通信原理 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真分析

前 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)原 二進制振幅鍵控 二進制頻移鍵控 二進制相移鍵控 正交相移鍵控 Matlab簡 Simulink簡 錯誤!未定義書簽 錯誤!未定義書簽利用Simulink進行模型建立和系統(tǒng)仿 2ASK的調(diào)制與解調(diào)仿 建立模型方框 參數(shù)設(shè) 系統(tǒng)仿真及各點波形 誤碼率分 2FSK的調(diào)制與解調(diào)仿 建立模型方框 參數(shù)設(shè) 系統(tǒng)仿真及各點波形 2PSK的調(diào)制與解調(diào)仿 建立模型方框 參數(shù)設(shè) 系統(tǒng)仿真及各點波形 QPSK的調(diào)制與解調(diào)仿 建立模型方框 參數(shù)設(shè) 系統(tǒng)仿真及各點波形 總 參考文 通信原理課程設(shè)發(fā)展，各種新的電信業(yè)務(wù)也應(yīng)運而生，正沿著信息服務(wù)多種領(lǐng)域廣泛延伸。k提供了一個交互式的圖形化環(huán)境及可定制模塊庫，可對各仿真、執(zhí)行和測試。本次課設(shè)在深刻理解通信系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，利用MATLAB提供的建模和仿真原理做出數(shù)字通信系統(tǒng)的基本模型分別是ASKFSKPSKQPSK，并且用Simulink來實現(xiàn)通信系統(tǒng)中各個部分的仿真，調(diào)制部分，解調(diào)部分等等，果進行分析，更深入地掌握數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)知識1通信原理課程設(shè)信號對載波進行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號。1-1數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)AK、移頻鍵控K和相移鍵控K。二進制振幅鍵控信號為二進制時，則為二進制振幅鍵控。二進制振幅鍵控信號可表示二進制振幅鍵控信號時間波型如圖1-2所示由圖1-2可以看出,2ASK信號的時間波形隨二進制基帶信號s(t)通斷變化，所以又稱為通斷鍵控信號(OOK信號)。二進制振幅鍵控信號的產(chǎn)生方法如圖1-3所示,其中圖(a)是采用模擬相乘的方法實2ASK信號也能夠采用非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測法)，其相應(yīng)原理方框圖如圖1-4所示。2ASK信號非相干解調(diào)過程的時間波形如圖1-52通信原理課程設(shè) s載tt 圖1-32ASK信號調(diào)制器原理框圖2

cot

（a）e2e

cost

（b）相干解調(diào)方1-42ASK信號的接收系統(tǒng)組成方框3通信原理課程設(shè)101001tttbc101001t1-52ASK信號非相干解調(diào)過程的時間波二進制頻移鍵控二進制頻移鍵控頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息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。典型波形如圖1-6所示。 tt11t有圖可見，2FSK信號的波形(a)可以分解為波形(b)和波形(c)。也就是說，一個2FSK信號可以看成是兩個不同載頻的2ASK信號的疊加。2FSK信號的表達式4通信原理課程設(shè)coscos

))

?n???n

二進制頻移鍵控信號的產(chǎn)生，可以采用模擬調(diào)頻電路來實現(xiàn)，也可以采用數(shù)字鍵控的方法來實現(xiàn)。圖7是數(shù)字鍵控法實現(xiàn)二進制頻移鍵控信號的原理圖。圖中兩個振蕩器的輸出載波受輸入的二進制基帶信號控制，在一個碼元s出1或2兩個載波之一。二進制頻移鍵控信號的解調(diào)方法很多，有模擬鑒頻法和數(shù)字檢測法，有非相干解調(diào)方法也有相干解調(diào)方法。采用非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種方法的原理圖如圖8信號，分別進行解調(diào)，通過對上下兩路的抽樣值進行比較最終判決出輸出信號。振蕩器振蕩器振蕩器1-7鍵控法產(chǎn)生2FSK信號的原理

帶通

檢波輸2 定時脈

判決帶通

檢波（a）5通信原理課程設(shè)

co1t

輸 定時脈

（b）相干解過零檢測法解調(diào)器的原理圖和各點時間波形如圖9

e2e

（a）過零檢測法原理（b）各點時間波1-9過零檢測法原理圖及各點時間波6通信原理課程設(shè)二進制相移鍵控二進制相移鍵控在二進制數(shù)字調(diào)制中,當(dāng)正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時進制數(shù)字基帶信號的10。二進制相移鍵控信號的時域表達式為

Acos

概率

í-Acos 概率1 （1-由于兩種碼元的波形相同極性相反2PSK信號可以表述為一個雙極性全cos

?n?

??

ì1,

概率概率1-

這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進制數(shù)字信號的調(diào)制方式，稱為二進制絕對相移方式。二進制相移鍵控信號的典型時間波形如圖0所示。二進制相移鍵控信號的調(diào)制原理圖如圖1是采用模擬調(diào)制的方法產(chǎn)生K是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生KK信號的解調(diào)通常2K信號相干解調(diào)各點時間波形如圖3所示。當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號全部出錯。1010011Ts7通信原理課程設(shè) 圖1-112PSK信號的調(diào)制原理框圖

帶 濾

相乘

抽 判決 輸c 定c脈 atTT ct et1-132PSK信號相干解調(diào)時各點時間波正交相移鍵控多進制數(shù)字相位調(diào)制Q）狀態(tài)的正弦波來代表多組二進制信息碼元，即用載波的一個相位對應(yīng)于一組二進8通信原理課程設(shè)制信息碼元。如果載波有k個相位，它可以代表k位二進制碼元的不同碼組。在K信號中，載波相位可?。蛡€可能值：q= 因此MPSK信號可表示

(1-

(1-假定載波頻率ω0是基帶數(shù)字信號的整數(shù)w=TsTs則上式可改寫

￥

(1-單/雙性變相電cot載波產(chǎn)串變π/2相加電單/雙-sit相性變電由上式表明單/雙性變相電cot載波產(chǎn)串變π/2相加電單/雙-sit相性變電 QPSK的產(chǎn)生框由于QPSK信號可以看作是兩個正交2PSK信號的疊加所以用兩路正交的相干載波去解調(diào)可以很容易地分離這兩路正交的2PSK信號。相干解調(diào)后的兩路并行碼元ab，經(jīng)過并串變換后成為串行數(shù)據(jù)輸出此法是一種正交相平解調(diào)法9通信原理課程設(shè)又稱極性比較法，原理如圖1-15所示0n)+q0n

(1-根據(jù)π/4移相系統(tǒng)PSK信號的相位配置規(guī)定抽樣判決器的判決準(zhǔn)則列于表2，當(dāng)判決器按極性判決時，若正抽樣值判為1，負抽樣判定為0，則可將調(diào)相信號解調(diào)為相應(yīng)的數(shù)字信號。解調(diào)出來的ab在經(jīng)過并/串變換，就可以還原出原調(diào)制信號。若解調(diào)π/2移相系統(tǒng)的PSK信號，需改變移相網(wǎng)絡(luò)及判決準(zhǔn)則。

的極

的

判決器輸a 通信原理課程設(shè)222.12.1Laborator（為Matlab）這就是Matlab最早的雛形。開發(fā)的最早的目的是幫助學(xué)校的老師和學(xué)生更好的授課和學(xué)習(xí)Matlab誕生開始，由于其高度的集成性及應(yīng)用的方便性，b是一種解釋性執(zhí)行語言，具有強大的計算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡單，擴充方便，尤其是世界上有成千上萬的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過程中擴充b的功能，使其成為了巨大的知識寶庫。目前的b版本已經(jīng)可以方便的設(shè)計漂亮的界面，它可以像VB等語言一樣設(shè)計漂亮的用戶接口，同時因為有最豐富的函數(shù)庫（工具箱，所以計算的功能實現(xiàn)也很簡b和其他高級語言也具有良好b2.22.2k是B提供的用于對動態(tài)系統(tǒng)進行建模k提供了專門用于顯示輸出信號的模塊k的存儲模塊，仿真數(shù)據(jù)可以方便地以各種形式保存到工作空間或文件夾中，以供用戶在仿真結(jié)束后對數(shù)據(jù)進行分析和處理。基于以上k基于矩陣的數(shù)值計算高級編程語言以及可視化的圖形操作界面包含各領(lǐng)域的仿真工具箱，使用方便快捷并可以擴展提供與其他高級語言的接口k3離散模塊和混合模塊。連續(xù)模塊是指輸出信號發(fā)生連續(xù)變化的模塊；離散模塊則k采用積分方式計算輸出信號的數(shù)值。離散模塊的輸出信號在下一個采樣到來之前保持恒定，這個時候，k只需要以一定的間隔計算輸出信號的數(shù)值1通信原理課程設(shè)2ASK建立模型方框2ASK信號的調(diào)制部分由DSP模塊中的Sinewave信號源、方波信號源、相乘器等模塊組成；2ASK的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)法，下面采用相干解調(diào)法2ASK信號進行解調(diào)，相干解調(diào)也叫同步解調(diào)，就是用已調(diào)信號恢復(fù)出載波——既同步載波，再用載波和已調(diào)信號相乘，經(jīng)過低通濾波器和抽樣判決器恢復(fù)參數(shù)設(shè)

3-12ASK信號調(diào)制解調(diào)的模型方框設(shè)置如下：號是基于采樣的，其幅度設(shè)置為1，周期為3，占1比為2/3通信原理課程設(shè)下面是低通濾波器的參數(shù)設(shè)置3-2低通濾波器的參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)仿真及各點波形圖3所示。自上而下分別是正弦DPDP信號相乘后波形、以及再次與正弦DP信號相乘后波形、經(jīng)過低通濾波器后波形、經(jīng)過抽樣判決器后波形，最后一組波形即為還原后波形，雖然有一定誤差，但仍能反映基本波形。通信原理課程設(shè)圖3- 各點的時間波形誤碼率分串?dāng)_或是參數(shù)設(shè)置的問題，由1圖可以看出此系統(tǒng)的誤碼率為。2FSK建立模型方框通信原理課程設(shè)K信號的調(diào)試部分由eweiyGr基帶信k模型圖如圖4所示：參數(shù)設(shè)

3-42FSK信號調(diào)制解調(diào)的模型方框?qū)⒄{(diào)制信號進行相干解調(diào)，為了無失真地恢復(fù)原始基帶信號，調(diào)制信號需要與相同頻率的載波相乘，先經(jīng)過帶通濾波器去除一定頻率的分量，然后再經(jīng)過包絡(luò)檢波器以及抽樣判決器可得到原始的基帶調(diào)制信號。帶通濾波器AgrD5AgrD6AgrD7AgrD）的參數(shù)設(shè)如圖8所示；抽樣判決器Qg）的參數(shù)設(shè)如圖9所示；通信原理課程設(shè)通信原理課程設(shè)通信原理課程設(shè)系統(tǒng)仿真及各點波形經(jīng)過上面參數(shù)的設(shè)置后，就可以進行系統(tǒng)的仿真，圖3-102FSK調(diào)制時示波器顯示的各點的波形圖，圖3-112FSK解調(diào)時示波器顯示的各點的波形圖基帶信號與正弦載波信號相乘后波形、以及取反后與正弦載波1信號相乘后波形、3-11中，自上而下分別是基帶信號波形、只經(jīng)過包絡(luò)檢波器后的波形、解號相同，延時是不可避免的。通信原理課程設(shè)3-102FSK調(diào)制各點波形3-112FSK解調(diào)各點波形通信原理課程設(shè)建立模型方框2PSK信號的調(diào)試部分由Sinewave信號源、BernoulliBinaryGenerator基帶信Simulink模型圖如圖3-12所示：參數(shù)設(shè)

3-122PSK信號調(diào)制解調(diào)的模型方框通信原理課程設(shè)其余參數(shù)不改變所示；取樣判決器（Sign）參數(shù)設(shè)置如圖3-17所示；通信原理課程設(shè)2通信原理課程設(shè)3-17取樣判決器（Sign）的參數(shù)設(shè)系統(tǒng)仿真及各點波形經(jīng)過上面參數(shù)的設(shè)置后，就可以進行系統(tǒng)的仿真，圖3-182PSK調(diào)制時示波器顯示的各點的波形圖，圖3-192PSK解調(diào)時示波器顯示的各點的波形圖。圖3-18中，自上而下分別是基帶信號波形、基帶信號經(jīng)碼型變換器后波形、正弦載波波形、經(jīng)多路選擇器后波形3-19中，自上而下分別是調(diào)制信號加波斯白噪聲后波形、加噪聲后信號與通信原理課程設(shè)建立模型方框通信原理課程設(shè)QPSK解調(diào)器信宿模塊組成并用到信宿模塊Scope以觀察各個階段信號的波形；參數(shù)設(shè)

3-20QPSK信號調(diào)制解調(diào)的模型方框隨機整數(shù)信號傳送至QPSK調(diào)制器。這里要求產(chǎn)生的必須是四進制隨機整數(shù)，所以M-arynumber設(shè)置為4，具體的參數(shù)設(shè)置如圖3-21所示。通信原理課程設(shè)制隨機序列進行QPSK調(diào)制,使之產(chǎn)生QPSK信號。需要注意QPSK調(diào)制模塊的參QPSK調(diào)制信道進行解調(diào),使之恢復(fù)出原來的輸入信號QPSK解調(diào)模塊的參數(shù)設(shè)置與調(diào)制模塊的參數(shù)設(shè)置一致。輸入數(shù)據(jù)類型為整型，相位偏移設(shè)置為л/2。N2所示。通信原理課程設(shè)系統(tǒng)仿真及各點波形經(jīng)過上面參數(shù)的設(shè)置后，就可以進行系統(tǒng)的仿真，圖3是QK波器顯示的各點的波形圖。圖中，自上而下分別是信源信號的波形、解調(diào)信號的波形、兩者比較信號的波形。通信原理課程設(shè)誤碼率分

隨著系統(tǒng)信噪比的增大，QPSK系統(tǒng)傳輸錯誤的碼元數(shù)也越少系統(tǒng)的誤碼率也隨之減小，QPSK系統(tǒng)的性能越來越好，越來越有利于信