)，那只是紙上談兵。就像這次課設(shè)中的一些問(wèn)題，咋一看和書(shū)上的差不多，

30、但如果直接把書(shū)上的拿來(lái)就用，會(huì)發(fā)現(xiàn)根本就不是那回事。所以我們必須及時(shí)的把理論知識(shí)運(yùn)用到我們的實(shí)踐中去。在實(shí)踐中發(fā)展和完善理論。最終把理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，把自己鍛煉成一個(gè)合格實(shí)用的通信人才。七、評(píng)分表課程設(shè)計(jì)評(píng)分表課程名稱(chēng)： 通信原理 項(xiàng) 目評(píng) 價(jià)設(shè)計(jì)方案的合理性與創(chuàng)造性設(shè)計(jì)與調(diào)試結(jié)果設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的質(zhì)量答辯陳述與回答問(wèn)題情況課程設(shè)計(jì)周表現(xiàn)情況綜合成績(jī) 教師簽名： 日 期： 八、附件（程序清單）1、信源平均信息量的計(jì)算(以高斯分布的信源為例)syms x u ou=3;o=4;f=1/(u*sqrt(2*pi)*exp(-(x-o)2/2*u2);t=-f*log(f)/log(2);r=int(t

31、,-inf,inf);disp(平均信息量為)r=double(r)2、離散信道容量的計(jì)算(以輸入符號(hào)等概分布為例)（1）message.m文件代碼如下：function r=message(x,n)r=0;for i=1:n r=r-x(i)*log(x(i)/log(2);end;disp(此離散信源的平均信息量為:)r（2） hmessage.m文件代碼如下：function r=hmessage(x,f,nx,my)sum=0;for i=1:nx for j=1:my t=f(i,j)*x(i); if t=0 sum=sum-t*log(f(i,j)/log(2); end; en

32、d;end;r=sum;disp(平均互信息量為:)double(r)（3） 主程序代碼如下： clear;x=0.25,0.25,0.25,0.25;f1=1/2 1/2 0 0;0 1/2 1/2 0;0 0 1/2 1/2;1/2 0 0 1/2;hf=hmessage(x,f1,4,4)hx=message(x,4)disp(信道的信道容量為:) c=hx-hf3、 信源編碼過(guò)程(以huffman編碼為例)(1) huffman.m文件代碼如下：function h,l=huffman (p)if (length(find(p10e-10) error(not a prob.vecto

33、r,component do not add to 1) endn=length(p); q=p; m=zeros(n-1,n);for i=1:n-1 q,l=sort(q); m(i,:)=l(1:n-i+1),zeros(1,i-1); q=q(1)+q(2),q(3:n),1; endfor i=1:n-1 c(i,:)=blanks(n*n);endc(n-1,n)=0; c(n-1,2*n)=1; for i=2:n-1 c(n-i,1:n-1)=c(n-i+1,n*(find(m(n-i+1,:)=1)-(n-2):n*(find(m(n-i+1,:)=1); c(n-i,n)=

34、0; c(n-i,n+1:2*n-1)=c(n-i,1:n-1); c(n-i,2*n)=1; for j=1:i-1 c(n-i,(j+1)*n+1:(j+2)*n)=c(n-i+1,n*(find(m(n-i+1,:)=j+1)-1)+1:n*find(m(n-i+1,:)=j+1); end; end for i=1:n h(i,1:n)=c(1,n*(find(m(1,:)=i)-1)+1:find(m(1,:)=i)*n); ll(i)=length(find(abs(h(i,:)=32); end l=sum(p.*ll);（2）主程序如下：p=1/2,1/4,1/8,1/16,1

35、/16 h,l=huffman(p)4、編程實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)基帶信號(hào)的波形、碼型轉(zhuǎn)換：（1） 單極性非歸零碼snrz.m文件代碼如下：function y=snrz(x)grid =300;t=0:1/grid:length(x);for i=1:length(x); if(x(i)=1), for j=1:grid, y(i-1)*grid+j)=1; end else for j=1:grid, y(i-1)*grid+j)=0; end endendy=y,x(i);m=max(y);m=min(y)plot(t,y);axis(0,i,m-0.1,m+0.1);title(1 0 0 1 1

36、0 0 0 0 1 0 1);主程序如下：t=1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1;snrz(t);(2)單極性歸零碼srz文件代碼如下：function y=srz(x)grid =300;t=0:1/grid:length(x);for i=1:length(x); if(x(i)=1), for j=1:grid/2, y(grid/2*(2*i-2)+j)=1; y(grid/2*(2*i-1)+j)=0; end else for j=1:grid/2, y(i-1)*grid+j)=0; end endendy=y,x(i);m=max(y);axis(0 12 0 1.

37、2)subplot(2,1,1);plot(t,y);title(1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1);主程序如下：t=1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1;srz(t);（3） 雙極性非歸零碼dnrz函數(shù)代碼如下：function y=dnrz(x)grid =300;t=0:1/grid:length(x);for i=1:length(x); if(x(i)=1), for j=1:grid, y(i-1)*grid+j)=1; end else for j=1:grid, y(i-1)*grid+j)=-1; end endendy=y,x(i);m=max(y)

38、;m=min(y)plot(t,y);axis(0,i,m-0.1,m+0.1);title(1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1);主程序如下：t=1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1;dnrz(t);(4) 雙極性歸零碼drz.m文件代碼如下：function y=drz(x)grid=300;t=0:1/grid:length(x);for i=1:length(x); if (x(i)=1), for j=1:grid/2, y(grid/2*(2*i-2)+j)=1; y(grid/2*(2*i-1)+j)=0; end else for j=1:grid/2,

39、y(grid/2*(2*i-2)+j)=-1; y(grid/2*(2*i-1)+j)=0; end endendy=y,x(i);m=max(y);m=min(y)subplot(211);plot(t,y);axis(0 i m-0.1 m+0.1)title(1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1);主程序如下：t=1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1;drz(t);（5）ami碼ami.m文件代碼如下：function y=ami(x)grid =300;t=0:1/grid:length(x);num=0; for i=1:length(x); if(x(i)=0)

40、 for j=1:grid, y(i-1)*grid+j)=0; end else (x(i)=1) num=num+1; if num/2=fix(num/2) for j=1:grid, y(i-1)*grid+j)=1; end else for j=1:grid, y(i-1)*grid+j)=-1; end end endendy=y,x(i);m=max(y);m=min(y)plot(t,y);axis(0,i,m-0.1,m+0.1);主程序如下：t=1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1;ami(t);5、波形、碼型的功率譜分布的繪圖（1）單極性非歸零碼主程序如下：n

41、=1024;m=64;s=n/m;x=round(rand(1,s);rb=2;t=1/rb;dt=t/m;f=1/n/dt;fs=1/dt;y=snrz(x);ys=abs(fft(y).2/(n2);f=0:f:fs;figure(2)plot(f,10*(log10(ys);（2）單極性歸零碼主程序如下：n=1024;m=64;s=n/m;x=round(rand(1,s);rb=2;t=1/rb;dt=t/m;f=1/n/dt;fs=1/dt;y=srz(x);ys=abs(fft(y).2/(n2);f=0:f:fs;figure(2)plot(f,10*(log10(ys);（3）

42、雙極性非歸零碼主程序如下：n=1024;m=64;s=n/m;x=round(rand(1,s);rb=2;t=1/rb;dt=t/m;f=1/n/dt;fs=1/dt;y=dnrz(x);ys=abs(fft(y).2/(n2);f=0:f:fs;figure(2)plot(f,10*(log10(ys);（4）雙極性歸零碼主程序如下：n=1024;m=64;s=n/m;x=round(rand(1,s);rb=2;t=1/rb;dt=t/m;f=1/n/dt;fs=1/dt;y=drz(x);ys=abs(fft(y).2/(n2);f=0:f:fs;figure(2)plot(f,10*

43、(log10(ys);（5）ami碼主程序如下：n=1024;m=64;s=n/m;x=round(rand(1,s);rb=2;t=1/rb;dt=t/m;f=1/n/dt;fs=1/dt;y=ami(x);ys=abs(fft(y).2/n2;f=0:f:fs;figure(2)plot(f,10*(log10(ys);6、二電平誤碼率計(jì)算。主程序如下：clear all;sn=0.1:0.01:100;snlg=20*log10(sn);sdouble=sqrt(sn);ssingle=sqrt(sn/2);bdouble=xiu(sdouble);bsingle=xiu(ssingle);x=semilogy(sn