1、通信技術綜合課程設計設計報告課題名稱： 指導老師： 專業班級： 姓 名： 學 號： 起止時間： 重慶交通大學計算機與信息學院目 錄一、課題內容2二、設計目的2三、設計要求2四、實驗條件2五、系統設計21、通信系統的原理22. 所設計子系統的原理3六、詳細設計與編碼51. 設計方案52. 編程工具的選擇53. 編碼與測試64.運行結果及分析10七、設計心得.13八、參考文獻.13一、課題內容本課題是基于的數字通信系統仿真二、設計目的1. 綜合應用Matlab原理及應用、信號與系統、現代通信原理、無線通信原理及應用等多門課程知識，使學生建立通信系統的整體概念2. 培養學生系統設計與系統開發的思想；

2、3. 培養學生利用軟件進行通信仿真的能力三、設計要求1.對通信系統有整體的較深入的理解，深入理解自己仿真部分的原理的基礎，畫出對應的通信子系統的原理框圖2.提出仿真方案3.完成仿真軟件的編制4.仿真軟件的演示四、實驗條件上網的計算機、Matlab軟件五、系統設計1、通信系統的原理要仿真的數字通信系統包括三個部分：圖1 數字通信系統信源編碼的作用就是將模擬或數字信號轉換為二進制數字序列，它的目的在于盡量減少信號的冗余，讓通信能夠以最少的開銷傳輸更多的信息。信道編碼的行為恰好與信源編碼相反，它將信息序列中添加適當的冗余性，使得通信系統能夠糾正一定程度上的傳輸出錯，增加通信系統的可靠性。要將數字信號

3、通過一定的形式發送出去，就需要調制技術，并采用這些調制技術的通信系統進行仿真。一個數字通信系統的性能主要由傳輸速率和通信出錯的概率衡量。信息傳輸速率用語衡量一個數字通信系統的有效性，這方面的具體指標有波特率和比特率，波特率是住系統沒秒傳誦分得碼元個數，比特率是只系統沒秒傳誦臺信息比特數。（說明：我主要負責數字調制與解調傳輸中的FSK與BPSK2的部分，另外加上一個QAM）2. 所設計子系統的原理在一個實際通信問題中，信道往往都是帶通的，要在這種情況下進行通信，就必須對包含有信息的信號進行調制，把它的頻譜搬移到信道的頻帶之內，然后將調制后的信號通過信道進行傳輸；相應的，在接收端要對收到的信號進行

4、解調，才能得到進行通信的原始信號。（1） FSKFSK的解調過程比較特殊，它使用一個信號向量來匹配已調制信號，解調過程計算接收信號與信號向量的相關度，并據此判斷最有可能的碼符。用載波頻率的變化來表征被傳信息的狀態FSK信號的一般時域數學表達式為： 式中， 是2FSK信號的產生通常有兩種方式：（1）頻率選擇法；（2）載波調頻法。由于頻率選擇法產生的2FSK信號為兩個彼此獨立的載波振蕩器輸出信號之和，在二進制碼元狀態轉換（或）時刻，2FSK信號的相位通常是不連續的，這會不利于已調信號功率譜旁瓣分量的收斂。載波調頻法是在一個直接調頻器中產生2FSK信號，這時的已調信號出自同一個振蕩器，信號相位在載頻

5、變化時始終是連續的，這將有利于已調信號功率譜旁瓣分量的收斂，使信號功率更集中于信號帶寬內。因此我們選用頻率選擇法調制，其原理圖如下：圖2 2FSK信號產生原理圖（2）BPSK2BPSK2的調制過程與FSK的類似，通過計算輸入信號與一組載波的相關度來實現。（3）QAM式中，Tb為瑪元寬度，Am和Bm為離散的振幅值，m=1、2、，M，M為Am和Bm的個數。 式中A是固定的振幅，與信號的平均功率有關，（dm,em）表示QAM調制信號矢量殿點在信號空間的坐標，由輸入數據決定。圖3 QAM 調制原框圖圖4 QAM解調框圖六、詳細設計與編碼1. 設計方案（1）分組情況在這次課程設計中，我小組經過討論決定由

6、一人做格式化和信源譯碼，另兩人做數字調制與解調傳輸，又將其中的4個載波調制技術（FSK、ASK、BPSK1、BPSK2）分為2部分，每人做一個部分，而我負責的就是數字調制與解調傳輸中的FSK與BPSK2的部分，另外再加上自己寫的QAM，最后將三人做的部分綜合起來。（2）編程的流程圖圖5 數字調制過程 （3）設計思路：先利用一個均勻分布的隨即信源產生大量的隨即信號，然后信號通過信道，信號將受到噪聲的影響。在接受端，將通過信道后的信號通過一個最佳接受機進行接收判決，就得到接收到的信號，將這個信號與圓心好相比，就可以得到通信誤碼率。2. 編程工具的選擇本次仿真選擇的是MATLAB軟件。MATLAB軟

7、件是國際上公認的功能最強大的數值計算和仿真軟件之一。其軟件包的主要特點有： 1)它是一種解釋性語言，采用了工程技術的計算語言，幾乎與數學表達式相同，語言中的基本元素是矩陣，它提供了各種矩陣的運算和操作，并且具有符號計算、數學和文字統一處理、離線和在線計算等功能。2)具有較強的繪圖功能，計算結果和編程可視化。3)具有很強的開放性，針對不同的應用學科，3. 編碼與測試（1）FSKfigure(1);N = 100;noise_amp = 3;signal_set = 'fsk'bits = '1', '0', '1', '0&

8、#39;, '0', '1'signal1 = sqrt(2)*sin(2*pi*2*0:N-1/N);signal0 = sqrt(2)*sin(2*pi*3*0:N-1/N); color0='r'color1='g'x = ; xcolor = ;%disp(length(bits);for n=1:length(bits)x=x eval(strcat('signal',bits(n); % 0/1 二進制xcolor = xcolor eval(strcat('color',bits(n)

9、;% disp(x);% disp(xcolor)end% Send signal through white noise channel r=x%r = x + noise_amp*randn(1,length(x); %信道噪聲% Run matched filters,利用匹配濾波器進行解調y1=filter(signal1(N:-1:1),1,r);%求通過濾波器的信號y0=filter(signal0(N:-1:1),1,r);% Graphicssubplot(211)t=0:length(r)-1;plot(t,r,'k');hold ona = axis;xp=

10、x*(0.75*max(abs(a(3) a(4)/max(x);for n=1:length(bits)plot(t(n-1)*N+1:n*N),xp(n-1)*N+1:n*N),xcolor(n) '-');h = text(n-1)*N+N/2,max(xp),bits(n);set(h,'fontsize',16);set(h,'color',xcolor(n);end%for n=N*1:length(bits),h=line(n n,a(3:4);set(h,'linestyle','-');endh=

11、title('Received signal');set(h,'fontsize',18);hold offsubplot(212)plot(t,y0,color0,t,y1,color1)a = axis;for n=1:length(bits)if y1(n*N)>= y0(n*N)h = text(n*N-10,.75*a(4),'1');set(h,'fontsize',16);set(h,'color',color1);if bits(n) = '0'set(h,'fontw

12、eight','bold');endelse h = text(n*N-10,.75*a(4),'0');set(h,'fontsize',16);set(h,'color',color0);if bits(n) = '1'set(h,'fontweight','bold');end endendfor n=N*1:length(bits),h=line(n n,a(3:4);set(h,'linestyle','-');endh=title(

13、'Matched Filter Output');set(h,'fontsize',18);%figure2是接收端的誤碼率% Compute Pre curves 計算誤碼率%figure(2)snrdb = -10:.5:12;snr = 10.(snrdb/10);p_bpsk = Qfunct(sqrt(2*snr);%需要編寫函數Qfunct（）p_fsk = Qfunct(sqrt(snr);h=semilogy(snrdb,p_bpsk,snrdb,p_fsk,'r-');grid;axis(-10 12 10(-8) 1)set(

14、gca,'fontsize',18);h=xlabel('Signal-to-Noise Ratio (dB)');set(h,'fontsize',18);h=ylabel('Bit Error Probability');set(h,'fontsize',18);legend('BPSK','FSK');（2）BPSK2figure(1);N = 100;noise_amp = 3;signal_set = 'bpsk2'bits = '1', &

15、#39;0', '1', '0', '0', '1'if strcmp(signal_set, 'bpsk2') signal1 = sqrt(2)*sin(2*pi*2*0:N-1/N); signal0 = -signal1; elseperror(sprintf('Unknown signal set %sn',signal_set);endcolor0='g'color1='b'x = ; xcolor = ;%disp(length(bits);fo

16、r n=1:length(bits)x=x eval(strcat('signal',bits(n); % 0/1 二進制xcolor = xcolor eval(strcat('color',bits(n);% disp(x);% disp(xcolor)end% Send signal through white noise channel r=x%r = x + noise_amp*randn(1,length(x); %信道噪聲% Run matched filters,利用匹配濾波器進行解調y1=filter(signal1(N:-1:1),1,r);

17、%求通過濾波器的信號y0=filter(signal0(N:-1:1),1,r);% Graphicssubplot(211)t=0:length(r)-1;plot(t,r,'k');hold ona = axis;xp=x*(0.75*max(abs(a(3) a(4)/max(x);for n=1:length(bits)plot(t(n-1)*N+1:n*N),xp(n-1)*N+1:n*N),xcolor(n) '-');h = text(n-1)*N+N/2,max(xp),bits(n);set(h,'fontsize',16);s

18、et(h,'color',xcolor(n);end%for n=N*1:length(bits),h=line(n n,a(3:4);set(h,'linestyle','-');endh=title('Received signal');set(h,'fontsize',18);hold offsubplot(212)plot(t,y0,color0,t,y1,color1)a = axis;for n=1:length(bits)if y1(n*N)>= y0(n*N)h = text(n*N-10,.

19、75*a(4),'1');set(h,'fontsize',16);set(h,'color',color1);if bits(n) = '0'set(h,'fontweight','bold');endelse h = text(n*N-10,.75*a(4),'0');set(h,'fontsize',16);set(h,'color',color0);if bits(n) = '1'set(h,'fontweight

20、9;,'bold');endendendfor n=N*1:length(bits),h=line(n n,a(3:4);set(h,'linestyle','-');endh=title('Matched Filter Output');set(h,'fontsize',18);%figure2是接收端的誤碼率% Compute Pre curves 計算誤碼率%figure(2)snrdb = -10:.5:12;snr = 10.(snrdb/10);p_bpsk = Qfunct(sqrt(2*snr);%

21、需要編寫函數Qfunct（）p_fsk = Qfunct(sqrt(snr);h=semilogy(snrdb,p_bpsk,snrdb,p_fsk,'r-');grid;axis(-10 12 10(-8) 1)set(gca,'fontsize',18);h=xlabel('Signal-to-Noise Ratio (dB)');set(h,'fontsize',18);h=ylabel('Bit Error Probability');set(h,'fontsize',18);legend(

22、'BPSK','FSK');（3）需要的小函數function y=Qfunct(x) %Q函數，在接收端求誤碼率時使用y=1/2 *erfc(x/sqrt(2);%max_bound=1000;%fun=inline('1/sqrt(2*pi)*exp(-x.2/2)');%Q_return_value=quad(fun,alpha,max_bound);（4）QAMclear;Fd=10; %消息序列的采樣速率Fs=3*Fd; %已調纖毫的采樣速率M=16; SNR_db=0:12; %仿真信噪比范圍SNR1_db=0:0.1:12; %理論

23、計算信噪比范圍for n=1:length(SNR_db) Eb_N0=10(SNR_db(n)/10); sgma=sqrt(5/(4*Eb_N0); %nc、ns的均方差 x=randint(10000,1,M); %產生隨即消息序列 y=dmodce(x,Fd,Fs,'qask',M); %QAM調制 ynoise=y+sqrt(Fs/Fd)*sgma*(randn(length(y),1)+j*randn(length(y),1); %加入噪聲 z=ddemodce(ynoise,Fd,Fs,'qask',M); %解調 numbers,pe(n)=sy

24、merr(x,z); %計算誤符號率end;for m=1:length(SNR1_db) %計算理論誤碼率 Eb_N0=10(SNR1_db(m)/10); sq_M=sqrt(M); temp=Qfunct(sqrt(Eb_N0*(3*(log2(M)/(M-1); pe_theory(m)=1-(1-(2*(sq_M-1)*temp)/sq_M)2;endsemilogy(SNR_db,pe,'*',SNR1_db,pe_theory); %作出圖象xlabel('信噪比(dB)');ylabel('誤碼率(Pe)');legend('仿真得到的誤符號率','理論符號誤碼曲線');（5）編譯過程中出現的問題a. 對MATLAB的函數不熟悉，要想用某個函數的時候還要在書中查找函數，這樣降低了整個編譯過程的效率。b. 在編譯完成后的運行中，系