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1、湖南工程学院课程设计报告课 程 设 计 报 告课程名称 通信原理 课题名称 二进制随相信号最佳带通传输系统设计 专 业 通信工程 班 级 1101 学 号 15 姓 名 谢鹏华 指导教师 张鏖锋 胡倩 2013年12 月19 日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 通信原理 课 题 二进制随相信号最佳带通传输系统设计 专业班级 通信工程1101 学生姓名 谢鹏华 学 号 201103020115 指导老师 张鏖锋 胡倩 审 批 任务书下达日期 2013年12 月12 日任 务 完成日期 2013年 12 月 19 日一、课程设计内容1.课程设计目的：通过课程设计，使学生加强对通信系统
2、的理解，学会查寻资料方案比较，以及设计计算等环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，培养他们动脑动手独立完成通信系统设计与实现的实践能力，真正实现由课本知识向实际能力的转化； 2.课题题目二进制随相信号最佳带通传输系统设计要求：（1）编程实现二进制随相信号最佳带通传输系统（分别采用2FSK、2PSK调制技术，解调均采用相干解调）2）输入数字信号序列并进行接收判决。3）通过多次输入输出对两种系统性能进行分析比较4）绘出信号的时域波形和频谱图；二、课程设计要求：要求：掌握通信系统中的关键技术调制、解调、PCM编解码等的基本原理；具备通信系统的初步设计和分析能力。培养学生根据需要选学参考书，查阅手册
3、，图表和文献资料的自学能力，通过独立思考深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。通过设计和实现通信系统，更加深入的理解通信技术的基本原理和应用。掌握Matlab/Simulink在通信工程中的应用；培养严谨的工作作风和科学态度。三、课程设计进度安排序号设 计 内 容所 用 时 间1根据课题的具体要求，查阅参考文献，确定整体方案，并进行参数设计计算2天2完成详细设计方案；编程实现或用Simulink进行建模仿真；3天3答辩1天4总结编写课程设计报告1天合 计1周目 录1.课程设计要求12.基本原理12.1.2FSK基本原理12.2.2FSK数字系统的调制原理12.3.2FSK的解调方式12
4、.4.2PSK基本原理23.设计方案23.1.2FSK设计方案23.2.2PSK设计方案34.设计结果及其分析44.1.基于matlab语言的2fsk解调设计结果及其分析44.1.1.各子函数源代码如下：44.1.2.2FSK调试结果64.2.基于matlab语言的2PSK解调设计结果及其分析64.2.1.函数代码64.2.2.2PSK调试结果95.小结116.参考文献117.课程设计评分表111课题名称 二进制随相信号最佳带通传输系统设计1. 课程设计要求设计一个2FSK和2PSK数字调制系统.要求： 1）设计出规定的数字通信系统的结构；2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤
5、波器的截止频率等）；3用Matlab或SystemView 实现该数字通信系统； 4）观察仿真并进行波形分析； 5）系统的性能评价。2. 基本原理 2.1. 2FSK基本原理频移键控是利用载波的频率来传递数字信号，在2FSK中，载波的频率随着二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。2FSK信号的产生方法主要有两种。一种可以采用模拟电咱来实现；另一种可以采用键控法来实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关对两个不同的独立源进行先通，使其在每一个码元期间输出f1和f2两个载波之一。这两种方法产生2FSK信号的差异在于：由调频法产生的2FSK信呈在相邻码元之间的相位是连续变化的，而键控法
6、产生的2FSK信号，是邮电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一不定期连续。频移键控是利用载波的频移变化来传递数字信息的。在2FSK中，载波的频率随基带信号在f1和f2两个频率点间变化。2.2. 2FSK数字系统的调制原理2FSK调制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序列。可以用二进制“1”来对应于载频f1，而“0”用来对应于另一相载频w2的已调波形，而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源w1、f2进行选择通。2.3. 2FSK的解调方式这里用的是相干方式解调，相干解调根据已调信号由两个载波f1、f2调制而成，则先用两个分别对
7、f1、f2带通的滤波器对已调信号进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f1、f2相乘进行相干解调，再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可。2.4. 2PSK基本原理2PSK,二进制移相键控方式，是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的一种数字调制方式。就是根据数字基带信号的两个电平(或符号)使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。两个载波相位通常相差180度，此时称为反向键控(PSK),也称为绝对相移方式。wqw+-+-=3. 设计方案3.1. 2FSK设计方案根据要求随机产生一个随像二进制波，经过2fsk解调的到解调信号，加入高斯白噪声。最后经过相干解调信号与
8、未条信号比较。如下结构流程图：基带信号振荡器F1反相器振荡器F2流通开关流通开关相加器Efsk(t)Cos(Wct)乘S(t)LPFSd(t)3.2. 2PSK设计方案与2FSK同一个随机二进制波，经过2psk解调的到解调信号，和频谱图，在姐姐条信号中加入高斯白噪声，然后相干解调，最后经过滤波器的到信号图。如下结构流程图：乘法器码 型变化E2psk(t)双极性不归零S（t）Cos(Wct)带通滤波器aCos(wct)相乘器c低通滤波器 D定时脉冲抽样判决器输出4. 设计结果及其分析4.1. 基于matlab语言的2fsk解调设计结果及其分析Matlab的.m文件有一个很大的特点就是可编辑性，可
9、以在调试过程中随时编辑程序所调用的子函数文件，这样使得调试的过程大大简化，更加易于操作。本次设计就是采用的主程序调用子程序所在m文件的方法，把各个模块分别写成子函数形式，生成对应的.m文件再由main函数调用。这种形式调试时更加调理清晰，且分开编写，编写难度更低。4.1.1. 各子函数源代码如下：Fc=20;Fs=100;Fd=1;N=Fs/Fd;df=10;numSymb=50;M=2;SNRpBit=100;SNR=SNRpBit/log2(M);seed=12345 54321;numPlot=15;x=randsrc(numSymb,1,0:M-1);%产生二进制随机码figure(1
10、)subplot(311);stem(0:numPlot-1,x(1:numPlot),bx);title(二进制比特流)xlabel(Time);ylabel(Amplitude);%调制y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,fsk,M,df)numModPlot=numPlot*Fs;t=0:numModPlot-1./Fs;subplot(312);plot(t,y(1:length(t),b-);axis(min(t) max(t) -1.5 1.5);title(调制后的信号)xlabel(Time);ylabel(Amplitude);%在以调信号中加入高斯白噪声randn(stat
11、e,seed(2);y=awgn(y,SNR-10*log(0.5)-10*log10(N),measured,dB)subplot(313);plot(t,y(1:length(t),b-);axis(min(t) max(t) -1.5 1.5);title(加入高斯白噪声后的以调信号)xlabel(Tmime);ylabel(Amplitude);%相干解调figure(2)z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,fsk/eye,M,df);title(相干解调后信号的眼图)figure(3)stem(0:numPlot-1,x(1:numPlot),bx);hold on;stem(
12、0:numPlot-1,z1(1:numPlot),ro);hold off;axis(0 numPlot -0.5 1.5);title(相干解调后的信号与原序列比较)4.1.2. 2FSK调试结果 图1 图二 图三图一是随机产生二进制比特波和经过2FSK调制及加入高斯白噪声后的图形，图二是相干解调后信号的眼图。图三是相干解调后的信号与原信号序列的比较图。4.2. 基于matlab语言的2PSK解调设计结果及其分析4.2.1. 函数代码t=0:2*pi/399:2*pi;m1=;c1=;b1=;for n=1:length(x) if x(n)=0 m=-ones(1,400); b=zer
13、os(1,400); else x(n)=1; m=ones(1,400); b=ones(1,400); end c=sin(Fs*t); m1=m1 m; c1=c1 c; b1=b1 b;endpsk=c1.*m1;figure(4)subplot(411);plot(b1)title(原始信号);axis(0 100*length(x) -1.5 1.5);subplot(412);plot(psk);title(psk);subplot(413);plot(abs(fft(psk);axis(0 200*length(x) 0 400);title(2PSK信号频谱);tz=awgn
14、(psk,10);figure(5)subplot(411);plot(tz);grid onaxis(0 200*length(x) -2 2);title(通过高斯白噪声信道后的信号)subplot(4,1,2);plot(abs(fft(tz);axis(0 200*length(x) 0 400);title(加入白噪声的2PSK信号频谱);plot(t,tz(1:length(t),b-);axis(min(t) max(t) -1.5 1.5);title(加入高斯白噪声后的以调信号)xlabel(Tmime);ylabel(Amplitude);jiet=2*b1.*tz;%同步
15、解调subplot(413)plot(jiet);grid on axis(0 200*length(x) -2 2);title(相乘后信号波形)subplot(4,1,4);plot(abs(fft(jiet);axis(0 200*length(x) 0 400);title(相乘后信号频谱);fp=500;fs=700;rp=3;rs=20;fn=11025;ws=fs/(fn/2); wp=fp/(fn/2);%计算归一化角频率n,wn=buttord(wp,ws,rp,rs);%计算阶数和截止频率b,a=butter(n,wn);%计算H(z）figure(6);freqz(b,a
16、,1000,11025);subplot(321);axis(0 4000 -100 3)title(LPF幅频相频图);jt=filter(b,a,jiet);subplot(322);plot(jt);grid onaxis(0 200*length(x) -2 2);title(经低通滤波器后信号波形)subplot(323);plot(abs(fft(jt);axis(0 200*length(x) 0 400);title(经低通滤波器后信号频谱);for m=1:200*length(x); if jt(m)=0; jt(m)=0; end end subplot(324);plo
17、t(jt);grid on axis(0 200*length(x) -2 2);title(经抽样判决后信号s(t)波形) subplot(325);plot(abs(fft(jt); axis(0 200*length(x) 0 400);title(经抽样判决后信号频谱);4.2.2. 2PSK调试结果 图四 图五 图六图四是原始信号图形和经2PSK解调信号和频谱图形，图五是加入高斯白噪声和相干解调中与解调函数相乘的图形，图六得到完整经相干解调后的信号频谱。5. 小结本次课程设计本人觉得非常有意义。这次设计又给了我一次锻炼的机会，首先是这次课程设计涉及到matlab软件。因为课设时间安排
18、的限制，所以并不能把这两种软件学得十分的透彻，只能是现学现卖，学部分与课设相关的知识。同时这种软件的学习过程中，碰到的最大的难处就是M语言的学习，但是经过大量的查资料还是得出了结果，自己也感到很高兴，但是很明显的是自己只学到了一点皮毛。这次课设让我有一个感慨就是matlab真的好强大，以前自己并没有意识到，所以今后自己一定要多抽出一点时间进行相关知识的学习，这对以后的学习也会提供很大的帮助。当然，在这次课设的过程中，我觉得态度是最重要的。没有一个好的态度，以一颗烦燥的心或一颗投机取巧的心是得不出实验结果或者是学不得实质的东西。虽然课设要求培养自己独立思考的能力，但是我认为同学之间应该保持一定的
19、交流是应该的，这样才有助于扩展知识面，同时当一些问题没法解决时，在同学的帮助下很可能得到解决，也避免了走死胡同。说到交流，我觉得这次课程设计过程中师生互动的太少了，虽然安排水了预答辩，但是问到的一些问题也只是书本上的一些理论知识，而这些因为学过通信原理，也并没有什么难度。但本次课设的难点是两种软件的应用，所以希望老师能在以后的教学过程中能多加一点师生交流。总之，能顺利的完成本次课程设计，我感到非常的高兴，在这里感谢指导老师，感谢您辛勤的指导！6. 参考文献1樊昌信,曹丽娜.通信原理.国防工业出版社,20062吴大正.信号与线性系统分析.高等教育出版社,20053万永革.数字信号处理的MATLA
20、B实现.科学出版社,20077. 课程设计评分表课程名称： 通信原理 项 目评 价设计方案的合理性与创造性设计与调试结果设计说明书的质量答辩陈述与回答问题情况课程设计周表现情况综合成绩 教师签名： 日 期： 附录资料：不需要的可以自行删除各类滤波器的MATLAB程序一、 理想低通滤波器IA=imread(lena.bmp);f1,f2=freqspace(size(IA),meshgrid);Hd=ones(size(IA);r=sqrt(f1.2+f2.2);Hd(r0.2)=0;Y=fft2(double(IA);Y=fftshift(Y);Ya=Y.*Hd;Ya=ifftshift(Ya
21、);Ia=ifft2(Ya);figuresubplot(2,2,1),imshow(uint8(IA);subplot(2,2,2),imshow(uint8(Ia);figuresurf(Hd,Facecolor,interp,Edgecolor,none,Facelighting,phong); 二、理想高通滤波器IA=imread(lena.bmp);f1,f2=freqspace(size(IA),meshgrid);Hd=ones(size(IA);r=sqrt(f1.2+f2.2);Hd(r0.2)=0;Y=fft2(double(IA);Y=fftshift(Y);Ya=Y.*
22、Hd;Ya=ifftshift(Ya);Ia=real(ifft2(Ya);figuresubplot(2,2,1),imshow(uint8(IA);subplot(2,2,2),imshow(uint8(Ia);figuresurf(Hd,Facecolor,interp,Edgecolor,none,Facelighting,phong); 三、 Butterworth低通滤波器IA=imread(lena.bmp);f1,f2=freqspace(size(IA),meshgrid);D=0.3;r=f1.2+f2.2;n=4;for i=1:size(IA,1) for j=1:si
23、ze(IA,2) t=r(i,j)/(D*D); Hd(i,j)=1/(tn+1); endendY=fft2(double(IA);Y=fftshift(Y);Ya=Y.*Hd;Ya=ifftshift(Ya);Ia=real(ifft2(Ya);figuresubplot(2,2,1),imshow(uint8(IA);subplot(2,2,2),imshow(uint8(Ia);figuresurf(Hd,Facecolor,interp,Edgecolor,none,Facelighting,phong); 四、 Butterworth高通滤波器IA=imread(lena.bmp)
24、;f1,f2=freqspace(size(IA),meshgrid);D=0.3;r=f1.2+f2.2;n=4;for i=1:size(IA,1) for j=1:size(IA,2) t=(D*D)/r(i,j); Hd(i,j)=1/(tn+1); endendY=fft2(double(IA);Y=fftshift(Y);Ya=Y.*Hd;Ya=ifftshift(Ya);Ia=real(ifft2(Ya);figuresubplot(2,2,1),imshow(uint8(IA);subplot(2,2,2),imshow(uint8(Ia);figuresurf(Hd,Face
25、color,interp,Edgecolor,none,Facelighting,phong); 五、 高斯低通滤波器IA=imread(lena.bmp);IB=imread(babarra.bmp);f1,f2=freqspace(size(IA),meshgrid);D=100/size(IA,1);r=f1.2+f2.2;Hd=ones(size(IA);for i=1:size(IA,1) for j=1:size(IA,2) t=r(i,j)/(D*D); Hd(i,j)=exp(-t); endendY=fft2(double(IA);Y=fftshift(Y);Ya=Y.*Hd
26、;Ya=ifftshift(Ya);Ia=real(ifft2(Ya);figuresubplot(2,2,1),imshow(uint8(IA);subplot(2,2,2),imshow(uint8(Ia);figuresurf(Hd,Facecolor,interp,Edgecolor,none,Facelighting,phong); 六、 高斯高通滤波器IA=imread(lena.bmp);IB=imread(babarra.bmp);f1,f2=freqspace(size(IA),meshgrid);%D=100/size(IA,1);D=0.3;r=f1.2+f2.2;for
27、 i=1:size(IA,1) for j=1:size(IA,2) t=r(i,j)/(D*D); Hd(i,j)=1-exp(-t); endendY=fft2(double(IA);Y=fftshift(Y);Ya=Y.*Hd;Ya=ifftshift(Ya);Ia=real(ifft2(Ya);figuresubplot(2,2,1),imshow(uint8(IA);subplot(2,2,2),imshow(uint8(Ia);figuresurf(Hd,Facecolor,interp,Edgecolor,none,Facelighting,phong); 七、 梯形低通滤波器I
28、A=imread(lena.bmp);IB=imread(babarra.bmp);f1,f2=freqspace(size(IA),meshgrid);%D=100/size(IA,1);D0=0.1;D1=0.4;r=sqrt(f1.2+f2.2);Hd=zeros(size(IA);Hd(r=D0 & r(i,j)=D1 Hd(i,j)=(D1-r(i,j)/(D1-D0); end endendY=fft2(double(IA);Y=fftshift(Y);Ya=Y.*Hd;Ya=ifftshift(Ya);Ia=real(ifft2(Ya);figuresubplot(2,2,1),
29、imshow(uint8(IA);subplot(2,2,2),imshow(uint8(Ia);figuresurf(Hd,Facecolor,interp,Edgecolor,none,Facelighting,phong); 八、 梯形高通滤波器IA=imread(lena.bmp);IB=imread(babarra.bmp);f1,f2=freqspace(size(IA),meshgrid);%D=100/size(IA,1);D0=0.1;D1=0.4;r=sqrt(f1.2+f2.2);Hd=ones(size(IA);Hd(r=D0 & r(i,j)=D1 Hd(i,j)=(
30、D0-r(i,j)/(D0-D1); end endendY=fft2(double(IA);Y=fftshift(Y);Ya=Y.*Hd;Ya=ifftshift(Ya);Ia=real(ifft2(Ya);figuresubplot(2,2,1),imshow(uint8(IA);subplot(2,2,2),imshow(uint8(Ia);figuresurf(Hd,Facecolor,interp,Edgecolor,none,Facelighting,phong); 九、 用其他方法编写的理想低通、理想高通、Butterworth低通、同态滤波程序1、 理想低通i1=imread(
31、lena.bmp);i2=imnoise(i1,salt & pepper,0.1);f=double(i2);k=fft2(f);g=fftshift(k);N1,N2=size(g);d0=50;u0=floor(N1/2)+1;v0=floor(N2/2)+1;for i=1:N1 for j=1:N2 d=sqrt(i-u0)2+(j-v0)2); if d=d0 h=1; else h=0; end y(i,j)=g(i,j)*h; endendy=ifftshift(y);E1=ifft2(y);E2=real(E1);figuresubplot(2,2,1),imshow(uin
32、t8(i1);subplot(2,2,2),imshow(uint8(i2);subplot(2,2,3),imshow(uint8(E2); 2、 理想高通i1=imread(lena.bmp);i2=imnoise(i1,salt & pepper,0.1);f=double(i2);k=fft2(f);g=fftshift(k);N1,N2=size(g);n=2;d0=10;u0=floor(N1/2)+1;v0=floor(N2/2)+1;for i=1:N1 for j=1:N2 d=sqrt(i-u0)2+(j-v0)2); if d=d0 h=0; else h=1; end
33、y(i,j)=g(i,j)*h;endendy=ifftshift(y);E1=ifft2(y);E2=real(E1);figuresubplot(2,2,1),imshow(uint8(i1);subplot(2,2,2),imshow(uint8(i2);subplot(2,2,3),imshow(uint8(E2); 3、 Butterworth低通i1=imread(lena.bmp);i2=imnoise(i1,salt & pepper,0.1);f=double(i2);k=fft2(f);g=fftshift(k);N1,N2=size(g);n=2;d0=50;u0=flo
34、or(N1/2)+1;v0=floor(N2/2)+1;for i=1:N1 for j=1:N2 d=sqrt(i-u0)2+(j-v0)2); h=1/(1+(d/d0)(2*n); y(i,j)=g(i,j)*h; endendy=ifftshift(y);E1=ifft2(y);E2=real(E1); figuresubplot(2,2,1),imshow(uint8(i1);subplot(2,2,2),imshow(uint8(i2);subplot(2,2,3),imshow(uint8(E2); 4、 同态滤波I=rgb2gray(imread(fabric00.bmp);M,N=size(I);T=double(I);L=log(T);F=fft2(L);A=2;B=0.3;for i=1:M for j=1:N D(i,j)=(i-M/2)2+(j-N/2)2); endendc=1.1;%锐化参数D0=max(M,N);H=(A-B)*(1-exp(c*(-D/(D02)+B;F=F.*H;F=ifft2(F);Y=exp(F);figuresubplot(1,2,1),imshow(I);subplot(1,2,2),imshow(uint8(real(Y); 十、 Gabor滤波器