《通信系统综合训练 数字调制系统的设计与仿真》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信系统综合训练 数字调制系统的设计与仿真（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、*实践教学*兰州理工大学计算机与通信学院2012年秋季学期通信系统综合训练 题 目： 数字调制系统的设计与仿真 专业班级： 通信工程（3）班 姓 名： 张杰学 号： 09250314指导教师： 王维芳 成 绩： 摘 要数字调制是通信系统中最为重要的环节之一，数字调制技术的改进也是通信系统性能提高的重要途径。本文首先分析了数字调制系统的2PSK和2DPSK的调制解调方法，然后，运用MATLAB设计了这两种数字调制解调方法的仿真程序。通过仿真，分析了在这两种调制解调过程中各环节时域和频域的波形，并考虑了信道噪声的影响。关键词 ： 2PSK 2DPSK MATLAB 设计与仿真前 言本次课程设计首先
2、分析了数字调制系统的几种基本调制解调方法，然后，运用MATLAB设计了两种数字调制解调方法的仿真程序，主要包括2PSK，2DPSK。通过仿真，分析了这两种调制解调过程中各环节时域和频域的波形，并考虑了信道噪声的影响。通过仿真更深刻地理解了数字调制解调系统基本原理。最后，对这两种调制解调系统的性能进行了比较。数字信号的传输可分为基带传输和带通传输，实际中的大多数的信道（如无线信道）因具有带通特性而不能直接传送基带信号，这是因为基带信号往往具有丰富的低频分量，为了使数字信号能在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道相匹配，这种用基带信号控制载波，把数字基带信号变换成数字带
3、通信号的过程称为数字调制。由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因，基带信号不适合在各种信道上进行长距离传输。为了进行长途传输，必须对数字信号进行载波调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。因此，大部分现代通信系统都使用数字调制技术。在仿真中用到的MATLAB软件是集科学计算(computation) 、可视化(visualization)、编程(programming)于一身，并提供了丰富的Windows图形界面一种设计方法软件。1 目 录第一章 设计目标11.1设计目标1 1.2设计任务及要求1 1.3设计内容1 1.4设计思路及步骤21.4.1设计思路21.4.2设计步骤21.
4、5设计意义3第二章 二进制相移键控信号32.1二进制相移键控(2PSK)32.2二进制差分相移键控(2DPSK)7第三章 二进制相移仿真及结果分析83.1 MATLAB简介83.2数字调制与解调原理83.3 程序流图设计93.4仿真中用到的MATLAB函数103.5仿真参数设计103.6仿真结果分析113.7 误码率与信噪比的关系分析12总结14参考文献15附录16 第一章 设计目标1.1设计目标：本次通信系统综合训练的目的是让学生在掌握通信系统基本原理和仿真软件的基础上，对通信系统中的数字调制系统进行设计和仿真。通过数字调制系统的设计与仿真，可以提高学生综合应用所学基础知识的能力和计算机编程
5、的能力，为今后的学习和工作积累经验。1.2设计任务及要求：1. 熟悉数字调制系统的的基本原理，实现方法；2. 掌握计算机编程语言MATLAB或者SIMULINK；3. 根据数字调制系统的原理给出调制和借条的框图；4. 利用MATLAB仿真数字调制系统，并给出关键信号的时域波形和频域波形。1.3设计内容：数字信号的传输可分为基带传输和带通传输，实际中的大多数的信道（如无线信道）因具有带通特性而不能直接传送基带信号，这是因为基带信号往往具有丰富的低频分量，为了使数字信号能在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道相匹配，这种用基带信号控制载波，把数字基带信号变换成数字带通信
6、号的过程称为数字调制。在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调，而包括调制和解调的过程数字传输系统叫做数字带通传输系统。通过改变载波幅度、频率、相位，来传输数字基带信号，所以带通传输也叫做载波传输。利用数字信号的离散取值特点通过开关键控制载波，从而实现数字调制，此法通常称为键控法，根据键控的不同可分为振幅键控，频率键控和相位键控。此次试验报告首先分析了数字调制系统的几种基本调制解调方法，然后，运用Matlab设计了两种数字调制解调方法的仿真程序，主要包括2PSK，2DPSK。通过仿真，分析了这两种调制解调过程中各环节时域和频域的波形，并考虑了信道噪声的影响。通过仿真更深
7、刻地理解了数字调制解调系统基本原理。最后，对这两种调制解调系统的性能进行了比较。1.4设计思路及步骤：1.4.1设计思路：实现2PSK调制的基本思路是：首先产生数字基带信号，再把数字基带信号变换为与信道特性相匹配的数字带通信号，即数字信号在带通信道中传输时，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。一般来说，这种频带传输是借助于正弦载波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号的。1.4.2设计步骤：(1) 首先对基带波形进行采样，设置好波形的幅度、频率、抽样个数，码元数和抽样间隔等参数；(2) 用MATLAB软件中的所带的库函数和自定义函数来产生二进制信源，其中用到的库函数有：
8、randn()、sign()和ones()；(3) 利用MATLAB仿真软件中的subplot()和plot()函数画出输入NRZ信号的波形和输入NRZ信号的频谱图；(4) 产生2PSK信号，即对输入的NRZ信号进行数字调制；(5) 用subplot()和plot()函数画出2PSK信号的波形及其频谱图，其中第(3)步和第(5)步中画频谱图还用到库函数：以10为底的对数函数log10()和绝对值函数abs()；1.5设计意义：由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因，基带信号不适合在各种信道上进行长距离传输。为了进行长途传输，必须对数字信号进行载波调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传
9、输。因此，大部分现代通信系统都使用数字调制技术。另外，由于数字通信具有建网灵活，容易采用数字差错控制技术和数字加密，便于集成化，并能够进入综合业务数字网（ISDN网），所以通信系统都有由模拟方式向数字方式过渡的趋势。因此，对数字通信系统的分析与研究越来越重要，数字调制作为数字通信系统的重要部分之一，对它的研究也是有必要的。通过对调制系统的仿真，我们可以更加直观的了解数字调制系统的性能及影响性能的因素，从而便于改进系统，获得更佳的传输性能。计算机仿真软件在通信系统工程设计中发挥着越来越重要的作用。利用MATLAB作为编程工具，设计相移键控系统的模型，并且对模型的方针流程以及仿真结果都给出具体详实
10、的分析，为实际系统的构建提供了很好的依据。同时加深对所学的通信原理知识理解，培养专业素质；通过专业课程设计掌握通信中常用的信号处理方法，能够分析简单通信系统的性能。第二章 二进制相移键控信号2.1二进制相移键控(2PSK)： 相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制“”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为 （1）其中，表示第n个符号的绝对相位： （2）因此，式（1）可以改写为 （3）由于表示信号的两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号一般可以表述为一个双极性全占空比矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘，即 （4）其
11、中 （5）这里，g(t)是脉宽为的单个矩形脉冲，而的统计特性为： （6）即在发送二进制符号“”时（取），取相位；发送二进制符号“”时（取 ），取相位。这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移键控方式。乘法器e2PSK (t)Cosct双极性不归零(a)模拟调制方法cosct开关电路(b)键控法图12PSK信号的调制原理框图180移相0码型变换e2PSK (t) s(t)2PSK信号的调制原理框图如图1所示。与2ASK信号的产生方法相比较，只是对s(t)的要求不同，在2ASK中s(t)是单极性的，而在2PSK中s(t)是双极性的基带信号。s(t) 2PSK信
12、号的解调通常采用相干解调法，解调原理框图如图2所示。在相干解调中，如何得到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波是个关键问题。e2PSK (t)带通滤波器相乘器低通滤波器定时脉冲输出 cosct抽样判决器图2 2PSK信号的解调原理框图 2.2二进制差分相移键控(2DPSK)：在2PSK信号中，相位变化是以未调载波的相位作为参考基准的。由于它利用载波相位的绝对数值表示数字信息，所以又称为绝对相移。2PSK相干解调时，由于载波恢复中相位有、模糊性，导致解调过程出现“反向工作”现象，恢复出的数字信号“”和“”倒置，从而使2PSK难以实际应用。为了克服此缺点，提出了二进制差分相移键控（2DPSK）方
13、式。2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。假设为当前码元与前一码元的载波相位差，可定义一种数字信息与之间的关系为 （7）于是可以将一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载波相位关系示例如下：二进制数字信息: 1101001102DPSK信号相位: (0) 000 或() 0 0 0 000数字信息与之间的关系也可定义为： （8）由此示例可知，对于相同的基带数字信息序列，由于初始相位不同，2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元相对相位的差才唯一决定信息符号。为了更直观地说明信号码元的相位关系，我们可以用矢量图来表述。按照（1）的定义关系，我们可以用如图4所示的矢量图来表示，图中，虚线矢量位置称为基准相位。在绝对相移中，它是未调制载波的相位；在相对相移中，它是前一码元的载波相位，当前码元的相位可能是0或。但是按照这种定义，在某个长的码元序列
