基于matlab的數(shù)字通信系統(tǒng)

1、目錄第一章緒論31.1什么是數(shù)字通信系統(tǒng)？31.2數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成31.3 數(shù)字通信系統(tǒng)的特點4第二章 MATLAB軟件62.1 MATLAB軟件介紹62.2 MATLAB軟件的應(yīng)用6第三章2ASK仿真設(shè)計和運行結(jié)果83.1 2ASK調(diào)制和解調(diào)原理83.2主要程序的介紹93.2.1基帶信號的產(chǎn)生93.2.2 載波的產(chǎn)生93.2.3 噪聲的產(chǎn)生103.2.4 2ASK的調(diào)制103.2.5 2ASK的解調(diào)103.2.6 判決輸出113.3仿真結(jié)果11第四章2FSK仿真設(shè)計和運行結(jié)果124.1 2FSK調(diào)制和解調(diào)原理124.2主要程序的介紹134.2.1基帶信號和的產(chǎn)生134.2.2兩種不同頻

2、率載波的產(chǎn)生144.2.3 2FSK調(diào)制144.2.4 2FSK解調(diào)154.2.5判決輸出154.3 仿真結(jié)果16第五章2PSK仿真設(shè)計和運行結(jié)果175.1 2PSK的調(diào)制和解調(diào)原理175.2主要程序的介紹185.2.1基帶信號的產(chǎn)生185.2.2雙極型碼的產(chǎn)生185.2.3載波信號的產(chǎn)生185.2.4 2PSK調(diào)制195.2.5 2PSK的解調(diào)195.2.6判決輸出195.3 仿真結(jié)果20第六章2DPSK的仿真設(shè)計和運行結(jié)果216.1 2DPSK的調(diào)制與解調(diào)原理216.2主要程序的介紹226.2.1基帶信號(絕對碼)的產(chǎn)生226.2.2相對碼及其反碼的產(chǎn)生236.2.3載波信號的產(chǎn)生236.

3、2.4 2DPSK調(diào)制246.2.5 2DPSK解調(diào)246.2.6判決輸出256.2.7碼反變換256.3 仿真結(jié)果25第七章GUI界面仿真設(shè)計及結(jié)果277.1 GUI界面設(shè)計277.2 仿真結(jié)果27第八章 總結(jié)和體會30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(gòu)成現(xiàn)代通信網(wǎng)的基礎(chǔ)。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(wù)就是把信源產(chǎn)生的信息變換成一定格式的數(shù)字信號，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

4、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(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)換，使其變換成適合某種具體信道傳輸?shù)碾娦盘枴＿@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(zhuǎn)換后送到信道上去。 

5、;（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(zhì)。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(zhì)的固有特性和干擾直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。 （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(diào)、譯碼、解碼等等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始信號來。對于多路復(fù)用信號，接收設(shè)備還具有解除多路復(fù)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(fù)原的原始信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。 （6）噪聲源 噪聲源是信道中的噪聲以及分散在通信

6、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(shù)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

7、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(shù)相結(jié)合由于計算機技術(shù)、數(shù)字存貯技術(shù)、數(shù)字交換技術(shù)以及數(shù)字處理技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)飛速發(fā)展，許多設(shè)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)相連接。第二章 MATLAB軟件2.1 MATLAB軟件介紹MATLAB1  是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)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兩個詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實驗室）。是由美國mathworks公司發(fā)布

8、的主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模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(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學(xué)計算軟件的先進水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、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(yīng)用于

9、工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN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成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C+，JAVA的支持。2.2 MATLAB軟件的應(yīng)用MATLAB 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(xué)繪圖控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真數(shù)字圖像處理技術(shù)數(shù)字信號處理技術(shù)MATLAB在通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真的應(yīng)用通

10、訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真財務(wù)與金融工程管理與調(diào)度優(yōu)化計算（運籌學(xué)）MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計、測試和測量、財務(wù)建模和分析以及計算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。第三章2ASK仿真設(shè)計和運行結(jié)果3.1 2ASK調(diào)制和解調(diào)原理（1）調(diào)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態(tài)，分別對應(yīng)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

11、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(diào)制法和鍵控法，相應(yīng)的調(diào)制器如圖3-1-1所示。圖（a）就是一般的模擬幅度調(diào)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(guān)電路受s（t）控制。本次課設(shè)采用數(shù)字鍵控法。 圖3-1-1 2ASK/OOK信號調(diào)制器原理框圖 （2）解調(diào)本次課設(shè)用的是相干解調(diào)。ASK信號有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（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)

12、 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(diào)制將基帶信號和載波相乘，就可以得到調(diào)制波。3.2.5 2ASK的解調(diào) 因為我們用的是相干解調(diào)，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

13、就可以得出解調(diào)波形3.2.6 判決輸出由可知at（1，m*500+250）是在解調(diào)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(jié)果第四章2FSK仿真設(shè)計和運行結(jié)果4.1 2FSK調(diào)制和解調(diào)原理（1）調(diào)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(diào)頻電路來實現(xiàn)；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(guān)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

14、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(shè)用的是鍵控法實現(xiàn)。圖4-1-1 2FSK信號調(diào)制器原理框圖（2）解調(diào)2FSK信號的常用解調(diào)方法是采用如圖4-1-2所示的非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）和相干解調(diào)。其解調(diào)原理是將2FSK信號分解為上下兩路2ASK信號分別進行解調(diào)， 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(shè)置門限。判決規(guī)則應(yīng)與調(diào)制規(guī)則相呼應(yīng)，調(diào)制時若規(guī)定“1”符號對應(yīng)載波  頻率f1，則接收時上支路的樣值較大，應(yīng)判為“1”；反之則判為“0”。圖4-1-2 2FSK信號相干解調(diào)解調(diào)原理圖圖4-1-3 2FSK信號相干

15、解調(diào)解調(diào)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(diào)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調(diào)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(diào)制信號。4.2.4 2FSK解調(diào) 上面程序?qū)懙?/p>

16、是相干解調(diào)的方法，解調(diào)原理是將FSK分解為上下兩路信號分別進行解調(diào)，然后判決。也就是將上下路分別和相應(yīng)載波相乘，再判決。4.2.5判決輸出 根據(jù)解調(diào)原理，判斷若規(guī)定“1”符號對應(yīng)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(jié)果第五章2PSK仿真設(shè)計和運行結(jié)果5.1 2PSK的調(diào)制和解調(diào)原理（1） 調(diào)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”。因此，2PSK信號的時域表達式為2PSK信號的調(diào)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

17、)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(diào)制原理框圖（2） 解調(diào)2PSK信號的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法：解調(diào)器原理框圖如圖5-1-2所示：圖5-1-2 2PSK信號的解調(diào)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(gòu)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。5.2.2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

18、通過改變fc的值來改變載波的頻率5.2.4 2PSK調(diào)制2PSK的調(diào)制原理和2ASK調(diào)制原理一致，都是基帶信號和載波相乘。5.2.5 2PSK的解調(diào)因為我們用的是相干解調(diào)，所以需要已調(diào)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(diào)小于0時為0，否則為1。5.3 仿真結(jié)果 第六章2DPSK的仿真設(shè)計和運行結(jié)果6.1 2DPSK的調(diào)制與解調(diào)原理（1） 調(diào)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(diào)相，從而

19、產(chǎn)生二進制差分相移鍵控信號。2DPSK信號調(diào)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(diào)制器原理框圖（2） 解調(diào)2DPSK信號的解調(diào)方法之一是相干解調(diào)（極性比較法）加碼反變換法，其解調(diào)原理是：對2DPSK信號進行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對碼，再經(jīng)碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進制數(shù)字信息。在解調(diào)中，由于載波相位模糊性的的影響，使得解調(diào)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的問題。2DPSK的相干解調(diào)原理框圖如圖6-1-2所示圖6-1-2 2DPSK的相干解調(diào)原理框圖2DPSK信號的另一種解調(diào)

20、方法是差分相干解調(diào)（相位比較法），其原理框圖如圖6-1-3所示。用這種方法解調(diào)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(jié)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(fù)出原始數(shù)字信息，故解調(diào)器中不需要碼反變換器。2DPSK的差分相干解調(diào)器原理框圖如圖6-1-2所示：圖6-1-3 2DPSK的差分相干解調(diào)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(diào)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(diào)波。6.2.5 2DPSK解調(diào)通過和載波1相乘，通過低通濾波器