通信工程专业综合设计要求.docx
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通信工程专业综合设计要求
课程设计说明书
题目：
数字基带/频带通信系统设计
学生姓名：
学院：
班级：
指导教师：
年月日
内蒙古工业大学课程设计任务书
课程名称：
___学院：
班级：
___
学生姓名：
___学号：
_指导教师：
一、题目
数字基带/频带通信系统设计
二、目的与意义
‘“数字基带/频带通信系统设计”是针对电子通信专业学生的实践教学环节，通过设计，要求学生利用所学专业知识和软件、硬件工具，掌握通信系统的分析、设计、仿真及调试技巧，深入理解通信系统的基本组成，扩张专业背景知识，培养工程技能和实际操作能力。
三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）
1.系统软件仿真：
通过MATLAB编程对典型通信系统（如数字基带传输系统和数字频带传输系统）的各组成部分进行建模和仿真分析，实现通信系统仿真。
2.系统硬件设计：
基于通信原理实验平台，按照系统设计方案，搭建硬件调试电路，实现通信系统的硬件设计与调试。
3.分析结果，完成报告：
分析比较软件仿真结果与硬件调试结果，完成设计报告。
四、工作内容、进度安排
1.查阅资料：
搜集通信系统相关资料，熟悉通信系统相关内容（1天）
2.方案选择与设计：
根据要求选择通信系统设计方案，定义各模块仿真函数，确定所使用的硬件电路板，写出硬件设计思想与步骤。
（1天）
3.子模块实现：
利用MATLAB仿真语言编写模块函数，仿真实现各模块功能，搭建硬件电路调试。
（5天）
4.系统实现：
将各子模块连接，调试主程序实现系统功能，完成硬件调试。
（2天）
5.考试与设计报告撰写：
完成课程设计考试，整理设计资料及内容，撰写设计报告。
（1天）
五、主要参考文献
1、《通信系统仿真》教材
2、《MATLAB及在电子信息类课程中的应用》，唐向宏等，电子工业出版社。
3、《通信原理》，樊昌信等，国防工业出版社。
审核意见
系（教研室）主任（签字）
指导教师下达时间年月日
指导教师签字：
_______________
通信工程专业综合设计（仿真部分）要求
一、设计目的与任务
通过MATLAB编程对典型通信系统（如数字基带传输系统和数字频带传输系统）的各组成部分进行建模和仿真分析，加深学生对通信系统各组成部分的理解；在此基础上，连接各个独立的功能模块组成不同的通信系统，完成相应的信息传递功能，并根据仿真分析结果对所设计通信系统的传输质量进行评价。
通过本设计，希望进一步提高和挖掘学生对所学专业知识的应用能力和创新意识，培养和锻炼学生的团队合作精神和科研开发精神，为学生后续的毕业设计以及将来进入社会从事相关工作奠定基础。
二、设计内容
设计题目有两个：
数字基带传输系统的MATLAB仿真实现和数字频带传输系统的MATLAB仿真实现。
每三个学生一组，每组学生合作完成任意一个题目的软、硬件设计。
每个设计题目又包括：
各独立功能模块（A/D转换、码型变换或数字调制、随机噪声信道、抽样判决、码型反变换或数字解调制、D/A转换等）的MATLAB仿真实现以及相应通信系统的建模。
每个同学必须独立完成一个完整系统的仿真设计，每组三个同学合作完成系统的硬件设计。
所要求的每一设计子内容都分成基本任务和选做任务两种，基本任务必须做，选做任务可以不做。
典型数字通信系统组成
三、考核方式
仿真成绩＝平时成绩（20％）＋设计成绩（80％）
通信工程专业综合设计报告
（仿真部分）
内容：
数字基带传输系统的MATLAB仿真实现
班级：
学号：
姓名：
指导教师：
仿真成绩：
同组人姓名：
设计内容一：
数字基带传输系统的MATLAB仿真实现（80分）
系统组成：
一、A/D转换
（一）基本任务：
单频正弦波模拟信号的简单数字化。
即对一个单频正弦波模拟信号进行抽样、均匀量化、PCM二进制自然编码。
1、主要步骤和要求：
（1）单频正弦波模拟信号的抽样实现。
要求输入信号的幅度A、频率F和相位P可变；要求仿真时间从0到2/F，抽样频率为Fs=20F；要求给出抽样信号samp的波形图。
（2）单频正弦波模拟信号均匀量化的实现。
要求对抽样信号sampl归一化后再进行均匀量化；要求量化电平数D可变；要求输出信号为平顶正弦波；要求给出量化输出信号quant的波形图，并与抽样信号samp画在同一图形窗口中进行波形比较。
（3）单频正弦波模拟信号PCM二进制自然编码的实现。
要求按量化序号给出PCM二进制自然编码；要求给出编码后的数字序列pcm。
2、程序代码及说明：
function[sampl,quant,pcm]=a_d_1（A,F,P,D）
%输入变量A,F,P分别为输入信号的幅度、频率和相位；D为量化电平数；输出%变量sampl为抽样后的输入信号；quant为均匀量化后的输出信号；pcm为编%码后的PCM二进制自然编码数字序列。
%单频正弦波模拟信号的抽样实现%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%单频正弦波模拟信号均匀量化的实现%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%单频正弦波模拟信号PCM二进制自然编码的实现%
%以下列出你自己编写的代码%
…
3、测试内容及结果：
测试信号：
[sampl,quant,pcm]=a_d_1（3,32000,0,14）；
%以下给出程序运行后的波形图及输出数据%
…
（二）选做任务：
单频正弦波模拟信号的特殊数字化。
按给定要求对一个单频正弦波模拟信号进行数字化。
1、主要步骤和要求：
（1）单频正弦波模拟信号的抽样实现。
要求输入信号的幅度A、频率F和相位P可变；要求仿真时间从0到2/F，抽样频率为Fs=20F；要求给出抽样信号samp的波形图。
（2）单频正弦波模拟信号非均匀量化的实现。
要求对抽样信号sampl归一化后再分别进行满足A律和u律压缩的非均匀量化；要求压缩参数a、u可变；要求量化电平数D可变；要求输出信号为平顶正弦波；要求给出量化输出信号quant1和quant2的波形图，并与抽样信号samp画在同一图形窗口中进行波形比较。
（3）单频正弦波模拟信号PCM二进制折叠编码的实现。
要求按量化序号给出PCM二进制折叠编码；要求给出编码后的数字序列pcm1和pcm2。
2、程序代码及说明：
function[sampl,quant1,quant2，pcm1，pcm2]=a_d_2（A,F,P,D,a,u）
%输入变量A,F,P分别为输入信号x的幅度、频率和相位；D为量化电平数；a,u%为A律和u律压缩的压缩参数；输出变量sampl为抽样后的输入信号；quant1
%为A律压缩非均匀量化后的输出信号；quant2为u律压缩非均匀量化后的输出%信号,pcm1为quant1编码后的PCM二进制折叠编码数字序列，pcm2为quant2
%编码后的PCM二进制折叠编码数字序列。
%单频正弦波模拟信号的抽样实现%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%单频正弦波模拟信号非均匀量化的实现%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%单频正弦波模拟信号PCM二进制折叠编码的实现%
%以下列出你自己编写的代码%
…
3、测试内容及结果：
测试信号：
[sampl,quant1,quant2，pcm1，cm2]=a_d_2（3,32000,0,14,87.6,255）；
%以下给出程序运行后的波形图及输出数据%
…
二、码型变换
（一）基本任务：
原始PCM脉冲编码信号的AMI码型和CMI码型变换。
1、主要步骤和要求：
（1）把原始的PCM脉冲编码信号转换成适合在信道中传输的AMI码型。
要求PCM码可以是数字型也可以是字符型，要求画出AMI码型变换前后的波形图。
（2）把原始的PCM脉冲编码信号转换成适合在信道中传输的CMI码型。
要求PCM码可以是数字型也可以是字符型，要求画出CMI码型变换前后的波形图。
2、程序代码及说明：
（1）AMI码型变换程序代码及说明
functionchanged_ami=signal_encod_1（pcm）
%输入信号pcm为原始的PCM脉冲编码信号，输出信号changed_ami为码型变换
%后的AMI码型数字序列。
%检测原始PCM脉冲编码信号的类型%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%对原始PCM脉冲编码信号进行1的个数的奇偶检测，若为奇数个则补1%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%AMI码型变换%
%以下列出你自己编写的代码%
…
（2）CMI码型变换程序代码及说明
functionchanged_cmi=signal_encod_2（pcm）
%输入信号pcm为原始的PCM脉冲编码信号，输出信号changed_cmi为码型变换
%后的CMI码型数字序列。
%检测原始PCM脉冲编码信号的类型%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%对原始PCM脉冲编码信号进行1的个数的奇偶检测，若为奇数个则补1%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%CMI码型变换%
%以下列出你自己编写的代码%
…
测试信号：
pcm=’100001000011000011’;
changed_ami＝signal_encod_1（pcm）；
changed_cmi=signal_encod_2（pcm）；
%以下给出程序运行后的波形图及输出数据%
…
（二）选做任务：
原始PCM脉冲编码信号的HDB3码型转换。
1、主要步骤和要求：
把原始的PCM脉冲编码信号转换成适合在信道中传输的HDB3码型。
要求PCM码可以是数字型也可以是字符型；要求保证输入的PCM脉冲编码信号中1的个数为偶数；要求编码原理符合《通信原理》（樊昌信编著）P97页所述；要求画出HDB3码型变换前后的波形图。
2、程序代码及说明：
functionchanged_hdb3＝signal_encod_3（pcm）
%输入信号pcm为原始的PCM脉冲编码信号，输出信号changed_hdb3为码型变换%后的HDB3码型数字序列。
%检测原始PCM脉冲编码信号的类型%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%对原始PCM脉冲编码信号进行1的个数的奇偶检测，若为奇数个则补1%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%HDB3码型变换%
%以下列出你自己编写的代码%
…
测试信号：
pcm=’100001000011000011’;
changed_hdb3＝signal_encod_3（pcm）；
%以下给出程序运行后的波形图及输出数据%
…
三、随机噪声信道的MATLAB仿真实现
（一）基本任务：
简单随机噪声信道的MATLAB仿真实现。
1、主要步骤和要求：
（1）要求AMI码型数字序列经过一个常用的AWGN信道；要求AMI码型数字序列可以是数字型也可以是字符型；要求信道信噪比snr可变；要求在同一个figure中给出输入信号changed_ami和输出信号ami_after_channel的波形图。
（2）要求CMI码型数字序列经过一个常用的AWGN信道；要求CMI码型数字序列可以是数字型也可以是字符型；要求信道信噪比snr可变；要求在同一个figure中给出输入信号changed_cmi和输出信号cmi_after_channel的波形图。
2、程序代码及说明：
（1）AMI＋AWGN程序代码及说明
functionami_after_channel=channel_1（changed_ami,snr）
%输入变量changed_ami为AMI码型数字序列，snr为AWGN信道的信噪比；输出%变量ami_after_channel为经过AWGN信道后的AMI码型数字序列。
%检测AMI码型数字序列的类型%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%随机噪声信道的MATLAB仿真实现%
%以下列出你自己编写的代码%
…
（2）CMI＋AWGN程序代码及说明
functioncmi_after_channel=channel_2（changed_cmi,snr）
%输入变量changed_cmi为CMI码型数字序列，snr为AWGN信道的信噪比；输出%变量cmi_after_channel为经过AWGN信道后的CMI码型数字序列。
%检测CMI码型数字序列的类型%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%随机噪声信道的MATLAB仿真实现%
%以下列出你自己编写的代码%
…
测试信号：
changed_ami=’-1000010000-110000-11’；
changed_cmi＝‘110101010100010101011100010101011100’；
ami_after_channel=channel_1（changed_ami,20）；
cmi_after_channel=channel_2（changed_cmi,20）；
%以下给出程序运行后的波形图及输出数据%
…
（二）选做任务：
特殊随机噪声信道的MATLAB仿真实现。
1、主要步骤和要求：
要求HDB3码型数字序列经过一个常用的AWGN信道；要求HDB3码型数字序列可以是数字型也可以是字符型；要求信道信噪比snr可变；要求输入信号的功率值sigpower可调；要求在同一个figure中给出输入信号changed_hdb3和输出信号hdb3_after_channel的波形图。
2、程序代码及说明：
functionhdb3_after_channel=channel_3（changed_hdb3,snr,sigpower）
%输入变量changed_hdb3为HDB3码型数字序列，snr为AWGN信道的信噪比，%sigpower为输入信号的功率值；输出变量hdb3_after_channel为经过AWGN
%信道后的HDB3码型数字序列。
%检测HDB3码型数字序列的类型%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%随机噪声信道的MATLAB仿真实现%
%以下列出你自己编写的代码%
…
测试信号：
changed_hdb3=’-1000-V1000V-11-B00-V1-1’；
hdb3_after_channel=channel_3（changed_hdb3,20,1）；
%以下给出程序运行后的波形图及输出数据%
…
四、抽样判决的MATLAB仿真实现
（一）基本任务：
对经过随机噪声信道的AMI码型和CMI码型数字信号进行抽样判决，去除或减弱噪声的干扰。
1、主要步骤和要求：
（1）对经过信噪比可变随机噪声信道的AMI码型数字信号进行抽样判决，去除噪声的干扰。
要求AMI码型数字序列可以是数字型也可以是字符型；要求在同一图形窗口中画出抽样判决前后的波形图。
（2）对经过信噪比可变随机噪声信道的CMI码型数字信号进行抽样判决，去除噪声的干扰。
要求CMI码型数字序列可以是数字型也可以是字符型；要求在同一图形窗口中画出抽样判决前后的波形图。
2、程序代码及说明：
（1）AMI＋AWGN＋ADJUDGE程序代码及说明
functionadjudged_ami=adjudg_1（ami_after_channel，m）
%输入信号ami_after_channel为经过AWGN信道后的AMI码型数字信号，m为判%决门限值；输出变量adjudged_ami为抽样判决后的信号。
%检测加噪后的AMI码型数字序列类型%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%加噪AMI码型数字序列抽样判决的MATLAB仿真实现%
%以下列出你自己编写的代码%
…
（2）CMI＋AWGN＋ADJUDGE程序代码及说明
functionadjudged_cmi=adjudg_2（cmi_after_channel，m）
%输入信号cmi_after_channel为经过AWGN信道后的CMI码型数字信号，m为判%决门限值，输出变量adjudged_cmi为抽样判决后的信号。
%检测加噪后的CMI码型数字序列类型%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%加噪CMI码型数字序列抽样判决的MATLAB仿真实现%
%以下列出你自己编写的代码%
…
测试信号：
%以下给出程序运行后的波形图及输出数据%
…
（二）选做任务：
对经过随机噪声信道的HDB3码型数字信号进行抽样判决，去除或减弱噪声的干扰。
1、主要步骤和要求：
对经过信噪比可变、输入信号功率值可调的随机噪声信道的HDB3码型数字信号进行抽样判决，去除噪声的干扰。
要求HDB3码型数字序列可以是数字型也可以是字符型；要求在同一图形窗口中画出抽样判决前后的波形图。
2、程序代码及说明：
functionadjudged_hdb3=adjudg_3（hdb3_after_channel，m）
%输入信号hdb3_after_channel为经过AWGN信道后的HDB3码型数字信号，m为%判决门限值；输出变量adjudged_hdb3为抽样判决后的信号。
%检测加噪后的HDB3码型数字序列类型%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%加噪HDB3码型数字序列抽样判决的MATLAB仿真实现%
%以下列出你自己编写的代码%
…
五、码型反变换
（一）基本任务：
由抽样判决后的AMI码型和CMI码型数字序列恢复出原始的PCM脉冲编码信号。
1、主要步骤和要求：
（1）由抽样判决后的AMI码型数字序列恢复出原始的PCM脉冲编码信号（0、1信号）。
要求抽样判决后的AMI码型数字序列可以是数字型也可以是字符型；要求画出码型反变换前后的波形图。
（2）由抽样判决后的CMI码型数字序列恢复出原始的PCM脉冲编码信号。
要求抽样判决后的CMI码型数字序列可以是数字型也可以是字符型；要求画出码型反变换前后的波形图。
2、程序代码及说明：
（1）AMI码型反变换程序代码及说明
functionre_pcm=signal_decod_1（adjudged_ami）
%输入信号adjudged_ami为抽样判决后的AMI码型数字序列；输出信号re_pcm
%为恢复出的原始PCM脉冲编码信号。
%检测抽样判决后的AMI码型数字序列类型%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%AMI码型反变换%
%以下列出你自己编写的代码%
…
（2）CMI码型反变换程序代码及说明
functionre_pcm=signal_decod_2（adjudged_cmi）
%输入信号adjudged_cmi为抽样判决后的CMI码型数字序列；输出信号re_pcm
%为恢复出的原始PCM脉冲编码信号。
%检测抽样判决后的CMI码型数字序列类型%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%CMI码型反变换%
%以下列出你自己编写的代码%
…
测试信号：
%以下给出程序运行后的波形图及输出数据%
…
（二）选做任务：
由抽样判决后的HDB3码型数字序列恢复出原始的PCM脉冲编码信号。
1、主要步骤和要求：
由抽样判决后的HDB3码型数字序列恢复出原始的PCM脉冲编码信号（0、1信号）。
要求抽样判决后的HDB3码型数字序列可以是数字型也可以是字符型；要求画出码型反变换前后的波形图。
2、程序代码及说明：
functionre_pcm=signal_decod_3（adjudged_hdb3）
%输入信号adjudged_hdb3为抽样判决后的HDB3码型数字序列；输出信号re_pcm
%为恢复出的原始PCM脉冲编码信号。
%检测抽样判决后的HDB3码型数字序列类型%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%HDB3码型反变换%
%以下列出你自己编写的代码%
…
测试信号：
%以下给出程序运行后的波形图及输出数据%
…
六、D/A转换
（一）基本任务：
由PCM二进制自然编码序列恢复出单频正弦波模拟信号。
1、主要步骤和要求：
假设量化电平数D已知，要求由PCM二进制自然编码序列恢复出单频正弦波模拟信号。
要求PCM二进制自然编码序列可以是数字型也可以是字符型；要求对PCM二进制自然编码序列进行数据处理（按照量化电平数D推导出一个码字的码长n，如果PCM二进制自然编码序列的长度不是n的整数倍，则补0）；要求采用线性内插法，内插点数N可变；要求画出恢复出的量化电平值和单频正弦波模拟信号波形图。
2、程序代码及说明：
function[re_voltag,re_sampl]=d_a_1（re_pcm,D,N）
%输入信号re_pcm为PCM二进制自然编码序列，D为量化电平数，N为内插点数；%输出信号re_voltag为恢复出的量化电平值，re_sampl为恢复出的单频正弦波%模拟信号。
%检测PCM二进制自然编码序列的类型%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%对PCM二进制自然编码序列进行数据处理%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%由pcm二进制自然编码序列恢复出单频正弦波模拟信号%
%以下列出你自己编写的代码%
…
测试信号：
%以下给出程序运行后的波形图及输出数据%
…
（二）选做任务：
由PCM二进制折叠编码序列恢复出单频正弦波模拟信号。
1、主要步骤和要求：
假设量化电平数D已知，要求由PCM二进制折叠编码序列恢复出单频正弦波模拟信号。
要求pcm二进制折叠编码序列可以是数字型也可以是字符型；要求对PCM二进制折叠编码序列进行数据处理（按照量化电平数D推导出一个码字的码长n，如果PCM二进制折叠编码序列的长度不是n的整数倍，则补0）；要求采用线性内插法，内插点数N可变；要求画出恢复出的量化电平值和单频正弦波模拟信号波形图。
2、程序代码及说明：
function[re_voltag,re_sampl]=d_a_2（re_pcm,D,N）
%输入信号re_pcm为PCM二进制折叠编码序列，D为量化电平数，N为内插点数；%输出信号re_voltag为恢复出的量化电平值，re_sampl为恢复出的单频正弦波%模拟信号。
%检测PCM二进制折叠编码序列的类型%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%对PCM二进制折叠编码序列进行数据处理%
%以下列出你自己编写的代码%
…
%由pcm二进制折叠编码序列恢复出单频正弦波模拟信号%
%以下列出你自己编写的代码%
…
测试信号：
%以下给出程序运行后的波形图及输出数据%
…
七、通信系统的建模
（一）基本任务：
数字基带传输系统的MATLAB仿真实现。
1、主要步骤和要求：
数字基带传输系统的MATLAB仿真包括以下内容：
单频正弦波模拟信号经过抽样（要求仿真时间从0到2/F，抽样频率为Fs=20F）、均匀量化（量化电平数D可变）、PCM二进制自然编码、AMI码型变换后，发送到信噪比snr可变的AWGN信道，然后经过抽样判决、AMI码型反变换、D/A转换（内插点数N可变）后恢复出单频正弦波模拟信号。
要求给出抽样后的输入信号sampl和恢复出的输入信号re_sampl的波形图。
2、程序代码及说明：
function[sampl,re_sampl]=system_1（A,F，P，D,snr，N）
%输入变量A,F,P分别为输入信号的幅度、频率和相位，D为量化电平数，snr
%为信道信噪比，N为D/A转换时的内插点数；输出变量sampl为抽样后的输入
%信号，re_sampl为恢复出的输入信号。
%数字基带传输系统的MATLAB仿真实现%
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