通信原理 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析

前 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)原 二進(jìn)制振幅鍵控 二進(jìn)制頻移鍵控 二進(jìn)制相移鍵控 正交相移鍵控 Matlab簡(jiǎn) Simulink簡(jiǎn) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽利用Simulink進(jìn)行模型建立和系統(tǒng)仿 2ASK的調(diào)制與解調(diào)仿 建立模型方框 參數(shù)設(shè) 系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形 誤碼率分 2FSK的調(diào)制與解調(diào)仿 建立模型方框 參數(shù)設(shè) 系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形 2PSK的調(diào)制與解調(diào)仿 建立模型方框 參數(shù)設(shè) 系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形 QPSK的調(diào)制與解調(diào)仿 建立模型方框 參數(shù)設(shè) 系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形 總 參考文 通信原理課程設(shè)發(fā)展，各種新的電信業(yè)務(wù)也應(yīng)運(yùn)而生，正沿著信息服務(wù)多種領(lǐng)域廣泛延伸。k提供了一個(gè)交互式的圖形化環(huán)境及可定制模塊庫(kù)，可對(duì)各仿真、執(zhí)行和測(cè)試。本次課設(shè)在深刻理解通信系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，利用MATLAB提供的建模和仿真原理做出數(shù)字通信系統(tǒng)的基本模型分別是ASKFSKPSKQPSK，并且用Simulink來(lái)實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)中各個(gè)部分的仿真，調(diào)制部分，解調(diào)部分等等，果進(jìn)行分析，更深入地掌握數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)1通信原理課程設(shè)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)。1-1數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)AK、移頻鍵控K和相移鍵控K。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)可表示二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波型如圖1-2所示由圖1-2可以看出,2ASK信號(hào)的時(shí)間波形隨二進(jìn)制基帶信號(hào)s(t)通斷變化，所以又稱為通斷鍵控信號(hào)(OOK信號(hào))。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法如圖1-3所示,其中圖(a)是采用模擬相乘的方法實(shí)2ASK信號(hào)也能夠采用非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測(cè)法)，其相應(yīng)原理方框圖如圖1-4所示。2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形如圖1-52通信原理課程設(shè) s載tt 圖1-32ASK信號(hào)調(diào)制器原理框圖2

cot

（a）e2e

cost

（b）相干解調(diào)方1-42ASK信號(hào)的接收系統(tǒng)組成方框3通信原理課程設(shè)101001tttbc101001t1-52ASK信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波二進(jìn)制頻移鍵控二進(jìn)制頻移鍵控頻移鍵控是利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息2FSK中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。典型波形如圖1-6所示。 tt11t有圖可見(jiàn)，2FSK信號(hào)的波形(a)可以分解為波形(b)和波形(c)。也就是說(shuō)，一個(gè)2FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加。2FSK信號(hào)的表達(dá)式4通信原理課程設(shè)coscos

))

?n???n

二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生，可以采用模擬調(diào)頻電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以采用數(shù)字鍵控的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖7是數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的原理圖。圖中兩個(gè)振蕩器的輸出載波受輸入的二進(jìn)制基帶信號(hào)控制，在一個(gè)碼元s出1或2兩個(gè)載波之一。二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的解調(diào)方法很多，有模擬鑒頻法和數(shù)字檢測(cè)法，有非相干解調(diào)方法也有相干解調(diào)方法。采用非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種方法的原理圖如圖8信號(hào)，分別進(jìn)行解調(diào)，通過(guò)對(duì)上下兩路的抽樣值進(jìn)行比較最終判決出輸出信號(hào)。振蕩器振蕩器振蕩器1-7鍵控法產(chǎn)生2FSK信號(hào)的原理

帶通

檢波輸2 定時(shí)脈

判決帶通

檢波（a）5通信原理課程設(shè)

co1t

輸 定時(shí)脈

（b）相干解過(guò)零檢測(cè)法解調(diào)器的原理圖和各點(diǎn)時(shí)間波形如圖9

e2e

（a）過(guò)零檢測(cè)法原理（b）各點(diǎn)時(shí)間波1-9過(guò)零檢測(cè)法原理圖及各點(diǎn)時(shí)間波6通信原理課程設(shè)二進(jìn)制相移鍵控二進(jìn)制相移鍵控在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中,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)進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的10。二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為

Acos

概率

í-Acos 概率1 （1-由于兩種碼元的波形相同極性相反2PSK信號(hào)可以表述為一個(gè)雙極性全cos

?n?

??

ì1,

概率概率1-

這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制絕對(duì)相移方式。二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的典型時(shí)間波形如圖0所示。二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的調(diào)制原理圖如圖1是采用模擬調(diào)制的方法產(chǎn)生K是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生KK信號(hào)的解調(diào)通常2K信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形如圖3所示。當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。1010011Ts7通信原理課程設(shè) 圖1-112PSK信號(hào)的調(diào)制原理框圖

帶 濾

相乘

抽 判決 輸c 定c脈 atTT ct et1-132PSK信號(hào)相干解調(diào)時(shí)各點(diǎn)時(shí)間波正交相移鍵控多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制Q）狀態(tài)的正弦波來(lái)代表多組二進(jìn)制信息碼元，即用載波的一個(gè)相位對(duì)應(yīng)于一組二進(jìn)8通信原理課程設(shè)制信息碼元。如果載波有k個(gè)相位，它可以代表k位二進(jìn)制碼元的不同碼組。在K信號(hào)中，載波相位可?。蛡€(gè)可能值：q= 因此MPSK信號(hào)可表示

(1-

(1-假定載波頻率ω0是基帶數(shù)字信號(hào)的整數(shù)w=TsTs則上式可改寫(xiě)

￥

(1-單/雙性變相電cot載波產(chǎn)串變?chǔ)?2相加電單/雙-sit相性變電由上式表明單/雙性變相電cot載波產(chǎn)串變?chǔ)?2相加電單/雙-sit相性變電 QPSK的產(chǎn)生框由于QPSK信號(hào)可以看作是兩個(gè)正交2PSK信號(hào)的疊加所以用兩路正交的相干載波去解調(diào)可以很容易地分離這兩路正交的2PSK信號(hào)。相干解調(diào)后的兩路并行碼元ab，經(jīng)過(guò)并串變換后成為串行數(shù)據(jù)輸出此法是一種正交相平解調(diào)法9通信原理課程設(shè)又稱極性比較法，原理如圖1-15所示0n)+q0n

(1-根據(jù)π/4移相系統(tǒng)PSK信號(hào)的相位配置規(guī)定抽樣判決器的判決準(zhǔn)則列于表2，當(dāng)判決器按極性判決時(shí)，若正抽樣值判為1，負(fù)抽樣判定為0，則可將調(diào)相信號(hào)解調(diào)為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。解調(diào)出來(lái)的ab在經(jīng)過(guò)并/串變換，就可以還原出原調(diào)制信號(hào)。若解調(diào)π/2移相系統(tǒng)的PSK信號(hào)，需改變移相網(wǎng)絡(luò)及判決準(zhǔn)則。

的極

的

判決器輸a 通信原理課程設(shè)222.12.1Laborator（為Matlab）這就是Matlab最早的雛形。開(kāi)發(fā)的最早的目的是幫助學(xué)校的老師和學(xué)生更好的授課和學(xué)習(xí)Matlab誕生開(kāi)始，由于其高度的集成性及應(yīng)用的方便性，b是一種解釋性執(zhí)行語(yǔ)言，具有強(qiáng)大的計(jì)算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡(jiǎn)單，擴(kuò)充方便，尤其是世界上有成千上萬(wàn)的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過(guò)程中擴(kuò)充b的功能，使其成為了巨大的知識(shí)寶庫(kù)。目前的b版本已經(jīng)可以方便的設(shè)計(jì)漂亮的界面，它可以像VB等語(yǔ)言一樣設(shè)計(jì)漂亮的用戶接口，同時(shí)因?yàn)橛凶钬S富的函數(shù)庫(kù)（工具箱，所以計(jì)算的功能實(shí)現(xiàn)也很簡(jiǎn)b和其他高級(jí)語(yǔ)言也具有良好b2.22.2k是B提供的用于對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模k提供了專門(mén)用于顯示輸出信號(hào)的模塊k的存儲(chǔ)模塊，仿真數(shù)據(jù)可以方便地以各種形式保存到工作空間或文件夾中，以供用戶在仿真結(jié)束后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理?；谝陨蟢基于矩陣的數(shù)值計(jì)算高級(jí)編程語(yǔ)言以及可視化的圖形操作界面包含各領(lǐng)域的仿真工具箱，使用方便快捷并可以擴(kuò)展提供與其他高級(jí)語(yǔ)言的接口k3離散模塊和混合模塊。連續(xù)模塊是指輸出信號(hào)發(fā)生連續(xù)變化的模塊；離散模塊則k采用積分方式計(jì)算輸出信號(hào)的數(shù)值。離散模塊的輸出信號(hào)在下一個(gè)采樣到來(lái)之前保持恒定，這個(gè)時(shí)候，k只需要以一定的間隔計(jì)算輸出信號(hào)的數(shù)值1通信原理課程設(shè)2ASK建立模型方框2ASK信號(hào)的調(diào)制部分由DSP模塊中的Sinewave信號(hào)源、方波信號(hào)源、相乘器等模塊組成；2ASK的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)法，下面采用相干解調(diào)法2ASK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，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)參數(shù)設(shè)

3-12ASK信號(hào)調(diào)制解調(diào)的模型方框設(shè)置如下：號(hào)是基于采樣的，其幅度設(shè)置為1，周期為3，占1比為2/3通信原理課程設(shè)下面是低通濾波器的參數(shù)設(shè)置3-2低通濾波器的參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖3所示。自上而下分別是正弦DPDP信號(hào)相乘后波形、以及再次與正弦DP信號(hào)相乘后波形、經(jīng)過(guò)低通濾波器后波形、經(jīng)過(guò)抽樣判決器后波形，最后一組波形即為還原后波形，雖然有一定誤差，但仍能反映基本波形。通信原理課程設(shè)圖3- 各點(diǎn)的時(shí)間波形誤碼率分串?dāng)_或是參數(shù)設(shè)置的問(wèn)題，由1圖可以看出此系統(tǒng)的誤碼率為。2FSK建立模型方框通信原理課程設(shè)K信號(hào)的調(diào)試部分由eweiyGr基帶信k模型圖如圖4所示：參數(shù)設(shè)

3-42FSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)的模型方框?qū)⒄{(diào)制信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，為了無(wú)失真地恢復(fù)原始基帶信號(hào)，調(diào)制信號(hào)需要與相同頻率的載波相乘，先經(jīng)過(guò)帶通濾波器去除一定頻率的分量，然后再經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波器以及抽樣判決器可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。帶通濾波器AgrD5AgrD6AgrD7AgrD）的參數(shù)設(shè)如圖8所示；抽樣判決器Qg）的參數(shù)設(shè)如圖9所示；通信原理課程設(shè)通信原理課程設(shè)通信原理課程設(shè)系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形經(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，圖3-102FSK調(diào)制時(shí)示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖，圖3-112FSK解調(diào)時(shí)示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖基帶信號(hào)與正弦載波信號(hào)相乘后波形、以及取反后與正弦載波1信號(hào)相乘后波形、3-11中，自上而下分別是基帶信號(hào)波形、只經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波器后的波形、解號(hào)相同，延時(shí)是不可避免的。通信原理課程設(shè)3-102FSK調(diào)制各點(diǎn)波形3-112FSK解調(diào)各點(diǎn)波形通信原理課程設(shè)建立模型方框2PSK信號(hào)的調(diào)試部分由Sinewave信號(hào)源、BernoulliBinaryGenerator基帶信Simulink模型圖如圖3-12所示：參數(shù)設(shè)

3-122PSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)的模型方框通信原理課程設(shè)其余參數(shù)不改變所示；取樣判決器（Sign）參數(shù)設(shè)置如圖3-17所示；通信原理課程設(shè)2通信原理課程設(shè)3-17取樣判決器（Sign）的參數(shù)設(shè)系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形經(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，圖3-182PSK調(diào)制時(shí)示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖，圖3-192PSK解調(diào)時(shí)示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖。圖3-18中，自上而下分別是基帶信號(hào)波形、基帶信號(hào)經(jīng)碼型變換器后波形、正弦載波波形、經(jīng)多路選擇器后波形3-19中，自上而下分別是調(diào)制信號(hào)加波斯白噪聲后波形、加噪聲后信號(hào)與通信原理課程設(shè)建立模型方框通信原理課程設(shè)QPSK解調(diào)器信宿模塊組成并用到信宿模塊Scope以觀察各個(gè)階段信號(hào)的波形；參數(shù)設(shè)

3-20QPSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)的模型方框隨機(jī)整數(shù)信號(hào)傳送至QPSK調(diào)制器。這里要求產(chǎn)生的必須是四進(jìn)制隨機(jī)整數(shù)，所以M-arynumber設(shè)置為4，具體的參數(shù)設(shè)置如圖3-21所示。通信原理課程設(shè)制隨機(jī)序列進(jìn)行QPSK調(diào)制,使之產(chǎn)生QPSK信號(hào)。需要注意QPSK調(diào)制模塊的參QPSK調(diào)制信道進(jìn)行解調(diào),使之恢復(fù)出原來(lái)的輸入信號(hào)QPSK解調(diào)模塊的參數(shù)設(shè)置與調(diào)制模塊的參數(shù)設(shè)置一致。輸入數(shù)據(jù)類(lèi)型為整型，相位偏移設(shè)置為л/2。N2所示。通信原理課程設(shè)系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形經(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，圖3是QK波器顯示的各點(diǎn)的波形圖。圖中，自上而下分別是信源信號(hào)的波形、解調(diào)信號(hào)的波形、兩者比較信號(hào)的波形。通信原理課程設(shè)誤碼率分

隨著系統(tǒng)信噪比的增大，QPSK系統(tǒng)傳輸錯(cuò)誤的碼元數(shù)也越少系統(tǒng)的誤碼率也隨之減小，QPSK系統(tǒng)的性能越來(lái)越好，越來(lái)越有利于信