帶通傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及性能分析

1、帶通傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及性能分析 姓名：李魁英 學(xué)號(hào)：107551500917 班級(jí)：信息與通信工程摘要數(shù)字信號(hào)的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸。然而，實(shí)際中的大多數(shù)信道因具有帶通特性而不能直接傳送基帶信號(hào)，這是因?yàn)閿?shù)字基帶信號(hào)往往具有豐富的低頻分量。為了使數(shù)字信號(hào)在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號(hào)與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)的過程稱為數(shù)字調(diào)制。在接收端通過解調(diào)器把帶通信號(hào)還原成數(shù)字基帶信號(hào)的過程稱為數(shù)字解調(diào)，通常把包括調(diào)制和解調(diào)過程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)叫做數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)。數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種，模擬調(diào)制法和鍵控法，相應(yīng)的有振幅

2、鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）。數(shù)字調(diào)制有二進(jìn)制和多進(jìn)制，本文主要講二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的原理及其比較它的抗噪性能，并且只介紹ASK和PSK,并用MATLAB實(shí)現(xiàn),并比較二者抗性能。二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理1.1 二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）振幅鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，而其頻率和初始相位保持不變。在2ASK中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息“0”和“1”。2ASK信號(hào)的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制法和鍵控法，也有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)和相干解調(diào)，相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成框圖如下圖（a）和（b）：1.2 二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） 相移鍵控是利用載

3、波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在2PSK中通常用初始相位0和 分別表示二進(jìn)制“1”和“0”。2PSK信號(hào)的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法。解調(diào)器原理框圖如下 二 數(shù)字調(diào)制技術(shù)的仿真實(shí)現(xiàn)2.1 2ASK的實(shí)現(xiàn)2.1.1 2ASK的設(shè)計(jì)思路1. 隨機(jī)信源：產(chǎn)生一千個(gè)二進(jìn)制數(shù)作為信號(hào)源；2. 載波信號(hào)：頻率為150Hz的余弦函數(shù)作為載波；3. 對(duì)信號(hào)進(jìn)行制2ASK調(diào)制；4. 加入高斯噪聲；5. 對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；6. 通過低通濾波器和判別器產(chǎn)生接收信號(hào)2.1.2 2ASK的程序clc; clear all; close all; %信源a=randint(1,15,2); t=0:0.00

4、1:0.999; m=a(ceil(15*t+0.01); subplot(511);plot(t,m);axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(信源);%載波f=150;carry=cos(2*pi*f*t);%2ASK調(diào)制st=m.*carry;subplot(512);plot(t,st);axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(2ASK信號(hào));%加高斯噪聲nst=awgn(st,70);%解調(diào)部分nst=nst.*carry;subplot(513);plot(t,nst) ; axis(0 1.2 -0.2 1.2); title(乘以相干載波后的信號(hào))

5、%低通濾波器設(shè)計(jì) wp=2*pi*2*f*0.5; ws=2*pi*2*f*0.9; Rp=2; As=45; N,wc=buttord(wp,ws,Rp,As,s); B,A=butter(N,wc,s); %低通濾波h=tf(B,A); %轉(zhuǎn)換為傳輸函數(shù)dst=lsim(h,nst,t); subplot(514) ;plot(t,dst) ;axis(0 1.2 -0.2 1.2); title(經(jīng)過低通濾波器后的信號(hào));%判決器 k=0.25; pdst=1*(dst0.25); subplot(515) plot(t,pdst) axis(0 1.2 -0.2 1.2); title

6、(經(jīng)過抽樣判決后的信號(hào)) %頻譜觀察2.1.3 2ASK的運(yùn)行結(jié)果如下 （C）2.2 2PSK的實(shí)現(xiàn)2.2.1 2PSK設(shè)計(jì)思路1. 隨機(jī)信源：產(chǎn)生十個(gè)隨機(jī)數(shù)，每個(gè)馬元寬度為200；2. 2PSK調(diào)制：將信源成語載波乘于載波；3. 加入高斯白噪聲：是調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)過帶有高斯白噪聲的信道4. 2PSK解調(diào)：經(jīng)過相乘器、低通濾波器、抽樣判決器2.2.2 2PSK程序clear all; close all;clc;max=10;g=zeros(1,max);g=randint(1,max);%長度為max的隨機(jī)二進(jìn)制序列cp=;mod1=;f=2*2*pi;t=0:2*pi/199:2*pi;fo

7、r n=1:length(g); if g(n)=0; A=zeros(1,200);%每個(gè)值200個(gè)點(diǎn) else g(n)=1; A=ones(1,200); end cp=cp A; %s(t),碼元寬度200 c=cos(f*t);%載波信號(hào) mod1=mod1 c;%與s(t)等長的載波信號(hào),變?yōu)榫仃囆问絜ndfigure(1);subplot(4,2,1);plot(cp);grid on;axis(0 200*length(g) -2 2);title(二進(jìn)制信號(hào)序列);cm=;mod=;for n=1:length(g); if g(n)=0; B=ones(1,200);%每個(gè)

8、值200個(gè)點(diǎn) c=cos(f*t); %載波信號(hào) else g(n)=1; B=ones(1,200); c=cos(f*t+pi); %載波信號(hào) end cm=cm B; %s(t),碼元寬度200 mod=mod c; %與s(t)等長的載波信號(hào)endtiaoz=cm.*mod;%e(t)調(diào)制figure(1);subplot(4,2,2);plot(tiaoz);grid on;axis(0 200*length(g) -2 2);title(2PSK調(diào)制信號(hào));%帶有高斯白噪聲的信道tz=awgn(tiaoz,10);%信號(hào)tiaoz中加入白噪聲，信噪比為10figure(1);sub

9、plot(4,2,3);plot(tz);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title(通過高斯白噪聲信道后的信號(hào));jiet=2*mod1.*tz;%同步解調(diào)figure(1);subplot(4,2,4);plot(jiet);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title(相乘后信號(hào)波形)%低通濾波器fp=500;fs=700;rp=3;rs=20;fn=11025;ws=fs/(fn/2); wp=fp/(fn/2);%計(jì)算歸一化角頻率n,wn=buttord(wp,ws,rp,rs);%計(jì)算階數(shù)和截止頻率b,a=but

10、ter(n,wn);%計(jì)算H(z）jt=filter(b,a,jiet);figure(1);subplot(4,2,5);plot(jt);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title(經(jīng)低通濾波器后信號(hào)波形)%抽樣判決for m=1:200*length(g); if jt(m)=0; jt(m)=0; endendfigure(1);subplot(4,2,6);plot(jt);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title(經(jīng)抽樣判決后信號(hào)s(t)波形)2.2.3 2PSK實(shí)現(xiàn)波形如下（d） 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比

11、較衡量一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)性能好壞的指標(biāo)有多種，但最為主要的是有效性和可靠性。而誤碼率是衡量一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。在信道高斯白噪聲的干擾下，各種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率取決于解調(diào)器輸入信噪比，而誤碼率表達(dá)式的形式則取決于解調(diào)方式：相干解調(diào)時(shí)為互補(bǔ)誤差函數(shù)形式，非相干解調(diào)時(shí)為指數(shù)函數(shù)形式。如下表所示。調(diào)制方式Pe解調(diào)方式相干解調(diào) 非相干解調(diào)2ASK 2FSK 2PSK3.1 程序如下clear all;a=0.001 %信號(hào)幅度SNR_dB=0:0.3:20; %信噪比范圍（單位分貝）SNR=10.(SNR_dB./10); %信噪比（由分貝轉(zhuǎn)化而來 10lg(SNR)=SNR_dB）S

12、NR2=a.2./(2*SNR); %信號(hào)幅度為a時(shí)的噪聲功率for i=1:length(SNR_dB) ask_pe1=0.5*erfc(sqrt(a.2./(8*SNR2); %ASK相關(guān)解調(diào)時(shí)的誤碼率（給定信號(hào)幅度a和噪聲方差2時(shí)的信噪比r=a2/2*2，而%這里的噪聲功率是SNR2）ask_pe2=0.25*erfc(sqrt(a.2./(8*SNR2)+0.5*exp(-a.2./(8*SNR2); %ASK非相干解調(diào)時(shí)的誤碼率 fsk_pe1=0.5*erfc(sqrt(a.2./(4*SNR2); %FSK相關(guān)解調(diào)時(shí)的誤碼率 fsk_pe2=0.5*exp(-0.25*a.2.

13、/SNR2); %FSK非相干解調(diào)時(shí)的誤碼率 psk_pe=0.5*erfc(sqrt(0.5*a.2./SNR2); %PSK解調(diào)時(shí)的誤碼率 endsemilogy(SNR_dB,ask_pe1,*r); %這些都是繪制信噪比誤碼率曲線hold onsemilogy(SNR_dB,ask_pe2,-.r);hold onsemilogy(SNR_dB,fsk_pe1,*g);hold on;semilogy(SNR_dB,fsk_pe2,-.g);hold on;semilogy(SNR_dB,psk_pe,om);hold on;legend(相干2ASK, . 非相干2ASK,相干2FSK,. 非相干2FSK,2PSK);grid on;axis(0,20,1/1e7,1); xlabel(SNR_dB);ylabel(Pe);3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下 三種數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率與信噪比的關(guān)系（e）結(jié)果分析4.1 2ASK和2PSK的分析通過比較（c）和（d）發(fā)現(xiàn)，2ASK和2PSK解調(diào)前和解調(diào)后圖形一樣，這與理論相符合