數(shù)字帶通系統(tǒng)

1、數(shù)字通信實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目:數(shù)字帶通系統(tǒng)講課老師 :學(xué)生姓名：所屬院系：信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)：信息與通信工程學(xué)號：完成日期： 2015/5/111設(shè)計(jì)目的應(yīng)用數(shù)字通信課程中學(xué)到的知識，設(shè)計(jì)基于 BPSK 調(diào)制解調(diào)的數(shù)字帶通系統(tǒng)，并用 MATLAB 來實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)，輸出調(diào)制前的基帶信號，調(diào)制后的 BPSK 信號，疊加噪聲后的 2PSK 信號，解調(diào)器在接收到信號后解調(diào)的各點(diǎn)的信號波形。2設(shè)計(jì)原理數(shù)字信號的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸， 為了使數(shù)字信號在帶通信道中有效傳輸， 必須使用數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制， 以使信號與信道的特征相匹配。 這種用數(shù)字基帶信 號控制載波，把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信

2、號的過程稱為數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制技術(shù)的兩種方法：1)利用模擬調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制； 2) 通過開關(guān)鍵控載波，通常稱為鍵控法；其基本鍵控方式為：振幅鍵控，頻移鍵控，相移 鍵控。2.1 BPSK 的調(diào)制原理如果兩個(gè)頻率相同的載波同時(shí)開始震蕩， 這兩個(gè)頻率同時(shí)達(dá)到正最大值， 零值和負(fù)最大 值，他們應(yīng)處于“同相”狀態(tài)；若其中一個(gè)開始得遲了點(diǎn)，就可能處于“不同相”狀態(tài)。一 般信號震蕩周期為 360 度，如果一個(gè)載波比另一個(gè)載波相差半個(gè)周期，則其相位差為 180 度，也就是相反。2PSK信號的時(shí)域表達(dá)式為：e2psk = Acos( w ct + n)其中 n 表示第 n 個(gè)符號的絕對相位。0，發(fā)送 n

3、 = ，發(fā)送0時(shí)”1時(shí)”因此，上式可以改寫為：Acosw ct , 概率為 Pe2psk (t) = -Acosw ct , 概率為 1 -由于兩種碼元的波形相同，極性相反，故 歸零)矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波的相乘：BPSK 信號可以表述為一個(gè)雙極性全占空(非e2psk (t) = s(t)cosw ct其中， s(t) = n ang(t - nTs) 單個(gè)矩形脈沖， an 的統(tǒng)計(jì)特性為：， s(t) 為雙極性全占空矩形脈沖序列，g(t) 是脈寬為 Ts 的1 , 概率為 P an = -1 ,概率為 1 - PBPSK信號的調(diào)制原理框圖如圖 1 所示：圖 1. BPSK 信號的調(diào)制原理圖

4、與 2ASK 信號的產(chǎn)生方法比較，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。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。2.2 BPSK 解調(diào)原理2PSK信號的解調(diào)方法是相干解調(diào)法，因?yàn)镻SK 信號的功率譜中無載波分量。在相干解調(diào)中如何得到同頻同相的本地載波是個(gè)關(guān)鍵，因此對 PSK 信號進(jìn)行非線性變換，才能產(chǎn)生 載波分量。其相干接收機(jī)原理框圖如圖 2 所示：圖 2. BPSK 的相干接收機(jī)原理框圖圖中經(jīng)過帶通濾波得到有用信號， 經(jīng)相乘器與本地載波相乘， 然后用低通濾波器濾除高 分分量，再進(jìn)行

5、抽樣判決得到基帶信號，即正抽樣值為1 ，負(fù)抽樣值為 0 。BPSK信號的相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形如圖3 所示：圖 3.BPSK 信號的相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波3 實(shí)現(xiàn)數(shù)字帶通系統(tǒng)的 MATLAB 程序Clc;clear%產(chǎn)生比特信號t=0:0.01:9.99;a=randint(1,10);m=a(ceil(t+0.01);figure(1)plot(t,m)title( 產(chǎn)生隨機(jī)十比特二進(jìn)制比特序列 );axis(0,10,-2,2);% 載波信號 %fc=4800;fs=100000;ts=0:1/fs:(1000-1)/fs;carry=cos(2*pi*fc*ts/2.5);%因?yàn)樾畔⑺俾?24

6、00b/s ，載頻 4800Hz ，一個(gè) Ts兩個(gè)載波信號，不除 2.5 是五個(gè)載波 figure(2)plot(t,carry)title( 載波信號 )axis(0,10,-2,2);%2psk 調(diào)制 % e_2psk=cos(2*pi*fc*ts/2.5+pi*m);figure(3) plot(t,e_2psk)title(2psk 調(diào)制信號 );axis(0,10,-2,2);%產(chǎn)生高斯白噪聲a=0.1;noise=a*wgn(1,1000,10);% 產(chǎn)生 1 行 1000 列的高斯白噪聲為 10dBWfigure(4)plot(t, noise)title( 高斯白噪聲 );ax

7、is(0,10,-2,2);%調(diào)制信號疊加高斯白噪聲e2psk=e_2psk+noise;figure(5)plot(t,e2psk)title(2psk 疊加白噪聲波形 )axis(0,10,-2,2);% 帶通濾波器的設(shè)計(jì) %BB1,AB1=ellip(5,0.5,60,2400,6400*2/100000);% 帶通濾波器通帶上、 下界頻率分別為 2400Hz,6400Hz, 通帶最大衰減為 0.5dB, 階數(shù)為 5 ，計(jì) 算帶通濾波器系統(tǒng)函數(shù)分子分母多項(xiàng)式系數(shù)向量 BB1 和 AB1 e_2psk1=filter(BB1,AB1,e2psk);%帶通濾波器濾除帶外噪聲 figure(6

8、)plot(t,e_2psk1)title( 調(diào)制信號通過帶通濾波器 )%相干解調(diào)與載波相乘e_2psk2=e_2psk1.*carry*2;figure(7)plot(t,e_2psk2)title( 調(diào)制信號與載波相乘進(jìn)行相干解調(diào) )axis(0,10,-2,2);%設(shè)計(jì)低通濾波器BB2,AB2=ellip(5,0.5,60,700*2/100000);%通濾波器通帶截止頻率分別為 700Hz, 通帶最大衰減為 0.5dB, 階數(shù)為 5 ，計(jì)算低通濾波器 系統(tǒng)函數(shù)分子分母多項(xiàng)式系數(shù)向量 BB2 和 AB2AB2 e_2psk3=filter(BB2,AB2,e_2psk2);figure(

9、8)plot(t,e_2psk3)title( 解調(diào)信號通過低通濾波器 )%抽樣判決for i=0:9if(e_2psk3(i+1)*100)0)e_2psk4(i*100+1:(i+1)*100)=zeros(1,100);elsee_2psk4(i*100+1:(i+1)*100)=ones(1,100);endendfigure(9)plot(t,e_2psk4)title( 抽樣判決后的信號 )axis(0,10,-2,2);% 濾波器單位沖激響應(yīng) %帶通濾波器單位沖激響應(yīng)figure(18)dimpulse(BB1,AB1)title( 帶通濾波器單位沖激響應(yīng) )axis(0,500

10、0,-0.06,0.06);%低通濾波器單位沖激響應(yīng)figure(19)dimpulse(BB2,AB2)axis(0,1000,-0.02,0.02);title( 低通濾波器單位沖激響應(yīng) )% 濾波器頻率響應(yīng)曲線% 帶通濾波器頻率響應(yīng)曲線figure(20) w=0:0.1:2*pi*0.3;freqz(BB1,AB1,w) title( 帶通濾波器幅頻相頻曲線 ) %低通濾波器頻率響應(yīng)曲 w=0:0.1:2*pi*0.3;figure(21)freqz(BB2,AB2,w)title( 低通濾波器幅頻相頻曲線 )4 MATLAB 仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以正弦信號作為載波，其信息速率 2400b/s

11、 ，載頻 4800Hz ，一個(gè) TS 兩個(gè)載波信號匚MF冋r&x匕& tyx ”XXxlfl(,AdowK ApO * LI40 C U口 nn吁f J*BX41 di t 1 lt.op Hirvlox 口。二 owtl Q 0ciI r*-* - - ro*bj乞 k )file fida t 3i w Xs Twdow ULpk 血包少 | 3 | 口Ei o tdi tow Xn匚丁 lools Hosktop 比i rdovr tJlp04日 k 00欝 I氐|口目I 口口低通2E浪紹W5頻帕壩ittl戌 soo-50盪 $56eh C3爐三2d1O0oO 10 20.30.4OS300O-1OO-200NormiRlized P riwquemcy (xji r9d/9mpli*)0.20.30.40.5Normalized Froquncy (xw rid/99mplo)其載波相位的絕對數(shù)5總結(jié)在 BPSK 信號中， 相位變化是以末