基于matlab的數(shù)字通信系統(tǒng)(共31頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上目錄第一章緒論1.1什么是數(shù)字通信系統(tǒng)？數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號傳輸信息的系統(tǒng)，是構成現(xiàn)代通信網(wǎng)的基礎。1.2數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成通信的基本功能是傳遞信息，即由信源產(chǎn)生的信息，通過一定的媒介(即信道)傳輸，最后被信宿(收信暫)接收。一個數(shù)字通信系統(tǒng)的基本任務就是把信源產(chǎn)生的信息變換成一定格式的，邇過信道傳輸，到達接收端后，再變換為適宜于信宿接受的信息形式送至信宿。圖1是實現(xiàn)這個過程的數(shù)字通信系統(tǒng)的基本框圖。（1）信息源 信源是發(fā)出信息的源，其作用是把各種可能消息轉換成原始電信號。信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。模擬信源(如電話機、電視攝像機)輸出連續(xù)幅度的

2、模擬信號;數(shù)字信源(如電傳機、計算機等各種數(shù)字終端設備)輸出離散的數(shù)字信號。 （2）變換器 因語聲、圖像等原始的消息不能以電磁波來傳送，所以需要通過變換器將原始的非電消息變換成電信號，并再對這種電信號進一步轉換，使其變換成適合某種具體信道傳輸?shù)碾娦盘?。這種電信號同樣載有原有的信息。例如電話機的送話器，就是將語聲變換成幅度連續(xù)變化的電話信號，再進一步轉換后送到信道上去。 （3）信道 信道是指傳輸信號的通道，可以是有線的，也可以是無線的，有線和無線均有多種傳輸媒質。信道既給信號以通路，也對信號產(chǎn)生各種干擾和噪聲。傳輸媒質的固有特性和干擾直接關系到通信的質量。

3、 （4）反變換器 反變換器的基本功能是完成變換器的反變換，即進行解調、譯碼、解碼等等。它的任務是從帶有干擾的接收信號中正確恢復出相應的原始信號來。對于多路復用信號，接收設備還具有解除多路復用和實現(xiàn)正確分路的功能。 （5）信宿 信宿是傳輸信息的歸宿，其作用是將復原的原始信號轉換成相應的消息。 （6）噪聲源 噪聲源是信道中的噪聲以及分散在通信系統(tǒng)其他各處的噪聲的集中表示。 1.3 數(shù)字通信系統(tǒng)的特點 數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點如下： 1、抗干擾能力強由于在數(shù)字通信中，傳輸?shù)男盘柗仁请x散的，以二進制為例，信號的取值只有兩個，這樣接收端只

4、需判別兩種狀態(tài)。信號在傳輸過程中受到噪聲的干擾，必然會使波形失真，接收端對其進行抽樣判決，以辨別是兩種狀態(tài)中的哪一個。只要噪聲的大小不足以影響判決的正確性，就能正確接收（再生）。而在模擬通信中，傳輸?shù)男盘柗仁沁B續(xù)變化的，一旦疊加上噪聲，即使噪聲很小，也很難消除它。2、差錯可控數(shù)字信號在傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤（差錯），可通過糾錯編碼技術來控制，以提高傳輸?shù)目煽啃浴?、易加密數(shù)字信號與模擬信號相比，它容易加密和解密。因此，數(shù)字通信保密性好。4、易于與現(xiàn)代技術相結合由于計算機技術、數(shù)字存貯技術、數(shù)字交換技術以及數(shù)字處理技術等現(xiàn)代技術飛速發(fā)展，許多設備、終端接口均是數(shù)字信號，因此極易與數(shù)字通信系統(tǒng)相連

5、接。第二章 MATLAB軟件2.1 MATLAB軟件介紹MATLAB1  是美國公司出品的商業(yè)，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB是matrix&laboratory兩個詞的，意為矩陣工廠（矩陣實驗室）。是由美國公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將、科學數(shù)據(jù)可視化以及非動態(tài)系統(tǒng)的和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳

6、統(tǒng)非交互式（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB和、并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、與通訊、設計與分析等領域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的。在新的版本中也加入了對，的支持。2.2 MATLAB軟件的應用MA

7、TLAB 產(chǎn)品族可以用來進行以下各種工作：數(shù)值分析數(shù)值和符號計算工程與科學繪圖控制系統(tǒng)的設計與仿真技術技術MATLAB在通訊系統(tǒng)設計與仿真的應用通訊系統(tǒng)設計與仿真財務與管理與調度優(yōu)化計算（運籌學）MATLAB 的應用范圍非常廣，包括信號和、通訊、控制系統(tǒng)設計、測試和測量、和分析以及計算生物學等眾多應用領域。附加的工具箱（單獨提供的專用MATLAB函數(shù)集）擴展了MATLAB 環(huán)境，以解決這些應用領域內特定類型的問題。第三章2ASK仿真設計和運行結果3.1 2ASK調制和解調原理（1）調制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

8、態(tài)，分別對應二進制信息“0”或“1”。一種常用的、也是最簡單的二進制振幅鍵控方式稱為通斷鍵控（OOK）。其表達式為2ASK信號的一般表達式為其中 二進制振幅鍵控信號的產(chǎn)生通常有兩種：模擬調制法和鍵控法，相應的調制器如圖3-1-1所示。圖（a）就是一般的模擬幅度調制的方法，用乘法器實現(xiàn)； 圖（b）是一種數(shù)字鍵控法，其中的開關電路受s（t）控制。本次課設采用數(shù)字鍵控法。 圖3-1-1 2ASK/OOK信號調制器原理框圖 （2）解調本次課設用的是相干解調。ASK信號有兩種基本的解調方法：非相干解調（包絡檢波法）和相干解調（同步檢測法）。與模擬信號的接收系統(tǒng)相比，這里增加了一個“抽樣判決器”方框，這對

9、提高數(shù)字信號的接收性能是必要的。3.2主要程序的介紹3.2.1基帶信號的產(chǎn)生因為a（n）的產(chǎn)生是在x=(rand(1,i) 產(chǎn)生0-1之間的隨機數(shù)，然后a=round(x)取最接近的自然數(shù)。相當于在（0，1）中任意取0和1。n代表取隨機數(shù)的個數(shù)。上面代碼意思是當a（n）小于1時，則令信號為1，否則為0。3.2.2 載波的產(chǎn)生 由程序可知y=cos（2*pi*fc*t），fc是該函數(shù)的頻率，我們可以通過修改fc的值來改變載波信號的頻率。3.2.3 噪聲的產(chǎn)生因為噪聲是隨機的，所以在加上噪聲時，可以用隨機函數(shù)來產(chǎn)生隨機數(shù)，用于現(xiàn)實中噪聲干擾。3.2.4 2ASK的調制將基帶信號和載波相乘，就可以得

10、到調制波。3.2.5 2ASK的解調 因為我們用的是相干解調，而且通過書本知識可知當基帶信號和載波相乘后，再通過低通濾波器就可以得出解調波形3.2.6 判決輸出由可知at（1，m*500+250）是在解調波形中取點，當值在（0，0.5）之間時，就判決輸出為0，當值為（0.5，1）之間時判決輸出為13.3仿真結果第四章2FSK仿真設計和運行結果4.1 2FSK調制和解調原理（1）調制頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。在2FSK中，載波的頻率隨二  進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化。故其表達式為 2FSK信號的產(chǎn)生方法主要有兩種。一種可以采用模擬調頻電路來實現(xiàn)

11、；另一種可以采用鍵控法實現(xiàn)，即在二進制基帶矩形脈沖序列的控制下通過開關電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通，使其在每一個碼元Ts期間輸出f1或f2兩個載波之一，如圖4-1-1所示。本次課設用的是鍵控法實現(xiàn)。圖4-1-1 2FSK信號調制器原理框圖（2）解調2FSK信號的常用解調方法是采用如圖4-1-2所示的非相干解調（包絡檢波）和相干解調。其解調原理是將2FSK信號分解為上下兩路2ASK信號分別進行解調， 然后進行判決。這里的抽樣判決時直接比較兩路信號抽樣值得大小，可以不專門設置門限。判決規(guī)則應與調制規(guī)則相呼應，調制時若規(guī)定“1”符號對應載波  頻率f1，則接收時上

12、支路的樣值較大，應判為“1”；反之則判為“0”。圖4-1-2 2FSK信號相干解調解調原理圖圖4-1-3 2FSK信號相干解調解調原理圖4.2主要程序的介紹4.2.1基帶信號和的產(chǎn)生 圖1 圖2 圖1是FSK的基帶信號產(chǎn)生和ASK的基帶信號產(chǎn)生的原理是一樣的，都是產(chǎn)生0到1之間的10個數(shù)。然后大于0.5的為1，小于0.5的為0圖2是求基帶信號的反碼。它是通過判斷基帶信號是否小于1，如果小于1則為1，如果不小于1則為0。4.2.2兩種不同頻率載波的產(chǎn)生 因為FSK的調制方法是數(shù)字鍵控法需要兩個不同頻率的信號，在該程序里我們可以通過修改f1和f2的值得到兩個頻率不同的載波信號。4.2.3 2FSK

13、調制 將載波1和載波2分別和基帶信號和基帶信號反碼相乘，再相加，就可以得到調制信號。4.2.4 2FSK解調 上面程序寫的是相干解調的方法，解調原理是將FSK分解為上下兩路信號分別進行解調，然后判決。也就是將上下路分別和相應載波相乘，再判決。4.2.5判決輸出 根據(jù)解調原理，判斷若規(guī)定“1”符號對應載波頻率f1，則接受時上支路的樣值較大，則判為“1”；反之為“0”。4.3 仿真結果第五章2PSK仿真設計和運行結果5.1 2PSK的調制和解調原理（1） 調制相移鍵控是利用載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 分別表示二進制“1”和“0”。

14、因此，2PSK信號的時域表達式為2PSK信號的調制原理框圖如圖5-1-1所示。與2ASK信號的產(chǎn)生方法相比較，只是對s(t)的要求不同，在2ASK中s(t)是單極性的，而在2PSK中s(t)是雙極性的基帶信號。圖5-1-1 2PSK信號的調制原理框圖（2） 解調2PSK信號的解調通常采用相干解調法：解調器原理框圖如圖5-1-2所示：圖5-1-2 2PSK信號的解調原理框圖 5.2主要程序的介紹 5.2.1基帶信號的產(chǎn)生 圖1基帶信號 圖2基帶信號反碼由于PSK中的是雙極性信號，因此對上面所求單極性信號取反來與之一起構成雙極性碼，所以這里需要求出基帶信號及其反碼，為后面求雙極型碼做準備。5.2.

15、2雙極型碼的產(chǎn)生將基帶信號減去基帶信號反碼，就可以得出雙極型碼。5.2.3載波信號的產(chǎn)生載波信號的產(chǎn)生原理ASK一樣，可以通過改變fc的值來改變載波的頻率5.2.4 2PSK調制2PSK的調制原理和2ASK調制原理一致，都是基帶信號和載波相乘。5.2.5 2PSK的解調因為我們用的是相干解調，所以需要已調波和載波相乘，再經(jīng)過低通濾波器。5.2.6判決輸出判決規(guī)則為當已調小于0時為0，否則為1。5.3 仿真結果 第六章2DPSK的仿真設計和運行結果6.1 2DPSK的調制與解調原理（1） 調制2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字信息，所以又稱相對相移鍵控。2DPSK信號的產(chǎn)生方

16、法：先對二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼，即把數(shù)字信息序列的絕對碼變換成相對碼（差分碼），然后再根據(jù)相對碼進行絕對調相，從而產(chǎn)生二進制差分相移鍵控信號。2DPSK信號調制器原理框圖如圖6-1-1所示：差分編碼絕對碼s（t）相對碼圖6-1-1 2DPSK信號調制器原理框圖（2） 解調2DPSK信號的解調方法之一是相干解調（極性比較法）加碼反變換法，其解調原理是：對2DPSK信號進行相干解調，恢復出相對碼，再經(jīng)碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復出發(fā)送的二進制數(shù)字信息。在解調中，由于載波相位模糊性的的影響，使得解調出的相對碼也可能是“1”和“0”倒置，但經(jīng)差分譯碼（碼反變換）從而解決了載波相位模糊性帶來

17、的問題。2DPSK的相干解調原理框圖如圖6-1-2所示圖6-1-2 2DPSK的相干解調原理框圖2DPSK信號的另一種解調方法是差分相干解調（相位比較法），其原理框圖如圖6-1-3所示。用這種方法解調時不需要專門的相干載波，只需要由收到的2DPSK信號延時一個碼元間隔T，然后與2DPSK信號本身相乘。相乘器起著相位比較的作用，相乘結果反映了前后碼元的相位差，經(jīng)低通濾波器后再抽樣判決，即可直接恢復出原始數(shù)字信息，故解調器中不需要碼反變換器。2DPSK的差分相干解調器原理框圖如圖6-1-2所示：圖6-1-3 2DPSK的差分相干解調器原理框圖6.2主要程序的介紹6.2.1基帶信號(絕對碼)的產(chǎn)生先

18、是產(chǎn)生（0，1）的隨機數(shù)，再取最接近的整數(shù)，然后將加其10等分的碼中。即可得到基帶信號。6.2.2相對碼及其反碼的產(chǎn)生 圖1相對碼 圖2反碼相對碼產(chǎn)生需要和基帶信號相比較，由圖1和基帶信號程序可知，圖1的起始碼是2，基帶信號的起始碼是1，然后再進行前后對比，相同為0，不同為1。就產(chǎn)生來相對碼。反碼則是由相對碼判決得出，判決規(guī)則為，若相對碼為1，則為0；否則為1。6.2.3載波信號的產(chǎn)生因為2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字信息，所以需要兩個頻率相同但香味相差pi的載波。6.2.4 2DPSK調制通過相對碼及其反碼分別和載波1，2相乘，再相加，就可以得到已調波。6.2.5 2DPSK解調通過和載波1相乘，通過低通濾波器后得到了解調后的波形。6.2.6判決輸出判決規(guī)則是:小于0為0，否則為1。而且上面的全零矩陣st將DPSK的狀態(tài)記憶下來，在接下來的碼反變換上有作用。6.2.7碼反變換這個時候，st