失真信道对信号的影响研究毕业设计.docx

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失真信道对信号的影响研究毕业设计

毕业设计（论文）

专业

班次

姓名

指导老师

XXXX学院

二Ｏ一八年六月

失真信道对信号的影响研究

摘要：

此论文研究了失真信道对信号的影响。

论文介绍了Matlab的发展历史，基本知识及其特点。

论述了信道的定义、分类和对信号传输的影响。

详细介绍了恒参信道的特性及其对信号的畸变。

使用Matlab软件对幅频失真和相频失真进行仿真，得到信号序列通过失真信道的波形,分析了仿真结果的含义。

[关键字]：

失真信道Matlab噪声幅频相频

第1章绪论

MATLAB是近年来得到最快发展的数学软件，它将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。

信道是通信系统的重要组成部分，其特性对于通信系统的性能有很大影响。

本论文的主要目的时在理解信道噪声的基础上，用Matlab软件来模拟信号通过又噪声信道的波形情况。

所以本论文首先介绍了Matlab的发展历史、特点和基本操作等知识并详细介绍了Matlab的使用方法。

然后对信道的相关知识进行了详细的介绍，即信道的定义、分类以及随参信道和恒参信道的实例、连续信道的数学模型。

在理解信道基本知识的基础上主要论述了恒参信道特性及其对信号传输的影响，包括信号进过信道不失真的要求和信道的时延特性和群时延特性。

此外，还论述了信道中的加性噪声、几种常见的噪声以及信道容量问题。

通过对信道相关知识的了解，理解了信号在信道传输中引起失真的现象。

最后论述了连续信道模型中的AWGN信道模型以及线性非时变模型。

在理解信道噪声原理的基础上，通过Matlab软件模拟仿真了幅频失真信道的信号波形和相频失真信道的信号波形。

第2章Matlab的基本知识

2．1Matlab的发展历史

在二十世纪七十年代的中后期，身为美国NewMexico大学计算机系主任的CleveMoler博士在给学生讲授线性代数时，发现学生们应用EIPACK和LINPACK库程序编写FORTRAN借口特别困难，于是他自己动手，再业余时间开发出方便学生们使用的接口程序，并且用MATrix和LABoratory两个单词的前三个字母组合成一个名字叫MATLAB。

在以后几年中，MATLAB作为教学辅助软件在多所大学里使用，并作为免费的软件广为流传。

现在的MATLAB程序是MathWorks公司用C语言开发的，第1版由SteveBangert主持开发编译解释程序，SteveKleiman完成图形功能的设计，JohnLittle和CleveMoler主持开发了各类数学分析的子模块，撰写用户指南和大部分的M文件。

自从第1版发行以来，已有众多的科技工作者加入到MATLAB的开发队伍中，并为形成今天的MATLAB系统作出了巨大的贡献。

MATLAB一商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包（如英国的UMIST，瑞典的LUND等）纷纷淘汰，而改以MATLAB为平台加以重建。

进入20世纪90年代，MATLAB已经成为国际控制界公认标准计算软件。

20世纪90年代初期，在国际上众多数学类科技应用软件中，MATLAB在数值计算方面独占鳌头，而Mathematica和Maple则分居符号计算软件的前两名。

Mathcad因其提供计算、图形、文字处理的统一环境而深受中学生欢迎。

Mathworks公司于1993年推出MATLAB4.0版本;1995年,MathWorks公司推出MATLAB4.2C版（ForWin3.x）.4.x版在继续和发展其原有的数值计算和图形可视能力的同时,增加以下一些功能:

①推出Simulink。

②开发基于Word处理平台的Notebook,运应DDE和OLE实现了MATLAB与Word的无缝连接，从而为专业科技工作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理于一体的高水准环境。

③推出符号计算工具包。

④开发了有外部进行直接数据交换的组建，打通了MATLAB进行实时数据分析、处理和硬件开发的道路。

1997年，MathWorks公司推出MATLAB5.0;2000年10月推出了MATLAB6.0;现在，MATLAB最新版本7.0。

如今MATLAB已经取得长足的发展，也已经得到市场的认可。

由于MATLAB强大的计算功能被誉为“巨人肩上的工具”，在国际学术界，MATLAB已经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。

在许多国际一流学术刊物（尤其是信息科学刊物）上，都可以看到MATLAB的应用。

在设计研究单位和工业部门，MATLAB被认作进行高校研究、开发的首选软件工具。

如美国NationalInstruments公司信号测量、分析软件LabVIEW,Cadence公司信号和通信分析设计软件SPW等，或者直接建筑在MATLAB之上，或者以MATLAB为主要技术引擎。

又如HP公司的VXI硬件，TM公司的DSP，Gage公司的各种硬卡、仪器等都接受MATLAB的支持。

2．2MATLAB的特点

一种语言之所以能如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是由于它有着不同于其他语言的特点，现归纳如下。

（1）简便易学：

MATLAB不仅是一个开发软件，也是一门编程语言。

其语法规则与结构化高级编程语言，如C语言等大同小异，而且使用更为方便，具有一般语言基础的用户很快就可以掌握。

使用MATLAB编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不像学习其他高级语言，如Basic、Fortan和C等那样难于掌握，用MATLAB编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题，所以又被称为演算纸式科学算法语言。

（2）计算功能强大：

MATLAB拥有庞大的数学、统计及工程函数，可使用户立刻实现所需的强大数学计算功能。

由各领域的专家学者们开发的数值计算程序，使用了安全、成熟、可靠的算法，从而保证了最快的运算速度和可靠的结果。

此外，MATLAB还有数十个工具箱，可以解决应用中的大多数数学、工程问题。

（3）先进的可视化工具：

MATLAB提供功能强大的、交互式的二维和三维绘图功能，可使用户创建富有表现力的彩色图形。

可视化工具包括曲面渲染、线框图、伪彩图、光源、三维等位线图、图像显示、动画、体积可视化等。

MATLAB提供了HandleGraphic图形机制。

使用该机制可对图形进行灵活的控制。

使用GUIDE工具，用户可以很方便地使用HandleGraphics创建自己的GUI界面。

（4）开放性、可扩展性强：

M文件是可见的MATLAB程序，所以用户可以查看源代码。

开放的系统设计使用户能够检查算法的正确性，修改已存在的函数，或者加入自己的新部件。

（5）特殊应用工具箱：

MATLAB的工具箱加强了对工程及科学中特殊应用的支持。

工具箱也和MATLAB一样是完全用户化的，可扩展性强。

将某个或某几个工具箱与MATLAB联合使用，可以得到一个功能强大的计算组合包，满足用户的特殊要求。

2.3matlab的基本操作

2.3.1矩阵运算

创建一个矩阵A，其中分号“；”是矩阵行之间的分隔符。

>>A=[120；25-1;410-1]

A=

120

25-1

410-1

矩阵的转置如下：

>>B=Aˊ

B=

124

2510

0-1-1

矩阵的乘法如下：

>>C=A*B

C=

51224

123059

2459117

两个矩阵中的相应元素相乘的运算用.*表示,结果如下:

>>C=

140

425-10

0-101

2.3.2子函数编写

Matlab允许编写一个带输入参数、输出参数的子函数，子函数通常可以有两种形式存在，一种是单独的.m文件，另外一种是附在主程序后。

无论哪种形式，其编写的格式都一样，第一句语句必须是function,例如函数stat的编写如下：

Function[mean,stdev]=stat（x）

%STATinterestingstatistics.

n=length（x）

mean=sum（x）/n;

stdev=sqrt（sum（（x-mean）.^2）/n）;

上述函数“stat（x）”实现了对矢量x的求均值和方差的运算，并将均值、方差返回变量mean和stdev中。

第3章信道

3．1信道的定义和分类

3．1．1信道的定义

信道通俗地说，是指以传输媒质为基础的信号通路。

具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路。

信道的作用是传输信号，它提供一段频带让信号通过，同时又给信号加以限制和损害。

通常，将仅指信号传输媒介的信道称为狭义信道。

目前采用的传输媒质有架空明线、电缆、光导纤维（光缆）、中长波地表传播、超短波及微波视距传播（含卫星中继）短波电离层反射、超短波流星余迹散射、对流层散射、电离层散射、超短波超视距绕射、波导传播、光波视距传播等。

可以看出，狭义信道是指接在发端设备和收端设备中间的传输媒介（如以上所列）。

狭义信道的定义直观，易理解。

3.1.2信道的分类

由信道的定义可以看出，信道可大体分成两类：

狭义信道和广义信道。

1）狭义信道

狭义信道通常按具体媒介的不同类型分为有线信道和无线信道。

（1）有线信道

所谓有线信道是指传输媒介为明线、对称电缆、同轴电缆、光缆及波导等一类能够看得见的媒介。

有线信道是现代通信网中最常用的信道之一，如对称电缆（又称电话电缆）广泛应用于（市内）近程传输。

（2）无线信道

无线信道的传输媒质比较多，它包括短波电离层反射、对流层散射等。

可以这样认为，凡不属有线信道的媒质均为无线信道的媒质。

无线信道的传输特性没有有线信道的传输特性稳定和可靠，但无线信道具有方便、灵活、通信者可移动等优点。

2）广义信道

广义信道通常也可分成两种：

调制信道和编码信道。

（1）调制信道是从研究调制与解调的基本问题出发而构成的，它的范围是从调制器输出端到解调器输入端。

因为从调制和解调的角度来看，只关心调制器输出的信号形式和解调器输入信号与噪声的最终特性，并不关心信号的中间变化过程。

因此，定义调制信道对于研究调制与解调问题是方便和恰当的。

（2）编码信道

在数字通信系统中，如果仅着眼于编码和译码问题，则可得到另一种广义信道——编码信道。

这是因为，从编码和译码的角度看，编码器的输出仍是某一数字序列，而译码器的输入同样也是一数字序列，他们在一般情况下是相同的数字序列。

因此，从编码器输出端到译码器输入端的所有转换器及传输媒质可用一个完成数字序列变换的方框加以概括，此方框称为编码信道。

编码信道示意图如下：

图3-1调制信道与编码信道

3.2信道的实例

3.2.1恒参信道

1.有线信道

一般的有线信道均可看做是恒参信道。

常见的有线信道有：

明线、对称电缆和同轴电缆等。

明线是平行而相互绝缘的架空线路，其传输损耗较小，通频带在0.3—27KHZ之间；对称电缆是在同一保护套内有许多相互绝缘的双导线电缆，其传输损耗比明线大的多，通频带在12—250KHZ之间；同轴电缆由同轴的两个导体组成，外导体是一个圆柱形的空管，通常由金属丝编织而成。

内导体是金属芯线。

内外导体之间填充着介质（塑料或者空气）。

通常在一个大的保护套内安装若干根同轴线管芯，还装入一些二芯绞线或四芯线组用作传输控制信号。

同轴线的外导体是接地的。

对外界干扰起到屏蔽作用。

同轴电缆分为小同轴电缆和中同轴电缆。

小同轴电缆的通频带在60—4100KHZ之间，增音段长度约为8Km和4Km,中同轴电缆的通频带在300—60000KHZ之间，增音段长度约为6Km、4.5Km和1.5Km。

2光纤信道

光纤信道是以光导纤维（简称光纤）为传输媒质、以光波为载波的