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基于MATLAB通信原理课程设计(1)
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更新于2023-05-21
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目 录 1、课题名称 1 2、课程设计的方案和基本原理 1 2.1信息论基本计算 1 2.2数字信号频带传输系统设计 1 3、课程设计步骤 3 3.1信息论基本计算的设计步骤 3 3.2数字信号频带传输系统的设计步骤 4 4、课程设计结果和结果分析 5 4.1信息论的基本运算结果 5 4.2数字信号频带传输系统设计 6 5、心得体会 14 6、附件(源代码) 14 6.1 信息论基本计算 14 6.2数字信号基带传输系统 17 7、参考文献 23 8、评分表 24
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《通信原理》课程设计任务书
一、设计目的与设计内容
学生通过自己设计及建立通信系统,掌握通信系统的构成原理、信号传输的概念,
加深对通信系统及信号的认识,提高学生的实际应用、动手能力。要求学生经过课程
设计这一教学环节学会应用 MATLAB 软件来实现信号传输中的各个基本环节。
可选的设计题目有:
(1)信息论基本计算
编程实现信源平均信息量的计算(以高斯分布的信源为例);
编程实现离散信道容量的计算(以输入符号等概分布为例);
编程实现信源编码过程(以 Human 编码为例);
(4)数字信号频带传输系统设计
编程实现 ASK 调制/解调技术,绘出时、频域波形;
编程实现 FSK 调制/解调技术,绘出时、频域波形;
编程实现 PSK、DPSK 调制/解调技术,绘出时、频域波形;
编程实现 16/64QAM 调制/解调技术,绘出时、频域波形;
二、课程设计进度要求
序
号
设计内容 时间(具体上机时间另行通知)
1
资料查阅
2 天
2
编写调试程序
8 天
3
验证设计结果
2 天
4
课程设计答辩
2 天
合 计 14 天
三、课程设计说明书与图纸要求
1、逻辑清晰、层次分明、书写整洁;
2.设计任务及主要技术指标和要求;
3.选定方案的论证及整体仿真方案的工作原理、程序分析;
4.附程序清单或软盘;。
5.课程设计说明书须每人一份,独立完成。
四、课程设计评分标准
评 定 项 目 评分成绩
1.选题合理、目的明确。 (10 分)

2.设计方案正确,具有可行性、创新性。 (20 分)
3.设计结果。(硬件成果、软件程序) (25 分)
4.态度认真、学习刻苦、遵守纪律。(10 分)
5.设计报告的规范化、参考文献充分。(不少于 5 篇)(10
分)
6.答辩。(25 分)
总分 (100)
备注:成绩等级:优(90 分—100 分)、良(80 分—89 分)、中(70 分—79 分)、及格(60 分—69
分)、60 分以下为不及格。
五、课程设计参考资料
教材:《通信原理》第 5 版,主编:樊昌信,出版社:国防工业出版社, 2004 年。
参考书:《MATLAB 通信仿真与应用》,主 编:刘敏,出版社:北京邮电大学出版社,
2004 年。
附:
课程设计报告装订顺序:封面、任务书、目录、正文、评分、附件(A4 大小的图纸及程序
清单)。
正文的格式:一级标题用 3 号黑体,二级标题用四号宋体加粗,正文用小四号宋体;行距为
22。
正文的内容:一、课题的主要功能;二、课题的功能模块的划分(要求画出模块图);三、
主要功能的实现;四、程序调试;五、总结;六、附件(所有程序的原代码,要求对程序
写出必要的注释);七、评分表。
1、课题名称
(1)信息论基本计算。
(2)数字信号频带传输系统设计
2、课程设计的方案和基本原理
2.1 信息论基本计算

2.1.1 平均信息量:平均每个符号所能提供的信息量。
H(X)
2.1.2 离散信道容量:信道容量是信道所能传送的最大的信息量。
C=maxI(X;Y) R=I(X;Y)=H(X)-H(X\Y)
2.1.3 信源编码过程:Human 编码的意义是,用最少的编码长度来表
达符号的信息。为了使平均码长度最小,将发生概率较大的符号用比较短
的码组来表示,将发生概率较小的符号用较长的码组实现,以得到最佳的
变长编码,减少冗余度,提高系统传输的效率。
2.2 数字信号频带传输系统设计
在数字信号频带传输系统中最基本的调制和解调方式有 ASK,,FSK,
PSK,2DPSK 和 QAM 这几种,下面将依次介绍其调制和解调的过程:
2.2.1 振幅键控(ASK):
在振幅键控中载波幅度是随着基带信号的变化而变化的。使载波在二进
制基带信号 1 或 0 的控制下通或断,即用载波幅度的有或无来代表信号中
的“1”或“0”,这样就可以得到 2ASK 信号,这种二进制振幅键控方式称为
通—断键控(OOK)。其时域数学表达式为:
(1)
式中,A 为未调载波幅度, 为载波角频率, 为符合下列关系的二
进制序列的第 n 个码元:
(2)
综合式 1 和式 2,令 A=1,则 2ASK 信号的一般时域表达式为:
式中,T
s
为码元间隔, 为持续时间 [-T
s
/2,T
s
/2] 内任意波形形
状的脉冲(分析时一般设为归一化矩形脉冲),而 就是代表二进制信息
的随机单极性脉冲序列。
采用相乘电路产生二进制 ASK 信号时,用基带信号 A(t)与载波
cosw0t 相乘就得到已调信号输出。2ASK 信号解调时可采用相干解调法和
包络检波法,包络检波法解调器是用整流器和低通滤波器构成的;相干解
调中相乘电路需要有相干载波 cosw0t,它必须从接收信号中提取,并且和
接收信号的载波同频同相,所以这种方法比包络检波法要复杂得多。
2.2.2 频移键控(FSK):
2FSK 信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的,被调载波的
频率随二进制序列 0、1 状态而变化,即载频为 时代表传 0,载频为 时

代表传 1。显然,2FSK 信号完全可以看成两个分别以 和 为载频、以
和 为被传二进制序列的两种 2ASK 信号的合成。2FSK 信号的典型时域
波形如图 15-5 所示,其一般时域数学表达式为
式中, , , 是 的反码,即
2FSK 信号的产生是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器,使
其能够输出两个不同频率的码元。2FSK 信号的接收也分为相干和非相干两
类。采用相干接收法时,接收信号经过并联的两路带通滤波器、与本地相
干载波相乘和低通滤波后,进行抽样判决。
2PSK 信号是用载波相位的变化表征被传输信息状态的,通常规定 0 相
位载波和 π 相位载波分别代表传 1 和传 0。
设二进制单极性码为 a
n
,其对应的双极性二进制码为 b
n
,则 2PSK 信
号的一般时域数学表达式为:
其中:
2PSK 信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的,
在这种绝对移相的方式中,由于发送端是以某一个相位作为基准的,因而
在接收系统也必须有这样一个固定基准相位作参考。
2.2.3 相移键控(PSK 和 DPSK):
2DPSK 是利用相邻码元载波相位的相对值表示基带信号“0”和“1”的,
它的调制原理与 2FSK 的调制原理类似,也是用二进制基带信号作为模拟
开关的控制信号轮流选通不同相位的载波,完成 2DPSK 调制,其调制的基
带信号和载波信号分别从“PSK 基带输入”和“PSK 载波输入”输入,差分变换
的时钟信号从“PSK-BS 输入”点输入。
2DPSK 信号的解调,主要两种方法。第一种方法是直接比较相邻码元
的相位,从而判决接收码元是“0”还是“1”。为此,需要将前一码元延迟 1
码元时间,然后将当前码元的相位和前一码元的相位作比较。第二种方法
是先把接收信号当做绝对相移信号进行相干解调,解调后的码元序列是相
对码;然后将此相对码做逆码变换,还原成绝对码,即原基带信号码元序
列。
2.2.4 正交幅度调制/解调(QAM):
一个正交幅度调制(QAM)信号采用两个正交载波,每一个载波被一个
独立的信息比特序列所调制,QAM 可以看作是振幅调制和相位调制的结合。

3、课程设计步骤
3.1 信息论基本计算的设计步骤
3.1.1 信源平均信息量的计算(以高斯分布的信源为例):
通过系统产生一个高斯随机信源,再求出它的平均信息量。
3.1.2 离散信道容量的计算(以输入符号等概分布为例):
编写 aveinformation(The average mutual information)函数求出平均互
信息,编写 disentropy(Discrete Entropy) 函数,求出离散信息熵,调用
aveinformation 函 数 和 disentropy 函 数 得 出 hf 和 hx, 最 后 信 道 容 量
c=hx-hf。
3.1.3 信源编码过程(以 Human 编码为例):
先 编 写 human 函 数 , 对 系 列 排 序 并 求 出 human 编 码 。 调 用
human 函数得出编码后的码字。
3.2 数字信号频带传输系统的设计步骤
3.2.1 振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK和DPSK):
先用t=0:0.01:10;y=sin(2*pi*t);语句产生载波信号,然后用
ones和zeros矩阵产生基波信号,最后运用各种键控对载波和基带信号进
行处理,画出原始基带信号的波形图和频谱图、各种调制前的波形图和频谱
图以及调制后波形图和频谱图。
3.2.2 正交幅度调制/解调(QAM):
用randint函数产生随机整数,然后用qammod函数进行QAM调制,
最后画出原始信号的波形、进行QAM调制的波形和调制后频谱以及解调后
的波形和频谱。
4、课程设计结果和结果分析
4.1信息论的基本运算结果
4.1.1 信源平均信息量的计算(以高斯分布的信源为例):
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