通信原理数字频带通信系统的设计与仿真分析

目录前言..........................................................................................................................11数字频带通信系统原理......................................................................................21.1二进制振幅键控(2ASK)...........................................................................21.2二进制频移键控(2FSK)...........................................................................41.3二进制相移键控(2PSK)............................................................................71.4正交相移键控(QPSK)...............................................................................82Matlab/Simulink介绍.........................................................................................112.1Matlab简介..............................................................................................112.2Simulink简介...........................................................................................112.1.1Simulink基本模块库....................................................................112.1.2Simulink建模仿真的一般过程.......................错误!未定义书签。2.3Simulink在通信仿真中的应用..................................错误!未定义书签。3利用Simulink进行模型建立和系统仿真.........................................................123.12ASK的调制与解调仿真.......................................................................123.1.1建立模型方框图..........................................................................123.1.2参数设置......................................................................................123.1.3系统仿真及各点波形图...............................................................133.1.4误码率分析..................................................................................143.22FSK的调制与解调仿真........................................................................143.2.1建立模型方框图..........................................................................143.2.2参数设置......................................................................................153.2.3系统仿真及各点波形图...............................................................183.32PSK的调制与解调仿真........................................................................203.3.1建立模型方框图..........................................................................203.3.2参数设置......................................................................................203.3.3系统仿真及各点波形图...............................................................233.4QPSK的调制与解调仿真.......................................................................243.4.1建立模型方框图..........................................................................243.4.2参数设置......................................................................................253.4.3系统仿真及各点波形图...............................................................27总结........................................................................................................................29参考文献................................................................................................................30通信原理课程设计1前言随着现代通信系统的飞速发展，计算机仿真已经成为分析和设计通信系统的主要工具，在通信系统的研发和教学中具有越来越重要的意义。在当代社会中，信息的交换日益频繁，随着通信技术和计算机技术的发展及它们的密切结合，通信能克服对空间和时间的限制，大量的、远距离的信息传递和存取已成为可能。展望未来，通信技术正在向数字化、智能化、综合化、宽带化、个人化方向迅速发展，各种新的电信业务也应运而生，正沿着信息服务多种领域广泛延伸。Simulink是TheMathWorks公司开发的用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具，常集成于MathWorks公司的另一产品MATLAB中与之配合使用。Simulink提供了一个交互式的图形化环境及可定制模块库（Library），可对各种时变系统，例如通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统等进行设计、仿真、执行和测试。本次课设在深刻理解通信系统理论的基础上，利用MATLAB提供的Simulink建模和仿真原理，做出数字通信系统的基本模型，分别是ASK、FSK、PSK、QPSK，并且用Simulink来实现通信系统中各个部分的仿真，调制部分，解调部分等等，并且整合到一起，设置不同的参数，观察示波器的波形图并记录。通过对仿真结果进行分析，更深入地掌握数字调制系统的相关知识。通信原理课程设计21数字频带通信系统原理在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。图1-1数字调制系统的基本结构数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调制方式是：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和相移键控(PSK)。1.1二进制振幅键控(2ASK)振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。二进制振幅键控信号可表示为（1-1）二进制振幅键控信号时间波型如图1-2所示。由图1-2可以看出,2ASK信号的时间波形随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号(OOK信号)。二进制振幅键控信号的产生方法如图1-3所示,其中图(a)是采用模拟相乘的方法实现，图(b)是采用数字键控的方法实现。对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)，其相应原理方框图如图1-4所示。2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图1-5所示。通信原理课程设计3101t0sTst载波tt2ASK图1-22ASK信号时间波形（a）模拟相乘法（b）数字键控法图1-32ASK信号调制器原理框图带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKtccos（a）非相干解调方式带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2teASKtccos（b）相干解调方式图1-42ASK信号的接收系统组成方框图通信原理课程设计41010tt1100abcdtt图1-52ASK信号非相干解调过程的时间波形1.2二进制频移键控(2FSK)频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。典型波形如图1-6所示。10t10tt1()2FSKa信号11)cosbstt（22()coscstt图1-62FSK信号的时间波形有图可见，2FSK信号的波形(a)可以分解为波形(b)和波形(c)。也就是说，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。2FSK信号的表达式又可简化为通信原理课程设计5ttsttste22112FSKcoscos)(（1-2）nsnnTtgats)(1（1-3）nsnnTtgats)(2（1-4）二进制频移键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。图1-7是数字键控法实现二进制频移键控信号的原理图。图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制，在一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一。二进制频移键控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和数字检测法，有非相干解调方法也有相干解调方法。采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图1-8所示。其解调原理是将二进制频移键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。振荡器1f1反相器振荡器2f2选通开关选通开关相加器基带信号)(2teFSK图1-7键控法产生2FSK信号