通信原理课程设计.docx
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通信原理课程设计
通信原理课程设计
设
计
报
告
课题名称：
专业班级：
姓名：
学号：
起止时间：
重庆交通大学
信息科学与工程学院
1、课题内容……………………………….………………1
二、设计目的……………………………….………………1
三、设计要求……………………………….………………1
四、实验条件……………………………….………………2
五、系统设计……………………………….………………2
1、通信系统的原理…………………….………………2
2.所设计子系统的原理……………….………………2
六、详细设计与编码……………………….………………3
1.设计方案…………………………….………………3
2.编程工具的选择…………………….………………3
3.编码与测试………………………….………………4
4.运行结果及分析……………….………………….12
七、设计心得…………………………….………………….18
八、参考文献……………………………….……………….19
一、课题内容
本课题要求分别用线性调制和非线性调制两种方法做出模拟调制系统。
在这次实践中，线性调制我选用DSB调制，非线性调制选用FM调制，分别仿真整个模拟调制和解调过程，并显示其时域波形和频谱图。
二、设计目的
1、培养同学用matlab进行模拟系统仿真的能力，熟悉此软件的具体操作，并能熟练的运用它进行仿真。
2、掌握模拟通信系统的原理以及其两种调制方法的原理和具体实现过程，理解在信号传输过程中噪声对信号的干扰等问题。
3、理解相干解调和非相干解调（包络检波）的原理及其实现过程。
三、设计要求
1.提出仿真方案，在Matlab下进行模拟通信系统调制和解调的仿真过程
2.完成仿真软件的编制，在Matlab下进行代码的编写和调试，实现模拟通信系统的各功能
3.用Matlab软件进行操作，进行模拟调制系统的建模、设计与仿真，调制后的信号在信道中进行传输时须加入加性噪声，最后在图形窗口显示出调制信号、载波、已调信号、解调信号的频谱及时域波形。
四、实验条件
计算机、Matlab软件
五、系统设计
1、通信系统的原理
模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统，
其中包含两种重要变换：
①在发送端把连续消息变换成原始电信号（即基带信号），在接收端进行相反的变换②把基带信号变换成适合在信道中传输的信号，并在接收端进行反变换。
我所做的是整个模拟信号的传输系统，包含模拟信号的调制、信号传输加入加性噪声以及最后的解调
2.所设计子系统的原理
所谓调制就是使基带信号控制载波的某个参数，使这些参数按照基带信号的变化规律而变化的过程：
双边带调制（DSB）是指用调制信号去控制高频载波的幅度，使其随调制信号呈线性变化的过程，它是在AM调制过程中将直流去掉，抑制载波而得到的一种高调制效率的调制方式，因为DSB信号的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来恢复调制信号，需采用相干解调；频率调制（FM）为非线性调制，是使载波频率随调制信号改变的调制方式，解调方式一般为包络检波（非相干解调），因为相干解调仅适用于窄带调频信号，且需同步信号，而非相干解调不需同步信号，因此是FM系统的主要解调方式。
六、详细设计与编码
1.设计方案
2.编程工具的选择
本次仿真使用Matlab软件，该软件具有很多特点：
Matlab是一种科学计算软件，它具有简单的程序环境，与其他计算机高级语言如C和C++等相比，Matlab语言编程很简洁，更加接近数学描述，可读性好，程序书写形式自由，使编程变得简单化，这使我能够更容易的实现所要求的功能；它具有强大的编辑图形界面的能力，数据的可视化非常简单，通过系统自带的丰富的库函数可以很容易的生成仿真图形，能够很方便的输出仿真波形和频谱。
3.编码与测试
Dsb调制：
closeall
clearall
clc
fm=1000;
fc=10000;
fs=100000;
*以上为设置抽样信号频率、载波频率和抽样频率
t=0:
1/fs:
（0.005-1/fs）;
mt=cos（2*pi*fm*t）;
*设置调制信号mt
ct=cos（2*pi*fc*t）;
*设置载波信号ct
dsb=mt.*ct;
*dsb为已调信号
figure;
subplot（3,1,1）;
plot（t,mt）,xlabel（'t/s'）,ylabel（'m（t）'）,title（'调制信号'）;
subplot（3,1,2）;
plot（t,ct）,xlabel（'t/s'）,ylabel（'c（t）'）,title（'载波信号'）;
subplot（3,1,3）;
plot（t,dsb）,xlabel（'t/s'）,ylabel（'dsb'）,title（'DSB调制的时域信号'）;
*以上为输出调制信号、载波和已调信号的时域波形
dsb1=awgn（dsb,10）;
*此为设置在信道中传输的信噪比，设置为10
N=length（t）;
MT=abs（fft（mt,N））;
CT=abs（fft（ct,N））;
DSB=abs（fft（dsb1,N））;
*以上为将调制信号、载波和已调信号进行fft变换，并取其模值
f=（0:
N-1）/N*fs/1000;
figure;
subplot（3,1,1）;
plot（t,mt）,xlabel（'t/s'）,ylabel（'m（t）'）,title（'调制信号'）;
subplot（3,1,2）;
plot（t,ct）,xlabel（'t/s'）,ylabel（'c（t）'）,title（'载波信号'）;
subplot（3,1,3）;
plot（t,dsb1）,xlabel（'t/s'）,ylabel（'dsb1'）,title（'加噪声后DSB调制的时域信号'）;
axis（[0,0.005,-1,1]）;
*以上为输出调制信号、载波和加噪声后的已调信号的时域波形图
figure;
subplot（3,1,1）;
plot（f,MT）,xlabel（'f/KHZ'）,ylabel（'M（t）'）,title（'调制信号频谱'）;
subplot（3,1,2）;
plot（f,CT）,xlabel（'f/KHZ'）,ylabel（'C（t）'）,title（'载波信号频谱'）;
subplot（3,1,3）;
plot（f,DSB）,xlabel（'f/KHZ'）,ylabel（'DSB'）,title（'DSB调制的时域信号频谱'）;
*以上为输出调制信号、载波和加噪声后的已调信号的频谱图
jdsb=dsb1.*ct;
*相干解调，在通低通滤波器之前将已调信号与相干载波相乘得到信号jdsb
B=fir1（16,8*fm/fs）;
*构建低通滤波器
odsb=filter（B,1,jdsb）;
*通入LPF后滤波输出低频信号odsb
figure;
subplot（3,1,1）;
plot（f,abs（fft（jdsb,N）））,xlabel（'f/KHZ'）,ylabel（'DSB解调'）,axis（[0250300]）,title（'乘法解调输出信号频谱'）;
subplot（3,1,2）;
plot（f,abs（fft（odsb,N）））,xlabel（'f/KHZ'）,axis（[0250300]）,title（'解调器输出信号频谱'）;
subplot（3,1,3）;
plot（f,odsb）,xlabel（'f/KHZ'）,title（'解调信号'）;
*以上为输出jdsb、odsb的频谱图以及已解调信号odsb的时域波形图
Fm调制：
closeall
clearall
clc
dt=0.001;
t=0:
dt:
0.5;
A=5;
fm=5;
mt=A*cos（2*pi*fm*t）;
*以上为设置调制信号mt
fc=50;
ct=cos（2*pi*fc*t）;
*设置载波ct
kf=10;
*kf为调频灵敏度
int_mt
（1）=0;
fori=1:
length（t）-1
int_mt（i+1）=int_mt（i）+mt（i）*dt;
end
*上为求信号mt的积分
sfm=A*cos（2*pi*fc*t+kf*A*int_mt）;
*上为调制产生已调信号sfm
nsfm=awgn（sfm,10）;
*上为设置信号传输信噪比，产生加噪声后的信号nsfm
fori=1:
length（t）-1
diff_nsfm（i）=（nsfm（i+1）-nsfm（i））./dt;
end
*加了噪声的信号通过微分器进行处理
diff_nsfmn=abs（hilbert（diff_nsfm））;
*把加了噪声的信号进行希尔伯特变换并取绝对值
zero=（max（diff_nsfmn）-min（diff_nsfmn））/2;
diff_nsfmn1=diff_nsfmn-zero;
fori=1:
length（t）-1
diff_sfm（i）=（sfm（i+1）-sfm（i））./dt;
end
*原已调信号进行微分处理
diff_sfmn=abs（hilbert（diff_sfm））;
*把原已调信号进行希尔伯特变换并取绝对值
zero=（max（diff_sfmn）-min（diff_sfmn））/2;
diff_sfmn1=diff_sfmn-zero;
ts=0.001;
fs=1/ts;
df=0.25;
*分别设置抽样间隔和抽样频率及频率分辨率
m=A*cos（2*pi*fm*t）;
fs=1/ts;
ifnargin==2
n1=0;
else
n1=fs/df;
end
n2=length（m）;
n=2^（max（nextpow2（n1）,nextpow2（n2）））;
M=fft（m,n）;
m=[m,zeros（1,n-n2）];
df1=fs/n;
M=M/fs;
f=（0:
df1:
df1*（length（m）-1））-fs/2;
*以上为对已调信号u求fft变换
fs=1/ts;
ifnargin==2
n1=0;
else
n1=fs/df;
end
n2=length（sfm）;
n=2^（max（nextpow2（n1）,nextpow2（n2）））;
U=fft（sfm,n）;
u=[sfm,zeros（1,n-n2）];
df1=fs/n;
U=U/fs;
figure
（1）
subplot（3,1,1）;
plot（t,mt）,xlabel（'时间t'）,title（'调制信号的时域图'）;
subplot（3,1,2）;
plot（t,ct）,xlabel（'时间t'）,title（'载波的时域图'）;
subplot（3,1,3）;
plot（t,sfm）,xlabel（'时间t'）,title（'已调信号的时域图'）;
*以上为输出显示调制信号、载波和已调信号的时域图
figure
（2）
subplot（2,1,1）
plot（f,abs（fftshift（M）））,xlabel（'频率f'）,title（'原调制信号的频谱图'）;
subplot（2,1,2）
plot（f,abs（fftshift（U）））,xlabel（'频率f'）,title（'已调信号的频谱图'）;
*以上为输出显示原调制信号和已调信号的频谱图
figure（3）
subplot（3,1,1）;
plot（t,mt）,xlabel（'时间t'）,title（'调制信号的时域图'）;
subplot（3,1,2）;
plot（t,sfm）,xlabel（'时间t'）,title（'无噪声条件下已调信号的时域图'）;
subplot（3,1,3）;
plot（（1:
length（diff_sfmn1））./1000,diff_sfmn1./400,'r'）,xlabel（'时间t'）,title（'无噪声条件下解调信号的时域图'）;
axis（[0,0.5,-10,10]）;
*以上为输出显示调制信号、无加性噪声的已调信号和解调信号的时域波形图
figure（4）
subplot（3,1,1）;
plot（t,mt）,xlabel（'时间t'）,title（'调制信号的时域图'）;
subplot（3,1,2）;
plot（1:
length（diff_nsfm）,diff_nsfm）,xlabel（'时间t'）,title（'含高斯白噪声已调信号的时域图'）;
axis（[0,500,-5000,5000]）;
subplot（3,1,3）;
plot（（1:
length（diff_nsfmn1））./1000,diff_nsfmn1./400,'r'）,xlabel（'时间t'）,title（'含高斯白噪声解调信号的时域图'）;
axis（[0,0.5,-10,10]）;
*以上为输出显示调制信号、含加性噪声的已调信号和解调信号的时域波形图
编码与调试过程：
在输出信号波形的过程中，有的x轴或y轴范围取得太小或太大，导致其显示的波形看不出特点，经过修改最后确定其合适的取值范围
4.运行结果及分析
Dsb调制：
以下为信噪比为10（较小信噪比）的波形：
以下为信噪比为20（较大信噪比）的波形：
Fm调制：
设置传输信噪比为10（小信噪比）的输出波形：
七、设计心得
这次的课程设计做的是通信原理的有关模拟通信系统的仿真工作。
由于前面对模拟通信系统各个部分的功能实现不清楚，所以刚开始选这个题目的时候还是觉得很头大，不清楚从那个地方入手。
虽然对模拟通信原理的实现过程有认识，但具体各个模块怎么实现还是觉得很迷茫，不知道从何做起。
由于时间不算太多，所以我就去网上查阅了有关线性调制和非线性调制的原理的内容，又重新翻阅了通信原理课本上的相关内容，对于模拟通信系统的原理和实现过程有了较深的认识，头脑中对具体的操作过程有了大致的轮廓。
这次仿真所应用的软件是matlab，这又出现了新问题，还是以前对matlab软件掌握的不够熟练，这次仿真发现有的操作方法和函数已经忘了，所以又重新查阅了以前学的matlab的课本，对忘掉的基本知识做了一个回顾和补充。
在编写matlab语言进行模拟系统仿真的时候，真正体会到matlab语言的编写很灵活，不同于以前c语言的编写，一不小心就会出现很多错误，在明白仿真的具体思路后，matlab语言的编写也很快就完成了，倒是在调试出波形的时候出现了很多问题，对于x轴和y轴的设置，有的设置范围太大导致波形显示不清楚，有的范围太小导致看不清整个波形的变化趋势和特点，在进行范围控制了以后，有的直接显示了一半波形，后来查看程序原来是开头的时候限制了其范围，最终改了多次才达到理想的输出波形效果。
这次仿真使我深刻认识到通信原理的设计是一门实践性很强的东西，在这之前我虽然对模拟通信系统的原理比较清楚但却不知道如何实现各个模块的功能，只有自己动手真正去仿真了以后才对其功能的实现有了更深刻的了解。
在仿真的过程中不仅增长了实践的知识而且还对原来的知识进行了复习，巩固和加深了对以前学过的知识的掌握。
总的来说，这次课程设计的仿真给了我不少的收获，提高了我独立实验和思考及解决问题的能力，也提高了运用书本所学知识及查阅资料解决实践问题的水平。
对于我们来说，在以后的课余时间应该加强实践锻炼，将理论知识用到实践中去，培养我们的实际动手能力。
八、参考文献
1、樊昌信等.通信原理（第6版）[M].国防工业出版社，2012年1月
2、唐向宏等.MATLAB及在电子信息类课程中的应用（第二版）[M].电子工业出版社，2009年6月
3、郑君里等.信号与系统[M].高等教育出版社，2009年
4、吴大正等.信号与线性系统分析（第4版）[M].高等教育出版社.，2011年12月
5、郭文彬等.通信原理—基于Matlab的计算机仿真[M].北京邮电大学大学出版社，2006年6月
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