通信原理課程設(shè)計報告二進制隨相信最佳帶通傳輸系統(tǒng)設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計 報 告課程名稱 通信原理 課題名稱 二進制隨相信號最佳帶通傳輸系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè) 通信工程 班 級 通信1101 學 號 * 姓 名 * 指導(dǎo)教師 張鏖峰 胡倩 2013年12月21日湖南工程學院課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課程名稱 通信原理 課 題 二進制隨相信號最佳帶通傳輸系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級 通信1101 學生姓名 * 學 號 * 指導(dǎo)老師 張鏖峰 胡倩 審 批 任務(wù)書下達日期 2013 年 12月 16 日任 務(wù) 完成日期 2013 年 12月 21 日目錄一、 課程設(shè)計要求1二、 基本原理11 2FSK調(diào)制原理12 2FSK相干解調(diào)原理23 2PSK調(diào)制原理34 2PSK信

2、號的相干解調(diào)原理3三、 設(shè)計方案51 方案一：2FSK用simulink建模5（1） Simulink建模仿真圖5（2） 2FSK調(diào)制部分5（3） 2FSK解調(diào)部分7（4） 誤碼率計算模塊參數(shù)設(shè)置102 方案二：2PSK用matlab編程實現(xiàn)11（1） 產(chǎn)生二進制信號序列11（2） 2PSK調(diào)制信號11（3） 加入高斯白噪聲12（4） 低通濾波13（5） 抽樣判決14（6） 程序源代碼15四、 設(shè)計結(jié)果及其分析191 方案一 2FSK的simulink結(jié)果及分析192 方案二2PSK的matlab編程方案結(jié)果及其分析20（1） Matlab仿真結(jié)果20五、 小結(jié)22六、 參考文獻2222 /

3、26文檔可自由編輯打印1、 課程設(shè)計要求要求：（1）編程實現(xiàn)二進制隨相信號最佳帶通傳輸系統(tǒng)（分別采用2FSK、2PSK調(diào)制技術(shù)，解調(diào)均采用相干解調(diào)）（2）輸入數(shù)字信號序列并進行接收判決（3）通過多次輸入輸出對兩種系統(tǒng)性能進行分析比較（4）繪出信號的時域波形和頻譜圖2、 基本原理 1 2FSK調(diào)制原理頻移鍵控是利用載波的頻率來傳遞數(shù)字信號，在2FSK中，載波的頻率隨著二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化，頻移鍵控是利用載波的頻移變化來傳遞數(shù)字信息的。在2FSK中，載波的頻率隨基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化。故其表達式為：典型波形如下圖所示。由圖可見，2FSK信號可以看作兩個不同載頻的

4、ASK信號的疊加。因此2FSK信號的時域表達式又可以寫成：圖2-12FSK調(diào)制各點時域波形圖2FSK調(diào)制就是使用兩個不同的頻率的載波信號來傳輸一個二進制信息序列?？梢杂枚M制“1”來對應(yīng)于載頻f1，而“0”用來對應(yīng)于另一相載頻f2的已調(diào)波形，而這個可以用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨立的頻率源f1、f2進行選擇通。如下原理圖：圖2-2 2FSK調(diào)制原理圖2 2FSK相干解調(diào)原理根據(jù)已調(diào)信號由兩個載波f1、f2調(diào)制而成，則先用兩個分別對f1、f2帶通的濾波器對已調(diào)信號進行濾波，然后再分別將濾波后的信號與相應(yīng)的載波f1、f2相乘進行相干解調(diào)，再分別低通濾波、用抽樣信號進行抽樣判決器即可

5、。原理圖如下：圖2-3 2FSK解調(diào)原理圖3 2PSK調(diào)制原理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，通常利用初始相位0和分別表示二進制“1”和“0”。因此，2PSK信號的時域表達式為： e2psk=Acos(c+n) 就模擬調(diào)制法而言，與產(chǎn)生2ASK信號的方法比較，只是對基帶信號要求不同，因此2PSK信號可以看作是雙極性基帶信號作用下的DSB調(diào)幅信號。而就鍵控法來說，用數(shù)字基帶信號控制開關(guān)電路，選擇不同相位的載波輸出，這時基帶信號為單極性NRZ或雙極性NRZ脈沖序列信號均可。且 2PSK信號屬于DSB信號，它的解調(diào)，不再能采用包絡(luò)檢測的方法，只能進行相

6、干解調(diào)。4 2PSK信號的相干解調(diào)原理2PSK信號的解調(diào)方法是相干解調(diào)法。由于PSK信號本身就是利用相位傳遞信息的，所以在接收端必須利用信號的相位信息來解調(diào)信號。下圖2-4中給出了一種2PSK信號相干接收設(shè)備的原理框圖。圖中經(jīng)過帶通濾波的信號在相乘器中與本地載波相乘，然后用低通濾波器濾除高頻分量，在進行抽樣判決。判決器是按極性來判決的。即正抽樣值判為1，負抽樣值判為0.2PSK信號相干解調(diào)當恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180倒相時，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號將與發(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。圖2-42PSK信號相干解調(diào)各點時間波形這種現(xiàn)象通常稱為倒現(xiàn)象。由于在2PSK信號的載波

7、恢復(fù)過程中存在著 180的相位模糊，所以2PSK信號的相干解調(diào)存在隨機的倒現(xiàn)象，從而使得2PSK方式在實際中很少采用。圖2-5 2PSK信號解調(diào)原理圖3、 設(shè)計方案1 方案一：2FSK用simulink建模（1） Simulink建模仿真圖圖3-12FSK的simulink建模仿真圖（2） 2FSK調(diào)制部分2FSK調(diào)制信號的產(chǎn)生和疊加高斯白噪聲：圖3-2 2PSK調(diào)制信號的產(chǎn)生和高斯白噪聲的疊加 載波f1的頻率設(shè)置：載波f2的頻率設(shè)置： 圖3-3載波信號f1和f2的參數(shù)設(shè)置兩種載波信號和基帶數(shù)字信號波形如下圖：圖3-4兩種載波信號和基帶數(shù)字信號波形圖貝努力基帶數(shù)字信號參數(shù)設(shè)置如下圖3-5，可以

8、看出基帶信號頻率為200Hz，這些參數(shù)將在后面設(shè)計濾波器時應(yīng)用到。右下圖為高斯白噪聲參數(shù)設(shè)計圖。圖3-5 貝努力基帶數(shù)字信號參數(shù)設(shè)置圖 圖3-6 高斯白噪聲參數(shù)設(shè)計圖（3） 2FSK解調(diào)部分解調(diào)部分的完整設(shè)計圖如下：圖3-72PSK解調(diào)設(shè)計圖巴特沃斯帶通濾波器的參數(shù)設(shè)計中，因為基帶數(shù)字信號取樣周期是0.005s，所以頻率為200Hz，則其帶寬是400Hz，濾波器的是根據(jù)載波中心頻率和基帶信號帶寬設(shè)計的。巴特沃斯帶通濾波器的參數(shù)設(shè)置： 圖3-8巴特沃斯帶通濾波器參數(shù)設(shè)計經(jīng)過帶通濾波器后的波形圖：圖3-9 經(jīng)過帶通濾波器后的波形圖相乘器的設(shè)計，實則為一乘法器，將帶通濾波器出來的信號與本地載波相乘。

9、解調(diào)模塊低通濾波器的設(shè)計，此處兩個低通濾波器的設(shè)置參數(shù)一致，具體的如下圖：圖3-10兩個低通濾波器的參數(shù)設(shè)置經(jīng)過低通濾波器濾波后出來的信號波形如下圖：圖3-11經(jīng)過低通濾波器濾波后出來的信號波形圖抽樣判決模塊采用Relational Operator模塊，因為經(jīng)過Relational Operator模塊后出來的信號為布爾類型，所以后面要接一個類型轉(zhuǎn)換器把布爾類型轉(zhuǎn)換為double型。因為經(jīng)過調(diào)制解調(diào)后的信號有半個周期的超前延遲，所以要在原始信號后接一個整型延時器， 出來的信號再與調(diào)制解調(diào)后的信號進行誤碼率分析和示波器顯示。抽樣判決器的參數(shù)置計如下： 圖3-12抽樣判決器的參數(shù)設(shè)置圖圖3-13

10、整型延時器參數(shù)設(shè)置圖（4） 誤碼率計算模塊參數(shù)設(shè)置圖3-14誤碼率計算設(shè)計及參數(shù)設(shè)置2 方案二：2PSK用matlab編程實現(xiàn)（1） 產(chǎn)生二進制信號序列max=10g=zeros(1,max);g=randint(1,max); %長度為max的隨機二進制序列cp=;mod1=;f=2*2*pi;t=0:2*pi/199:2*pi;for n=1:length(g); if g(n)=0; A=-ones(1,200); %每個值200個點 else g(n)=1; A=ones(1,200); end cp=cp A; %s(t),碼元寬度200 c=cos(f*t); %載波信號 mod1

11、=mod1 c; %與s(t)等長的載波信號,變?yōu)榫仃囆问?endfigure(1);subplot(4,2,1);plot(cp);grid on; axis(0 200*length(g) -2 2);title(二進制信號序列);（2） 2PSK調(diào)制信號cm=;mod=; for n=1:length(g); if g(n)=0; B=ones(1,200); %每個值200個點 c=cos(f*t); %載波信號 else g(n)=1; B=ones(1,200); c=-cos(f*t); %載波信號 end cm=cm B; %s(t),碼元寬度200 mod=mod c; %與

12、s(t)等長的載波信號end tiaoz=cm.*mod; %e(t)調(diào)制 figure(1);subplot(4,2,2);plot(tiaoz);grid on; axis(0 100*length(g) -2 2);title(2PSK調(diào)制信號);（3） 加入高斯白噪聲tz=awgn(tiaoz,10); %信號tiaoz中加入白噪聲，信噪比為10 figure(1);subplot(4,2,3);plot(tz);grid on axis(0 200*length(g) -2 2);title(通過高斯白噪聲信道后的信號); figure(2);subplot(4,2,3);plot(

13、abs(fft(tz); axis(0 200*length(g) 0 400);title(加入白噪聲的2PSK信號頻譜); （4） 低通濾波jiet=2*mod1.*tz; %同步解調(diào) figure(1);subplot(4,2,4);plot(jiet);grid on axis(0 200*length(g) -2 2);title(相乘后信號波形) figure(2);subplot(4,2,4);plot(abs(fft(jiet); axis(0 200*length(g) 0 400);title(相乘后信號頻譜);%低通濾波器 fp=500;fs=700;rp=3;rs=20

14、;fn=10000; ws=fs/(fn/2);wp=fp/(fn/2); %計算歸一化角頻率 n,wn=buttord(wp,ws,rp,rs); %計算階數(shù)和截止頻率 b,a=butter(n,wn); %計算H(z） figure(4);freqz(b,a,1000,11025);subplot(2,1,1); axis(0 4000 -100 3) title(LPF幅頻相頻圖); jt=filter(b,a,jiet); figure(1);subplot(4,2,5);plot(jt);grid on axis(0 200*length(g) -2 2);title(經(jīng)低通濾波器后

15、信號波形)figure(2);subplot(4,2,5);plot(abs(fft(jt); axis(0 200*length(g) 0 400);title(經(jīng)低通濾波器后信號頻譜);（5） 抽樣判決%抽樣判決 for m=1:200*length(g); if jt(m)=0; jt(m)=-1; endend figure(1);subplot(4,2,6);plot(jt);grid on axis(0 200*length(g) -2 2);title(經(jīng)抽樣判決后信號s(t)波形) figure(2);subplot(4,2,6);plot(abs(fft(jt); axis(

16、0 200*length(g) 0 400);title(經(jīng)抽樣判決后信號頻譜);（6） 程序源代碼max=10g=zeros(1,max);g=randint(1,max); %長度為max的隨機二進制序列cp=;mod1=;f=2*2*pi;t=0:2*pi/199:2*pi;for n=1:length(g); if g(n)=0; A=-ones(1,200); %每個值200個點 else g(n)=1; A=ones(1,200); end cp=cp A; %s(t),碼元寬度200 c=cos(f*t); %載波信號 mod1=mod1 c; %與s(t)等長的載波信號,變?yōu)榫?/p>

17、陣形式 endfigure(1);subplot(4,2,1);plot(cp);grid on; axis(0 200*length(g) -2 2);title(二進制信號序列);cm=;mod=; for n=1:length(g); if g(n)=0; B=ones(1,200); %每個值200個點 c=cos(f*t); %載波信號 else g(n)=1; B=ones(1,200); c=-cos(f*t); %載波信號 end cm=cm B; %s(t),碼元寬度200 mod=mod c; %與s(t)等長的載波信號end tiaoz=cm.*mod; %e(t)調(diào)制

18、figure(1);subplot(4,2,2);plot(tiaoz);grid on; axis(0 100*length(g) -2 2);title(2PSK調(diào)制信號);figure(2);subplot(4,2,1);plot(abs(fft(cp);axis(0 100*length(g) 0 400);title(原始信號頻譜); figure(2);subplot(4,2,2);plot(abs(fft(tiaoz);axis(0 100*length(g) 0 400);title(2PSK信號頻譜); %帶有高斯白噪聲的信道 tz=awgn(tiaoz,10); %信號ti

19、aoz中加入白噪聲，信噪比為10 figure(1);subplot(4,2,3);plot(tz);grid on axis(0 200*length(g) -2 2);title(通過高斯白噪聲信道后的信號); figure(2);subplot(4,2,3);plot(abs(fft(tz); axis(0 200*length(g) 0 400);title(加入白噪聲的2PSK信號頻譜); jiet=2*mod1.*tz; %同步解調(diào) figure(1);subplot(4,2,4);plot(jiet);grid on axis(0 200*length(g) -2 2);titl

20、e(相乘后信號波形) figure(2);subplot(4,2,4);plot(abs(fft(jiet); axis(0 200*length(g) 0 400);title(相乘后信號頻譜);%低通濾波器 fp=500;fs=700;rp=3;rs=20;fn=10000; ws=fs/(fn/2);wp=fp/(fn/2); %計算歸一化角頻率 n,wn=buttord(wp,ws,rp,rs); %計算階數(shù)和截止頻率 b,a=butter(n,wn); %計算H(z） figure(4);freqz(b,a,1000,11025);subplot(2,1,1); axis(0 400

21、0 -100 3) title(LPF幅頻相頻圖); jt=filter(b,a,jiet); figure(1);subplot(4,2,5);plot(jt);grid on axis(0 200*length(g) -2 2);title(經(jīng)低通濾波器后信號波形)figure(2);subplot(4,2,5);plot(abs(fft(jt); axis(0 200*length(g) 0 400);title(經(jīng)低通濾波器后信號頻譜);%抽樣判決 for m=1:200*length(g); if jt(m)=0; jt(m)=-1; endend figure(1);subplot

22、(4,2,6);plot(jt);grid on axis(0 200*length(g) -2 2);title(經(jīng)抽樣判決后信號s(t)波形) figure(2);subplot(4,2,6);plot(abs(fft(jt); axis(0 200*length(g) 0 400);title(經(jīng)抽樣判決后信號頻譜);4、 設(shè)計結(jié)果及其分析1 方案一 2FSK的simulink結(jié)果及分析誤碼率分析模塊顯示誤碼率為0.0495，這個值在合理的范圍里，說明該系統(tǒng)工作正常。解調(diào)出來的波形與信源波形比較如下圖所示，從圖中可以看出，沒有誤碼，解調(diào)性能良好。圖4-1解調(diào)波形與信源波形對比圖2 方案二2PSK的matlab編程方案結(jié)果及其分析（