通信系统课程基于MATLAB的数字基带传输系统及数字调制的仿真

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1、通信系统课程基于MATLAB的数字基带传输系统及数字调制的仿真 课 程 设 计 说 明 书 设 计 及 说 明主要结果目 录前言 2MATLAB软件简介 2数字基带传输系统仿真 51.1数字基带传输系统简介 51.2 数字基带信号 71.2.1 数字基带信号的要求 71.2.2 数字基带信号81.2.3 常用的基带传输码型91.3实验原理121.3.1数字通信系统模型121.3.2数字基带传输系统模型121.4实验内容131.4.1 余弦滚降基带传输系统131.4.2 眼图 141.5总结17数字调制系统仿真前言172.1二进制频移键控（2FSK） 172FSK信号的产生172FSK解调原理1

2、92FSK调制与解调基于MATLAB仿真 202.2二进制振幅键控(2ASK）232ASK调制与解调基于MATLAB仿真252.3二进制相移键控(2PSK）272PSK原理272PSK基于MATLAB的仿真292.4四进制相移键控(4PSK）334PSK信号的产生与解调334PSK基于MATLAB的仿真342.5十六进制正交幅度调制(16QAM）42正交调制及相干解调原理框图4216QAM调制与解调基于MATLAB的仿真432.6.心得 48参考文献：49前言 随着通信系统的规模和复杂度不断增加， 统的设计方法已经不能适应发展传的需要，通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视。传统的通信仿真技术主

3、要分 可以 得到与真实环境十分接近的结果，为手工分析与电路试验2种， 但耗时长方法比较繁杂，而通信系统的计算机模拟仿真技术是介于上述2种方法的一种系统设计方法，它可以让用户 在很 短的时间内建立整个通信系统模型，并对其进行模拟仿真。通信原理计算机仿真实验，是对数字基带传输系统的仿真。仿真工具是MATLAB程序设计语 言。 MATLAB是一种先进的高技术程序设计语言，主要用于数值计算及可视化图形处理。特点 是将数值分析、矩阵计算、图形、图像处理和仿 真等诸多强大功能集成在一个极易使用的交互式环境中伪科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多学科提供了一种高效率的编程 工具。运用MATLAB

4、，可以对数字基带传输系统 进行较为全面地研究。为了使本科类学生学好通信课程，我们进行了试点，通过课程设计的方式针对通信原理的很多内容进行了仿真。MATLAB软件简介 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATL

5、AB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C+ ，J

6、AVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作： 数值分析 数值和符号计算 工程与科学绘图 控制系统的设计与仿真 数字图像处理 技术 数字信号处理 技术 通讯系统设计与仿真 MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。

7、 20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。综上所述，Matlab 语言有如下特点：1 编程效率高 它是一种面向科学与工程计算的高级语言，允许用数学形式的语言编写程序，且 比 Basic、 Fortran 和 C 等语言更加接近我们书写计算公式的思维方式， Matlab 用 编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解

8、问题。因此，Matlab 语言也可通俗 地称为演算纸式科学算法语言由于它编写简单，所以编程效率高，易学易懂。 2用户使用方便 Matlab 语言是一种解释执行的语言（在没被专门的工具编译之前），它灵活、 方便，其调试程序手段丰富，调试速度快，需要学习时间少。人们用任何一种语 言编写程序和调试程序一般都要经过四个步骤：编辑、编译、连接以及执行和调 试。各个步骤之间是顺序关系，编程的过程就是在它们之间作瀑布型的循环。 Matlab 语言与其它语言相比，较好地解决了上述问题，把编辑、编译、连接和 执行融为一体。它能在同一画面上进行灵活操作快速排除输入程序中的书写错 误、语法错误以至语意错误，从而加快

9、了用户编写、修改和调试程序的速度，可 以说在编程和调试过程中它是一种比 VB 还要简单的语言。 具体地说，Matlab 运行时，如直接在命令行输入 Mailab 语句（命令），包括调 用 M 文件的语句，每输入一条语句，就立即对其进行处理，完成绩译、连接和运 行的全过程。又如，将 Matlab 源程序编辑为 M 文件，由于 Mat1ab 磁盘文件也是 M 文件，所以编辑后的源文件就可直接运行，而不需进行编译和连接。在运行 M 文件时， 如果有错， 计算机屏幕上会给出详细的出锗信息， 用户经修改后再执行， 直到正确为止。所以可以说，Mat1ab 语言不仅是一种语言，广义上讲是一种该 语言开发系统

10、，即语言调试系统。 3扩充能力强 Matlab 语言有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用，而且 Matlab 的库函数同用户文件在形成上一样， 所以用户文件也可作为 Matlab 的库 函数来调用。因而，用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数，以 便提高 Matlab 使用效率和扩充它的功能。另外，为了充分利用 Fortran、C 等语 言的资源， 包括用户已编好的 Fortran， 语言程序， C 通过建立 Me 调文件的形式， 混合编程，方便地调用有关的 Fortran，C 语言的子程序。 4语句简单，内涵丰富 Mat1ab 语言中最基本最重要的成分是函数，其一般形

11、式为a，6，c = fun （d，e，f，），即一个函数由函数名，输入变量 d，e，f,和输出变量 a，b，c组成，同一函数名 F，不同数目的输入变量（包括无输入变量）及 不同数目的输出变量，代表着不同的含义（有点像面向对象中的多态性。这不仅 使 Matlab 的库函数功能更丰富，而大大减少了需要的磁盘空间，使得 Matlab 编写的 M 文件简单、短小而高效。 5高效方便的矩阵和数组运算 Matlab 语言象 Basic、Fortran 和 C 语言一样规定了矩阵的算术运算符、关系运 算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符，而且这些运算符大部分可以毫无 改变地照搬到数组间的运算，有些如算术

12、运算符只要增加“”就可用于数组间 的运算，另外，它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函 数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时， 显得大为简捷、高效、方便，这是其它高级语言所不能比拟的。在此基础上，高 版本的 Matlab 已逐步扩展到科学及工程计算的其它领域。因此，不久的将来， 它一定能名符其实地成为“万能演算纸式的”科学算法语言。 6方便的绘图功能 Matlab 的绘图是十分方便的，它有一系列绘图函数（命令），例如线性坐标、 对数坐标，半对数坐标及极坐标，均只需调用不同的绘图函数（命令），在图上 标出图题、XY 轴标注，格（栅）绘制也只需调用

13、相应的命令，简单易行。另外， 在调用绘图函数时调整自变量可绘出不变颜色的点、线、复线或多重线。这种为 科学研究着想的设计是通用的编程语言所不及的。总之，Matlab 语言的设计思 想可以说代表了当前计算机高级语言的发展方向。 数字基带传输系统仿真1.1数字基带传输系统 数字基带传输系统的介绍 在数字传输系统中，其传输的对象通常是二进制数字信号，它可能是来自计算机、电传打字机或其它数字设备的各种数字脉冲，也可能是来自数字电话终端的脉冲编码调制（PCM）信号。这些二进制数字信号的频带范围通常从直流和低频开始，直到某一频率m f ，我们称这种信号为数字基带信号。在某些有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以不经过调制和解调过程在信道中直接传送，这种不使用调制和解调设备而直接传输基带信号的通信系统，我们称它为基带传输系统。而在另外一些信道，特别是无线信道和光信道中，数字基带信号则