基于MATLAB的數字通信系統(tǒng)仿真設計【實用文檔】doc

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基于MATLAB的數字通信系統(tǒng)仿真設計【實用文檔】doc文檔可直接使用可編輯，歡迎下載安康學院學年論文﹙設計﹚題目基于MATLＡB的數字通信系統(tǒng)仿真設計學生姓名學號專業(yè)班級指導教師２013年6月23日基于MATLＡＢ的模擬通信系統(tǒng)仿真設計(作者：張小文)（安康學院電子與信息工程系電子信息工程專業(yè)1０級，陜西安康725000）指導教師:朱燕【摘要】通信是通過某種媒體進行的信息傳遞,目的是傳輸信息，通信系統(tǒng)是用以完成信息傳輸過程的技術系統(tǒng)的總稱，作用是將信息從信源發(fā)送到一個或多個目的地.調制與解調在信息的傳輸過程中占據著重要的地位，是不可或缺的，因此研究系統(tǒng)的調制和解調過程就極為重要.MＡＴLAＢ是集數值計算、圖形繪制、圖像處理及系統(tǒng)仿真等強大功能于一體的科學計算語言，它強大的矩陣運算和圖形可視化的功能以及豐富的工具箱，為通信系統(tǒng)的調制和解調過程的分析提供了極大的方便。本論文首先介紹了通信系統(tǒng)的概念,進而引出調制和解調，然后介紹了我們常用的幾種調制和解調的方法。由于MＡＴＬAB具有的強大功能所以詳細介紹了MATLAB通信系統(tǒng)工具箱，并給出了基于MATＬAB的通信系統(tǒng)的調制與解調的實現,運用MATLＡB仿真軟件進行仿真。【關鍵詞】通信系統(tǒng);調制與解調;ＭATLＡB;2ＦSＫ；２ASK;2PSK；2DPSKDｉgitalCｏmmuｎicatｉonＳystemＳiｍuｌationＢａｓeｄOnＭATLABAutｈor：ＺhangＸiａｏwen（Ｇrａdｅ10,Ｃｌass2,ElectｒｏnｉcａnｄInformaｔionＥngiｎｅerinｇ，DepartmｅｎtofｅlectronicsaｎｄInｆormaｔionEngineｅring。，AnｋａｎgUniｖｅrsity,Ankaｎg725000，Ｓhａａnxi）Tuｔor：ZhuＹanAbsｔraｃt：Cｏmｍunｉｃatiｏnisthｒouｇhamediafoｒtrａnｓportａt(yī)iｏｎ.Coｍmunicatｉｏnｓyｓtemwhｉchisuｓedｔocompletetheprocｅssoｆiｎformaｔｉoｎtransmissｉonsystems,ｉngenｅｒａl,isｔosｅｎdtheｉｎforｍaｔionfromtheｓｏurｃetｏｏneorｍｏredesｔinatiｏnｓ．Moｄulatioｎanddｅｍoduｌationｏccupiedａnｉmpoｒtａntpositｉoｎｉｎtheｔraｎsmisｓionｏfｉnｆormatiｏnｗｈichｉsｅｓsentｉal，ｓotｈｅｒeｓearｃhabｏuttｈemodulatioｎanｄdemｏduｌａｔioｎpｒoｃｅｓsintｈeｃoｍmunicａt(yī)ｉoｎsysteｍiｓexｔreｍｅlyimportａnt.ＭＡTＬＡＢisanｕmeｒｉｃａlcoｍputatiｏn，graｐhicsｒｅnｄeｒiｎg，ｉmａgｅproｃｅssinｇａnｄsystemsｉmulationａndotherpｏｗerfulfｅaｔuresｉnｏnｅofｔhｅscｉenｔｉficcoｍｐutiｎglａnguage，itiｓapoweｒfulmatrixｃａlｃｕlatioｎandｇrａpｈicalｖisualｉzａt(yī)ioｎfeaturesandariｃｈｔoolｂoxprovideｓａgｒｅaｔcoｎvenienceforｔhｅcommunicationsｙｓｔeｍoｆmoｄulaｔionａｎｄｄeｍoｄulationprocess.Thisｐａperiｎtｒoducestheｃonceptofthecoｍmunｉｃatiｏnsyｓtｅm，aｎdｔｈenleadsｔomodulationanｄdemoｄulａｔioｎ，aｎdthenｉntroducedｓeveｒalofourcommoｎlyuｓedmｅthoｄoｆmodulaｔioｎａnddemodｕlaｔion。AstｈepｏｗeroｆMAＴLＡＢsoｗroduceｄｔｈecommunicaｔioｎsystemtoolｂoｘｉntheMＡTLAB。WegivesseveｒalexamｐlesabｏuttheｃommunicatioｎｓystembａsedonMATＬAＢmoｄuｌａt(yī)ｉｏnandｄeｍodulationａnduｓethesoｆtwarｅofＭＡTLABtosimuｌateｔhem.Keyｗords:Commuｎｉcａt(yī)iｏnSyｓtems；Mｏｄulatiｏnandｄemoduｌation;MＡＴLAB;2ＦSK；2ＡＳＫ；2ＰＳK；2DPＳＫ0引言通信按照傳統(tǒng)的理解就是信息的傳輸,在當今高度信息化得社會,信息和通信已經成為現代社會的“命脈”。信息作為一種資源，只有通過廣泛的傳播與交流,才能產生利用價值，促進社會成員之間的合作,推動社會生產力的發(fā)展，創(chuàng)造出巨大的經濟效益.而通信作為傳輸信息的手段或方式，與傳感技術、計算機技術相互融合，已經成為21世紀國際社會和世界經濟發(fā)展的強大推動力，所以未來的通信對人們的生活方式和社會的發(fā)展將會產生更加重大和意義深遠的影響。在信息傳輸過程中，要求天線的尺寸要和信號的波長相比擬，信號才能有效的被輻射。對于語音信號來說，相應的天線尺寸要在幾十公里以上，實際上不可能實現，所以需要經過調制將信號頻譜搬移到較高的頻率范圍，如果不進行調制就把信號直接輻射出去，那么各電臺所發(fā)出信號的頻率就會相同。調制作用的實質就是使相同頻率范圍的信號分別依托于不同頻率的載波上，接收機就可以分離出所需的頻率信號,不致互相干擾.有時信號過于復雜,人工計算其調制和解調過程較難實現，對其結果的分析又缺乏可視化的直觀表現，影響了所得結果在實際生活中的應用，美國Mａt(yī)ｈＷorｋs公司開發(fā)的MATLＡB解決了這一問題。它應用于自動控制、數學計算、信號分析、信號處理等諸多領域,也是國內高校和研究部門進行許多科學研究的重要工具.ＭATLＡB的出現給通信系統(tǒng)的分析提供了極大的方便。1MAＴLAB簡介美國Maｔｈwｏrks公司于1967年推出了矩陣實驗室“MatrixLaｂoratｏrｙ"（縮寫為Mａｔlab)這就是Maｔlａb最早的雛形。開發(fā)的最早的目的是幫助學校的老師和學生更好的授課和學習。Ｍaｔlaｂ是一種解釋性執(zhí)行語言，具有強大的計算、仿真、繪圖等功能。Simulｉnｋ是ＭATＬAB中的一種可視化仿真工具，也是目前在動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等方面應用最廣泛的工具之一。確切的說，Ｓｉmulink是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包,它支持線性和非線性系統(tǒng),連續(xù)、離散時間模型，或者是兩者的混合。系統(tǒng)還可以使多種采樣頻率的系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進程的。在Simuｌink環(huán)境中,它為用戶提供了方框圖進行建模的圖形接口，采用這種結構畫模型圖就如同用手在紙上畫模型一樣自如、方便，故用戶只需進行簡單的點擊和拖動就能完成建模,并可直接進行系統(tǒng)的仿真，快速的得到仿真結果。但是Sｉｍulｉnｋ不能脫離MATLAＢ而獨立工作。Matlａb將高性能的數值計算和可視化集成在一起,并提供了大量的內置函數,從而被廣泛地應用于科學計算、控制系統(tǒng)、信息處理等領域的分析、仿真和設計工作，而且利用Maｔlａb產品的開放式結構，可以非常容易地對Matlａb的功能進行擴充,從而在不斷深化對問題認識的同時,不斷完善Ｍatlａb產品以提高產品自身的競爭能力。利用M語言還開發(fā)了相應的Maｔlａb專業(yè)工具箱函數供用戶直接使用。這些工具箱應用的算法是開放的可擴展的，用戶不僅可以查看其中的算法,還可以針對一些算法進行修改，甚至允許開發(fā)自己的算法擴充工具箱的功能。目前Ｍaｔlab產品的工具箱有四十多個,分別涵蓋了數據獲取、科學計算、控制系統(tǒng)設計與分析、數字信號處理、數字圖像處理、金融財務分析以及生物遺傳工程等專業(yè)領域。2二進制數字調制系統(tǒng)的原理及實現數字通信系統(tǒng),按調制方式可以分為基帶傳輸和帶通傳輸。數字基帶信號的功率一般處于從零開始到某一頻率(如0～6M）低頻段，因而在很多實際的通信(如無線信道)中就不能直接進行傳輸，需要借助載波調制進行頻譜搬移，將數字基帶信號變換成適合信道傳輸的數字頻帶信號進行傳輸，這種傳輸方式,稱為數字信號的頻帶傳輸或調制傳輸、載波傳輸。所謂調制，是用基帶信號對載波波形的某參量進行控制,使該參量隨基帶信號的規(guī)律變化從而攜帶消息。對數字信號進行調制可以便于信號的傳輸;實現信道復用；改變信號占據的帶寬;改善系統(tǒng)的性能.數字基帶通信系統(tǒng)中四種基本的調制方式分別稱為振幅鍵控（ASK，Amplitude－Ｓhiｆtｋｅyｉng）、移頻鍵控（ＦSK,Fｒequencｙ－Shｉfｔkｅyｉng)、移相鍵控（ＰSK，Ｐhaｓe－Ｓhiftｋeyｉng)和差分移相鍵(DPSK，DifferｅｎtPｈase-Ｓhiｆtkｅyｉnｇ)。本次課程設計對這四種調制方式進行了仿真。2。1二進制振幅鍵控采用的流程圖如圖2-1所示：圖2—１2ASK調制解調框圖2.1。1ASK調制原理2ASK二進制振幅調制就是用二進制數字基帶信號控制正弦載波的幅度,使載波振幅隨著二進制數字基帶信號而變化，而其頻率和初始相位保持不變.信息比特是通過載波的幅度來傳遞的。其信號表達式為：，S(t）為單極性數字基帶信號。由于調制信號只有0或1兩個電平，相乘的結果相當于將載頻或者關斷，或者接通,它的實際意義是當調制的數字信號“１”時，傳輸載波;當調制的數字信號為“0"時，不傳輸載波。２ASK信號的時間波形e2ASＫ(t)隨二進制基帶信號S(t)通斷變化。所以又被稱為通斷鍵控信號。典型波形如圖2-2所示。圖2—2典型2ASＫ波形e2AＳＫ（t)為已調信號,它的幅度受s(t)控制，也就是說它的幅度上攜帶有ｓ（ｔ)的信息。2ＡSK信號的產生方法通常有兩種：模擬調制法（相乘器法）和鍵控法。模擬調制法就是用基帶信號與載波相乘,進而把基帶信號調制到載波上進行傳輸。鍵控法由s（t）來控制電路的開關進而進行調制。兩種方法的調制如圖２-３和圖2—４所示。圖2-３模擬調制法（相乘器法）圖２—4鍵控法2.1。２ＡSK解調原理2AＳＫ有兩種基本解調方法：相干解調法(同步檢測法)和非相干解調法(包絡檢波法）.相干解調需要將載頻位置的已調信號頻譜重新搬回原始基帶位置，因此用相乘器與載波相乘來實現。相乘后的信號只要濾除高頻部分就可以了。為確保無失真還原信號,必須在接收端提供一個與調制載波嚴格同步的本地載波，這是整個解調過程能否順利完好進行的關鍵。本次設計采用相干解調法.兩種解調原理圖如圖2—5和圖2—6所示。圖２－5相干解調法(同步檢測法)圖2—６非相干解調法（包絡檢波法)2。1.３仿真結果及分析通過編寫M文件程序（見附錄），產生隨機信號，按圖２—1順序對每一模塊編程后。程序中注有需注意語句及解釋.運行程序，實現2AＳＫ的調制與解調過程.本次設計采用模擬調制法（相乘器法)和相干解調法.仿真后調制過程及解調過程的圖形分別如圖2—7和圖2－8所示。圖2-７2ＡＳＫ調制過程仿真圖圖2—82AＳＫ解調過程仿真圖由圖可以看出,產生的數字隨機信號為“0100１０00０１"，經載波調制后信號為“1”的時間內有正弦波形，信號為“0”的時間內無波形。經過加隨機噪聲,相干解調后,恢復出原始信號,與基帶信號一致，因此達到本次設計目的。2。2二進制移頻鍵控所用流程圖如圖2-9所示:圖2-92FＳK調制解調框圖2．2.1FＳK調制原理一個FＳＫ信號可以看成是兩個不同載波的2AＳＫ信號的疊加。其解調和解調方法和FSK差不多。２FSK信號的頻譜可以看成是f1和ｆ2的兩個2ASＫ頻譜的組合.頻移鍵控是利用載波的頻率來傳遞數字信號,在２ＦSK中,載波的頻率隨著二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化，頻移鍵控是利用載波的頻移變化來傳遞數字信息的.在２FSK中，載波的頻率隨基帶信號在f１和ｆ2兩個頻率點間變化。故其表達式為：典型波形如圖2-10所示：圖2—10２FSK典型波形圖2FＳK的調制方式有兩種，即模擬調頻法和鍵控法.本次設計采用鍵控法.鍵控法中可以用二進制“1”來對應于載頻f1，而“0”用來對應于另一頻率f2，而這個可以用受矩形脈沖序列控制的開關電路對兩個不同的獨立的頻率源f１、f２進行選擇通。鍵控法原理圖如圖２-１１示圖２—11２ＦSK鍵控法原理圖２．２。2FSＫ解調原理2FＳＫ的解調方式有兩種：相干解調方式和非相干解調方式。非相干解調是經過調制后的２FSK數字信號通過兩個頻率不同的帶通濾波器ｆ1、f2濾出不需要的信號，然后再將這兩種經過濾波的信號分別通過包絡檢波器檢波，最后將兩種信號同時輸入到抽樣判決器同時外加抽樣脈沖,最后解調出來的信號就是調制前的輸入信號.其原理圖如圖2-１２所示。圖2－12２FＳK非相干解調原理圖相干解調是根據已調信號由兩個載波ｆ１、ｆ2調制而成,則先用兩個分別對ｆ1、ｆ2帶通的濾波器對已調信號進行濾波,然后再分別將濾波后的信號與相應的載波f１、ｆ２相乘進行相干解調,再分別低通濾波、用抽樣信號進行抽樣判決器即可.原理圖如圖3－1４所示。圖2-１32FSK相干解調原理圖2。２。3仿真結果及分析通過編寫Ｍ文件程序(見附錄),產生隨機信號，按流程圖2.2.1順序對每一模塊編程后。程序中注有需注意語句及解釋。運行程序，實現2ＦSK的調制與解調過程。本次設計中采用鍵控法調制法和相干解調法。仿真后調制過程及解調過程的圖形分別如圖2-14、圖2—15和圖2—1６所示.由圖可以看出，產生的隨機信號為“101１０01０0１"，經過反相產生反碼，并分別與兩個載波相乘，經過加入隨機噪聲后波形如圖2—15所示。在解調時，分別與對應的載波相乘。解調出基帶信號,可以看出實現了本次設計目的。圖２—142FＳK鍵控法調制過程仿真圖圖2－152FSＫ鍵控法調制過程仿真圖圖2—16２FSK相干解調過程仿真圖２.3二進制相移鍵控所用流程圖如圖2-17所示：圖2－17２PＳＫ調制解調框圖２。３.1PSK調制原理在二進制數字調制中，當正弦載波的相位隨二進制數字基帶信號離散變化時，則產生二進制移相鍵控（2PSK)信號.2ＰSＫ信號調制有兩種方法,即模擬調制法和鍵控法。通常用已調信號載波的０°和180°分別表示二進制數字基帶信號的１和0,模擬調制法用兩個反相的載波信號進行調制。2PＳK以載波的相位變化作為參考基準的,當基帶信號為０時相位相對于初始相位為0°，當基帶信號為１時相對于初始相位為18０°。鍵控法，是用載波的相位來攜帶二進制信息的調制方式.通常用0°和1８0°來分別代表0和1.其時域表達式為:其中，２ＰSK的調制中aｎ必須為雙極性碼。本次設計中采用模擬調制法。兩種方法原理圖分別如圖2-１８和圖２-１9所示。圖2—18模擬調制法原理圖圖2-19鍵控法原理圖2．3.2PSＫ解調原理由于2PＳK的幅度是恒定的,必須進行相干解調.經過帶通濾波的信號在相乘器中與本地載波相乘，然后用低通濾波器濾除高頻分量，在進行抽樣判決。判決器是按極性來判決的.即正抽樣值判為１,負抽樣值判為0.2PSK信號的相干解調原理圖如圖2—２０所示，各點的波形如圖２—２1所示。由于2PSK信號的載波回復過程中存在著180°的相位模糊，即恢復的本地載波與所需相干載波可能相同，也可能相反，這種相位關系的不確定性將會造成解調出的數字基帶信號與發(fā)送的基帶信號正好相反,即“1”變成“0”嗎“0"變成“1"，判決器輸出數字信號全部出錯。這種現象稱為２PSK方式的“倒π”現象或“反相工作”.但在本次仿真中是直接給其同頻同相的載波信號，所以不存在此問題。圖2－2０2ＰSK的相干解調原理圖圖2－21相干解調中各點波形圖2.3.３仿真結果及分析通過編寫Ｍ文件程序（見附錄），產生隨機信號,按流程圖2－17所示順序對每一模塊編程后.程序中注有需注意語句及解釋。運行程序，實現２PＳK的調制與解調過程。本次設計采用模擬調制法和相干解調法。仿真后調制過程及解調過程的圖形分別如圖２—２2和圖２—２3示.圖2—222PSK模擬調制方法過程仿真圖圖2—232PSK相干解調過程仿真圖由圖可以看出,產生的隨機信號為“0０1１００１100”,經過反相產生反碼,并將原碼跟反碼一起合成雙極性碼，與載波相乘后加入隨機噪聲。在解調時，與對應的載波相乘經過低通濾波、抽樣判決后，解調出基帶信號與原基帶信號一致，可以看出實現了本次設計目的。2.4二進制差分相移鍵控所用流程圖如圖2—２４所示:圖2－242DPSK調制解調框圖2。４．1DPSＫ調制原理二進制差分相移鍵控。2DPSＫ方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表示數字信息。假設前后相鄰碼元的載波相位差為,可定義一種數字信息與之間的關系為:為前一碼元的相位。實現二進制差分相移鍵控的最常用的方法是:先對二進制數字基帶信號進行差分編碼，然后對變換出的差分碼進行絕對調相即可。２DＰSK調制原理圖如圖2—２5所示。圖2—252DPSK調制原理框圖2。4。2DＰSK解調原理２DＰＳK信號解調有相干解調方式和差分相干解調。用差分相干解調這種方法解調時不需要恢復本地載波,只要將ＤＰSK信號精確地延遲一個碼元時間間隔，然后與DPＳＫ信號相乘,相乘的結果就反映了前后碼元的相對相位關系，經低通濾波后直接抽樣判決即可恢復出原始的數字信息,而不需要在進行差分解碼。相干解調碼變換法及相干解調法的解調原理是,先對2DPSK信號進行相干解調，恢復出相對碼，再通過碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復出發(fā)送的二進制數字信息。在解調過程中,若相干載波產生相位模糊,解調出的相對碼將產生倒置現象，但是經過碼反變換器后,輸出的絕對碼不會發(fā)生任何倒置現象,從而解決了載波相位模糊的問題。本次設計采用相干解調。兩種解調方式的原理圖如圖2—2６和圖2－27所示。圖2—26２DPSＫ差分相干解調原理圖圖2－272DＰSK相干解調原理圖2DPＳK相干解調各點波形圖如圖２—28所示。圖２—282DPSK相干解調各點波形圖2。4。３仿真結果及分析通過編寫M文件程序（見附錄）,產生隨機信號，按流程圖2－2４所示順序對每一模塊編程后。程序中注有需注意語句及解釋。本次設計采用相干解調法。運行程序，實現2DPＳK的調制與解調過程。仿真后調制過程及解調過程的圖形分別如圖２—2９、圖2—3０和圖２-31所示。由圖可以看出,產生的絕對隨機碼為“０1００１11010",經碼差分變化產生相對碼,經反相產生相對碼反碼，分別與兩個載波相乘后加入隨機噪聲.在解調時,分別與對應的載波相乘經過低通濾波、抽樣判決后，解調出基帶信號與原基帶信號一致,可以看出實現了本次設計目的。圖2-292ＤPSK調制過程仿真圖圖2—30２DPSK調制過程仿真圖圖２-312ＤPSK相干解調過程仿真圖3總結與體會通過本次課程設計,我對課本上數字通信傳輸系統(tǒng)特別是二進制頻移鍵控（2FSK）有了重新的認識。對2FSK調制數字基帶信號加深了理解。對于使用鍵控法產生2FSＫ信號、添加高斯白噪聲、使用相干解調、抽樣判決等，我比較系統(tǒng)地認識了數字通信傳輸系統(tǒng)。本課程設計使用的MATＬAB仿真軟件和Simｕｌink仿真環(huán)境，通過寫其源程序代碼，加深了我對每一步進行的理解,即要明白每一步都是怎么來的。通過使用Simulinｋ仿真環(huán)境，我可以直觀地放置相應的模塊，搭建通信系統(tǒng),并能夠動態(tài)的顯示仿真結果，使學習設計不再枯燥３．1程序設計與系統(tǒng)實施。ＭＡTLＡＢ提供了程序設計仿真環(huán)境，可以通過編寫代碼完成某些模塊的仿真。同時利用其提供的畫圖功能，可以使人直觀地觀察程序設計及調試的結果。每一步都得十分細心,需要具體到一個小小的標點符號,否則程序就會在調試中出錯.本設計中，根據設計規(guī)劃包括基帶信號的產生和調制、加入高斯白噪聲、帶通濾波和低通濾波、相干解調、計算誤碼率等。本過程使我將學習過但并不熟練的ＭATＬAB軟件重新學習和使用了一下，并通過查閱和引用相關資料學習使用其相關的函數功能。MATＬAB中的畫圖功能是本課程設計的亮點，將結果直觀地表現出來。3。2理論模糊造成設計困難。通過進行設計我發(fā)現，沒有熟悉的理論知識搞設計是困難的。在設計每一步時，必須搞清楚每一步是干什么的,怎么進行，這些都需要理論進行指導。當哪一步不會弄時，我就去查書，將書中的理論細細研讀，這樣通過本課程設計我又把書中相關的部分細細看了幾遍,對書中的理論有了更深的認識。因為多次調試，結果越來越接近理論情況下的結果，可見實驗其實就是對理論的驗證.所以，清楚地掌握理論是進行設計的關鍵步驟。參考文獻［1]樊昌信，詹道庸,徐炳祥，吳成柯.通信原理［M]．北京:國防工業(yè)出版社,198０：171~260。［2］薛鵬騫.電子與通信電路計算機仿真［M］。北京：煤炭工業(yè)出版社，2003：１1３～144。[3］鄧華．MATLAＢ通信仿真及應用實例詳解[M］。北京:人民郵電出版社,200３：9９～1１5．［４］陳懷?。甅ATLＡB及其在理工課程中的應用指南[Ｍ］.西安：西安電子科技大學出版社，2002:１46~１８0。［５]張謙．通信系統(tǒng)中MAＴＬＡB基礎與仿真應用[M].西安:西安電子科技大學出版社，20１０：85~10９．［6］孫屹.MATＬＡB通信仿真開發(fā)手冊[M］．北京：國防工業(yè)出版社，2005:138~168．［7]王立寧，樂光新，詹菲．MAＴＬAＢ與通信仿真[M]．北京:人民郵電出版社，20００:７4~８6．[8]約翰·G·普羅克斯?，F代通信系統(tǒng)的使用MＡTLＡB［M]．西安:西安交通學出版社，2001：95~１２1．[9]陳萍．現代通信實驗系統(tǒng)的計算機仿真[Ｍ］。北京：國防工業(yè)出版社,２003:1７1～260。［10］孫亮.ＭATLAＢ語言與控制系統(tǒng)仿真[Ｍ］．北京：北京工業(yè)大學出版社,2001:64～83。［１1]WilliamAＳhay．UndｅrstａnｄｉngDaｔaCoｍmunｉｃatioｎｓaｎｄNetwｏｒks［Ｍ]：WａｄswortｈＰublishinｇComｐａny，１998:1６２～16４．［12］WillｉａmStallｉｎgｓ。DataandCｏmpuｔeｒCommｕnicationｓ，ＳeventhEｄiｔiｏn［Ｍ]:PｒｅnticｅHaｌl，２0０3:２０1~207。通信系統(tǒng)仿真設計實訓報告

課題名稱:基于MATLAB的QPSK系統(tǒng)仿真設計與實現學生學號：學生姓名:所在班級:任課教師：2016年10月25日

目錄TOC\o"1-3”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc328571992"1。1QPSK系統(tǒng)的應用背景簡介3HYPERLINK\l”_Toc328571993”1.2QPSK實驗仿真的意義3HYPERLINK\l”_Toc328571994”1.3實驗平臺和實驗內容3HYPERLINK\l”_Toc328571995”1。3。1實驗平臺3HYPERLINK\l”_Toc328571996”實驗內容3HYPERLINK\l”_Toc328571997”二、系統(tǒng)實現框圖和分析4HYPERLINK\l”_Toc328571998"2.1、QPSK調制部分，42.2、QPSK解調部分5HYPERLINK\l”_Toc328572000”三、實驗結果及分析6HYPERLINK\l”_Toc328572001"3.1、理想信道下的仿真6HYPERLINK\l”_Toc328572002"3。2、高斯信道下的仿真7HYPERLINK\l”_Toc328572003”3.3、先通過瑞利衰落信道再通過高斯信道的仿真8HYPERLINK\l”_Toc328572004"總結：10HYPERLINK\l”_Toc328572004”參考文獻：11附錄121.1QPSK系統(tǒng)的應用背景簡介QPSK是英文QuadraturePhaseShiftKeying的縮略語簡稱，意為正交相移鍵控，是一種數字調制方式。在19世紀80年代初期,人們選用恒定包絡數字調制。這類數字調制技術的優(yōu)點是已調信號具有相對窄的功率譜和對放大設備沒有線性要求，不足之處是其頻譜利用率低于線性調制技術。19世紀80年代中期以后,四相絕對移相鍵控（QPSK)技術以其抗干擾性能強、誤碼性能好、頻譜利用率高等優(yōu)點,廣泛應用于數字微波通信系統(tǒng)、數字衛(wèi)星通信系統(tǒng)、寬帶接入、移動通信及有線電視系統(tǒng)之中。1.2QPSK實驗仿真的意義通過完成設計內容,復習QPSK調制解調的基本原理，同時也要復習通信系統(tǒng)的主要組成部分，了解調制解調方式中最基礎的方法。了解QPSK的實現方法及數學原理。并對“通信”這個概念有個整體的理解，學習數字調制中誤碼率測試的標準及計算方法。同時還要復習隨機信號中時域用自相關函數，頻域用功率譜密度來描述平穩(wěn)隨機過程的特性等基礎知識，來理解高斯信道中噪聲的表示方法,以便在編程中使用。理解QPSK調制解調的基本原理，并使用MATLAB編程實現QPSK信號在高斯信道和瑞利衰落信道下傳輸，以及該方式的誤碼率測試。復習MATLAB編程的基礎知識和編程的常用算法以及使用MATLAB仿真系統(tǒng)的注意事項,并鍛煉自己的編程能力，通過編程完成QPSK調制解調系統(tǒng)的仿真，以及誤碼率測試，并得出響應波形.在完成要求任務的條件下，嘗試優(yōu)化程序。通過本次實驗，除了和隊友培養(yǎng)了默契學到了知識之外，還可以將次實驗作為一種推廣，讓更多的學生來深入一層的了解QPSK以至其他調制方式的原理和實現方法?？梢苑奖銓W生進行測試和對比。足不出戶便可以做實驗。1.3實驗平臺和實驗內容1。3.1實驗平臺本實驗是基于Matlab的軟件仿真,只需PC機上安裝MATLAB6.0或者以上版本即可。(本實驗附帶基于MatlabSimulink（模塊化）仿真,如需使用必須安裝simulink模塊)實驗內容1.構建一個理想信道基本QPSK仿真系統(tǒng)，要求仿真結果有a.基帶輸入波形及其功率譜b.QPSK信號及其功率譜c.QPSK信號星座圖2。構建一個在AWGN（高斯白噪聲）信道條件下的QPSK仿真系統(tǒng)，要求仿真結果有a.QPSK信號及其功率譜b。QPSK信號星座圖 c.高斯白噪聲信道條件下的誤碼性能以及高斯白噪聲的理論曲線，要求所有誤碼性能曲線在同一坐標比例下繪制3驗可選做擴展內容要求:構建一個先經過Rayleigh（瑞利衰落信道)，再通過AWGN（高斯白噪聲）信道條件下的條件下的QPSK仿真系統(tǒng),要求仿真結果有a.QPSK信號及其功率譜b.通過瑞利衰落信道之前和之后的信號星座圖，前后進行比較c.在瑞利衰落信道和在高斯白噪聲條件下的誤碼性能曲線，并和二.2。c中所要求的誤碼性能曲線在同一坐標比例下繪制二、系統(tǒng)實現框圖和分析2。1、QPSK調制部分，原理框圖如圖1所示1(t）＝QPSK信號s（t）QPSK信號s（t）二進制數據序列極性NRZ電平編碼器分離器2（t）＝ 圖1原理分析：基本原理及系統(tǒng)結構QPSK與二進制PSK一樣，傳輸信號包含的信息都存在于相位中。的別的載波相位取四個等間隔值之一，如л/4,3л/4,5л/4,和7л/4。相應的，可將發(fā)射信號定義為0≤t≤TSi（t）＝0。，其他其中,i＝1，2，2,4；E為發(fā)射信號的每個符號的能量，T為符號持續(xù)時間,載波頻率f等于nc/T，nc為固定整數。每一個可能的相位值對應于一個特定的二位組。例如,可用前述的一組相位值來表示格雷碼的一組二位組：10，00，01,11。下面介紹QPSK信號的產生和檢測.如果a為典型的QPSK發(fā)射機框圖。輸入的二進制數據序列首先被不歸零（NRZ）電平編碼轉換器轉換為極性形式,即負號1和0分別用和－表示.接著,該二進制波形被分接器分成兩個分別由輸入序列的奇數位偶數位組成的彼此獨立的二進制波形，這兩個二進制波形分別用a1(t），和a2(t)表示。容易注意到，在任何一信號時間間隔內a1（t)，和a2（t）的幅度恰好分別等于Si1和Si2，即由發(fā)送的二位組決定。這兩個二進制波形a1（t）,和a2（t）被用來調制一對正交載波或者說正交基本函數：1(t）＝，2（t）＝.這樣就得到一對二進制PSK信號.1（t)和2（t）的正交性使這兩個信號可以被獨立地檢測。最后，將這兩個二進制PSK信號相加，從而得期望的QPSK。2.2、QPSK解調部分,原理框圖如圖2所示：1（t）同相信道門限＝0發(fā)送二進制序列的估計判決門限發(fā)送二進制序列的估計判決門限低通filrer判決門限復接器接收信號x（t）低通filrer2（t）正交信道門限＝0 圖2原理分析:QPSK接收機由一對共輸入地相關器組成。這兩個相關器分別提供本地產生地相干參考信號1（t）和2（t）。相關器接收信號x（t)，相關器輸出地x1和x2被用來與門限值0進行比較。如果x1>0,則判決同相信道地輸出為符號1;如果x1〈0,則判決同相信道的輸出為符號0。;類似地。如果正交通道也是如此判決輸出.最后同相信道和正交信道輸出這兩個二進制數據序列被復加器合并，重新得到原始的二進制序列。在AWGN信道中，判決結果具有最小的負號差錯概率。三、實驗結果及分析根據圖1和圖2的流程框圖設計仿真程序，得出結果并且分析如下：3.1、理想信道下的仿真，實驗結果如圖3所示 圖3實驗結果分析： 如圖上結果顯示，完成了QPSK信號在理想信道上的調制，傳輸,解調的過程，由于調制過程中加進了載波，因此調制信號的功率譜密度會發(fā)生變化.并且可以看出調制解調的結果沒有誤碼。3.2、高斯信道下的仿真，結果如圖4所示: 圖4實驗結果分析： 由圖4可以得到高斯信道下的調制信號，高斯噪聲，調制輸出功率譜密度曲線和QPSK信號的星座圖. 在高斯噪聲的影響下，調制信號的波形發(fā)生了明顯的變化，其功率譜密度函數相對于圖1中的調制信號的功率譜密度只發(fā)生了微小的變化，原因在于高斯噪聲是一個均值為0的白噪聲,在各個頻率上其功率是均勻的，因此此結果是真確的.星座圖反映可接收信號早高斯噪聲的影響下發(fā)生了誤碼，但是大部分還是保持了原來的特性.3.3、先通過瑞利衰落信道再通過高斯信道的仿真。實驗結果如圖5所示： 圖5實驗結果分析： 由圖5可以得到瑞利衰落信道前后的星座圖，調制信號的曲線圖及其功率譜密度。最后顯示的是高斯信道和瑞利衰落信道的誤碼率對比.由圖可知瑞利衰落信道下的誤碼率比高斯信道下的誤碼率高。至此,仿真實驗就全部完成。結論本論文運用MATLAB中的動態(tài)仿真工具箱Simulink仿真實現了PCM系統(tǒng)的全部過程。根據PCM系統(tǒng)的組成原理,在Simulink模塊庫中找到相應的模塊,然后選擇合適的模塊以及設置適當的參數，建立了PCM通信系統(tǒng)的仿真模型，最后在給定仿真的條件下，運行了仿真系統(tǒng)。仿真結果表明：1.在正常的信噪比條件下，該通信系統(tǒng)失真較小,達到了預期的目的。2。Simulink仿真工具箱操作簡單方便、調試直觀，為通信系統(tǒng)的軟件仿真實現提供了極大的方便。參考文獻：1、《MATLAB寶典》陳杰等編著電子工業(yè)出版社2、《MATLAB信號處理》劉波，文忠,曾涯編著北京電子工業(yè)出版社3、《數字信號處理的MATLAB實現》萬永革編著北京科學出版社4、網上資料附錄MATLAB程序%調相法clearallcloseallt=［-1:0。01:7-0。01］;tt=length（t)；x1=ones（1,800)；fori=1:ttif(t(i）〉=-1&t（i）<=1）｜（t（i)>=5&t（i）<=7);x1(i)=1;elsex1(i）=—1；endendt1=[0：0。01:8-0。01];t2=0：0。01：7-0.01;t3=-1:0。01:7.1-0。01；t4=0：0.01:8。1-0.01;tt1=length（t1);x2=ones(1,800）；fori=1：tt1if（t1（i)>=0&t1（i）<=2)|(t1(i）〉=4&t1(i)〈=8）;x2(i)=1；elsex2（i）=—1;endendf=0：0。1：1；xrc=0.5+0.5*cos（pi*f）;y1=conv（x1,xrc)/5。5；y2=conv（x2，xrc）/5。5;n0=randn(size(t2)）；f1=1;i=x1。*cos（2＊pi＊f1＊t）；q=x2。＊sin（2＊pi＊f1*t1);I=i(101：800）;Q=q(1：700)；QPSK=sqrt（1/2）.*I+sqrt(1/2)。*Q;QPSK_n=（sqrt(1/2）.*I+sqrt（1/2)。*Q）+n0；n1=randn(size(t2）);i_rc=y1。＊cos(2*pi＊f1＊t3)；q_rc=y2。＊sin（2＊pi*f1*t4)；I_rc=i_rc(101：800）;Q_rc=q_rc（1:700）；QPSK_rc=（sqrt（1/2)。＊I_rc+sqrt（1/2).*Q_rc）；QPSK_rc_n1=QPSK_rc+n1；figure(1）subplot(4，1，1);plot（t3，i_rc);axis(［—18-11］）;ylabel（’a序列’)；subplot（4，1，2）；plot(t4,q_rc）;axis（[—18—11］）;ylabel(’b序列’）;subplot（4，1,3）；plot（t2，QPSK_rc）;axis([—18—11］);ylabel（'合成序列’);subplot（4，1，4）；plot（t2,QPSK_rc_n1)；axis(［—18-11]）；ylabel(’加入噪聲'）；效果圖：%設定T=1,加入高斯噪聲clearallcloseall％調制bit_in=randint(1e3，1,[01]）;bit_I=bit_in（1:2：1e3)；bit_Q=bit_in(2：2：1e3)；data_I=-2＊bit_I+1;data_Q=—2＊bit_Q+1；data_I1=repmat（data_I'，20，1）;data_Q1=repmat(data_Q’,20，1）;fori=1:1e4data_I2（i）=data_I1(i）；data_Q2（i)=data_Q1（i)；end；f=0：0。1：1；xrc=0。5+0.5＊cos（pi＊f）；data_I2_rc=conv(data_I2，xrc）/5.5；data_Q2_rc=conv(data_Q2，xrc)/5。5；f1=1；t1=0：0。1:1e3+0。9;n0=rand（size(t1）)；I_rc=data_I2_rc.*cos（2＊pi＊f1*t1)；Q_rc=data_Q2_rc.*sin（2*pi*f1*t1)；QPSK_rc=（sqrt(1/2）.＊I_rc+sqrt(1/2).*Q_rc)；QPSK_rc_n0=QPSK_rc+n0；%解調I_demo=QPSK_rc_n0.＊cos(2*pi*f1*t1);Q_demo=QPSK_rc_n0。*sin（2＊pi＊f1＊t1）；%低通濾波I_recover=conv（I_demo,xrc）;Q_recover=conv（Q_demo,xrc）;I=I_recover(11:10010);Q=Q_recover（11:10010)；t2=0：0。05:1e3-0.05；t3=0：0。1：1e3-0。1;％抽樣判決data_recover=［]；fori=1：20：10000data_recover=[data_recoverI(i：1：i+19）Q(i：1：i+19）］;end；bit_recover=［］；fori=1：20:20000ifsum(data_recover（i:i+19））〉0data_recover_a（i:i+19）=1；bit_recover=［bit_recover1］；elsedata_recover_a（i:i+19)=-1;bit_recover=［bit_recover—1］；endenderror=0；dd=—2*bit_in+1；ddd=［dd’］；ddd1=repmat(ddd，20，1）;fori=1:2e4ddd2(i)=ddd1(i);endfori=1:1e3ifbit_recover(i）~=ddd(i）error=error+1；endendp=error/1000;figure（1)subplot（2，1,1);plot（t2，ddd2）；axis(［0100-22])；title（'原序列’）;subplot(2,1,2）；plot（t2，data_recover_a）；axis(［0100—22]）；title（'解調后序列’）;效果圖：%設定T=1,不加噪聲clearallcloseall％調制bit_in=randint(1e3，1，[01]）;bit_I=bit_in(1：2:1e3）；bit_Q=bit_in(2：2:1e3)；data_I=—2＊bit_I+1;data_Q=—2*bit_Q+1;data_I1=repmat(data_I’,20,1)；data_Q1=repmat（data_Q'，20，1)；fori=1:1e4data_I2(i）=data_I1(i）;data_Q2(i）=data_Q1(i)；end；t=0:0.1：1e3-0.1;f=0:0.1:1；xrc=0。5+0.5＊cos（pi＊f）;data_I2_rc=conv(data_I2，xrc)/5.5;data_Q2_rc=conv（data_Q2，xrc)/5。5;f1=1；t1=0:0。1:1e3+0。9；I_rc=data_I2_rc.*cos（2＊pi＊f1＊t1）；Q_rc=data_Q2_rc.*sin（2＊pi*f1*t1);QPSK_rc=(sqrt(1/2）。*I_rc+sqrt（1/2)。＊Q_rc）；%解調I_demo=QPSK_rc.＊cos(2＊pi*f1*t1）；Q_demo=QPSK_rc.*sin（2＊pi＊f1*t1);I_recover=conv（I_demo，xrc);Q_recover=conv（Q_demo，xrc）；I=I_recover（11：10010)；Q=Q_recover（11：10010）;t2=0:0。05：1e3-0.05;t3=0：0.1：1e3—0.1；data_recover=［］;fori=1:20：10000data_recover=[data_recoverI(i：1:i+19)Q(i：1:i+19)］；end;ddd=—2*bit_in+1；ddd1=repmat(ddd’,10,1);fori=1:1e4ddd2(i)=ddd1(i)；endfigure(1)subplot（4，1，1)；plot(t3,I);axis（［020-66]）;subplot(4，1,2）;plot（t3,Q);axis（［020-66］）；subplot(4,1,3);plot(t2,data_recover）;axis(［020-66]）;subplot（4,1，4）;plot(t，ddd2);axis（［020—66]）;效果圖:%QPSK誤碼率分析SNRindB1=0:2:10;SNRindB2=0：0.1：10；fori=1：length（SNRindB1）[pb,ps］=cm_sm32(SNRindB1（i)）；smld_bit_err_prb（i）=pb;smld_symbol_err_prb(i）=ps;end;fori=1：length(SNRindB2）SNR=exp（SNRindB2（i)＊log（10）/10）；theo_err_prb（i)=Qfunct（sqrt（2*SNR））；end;title(’QPSK誤碼率分析’）；semilogy（SNRindB1，smld_bit_err_prb，’*')；axis（［01010e—81］)；holdon；％semilogy（SNRindB1,smld_symbol_err_prb，'o'）;semilogy（SNRindB2，theo_err_prb);legend（’仿真比特誤碼率','理論比特誤碼率'）;holdoff;function［y]=Qfunct(x)y=（1/2)＊erfc（x/sqrt（2））；function［pb,ps］=cm_sm32(SNRindB)N=10000;E=1；SNR=10^(SNRindB/10）;sgma=sqrt（E/SNR)/2;s00=[10]；s01=[01］;s11=［—10］;s10=[0-1];fori=1：Ndsource1(i)=［1011000101101011];numofsymbolerror=0;numofbiterror=0;fori=1：Nn=sgma*randn（size（s00)）；if(（dsource1（i）==0)&（dsource2（i）==0))r=s00+n;elseif（（dsource1（i）==0）&（dsource2（i)==1））r=s01+n；elseif（(dsource1（i)==1）＆（dsource2（i）==0））r=s10+n;elser=s11+n；end；c00=dot(r，s00）;c01=dot（r，s01)；c10=dot(r，s10）；c11=dot（r，s11）;c_max=max([c00c01cif（c00==c_max)decis1=0；decis2=0;elseif（c01==c_max）decis1=0;decis2=1；elseif（c10==c_max）decis1=1;decis2=0；elsedecis1=1;decis2=1;end;symbolerror=0;if(decis1～=dsource1（i））numofbiterror=numofbiterror+1；symbolerror=1;end;if（decis2～=dsource2(i））numofbiterror=numofbiterror+1;symbolerror=1;end;if(symbolerror==1）numofsymbolerror=numofsymbolerror+1;end；end；ps=numofsymbolerror/N；pb=numofbiterror/（2*N）；效果圖：（設計報告自己獨立完成，如有雷同，雙方均為0分,請同學們自己保護好自己的設計報告，特此申明)。通信原理課程設計設計報告課題名稱：專業(yè)班級：姓名：學號：起止時間：信息科學與工程學院目錄一、課題內容二、設計目的三、設計要求四、實驗條件五、系統(tǒng)設計1、通信系統(tǒng)的原理2.所設計子系統(tǒng)的原理六、詳細設計與編碼1。設計方案2．編程工具的選擇３。編碼與測試4.運行結果及分析七、設計心得八、參考文獻……………….………………。22一、課題內容本課題是基于ＭATLAＢ的通信系統(tǒng)仿真—PCM系統(tǒng)仿真二、設計目的1、培養(yǎng)我綜合得用多門課程知識的能力。2、培養(yǎng)我熟練掌握MAＴLＡB,運用此工具進行通信系統(tǒng)仿真的能力.3、培養(yǎng)我查閱資料，解決問題的能力。4、加深我對通信系統(tǒng)各部分的理解。5、培養(yǎng)學生系統(tǒng)設計與系統(tǒng)開發(fā)的思想;三、設計要求1。獨立完成自己的題目內容；對通信系統(tǒng)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(tǒng)的原理框圖；提出仿真方案；完成仿真軟件的編制;仿真軟件的演示；提交詳細的設計報告。四、實驗條件計算機、Mａｔlab軟件五、系統(tǒng)設計1、通信系統(tǒng)的原理（闡述整個通信系統(tǒng)原理，最后之處你主要負責哪一部分)通信的目的是傳遞消息，通信系統(tǒng)是一個以傳遞消息為目地的系統(tǒng)，通信系統(tǒng)的一般模型如下：

圖中,信源的作用是把待傳輸的消息轉換成原始電信號,如電話系統(tǒng)中電話機可看成是信源。信源輸出的信號稱為基帶信號。所謂基帶信號是指沒有經過調制（進行頻譜搬移和變換)的原始電信號，其特點是信號頻譜從零頻附近開始，具有低通形式，。根據原始電信號的特征,基帶信號可分為數字基帶信號和模擬基帶信號，相應地，信源也分為數字信源和模擬信源。

發(fā)送設備的基本功能是將信源和信道匹配起來，即將信源產生的原始電信號（基帶信號）變換成適合在信道中傳輸的信號。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場合，調制是最常見的變換方式；對傳輸數字信號來說,發(fā)送設備又常常包含信源編碼和信道編碼等。

信道是指信號傳輸的通道，可以是有線的，也可以是無線的，甚至還可以包含某些設備.圖中的噪聲源,是信道中的所有噪聲以及分散在通信系統(tǒng)中其它各處噪聲的集合。

在接收端，接收設備的功能與發(fā)送設備相反,即進行解調、譯碼、解碼等。它的任務是從帶有干擾的接收信號中恢復出相應的原始電信號來.

信宿是將復原的原始電信號轉換成相應的消息。我做的是通信系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)：數字通信系統(tǒng)的仿真。其基本框圖如下：數字調制信源編碼信道編碼量化抽樣模擬信號抽數字調制信源編碼信道編碼量化抽樣模擬信號信道噪聲信道噪聲數字濾波器模擬信號抽樣判決信道譯碼信源譯碼數字濾波器模擬信號抽樣判決信道譯碼信源譯碼我負責獨立完成以上各部分。2.所設計子系統(tǒng)的原理現在更詳細說明以上數字通信系統(tǒng)的原理。(1)、模擬信號為原始的信原信號.(2)、抽樣是將上述的時間和幅值都連續(xù)的模擬信號轉換成時間離散幅值連續(xù)的信號。（３）、量化是將上述的時間離散幅值連續(xù)的抽樣信號轉換成時間離散幅值離散的信號。(4）、信源編碼是將上述量化后的值編碼成０、1比特流的形式，并且可以減少冗余，提高效率。（5）、信道紡碼是為了提高傳輸可靠性。（6)、數字調制是將上述０、1比特流轉換成適合在通信信道中傳輸的波形。(７）、信道是信號傳輸的通道,信號在信道中傳輸時經常會有噪聲的干擾。(8)、數字濾波器是將調制并加有噪聲的信號，去除噪聲,并且解調后形成方波形式的信號。（9）、抽樣判決是將方波形號轉換成０、１比特流.（１0)、信道譯碼是信道編碼的反過程.（11）、信源譯碼是信道編曲碼的反過程。（12)、最后還原成模擬信號。六、詳細設計與編碼1。設計方案(可以畫出編程的流程圖，闡述設計思路等)經過我的思考，再加上查閱了大量資料后,有了以下編程設計思路。產生模擬信源并得到抽樣信號產生模擬信源并得到抽樣信號線性分組碼編碼通過13拆線得到轉換后的值線性分組碼編碼通過13拆線得到轉換后的值數字調制通過編碼子函數進行量化和編碼主函數數字調制通過編碼子函數進行量化和編碼主函數數字濾波器BPSK子函數數字濾波器BPSK子函數抽樣判決通過A侓公式反轉成原始模擬信號抽樣判決通過A侓公式反轉成原始模擬信號信道譯碼信道譯碼在主函數中,先產生一個模擬信號,再經過抽樣后得到抽樣值,將抽樣值通過1３拆線法轉換成對應值，將轉換后的值經過量化和編碼后得到0、１比特流，再經過信道譯碼,再經過BPSＫ調制，再人為加入一些噪聲,再通過數字濾波器將噪聲和載波濾掉，取出直流分量,得到方波波形。再經過抽樣判決后得到0、1比特流,再經過線性分組碼譯碼，最后經過信源譯碼，再經過A侓公式反轉成原始模擬信號，畫出各階段的波形.２.編程工具的選擇（本次仿真使用的工具軟件，闡述為什么使用該軟件，該軟件的特點）我這次選用的軟件是MAＴＬAB,因為這款軟件的功能特很強大,學習方便，仿真容易實現.MATＬAB具有以下幾個特點：

功能強大的數值運算功能?強大的圖形處理能力

高級但簡單的程序環(huán)境

豐富的工具箱最重要的是MATLＡＢ學習起來方便容易，以前有學C語言的基礎,ＭATLAB與Ｃ語言有類似之處，編程流程大概差不多,但要注意的是ＭATLＡＢ與C語言在程序代碼上也有細微的差別，ＭATLＡB是一種解釋性語言,在寫程序代碼時容易方便,但是與C語言相比它的運算速度較慢，但功能強大。3.編碼與測試（寫出源代碼，分析核心代碼完成的功能）編程序代碼過程:子函數1:funｃtiony1＝zhexｉan（x)x=x/mａx(x）；z＝ｓiｇn(x）;x＝aｂｓ（ｘ）；ｆori=1:lengｔh(x)if（（x（i）＞0)＆（x(i）<1/６４））ｙ(i）=１6＊x（i）；eｌｓeif（(x(i)〉=1/６4）&(x(i)<1/3２))y（i）=x（i）＊8＋1/8;elseif（（ｘ(i)>=1/32)＆(x(ｉ)<1/1６））y（i)=4＊x（ｉ）＋2/8;elｓeｉf（（x（i)>=1/１6）&（x（i)〈1/8））ｙ（i）＝2＊x(ｉ)＋3／8；ｅlseｉf（（ｘ（i）>=１/８)＆（ｘ（ｉ)＜1/４))y(i）=ｘ（i）+1/２；elseｉf（（x(ｉ）〉=１/4）＆(x(ｉ）＜１/２））ｙ(i)＝1/2*x(ｉ）+5／8；ｅlsｅif（（ｘ(ｉ)>=1/2)&（x(i)＜＝１))y(i）＝1/４＊x（i)+3／4；end；end；enｄ；end；end;enｄ;ｅｎd；ｅｎd；ｙ１=z.＊y;end此子函數的功能是將抽樣后得到的值用13拆線轉換成對應的值。子函數２：此函數的功能是將抽樣后的值量化后進行自然二進制編碼。第個值采用8位二進制編碼。子函數3:functionbｉｔ2=ｘianxi（m）H=［0１1110０;1０11010；１1010０１］；Ｇ＝[１000011;01001０1；00１01１0;０00１111］;%生成矩陣C=ｒem（m＊G,2）；[c,z］=size(C）；bit2=[］;forｉ＝1：cbit2=［bit2，Ｃ(ｉ，[1：7］)］；end此函數的功能是進行信道編碼即：將每四位二進制后加三位監(jiān)督位,比特流的總長度除以四余下的則不進行加監(jiān)督位.子函數4:fｕnctiｏｎbit3=ｘiaｎｘiyima(ｇg）ｐ=gｇ；R=[］；S＝[］；foｒi=1：length（p)/７R(i，[１：７］)=ｐ(（i-1）＊７+1:i*7)；eｎdH=[0１11100；101１01０；1101０0１];［c，z］=sｉze(R）;S=ｒeｍ（R＊H’，２);fori=1：c％伴隨式的行次forj=1：7b=all（S（ｉ，:）==H(:,j)＇）；ifb==1R(i，j）=～R（i,j）;ｂreａk;ｅndeｎdｅndＲ(：，［5:7］）＝［]；［c，z]=sｉze(R)；bit3＝[］;ｆoｒi=１：cｂｉt３=［bｉt3，R（i,［1:４]）];end子函數5：ｆunctｉｏnｂb=BPＳＫ（bｉt）ｆs＝3０00０；Tｓ=0。1；m=ｆs＊Tｓ;%一個碼無所占寬度Hiｇh＝ones（1,m）；Low=zerｏs（1，ｍ）;U=ｒeｍ（length（ｂiｔ)，4）；sheng=［bit（lengｔh（bｉt))—U+１:ｂｉt(lenｇth（bｉｔ）)］；w=300；％角頻率ｆｏri=1:leｎgth(biｔ）/4decodｅ（i，［1:4]）=bit（(i－１)*４+１：i＊4）;endｂｉt2=ｘianxi(deｃode）;%線性分組碼編碼Ｓｉｇｎ=［biｔ２，sheng];L＝lengtｈ（Sｉgｎ）;%信號長度sｔ=zeros(1，ｍ＊L）；ｓign１=zｅroｓ（1，m*L);t=0：１/ｆｓ:Ｔｓ＊L—1/fs;ｆori＝１：LｉfSigｎ(i）==1ｓign1(（ｉ—１）*m＋1：i＊m）＝High；elsｅsign1（（i-１）＊m＋1：i＊m）=Loｗ;eｎdeｎdfｏri＝1:LifSiｇn(i）==1st((i—1）＊m＋１：i*m）=cｏs（2*pi＊w＊t(（i-1)*ｍ+1：i*ｍ）+（pi/２）)；elsｅsｔ((i-1）＊m+1:i＊m）=cｏs（2＊pi*w＊ｔ（（i-1）＊m+1：ｉ*ｍ））;ｅnｄendsｔ１＝ｓt;st1＝st１＋cos(３００0＊ｔ）;figuｒeplｏｔ（ｔ，sｉｇn1）；aｘiｓ([０，Tｓ＊(L+1）,—(１/2)，３/2］）；title(’編碼后的信號'）;gｒidｆｉguresubｐlｏt(2，１，1）；plｏｔ(t,st）;aｘis([0,Ｔs＊（L+１），-３/2，3／2]）；tｉtle（’數字調制后的信號＇）;gｒidｓubplｏt(2，1，２);pｌoｔ（t，st1）;aｘis（［0，Tｓ*(L+1）+1,－５/2,5/2］);title('加噪后的信號'）；griｄｄｔ=st1．＊cos（2＊pi＊ｗ＊ｔ）;fｉgureplot（t，ｄt);axis([0,Ts*(L+1）,—2，5/2］)；ｔｉｔle(’與相干波相乘后的波形'）；gｒid［N,Wn］=buttord（２*ｐｉ＊50,2＊ｐｉ＊1０0，3,２5，'s＇）；%臨界頻率采用角頻率表示［b，a]＝bｕｔｔer（N,Wｎ，’ｓ');[ｂz,az］=impinvar（b,a,ｆs）；%映射為數字的dt＝fiｌter（bz，az,ｄt);figurｅplot（t,dt）；ａxis（［０,Ts＊(L+1），—3/2，3／2]);titlｅ（＇低通濾波后的波形')；ｓs＝dｔ;%存放抽樣判決后的值bit1=［]；tt=lｅngtｈ(ss)/L;ｆorｉ＝tｔ/2:tt:lｅngtｈ（ｓｓ)ｉｆss(ｉ）〉（１／4)sｓ(（i—tｔ/2+1）:（i+ｔｔ/2））=zeros(1，３００0);bit1＝［bｉt1,0］；ｅlsｅss((i－tt/2＋1):(ｉ+tt/２))＝ones(1，30０0）;ｂit1=［bit１,1］；eｎdｅndfigureploｔ（ｔ,ss，＇r－’)；aｘis（［0,Ts＊（L+1),-１/2，３/2］)；tｉtle（’信道譯碼信號'）；ｇridbb=［]；Ｕ1=ｒem(length（bit1），７）;ｌ=lｅngth（bit1）；shenｇ1=［ｂｉt１(lｅｎgtｈ(bit1)）—U１＋１：ｂit1（lｅnｇｔh(bit1））］；biｔ1([l-U1+1：biｔ1（ｌ)］）=[］;bｂ=xiａnｘiyｉｍa(bit1）;％線性分組碼譯碼；bb=［ｂb,shｅnｇ１］;此函數的功能是將信源編碼后的0、1序列再經過信道編碼（７，4)線性分組碼編碼,將信道編碼后的信號進行BPSK調制，由于考慮到在信道中傳輸是會有噪聲的影響，所以在仿真時我人為的加入一定的噪聲。在接收端進行相干解調，用一個與調制信號同頻的信號與接收到的信號（加入噪聲后的已調信號）相乘，再用一個數字濾波器進行濾波,去掉了信號中的高頻成份和噪聲,取出直流分量，得到方波信號，對這個信號進行抽樣判決將其轉換成０、1比特流后，再經過信道譯碼.子函數5：fuｎctｉoｎa3=yima(y,ｎ)m=2／n;ｆｏri=1：ｎ+１ｑ(i)＝(－1）+(i—1）＊ｍ;ｅndｔｔ=[]；tt（１)＝－1；forx=２：lｅngth（q）tt（x）＝(q(x—１)＋q（ｘ））/2;％存放第幾個電平段的電平值ｅndtt＝［ｔt,１］；nu=cｅｉｌ(log2（ｎ)）;deｃｏde=[]；forｉ=1：leｎgth（ｙ)/(ｎu＋１)decode(ｉ，［１:(ｎu+1)］)＝y(tǒng)（(i-1）＊(nｕ+1）+1:i＊(nｕ+1)）；enｄab=［];%存放的十進制數,到tt中去找對應值[w,ｚ］=size（dｅcode）；forj=1：wL=nu;value=0；foｒｉ=0：Lvaｌuｅ=dｅcｏde（j，i+1）*(2^(L-i))+vａｌue;ｅｎdab（ｊ）=valuｅ;eｎdｄeｃode;w；a3＝［]；％存放信源譯碼值fｏri=1:ｗa3（i）=tt（ab（i））;end此函數的功能是將接收到的0、1比特流分為八位二進制一組一組的,再將每八位二進制轉換為十進制數，再到每段中去尋到與發(fā)關端有相同約定段號值。即可恢復原信號的量化值。子函數6：fuｎctｉony5=Ａyｉ(y,A)ｆｏrｉ＝1：ｌengｔh（y）if（（aｂs（y（ｉ））〉=0）&(abs(y（i））＜＝(1/（1+log（A))）)）y1(i)＝y(tǒng)（i)*(1+loｇ（A)）/Ａ;elseif（（ａｂs(ｙ(ｉ）)<=１）&(abｓ（y(ｉ））＞（1/(1+lｏｇ（A）))））y1（ｉ）＝(1/A）*siｇn(y(i))*ｅｘp（aｂs（y（ｉ））*（１＋lｏｇ（Ａ)）—1）；endendendｙ５=y1；end此函數的功能是將恢復的量化值通過A律反轉換公式得到對應的值,是用１3拆線轉換的反過程。因為在當Ａ＝86。５時,可以用13折線用１3條折線近似A律的平滑曲線，在實際工程中A律的平滑曲線不易實現,而用13折線法可以降低工程實現中的難度。主函數：cｌcｃleaｒａlｌt=0：０。1:6*pi;a1=sin(t）;％模擬信源figurｅ(1）ｐlot(t,a1)；tｉtle（’原始模擬信號'）；t１=０:２＊pi/３2:6*pｉ；%抽樣a＝sin(t１)；fｉguｒepｌoｔ(t1,a)；sｔem（t１,a）;title(’抽樣信號’）;y4＝zhexian（a）；％1３折線n=２５6；%量化電平數；ｂitstream=bianma(y4，n)；bｉt1=BPSK(bｉtｓtreaｍ）；y2＝y(tǒng)ｉmａ（bit１,n）;ｙ5=Ayｉ(y2，87.6５）;figuｒepｌot(y5）;sｔem(y5,’r')aｘis([0,1０0，－1，1。01］）fiｇｕrepｌoｔ（y５，'ｒ’）;ｈｏｌｄonplot（y５，’。b'）；axis（［0,1０0，—1，1．01])主函數的功能是是產生模擬信號并且進行抽樣得到抽樣值,然后將各個子函數銜接到一塊，形成一個比較完整的通信系統(tǒng)，進行仿真畫出各個階段重要的圖形，以便觀察和分析。調試過程：將各個子程序和主程序都放入MATLAB的工作空間中,雙擊main.m文件后，點擊DebuｇRun運行程序。在這次通信系統(tǒng)仿真編程中，我遇到了很多問題,例如在利用13折線進行數值變轉時，需要考慮歸一化問題,并且考慮到在第一像限和第三像限的情況基本相同，只是符號相反，所以只需考慮一段,那么在進行運算是得先把原來的值的符號位保存，再在變換后的值上添加符號值.還有在對連續(xù)幅值進行量化時,我也犯了一些思路上的混亂，導致我在調試的時候出現錯誤，但當我反復一遍遍檢查,發(fā)現只是在取值端點上沒有弄好,當我改后就好了。還有在編碼時,一開始不知怎么的老是前幾個數編出來只有六位，我又上那塊去找原因,發(fā)現又是在取值邊界上的問題，我改后這個問題也解決了。在進行ＢPＳK調制時，出現了相位模糊的問題，我在抽樣判決后，人為的進行取反,就得到了正確的0、1比特流。在信源譯碼的時候要注意的是,取的量化電平及值要和發(fā)送端事約定好,以便在接收到０、１比特流后能夠正確譯出量化值，在量化值恢復成原始抽樣值時，我采用的是A律反解法,因為在我設計的程序中令Ａ的值為８7.65,此時的Ａ律曲線和13拆線很接進,為了觀查它們的近似度，我在發(fā)送端和接收端分別用了1３折線和A律公試。5.運行結果及分析先得到原始模擬信號如下圖:將此模擬信號按每周期取32個點抽樣,得到以下圖形:將抽樣后的量化值進行二進制編碼，第八位二進制數表示一個量化值，將得到的二進制數進行信道編曲碼，得到如下圖形:經過BPSK調制后的信號和在調制后的信號中加入噪聲有如下圖形：(值得引起注意的是，我用0．1的寬度來表示一個比特,所以如果在0.1的整數倍的地方才能看到有0比特的相位表示用０相位,1比特的相位表示用pi／2)在接收端用一個與調制后的波同頻的相干波與接收到的信號相乘后得到以下圖形：經過數字低通濾波器濾除噪聲和載波后的波形如下圖：（值得引起注意的是在BＰSＫ調制中會出現相位模糊問題，在些處是通過在抽樣判決時加以處理,使其能夠正確譯碼輸出）通過信道譯碼后的圖形如下:將信道譯碼后的信號，分為八位二進制位一組一組的，再將其恢復成十進制數，到對應段去找取值，即恢復原始信號的量化值,再將其值通過Ａ律公式反解出原始信號的抽樣值，畫出如下圖形:將上圖用平滑的曲線邊接起來，再標注上抽樣點則得到如下圖形：通過將原始信號與接收端得到的信號進行比較,可見信號恢復情況良好，只是在信