數(shù)字通信課程設(shè)計(jì)

1、吉林工程技術(shù)師范學(xué)院信息工程學(xué)院數(shù)字通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 基于MATLAB數(shù)字基帶調(diào)制 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 電子信息1041班 姓 名： 唐 歡 學(xué) 號(hào)： 25 號(hào) 指導(dǎo)教師： 范 珩 王 冬 梅 時(shí) 間： 2013/11/25-2013/12/13 目 錄第一章 緒論11.1通信的發(fā)展史簡(jiǎn)介11.2設(shè)計(jì)的目的及意義2第二章 數(shù)字基帶信號(hào)32.1數(shù)字基帶調(diào)制原理32.2單極性不歸零波形42.3雙極性不歸零波形42.4單極性歸零波形52.5雙極性歸零波形6第三章 載波調(diào)制的數(shù)字傳輸73.1載波調(diào)制的原理73.2 二進(jìn)制2ASK的調(diào)制與解調(diào)仿真83.3二進(jìn)制2FSK的調(diào)制與解

2、調(diào)仿真153.4二進(jìn)制2PSK的調(diào)制與解調(diào)仿真20第四章 總結(jié)25參考文獻(xiàn)I附錄：I第一章 緒論1.1通信的發(fā)展史簡(jiǎn)介隨著數(shù)字通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展以及通信網(wǎng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的相互融合，信息科學(xué)技術(shù)已成為21世紀(jì)和世界的新的強(qiáng)大推動(dòng)力。信息是一種資源，只有通過(guò)廣泛的傳播與交流，才能產(chǎn)生利用價(jià)值，而欣喜的傳播與交流，是依靠各種通信方式與技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)代通信原理與技術(shù)是信息社會(huì)每一位成員，尤其是未來(lái)通信工作者的迫切需求。通信就是從一地向另一地傳遞消息。通信的目的是傳遞消息中所包含的信息。人們可以用語(yǔ)言、文字、數(shù)據(jù)、圖片或活動(dòng)圖像等不同形式的消息來(lái)表達(dá)信息。信息是消息的內(nèi)涵，即消息中

3、所包含的人們?cè)瓉?lái)不知而待知的內(nèi)容于傳輸含有信息的消息，否則，就失去了通信的意義。實(shí)現(xiàn)通信的方式很多，如手勢(shì)、語(yǔ)言、旌旗、消息樹(shù)、烽火臺(tái)、金鼓和譯碼傳令，以及現(xiàn)代社會(huì)的電報(bào)、電話、廣播、電視、遙控、遙測(cè)、因特網(wǎng)、數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)通信等，這些都是消息傳遞方式和信息交流的手段。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前使用最廣泛的通信方式是電通信。由于電通信迅速、準(zhǔn)確、可靠且不受時(shí)間、地點(diǎn)、距離的限制，自然科學(xué)領(lǐng)域凡是涉及“通信”這一術(shù)語(yǔ)時(shí)，一般均值“電通信”。通信系統(tǒng)就是傳遞信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和，包括信息源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和信宿(受信者) ，它的一般模型如圖1-1所示。圖1-1

4、通信系統(tǒng)一般模型1.2設(shè)計(jì)的目的及意義目的：1、根據(jù)題目，查閱有關(guān)資料，掌握數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)以及擴(kuò)頻通信原理。2、學(xué)習(xí)MATLAB軟件，掌握MATLAB各種函數(shù)的使用。3、根據(jù)數(shù)字帶通調(diào)制原理，運(yùn)用MATLAB進(jìn)行編程，仿真調(diào)制過(guò)程，記錄并分析仿真結(jié)果。意義：課程設(shè)計(jì)需要運(yùn)用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)2ASK,2FSK,2PSK，2DPSK調(diào)制解調(diào)過(guò)程，并且輸出其調(diào)制后的波形，畫(huà)出頻譜、功率譜密度圖，并比較各種調(diào)制的誤碼率情況，討論其調(diào)制效果。第二章 數(shù)字基帶信號(hào)2.1數(shù)字基帶調(diào)制原理基帶信號(hào)具有較低的頻率分量，不易通過(guò)無(wú)線信道傳輸。因此，在通信系統(tǒng)的發(fā)送端需要有一個(gè)在舶來(lái)運(yùn)載基帶信號(hào)，也就是使載波

5、的某個(gè)參量隨基帶信號(hào)的規(guī)律而變化，這一過(guò)程稱為調(diào)制。載波受調(diào)制后成為已調(diào)信號(hào)，它含有基帶信號(hào)的全部特征。在通信系統(tǒng)的接受端則需要有解調(diào)過(guò)程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的原始基帶信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。調(diào)制的作用和目的：將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)；實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率；減小干擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力；實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換，等等。因此，調(diào)制對(duì)通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有著很大的影響和作用。采用什么樣的調(diào)制方式將直接影響著通信系統(tǒng)的性能。調(diào)制方式有很多，根據(jù)調(diào)制信號(hào)的形式可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制；根據(jù)載波的選擇可分為以正弦作為載波的連續(xù)波調(diào)制和以脈沖串作為載波的脈沖調(diào)制等討論的重點(diǎn)

6、使用取值連續(xù)的調(diào)制信號(hào)去控制正弦載波參量的模擬調(diào)制，他可分為幅度調(diào)制和角度調(diào)制。其原理甚至電路完全推廣到數(shù)字調(diào)制中去。討論的主要內(nèi)容有：各種已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜結(jié)構(gòu)，調(diào)制與解調(diào)原理及系統(tǒng)的抗噪聲性能數(shù)字基帶信號(hào)數(shù)字基帶信號(hào)是消息代碼的電波形表示。數(shù)字基帶信號(hào)的類型有很多，常見(jiàn)的有矩形脈沖、三角波、高斯脈沖和升余弦脈沖等。下面以矩形脈沖為例介紹幾種最常見(jiàn)的基帶信號(hào)波形。2.2單極性不歸零波形單極性不歸零波形如圖所示，這是一種最簡(jiǎn)單、最常用的系帶信號(hào)形式。這種信號(hào)脈沖的零電平和正電平分別對(duì)應(yīng)著二進(jìn)制代碼0和1，或者說(shuō)，他在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)用脈沖的有或無(wú)來(lái)對(duì)應(yīng)表示0或1碼。其特點(diǎn)是極性單一，有直流

7、分量，脈沖之間無(wú)間隔如圖2-1所示，程序詳見(jiàn)附錄。圖2-1單極性不歸零波形2.3雙極性不歸零波形在雙極性不歸零波形中。脈沖的正、負(fù)電平分別對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制代碼1、0，如圖所示，由于它是幅度相等極性相反的雙極性波形，故當(dāng)0、1符號(hào)等可能出現(xiàn)時(shí)無(wú)直流分量。這樣，恢復(fù)信號(hào)的判決電平為0，因而不受信道特性變化的影響，抗干擾能力較強(qiáng)用雙極性不歸零碼來(lái)表示二元信息序列 001010101011，畫(huà)出波形示意圖。如圖2-2所示，程序詳見(jiàn)附錄。圖2-2雙極性不歸零波形2.4單極性歸零波形單極性歸零波形與單機(jī)行不歸零波形的區(qū)別是有電脈沖寬度小于碼元寬度，每個(gè)有電脈沖在小于碼元長(zhǎng)度內(nèi)總要回到零電平所以稱為歸零波形。單

8、極性歸零波形可以直接提取定時(shí)信息，是其他波形提取位定時(shí)信號(hào)時(shí)需要采用的一種過(guò)渡波形。如圖2-3所示，程序詳見(jiàn)附錄。圖2-3單極性歸零波形2.5雙極性歸零波形雙極性歸零波形是雙極性波形的歸零形式，如圖所示它兼有雙極性和不歸零波形的特點(diǎn)如圖2-4所示，程序詳見(jiàn)附錄。圖2-4雙極性歸零波形第三章 載波調(diào)制的數(shù)字傳輸3.1載波調(diào)制的原理在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號(hào)能夠在信道中傳輸，要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性。然而，在實(shí)際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號(hào)不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號(hào)如圖3-1所示。 圖 3

9、-1 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，一般可以采用模擬調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。但是，數(shù)字基帶信號(hào)具有與模擬基帶信號(hào)不同的特點(diǎn)，其取值是有限的離散狀態(tài)。這樣，可以用載波的某些離散狀態(tài)來(lái)表示數(shù)字基帶信號(hào)的離散狀態(tài)?；镜娜N數(shù)字調(diào)制方式是：振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK 或DPSK)。3.2 二進(jìn)制2ASK的調(diào)制與解調(diào)仿真振幅鍵控是正弦載波的幅度隨是自己帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制。當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控。設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)序列由3、1序列組成，發(fā)送0符號(hào)的概率為P，發(fā)送1符號(hào)的概率為1-P，且相互獨(dú)立，該二進(jìn)制符號(hào)序列可表示為振幅

10、鍵控是正弦載波的幅度隨是自己帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制。當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控。設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)序列由3、1序列組成，發(fā)送0符號(hào)的概率為P，發(fā)送1符號(hào)的概率為1-P，且相互獨(dú)立，該二進(jìn)制符號(hào)序列可表示為其中Ts是二進(jìn)制系帶信號(hào)的時(shí)間間隔，g(t)是持續(xù)時(shí)間為T(mén)s的矩形脈沖，則二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)可表示為1、 調(diào)制仿真(1)建立模型方框圖 2ASK信號(hào)調(diào)制的模型方框圖由DSP模塊中的sinwave信號(hào)源、方波信號(hào)源、相乘器等模塊組成，Simulink 模型圖如圖3-2所示。 圖3-2 2ASK信號(hào)調(diào)制的模型方框圖其中正玄信是載波信號(hào)，方波代表S（t）序列的信號(hào)塬，正玄信號(hào)和方波

11、相乘后就得到鍵控2ASK信號(hào)。(2)參數(shù)設(shè)置建立好模型之后就要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，以達(dá)到系統(tǒng)的最佳仿真。從正玄信號(hào)源開(kāi)始依次的仿真參數(shù)設(shè)置如圖3-3所示。圖3-3 2ASK的正玄信號(hào)參數(shù)設(shè)置(3)二進(jìn)制2ASK仿真及各點(diǎn)波形圖經(jīng)過(guò)上面參數(shù)的設(shè)置后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真下面是示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖如圖3-4所示。圖3-4 2ASK信號(hào)調(diào)制的各點(diǎn)時(shí)間波形圖2、解調(diào)仿真(1)建立simulink模型方框圖相干解調(diào)也叫同步解調(diào)，就是用已調(diào)信號(hào)恢復(fù)出載波既同步載波。再用載波和已調(diào)信號(hào)相乘，經(jīng)過(guò)低通濾波器和抽樣判決器恢復(fù)出S(t)信號(hào)，simulink模型圖如圖3-5所示。圖3-5 2ASK相干解調(diào)的 sim

12、ulink模型方框圖(2)參數(shù)設(shè)置建立好模型之后，開(kāi)始設(shè)置各點(diǎn)的參數(shù)，由于低通濾波器是濾去高頻的載波，才能恢復(fù)出原始信號(hào)，所以為了使已調(diào)信號(hào)的頻譜有明顯的搬移，就要使載波和信息源的頻率有明顯的差別，所以載波的頻率設(shè)置為100Hz.為了更好的恢復(fù)出信源信號(hào)，所以在此直接使用原載波信號(hào)作為同步載波信號(hào)下面是低通濾波器的參數(shù)設(shè)置如圖3-6所示。圖3-6 低通濾波器的參數(shù)設(shè)置圖(3)系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)時(shí)間波形圖如圖3-7所示圖3-7 2ASK信號(hào)解調(diào)的各點(diǎn)時(shí)間波形圖3.3二進(jìn)制2FSK的調(diào)制與解調(diào)仿真在2FSK信號(hào)中，信號(hào)相位的變化是以未調(diào)正弦載波的相位作為參考，用載波相位的絕對(duì)數(shù)直來(lái)表示數(shù)字信息的，所以

13、稱為絕對(duì)移相在2PSK信號(hào)中,信號(hào)相位的變化是以未調(diào)正弦載波的相位作為參考,用載波相位的絕對(duì)數(shù)值表示數(shù)字信息的,所以稱為絕對(duì)移相。 1、調(diào)制仿真2FSK信號(hào)是由頻率分別為f1和f2的兩個(gè)載波對(duì)信號(hào)源進(jìn)行頻率上的控制而形成的，其中f1和f2是兩個(gè)頻率有明顯差別的且都遠(yuǎn)大于信號(hào)源頻率的載波信號(hào)，2FSK信號(hào)產(chǎn)生的simulink 仿真(1)模型圖如下所示：圖3-8 2FSK信號(hào)調(diào)制的模型方框圖(2)參數(shù)設(shè)置圖3-9 載波sin wave的參數(shù)設(shè)置(3)系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)時(shí)間波形圖其中方波是幅度為1，周期為3，占1比為1/3的基于采樣的信號(hào)。經(jīng)過(guò)以上參數(shù)的設(shè)置后就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，其各點(diǎn)的時(shí)間波形如圖

14、3-10所示：圖3-10 2FSK信號(hào)調(diào)制的各點(diǎn)時(shí)間波形圖2解調(diào)仿真(1)解調(diào)方框圖如下所示：圖3-11 2FSK相干解調(diào)的 simulink模型方框圖(2)設(shè)置參數(shù)2FSK信號(hào)的調(diào)制模塊，兩個(gè)帶通濾波器分別將2FSK信號(hào)上下分頻f1和f2 ,后面就和2ASK信號(hào)的解調(diào)過(guò)程相同，各參數(shù)設(shè)置如圖3-12所示。圖3-12 2FSK信號(hào)帶通濾波器參數(shù)設(shè)置(3)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)仿真后的各點(diǎn)時(shí)間波形如下：圖3-13 2FSK信號(hào)解調(diào)的各點(diǎn)時(shí)間波形圖3.4二進(jìn)制2PSK的調(diào)制與解調(diào)仿真當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控（2PSK）信號(hào)。通常用以調(diào)信號(hào)載波的0和180分別表示二進(jìn)制

15、數(shù)字基帶信號(hào)的1和0.二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為其中與2ASK和2FSK時(shí)的不同，在2PSK調(diào)制中，應(yīng)選則雙極性，即若是脈寬為T(mén)s、高度為1的矩形脈沖， 這種以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方法，成為二進(jìn)制絕對(duì)移相方式。二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的典型時(shí)間波形如圖所示2PSK信號(hào)相干解調(diào)個(gè)點(diǎn)時(shí)間波形當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180倒相時(shí)，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將于發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。1 調(diào)制仿真(1)建立模型方框圖2PSK信號(hào)調(diào)制的模型方框圖由DSP模塊中的sinwave信號(hào)源、方波信號(hào)源、相乘器等模塊組成，Simulink 模型圖如方框圖如圖3-

16、14所示。圖3-14 2PSK信號(hào)調(diào)制的模型方框圖(2)設(shè)置參數(shù)其中Sin wave和Sin wave1是反相的載波，正玄脈沖作為信號(hào)源，各個(gè)參數(shù)設(shè)置如圖3-15所示。圖3-15 Sin wave信號(hào)參數(shù)設(shè)置(3)系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)時(shí)間波形圖由上面兩個(gè)圖可以看出兩個(gè)載波是幅度為3頻率為4Hz采樣時(shí)間為0.002s的反相信號(hào)。脈沖信號(hào)是幅度為2周期為1占空比為50%的基于時(shí)間的信號(hào)。2PSK調(diào)制的各點(diǎn)時(shí)間波形如圖3-16所示。圖3-16 2PSK信號(hào)調(diào)制的各點(diǎn)時(shí)間波形圖2、 解調(diào)仿真(1)建立simulink模型方框圖如下：圖3-17 2PSK相干解調(diào)的 simulink模型方框圖(2)各點(diǎn)的時(shí)間波

17、形如下所示：圖3-18 2PSK信號(hào)解調(diào)的各點(diǎn)時(shí)間波形圖第四章 總結(jié)通過(guò)本學(xué)期對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，是我對(duì)信號(hào)處理有了更深的了解，同時(shí)極大的提高了我對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的興趣。課堂學(xué)習(xí)主要注重于理論知識(shí)，而我們要將所學(xué)每一次課程設(shè)計(jì)都會(huì)學(xué)到不少東西，這次當(dāng)然也不例外。不但對(duì)自動(dòng)控制原理的知識(shí)鞏固了，也加強(qiáng)了MATLAB 這個(gè)強(qiáng)大軟件使用的學(xué)習(xí)，這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多編程問(wèn)題，最后在自己和同學(xué)相互協(xié)助下，終于迎刃而解了。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程”千里之行始于足下”，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名

18、言的真正含義我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)同樣十分感謝李學(xué)斌、安曉峰老師在此次實(shí)驗(yàn)中給我提出的建議與不足，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪；這次模具設(shè)計(jì)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開(kāi)老師您的細(xì)心指導(dǎo)。而您開(kāi)朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1 2007年葛哲學(xué).精通MATLAB. 電子工業(yè)出版社2008年2 孫學(xué)軍等.通信原理.電子工業(yè)出版社2001年3 曹志剛等.現(xiàn)代通信原理北京清華大學(xué)出版社1992年8月4 曾一

19、凡. 擴(kuò)頻通信原理. 機(jī)械工業(yè)出版社2005年9月5 樊昌信. 通信原理. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社6 宮錦文，通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，電子工業(yè)出版社2007年7 王興亮 編著，數(shù)字通信原理與技術(shù)，西安電子科技大學(xué)出版社，第二版8 徐明遠(yuǎn) 邵玉斌 編著，MATLAB仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，20059 孫屹 吳磊編著, Simulink通信仿真開(kāi)發(fā)手冊(cè),國(guó)防工業(yè)出版社,2003附錄：?jiǎn)螛O性不歸零程序function y=snrz(x)t0=300;t=0:1/t0:length(x);for i=1:length(x) if(x(i)=1) for j=1:t0 y(i-1

20、)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y(i-1)*t0+j)=0; end endendy=y,x(i);M=max(y);m=min(y);subplot(2,1,1)plot(t,y);grid on;axis(0,i,m-0.1,M+0.1);title ('1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1');snrz(t);-雙極性不歸零程序function y=srz(x)t0=200;t=0:1/t0:length(x);for i=1:length(x) if(x(i)=1) for j=1:t0/2 y(t0/2*(2*i-2)+j)=1; y(t0/2*(2*i-2)+j)=0; end else for j=1:t0/2 y(t0*(i-1)+j)=0; end endendy=y,x(i);M=max(y);m=min(y);subplot(211)plot(t,y);grid on