通信原理课程设计报告样板Word格式.docx

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1.2课程设计的基本任务和要求

本次课程设计的基本任务：

（1）使学生通过专业课程设计掌握通信中常用的信号处理方法，能够分析简单通信系统的性能。

（2）使学生掌握通信电路的设计方法，能够进行设计简单的通信电路系统。

（3）了解通信工程专业的发展现状及发展方向。

（4）与运用学过的MATLAB基本知识，熟悉MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台的使用

课程设计中必须遵循下列要求：

（1）利用通信原理中学习的理论知识，在Simulik仿真平台中设计出各种调制与解调系统、基带传输系统、差错控制编解码系统等等，并按题目要求运行、检测系统仿真结果。

（2）构建调制电路，并用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。

（3）再以调制信号为输入，构建解调电路，用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。

（4）在调制与解调电路间加上噪声源，模拟信号在不同信道中的传输：

a用高斯白噪声模拟有线信道，b用瑞利噪声模拟有直射分量的无线信道，c用莱斯噪声模拟无直射分量的无线信道。

将三种噪声源的方差均设置为0.1，分析比较通过三种不同信道后的接收信号的性能。

（5）要求编写课程设计论文，正确阐述和分析设计和实验结果。

1.3设计平台

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。

在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。

Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink[1]。

　　Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。

为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI），这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

Simulik是MATLAB软件的扩展，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。

所谓模型化图形输入是指Simulik提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析[2]。

2设计原理

2.1Simulink工作环境

（1）模型库

在MATLAB命令窗口输入“simulink”并回车，就可进入Simulink模型库

单击工具栏上的

按钮也可进入

Simulik模块库按功能进行分为以下8类子库：

Continuous（连续模块）Discrete（离散模块）Function&

Tables（函数和平台模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Signals&

Systems（信号和系统模块）Sinks（接收器模块）Sources（输入源模块）用户可以根据需要混合使用歌库中的模块来组合系统，也可以封装自己的模块，自定义模块库、从而实现全图形化仿真。

Simulink模型库中的仿真模块组织成三级树结构Simulink子模型库中包含了Continous、Discontinus等下一级模型库Continous模型库中又包含了若干模块，可直接加入仿真模型。

图2-1Simulink工具箱

（2）设计仿真模型

在MATLAB子窗口或Simulink模型库的菜单栏依次选择“File”|“New”|“Model”，即可生成空白仿真模型窗口

图2-2新建仿真模型窗口

（3）运行仿真

两种方式分别是菜单方式和命令行方式，菜单方式：

在菜单栏中依次选择"

Simulation"

|"

Start"

或在工具栏上单击

。

命令行方式：

输入“sim”启动仿真进程

比较这两种不同的运行方式：

菜单方式的优点在于交互性，通过设置示波器或显示模块即可在仿真过程中观察输出信号。

命令行方式启动模型后，不能观察仿真进程，但仍可通过显示模块观察输出，适用于批处理方式[3]。

2.2抑制载波的双边带调幅（DSB-SC）原理

（1）幅度调制原理

在消息信号m（t）上不加上直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带（DSB-SC）调制信号，简称双边带（DSB）信号。

DSB调制器模型如下图，可见DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘。

图2-3DSB信号调制器模型

其时域和频域表示式分别如下

（2-1）

（2-2）

除不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。

故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽与AM信号相同，也为基带信号带宽的两倍，DSB信号的波形和频谱分别如下[4]：

图2-4DSB信号的波形与频谱

（2）DSB的解调原理

因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。

但由于DSB信号的包络不再与m（t）成正比，故不能进行包络检波，需采用相干解调[5]。

图2-5DSB信号相干解调模型

图中SL（t）为本地载波，也叫相干载波，必须与发送端的载波完成同步。

即频率相同

时域分析如下：

（2-3）

Sp（t）经过低通滤波器LPF，滤掉高频成份，

为

（2-4）

频域分析如下：

（2-5）

式中的H（ω）为LPF的系统函数。

频域分析的过程如图所示。

事实上

本地载波和发端载波完全一致的条件是是不易满足的，因此，需要讨论

有误差情况下对解调结果的影响[6]。

图2-6DSB信号相干解调过程示意图

3设计步骤

3.1DSB信号调制

打开simulink工具箱，点击file图标，选择新建中的model，新建一个仿真空白模型，将DSB信号调至所需要的模块拖入空白模型中，也可点击鼠标左键单击“addtountitled”

图中sinewave为正弦基带信号、sinewave1为载波、product为乘法器、scope为示波器，将基带信号的的幅度Amplitude和角频率Frequency设置为2.5和2载波，载波幅度设2，角频率设20，相位设为0.5*pi此时载波变为余弦波。

如下图所示，

图3-1基带信号参数设置

图3-2载波参数设置图

设置好后连接各模块并运行，点击示波器，结果如下：

图3-3DSB调制模型

图3-4DSB信号调制波形

第一路为基带信号，第二路为载波，第三路为调制后的波形，由图可见，双边带信号时域波形的包络不同于调制信号的变化规律。

在调制信号零点前处已调波的相位发生了180°

的突变。

在调制信号的正半周期内，已调波的高频相位与载波相同，在调制信号的负半周期内，已调波的高频相位与载波相反。

并且双边带的带宽为基带信号的两倍。

3.2DSB信号相干解调

相干解调也称同步检波是指利用乘法器，输入一路与载频相干（同频同相）的参考信号与载频相乘。

因为DSB信号包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来回复信号必须需采用相干解调。

让调制后的信号与一个与载波同频的余弦信号相乘，再通过低通滤波器即可输出解调后信号。

滤波器参数设置如下：

图3-5带通滤波器参数设置图

图3-6低通滤波器参数设置图

如图所示可以通过Designmethod选择滤波器类型，本次设计选用巴特沃斯模拟低通滤波器；

通过Filtertype确定滤波器的特性；

因为基带信号的角频率设为2，载波角频率设为20，以20为中心频率，

和

，所以带通滤波器的角频率设置必须包括该频率段，将最高和最低截止频率分别为16和24。

而低通滤波器只需让基带信号通过，所以将频率设为4。

把级数设为2，使滤波器的精确度降低，避免输出波形因误差而出错。

参数设置好后，将各模块连接好如下：

图3-7DSB信号相干解调模型

图3-8DSB相干解调

第一路为基带信号波形，第二路为调制后波形，第三路为解调后输出波形。

如图所示，解调波形与基带波形基本相同，只有系统误差而产生的些延迟,所以解调成功。

3.3加入高斯噪声的DSB相干解调

高斯噪声是指它的概率密度函数服从高斯分布（即正态分布）的一类噪声。

在理想信道调制与解调的基础上，在调制信号上加入高斯噪声，把Simulink噪声源下的高斯噪声模块（GaussianNoiseGenerator）加入到模型中。

噪声参数设置、模型与波形图如下

图3-9高斯噪声参数设置

图3-10DSB加入高斯噪声模型

图3-11调制信号加入高斯噪声波形图

如图所示，第一路为理想信道解调波形，第二路和第三路均为加入高斯噪声的波形，可通过修改参数表中的方差来改变加入噪声的大小，把噪声的方差分别设为50和1000，与理想信道的输出波形相比较可以看出，波形均出现不同程度的失真，并且失真是随着噪声方差的变化而发生改变，方差越小，通过加入噪声信道的波形就越接近理想信道的波形。

3.4加入瑞利噪声的DSB相干解调

在噪声模块中选择瑞利噪声模块（RayleighNoiseGenerator）替换原高斯噪声的位置，设置好参数，连线完毕后即可运行。

截图如下：

图3-12瑞利噪声参数设置表

图3-13DSB加入瑞利噪声的模型

图3-14调制信号加瑞利噪声的波形图

如图所示，第一路为理想信道解调波形，第二路和第三路均为加入瑞利噪声的波形，修改图中Sigma的参数，Simga的大小与方差成正比，将其分别设为10和100，再同理想信道的输出波形相比较可以看出，与高斯噪声类似，方差越大，波形失真越厉害，Simga等于10时，波形接近于理想波形，当Simga等于100时，已出现了严重失真。

3.5加入莱斯噪声的DSB相干解调

在噪声模块中选择莱斯噪声模块（RicianNoiseGenerator）替换原噪声的位置，设置好参数，连线完毕后即可运行。

图3-15莱斯噪声参数设置表

图3-16DSB加入莱斯噪声模型

图3-17调制信号加莱斯噪声的波形图

如图所示，第一路为理想信道解调波形，第二路和第三路均为加入莱斯噪声的波形，修改图中Sigma的参数，将其分别设为8和15，再同理想信道的输出波形相比较，方差越大，波形失真越厉害，Simga等于8时，波形接近于理想波形，当Simga等于15时，已出现了严重失真。

综上所述，噪声能对信道产生不同程度的影响，不同的噪声使信号发生失真的参数各不相同。

在现实生活中，无处不存在着噪声，因此研究如何减小噪声对信道的影响有着重大意义。

3.6各路噪声功率谱密度分析

DSB信号的功率定义为已调信号的均方值，即

=

（3-1）

（3-2）

显然，DSB信号的功率仅由边带功率构成，

为边带功率，

为调制信号功率。

这样其调制效率为100%。

由于双边带信号的频谱不存在载波分量，所有的功率都集中在两个边带中，因此它的调制效率为百分之百，这是它的最大优点。

（1）基带信号在理想信道下的功率谱如下所示。

图3-18基带信号功率谱

图3-19DSB调制后波形功率谱

图3-20相干解调后的波形功率谱

由图3-18和图3-19可以看出通过双边带调制后将原来基带信号（设置为2）以载波（设置为20）为中心进行频谱的搬移，且调制后信号的带宽是原信号的两倍，相位发生了移位，波形表现为基带与载波的乘积。

如图3.6.3所示经相干解调后，除由于系统误差而产生的延时外，解调后信号功率谱与原信号功率谱是能一一对应的。

（2）在理想信道中加入高斯、瑞利和莱斯噪声对解调结果的影响如下：

图3-21加入高斯噪声解调后的波形功率谱

图3-22加入瑞利噪声解调后的波形功率谱

图3-23加入莱斯噪声解调后的波形功率谱

如图所示，图3-20中在理想信道下，DSB解调波形对比基带信号波形发生延时，分别依此加入高斯、瑞利和莱斯噪声，解调后波形收到了噪声的干扰，波形发生畸变。

三种噪声参数设置不变，前者方差较小，后者方差较大。

比较前后功率谱图可以清楚发现，随着方差的加大，失真也随之变大，前者还较为接近理想信道功率谱图，而后者已出现了严重失真。

虽然实际生活中的噪声不可避免，但我们应当减小噪声的影响，以满足我们对信号的需要。

4出现的问题及解决方法

在本次课程设计运用了MATLAB软件建立工作模型，在仿真的过程中遇到了各种不同的问题，通过自己的探索和在同学的帮助下都一一解决，总结分析分析如下：

（1）运行后如没有出现波形、出现多路波形的混合或是出现波形的幅度过小或过大，可以点击scope菜单栏的

或者点击鼠标右键，选择autoscale即可出现清晰波形。

（2）若出现波形很差，可以把修正因子（默认为1）加大，具体步骤为选择模型菜单中的“Simulink|configurationparameters|Dataimport/export”修改Decimation中数据（默认为1），可加大为50或100。

（3）调制模块中，如调制结果不明显，可以加大载波频率，一般来说载波频率要比基带频率大得多。

（4）若波形出错，可以把滤波器级数（默认为8）适当减小，使滤波器精确度变小，允许误差变大，便于波形的输出。

（5）在整个仿真过程中，各模块的参数设置十分重要，一定要设置合适的参数，才会得出所需要的信号。

解决了上述问题后，就能顺利完成设计任务了。

5结束语

经过为期两周的课程设计，我顺利的完成了任务。

不同于在教室里上的理论课，本次课程设计需要我们运用到课本中学到的理论知识，和自己的实际操作来完成。

因为是以所学理论为基础，所以在课程设计的过程中，我又重温了模拟调制系统和相干解调等知识，更加熟悉了MATLAB里的Simulink工具箱，学会了独立建立模型，分析调制与解调结果，和加入噪声之后的情况，通过自己不断的修改参数值，更好的理解加入噪声对信道的影响。

在设计的过程中遇到不少问题，在自己的努力和与同学的交流中一一解决。

通过这次课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了实际操作能力，综合素质也得到了提高。

我觉得安排课程设计的基本目的，在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高思想觉悟。

尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力。

并且它的一个重要功能，就是在于运用学习成果，检验学习成果。

运用学习成果：

把课堂上学到的系统化的理论知识，应用于实际设计操作中，并学会理论结合实际来分析结果。

检验学习成果：

看一看课堂学习与实际到底有多大距离，并通过这次课程设计，找出学习中存在的不足，完善所学知识。

在做课程设计的过程中，我也认识到实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。

这一次的学习也是为以后的毕业设计工作打下基础。

在课程设计结束之后，我感到不仅实际动手能力有所提高，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。

参考文献

[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理.北京：

国防工业出版社，2006

[2]达新宇．通信原理实验与课程设计．北京：

北京邮电大学出版社，2003

[3]徐远明.MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用.西安：

西安电子科技大学出版社，2005

[4]张化光,孙秋野.MATLAB/Simulink实用教程.北京：

人民邮电出版社，2009

[5]姚俊，马松辉.Simulink建模与仿真基础.北京：

西安电子科技大学出版社，2002

[6]邓华．MATLAB通信仿真及应用实例详解．北京：

国防工业出版社，2003