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1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課程名稱(chēng) 通信原理 課題名稱(chēng) 二進(jìn)制隨相信號(hào)最佳帶通傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 通信1101 學(xué) 號(hào) * 姓 名 * 指導(dǎo)教師 張鏖峰 胡倩 2013年12月21日湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)課程名稱(chēng) 通信原理 課 題 二進(jìn)制隨相信號(hào)最佳帶通傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 通信1101 學(xué)生姓名 * 學(xué) 號(hào) * 指導(dǎo)老師 張鏖峰 胡倩 審 批 任務(wù)書(shū)下達(dá)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(jì)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(hào)的相干解調(diào)原理3三、 設(shè)計(jì)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(jì)算模塊參數(shù)設(shè)置102 方案二:2PSK用matlab編程實(shí)現(xiàn)11(1) 產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)序列11(2) 2PSK調(diào)制信號(hào)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(jì)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(xiàn)2222 /
3、26文檔可自由編輯打印1、 課程設(shè)計(jì)要求要求:(1)編程實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制隨相信號(hào)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(hào)序列并進(jìn)行接收判決(3)通過(guò)多次輸入輸出對(duì)兩種系統(tǒng)性能進(jìn)行分析比較(4)繪出信號(hào)的時(shí)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(lái)傳遞數(shù)字信號(hào),在2FSK中,載波的頻率隨著二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化,頻移鍵控是利用載波的頻移變化來(lái)傳遞數(shù)字信息的。在2FSK中,載波的頻率隨基帶信號(hào)在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。故其表達(dá)式為:典型波形如下圖所示。由圖可見(jiàn),2FSK信號(hào)可以看作兩個(gè)不同載頻的
4、ASK信號(hào)的疊加。因此2FSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式又可以寫(xiě)成:圖2-12FSK調(diào)制各點(diǎn)時(shí)域波形圖2FSK調(diào)制就是使用兩個(gè)不同的頻率的載波信號(hào)來(lái)傳輸一個(gè)二進(jìn)制信息序列??梢杂枚M(jìn)制“1”來(lái)對(duì)應(yīng)于載頻f1,而“0”用來(lái)對(duì)應(yīng)于另一相載頻f2的已調(diào)波形,而這個(gè)可以用受矩形脈沖序列控制的開(kāi)關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立的頻率源f1、f2進(jìn)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(hào)由兩個(gè)載波f1、f2調(diào)制而成,則先用兩個(gè)分別對(duì)f1、f2帶通的濾波器對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行濾波,然后再分別將濾波后的信號(hào)與相應(yīng)的載波f1、f2相乘進(jìn)行相干解調(diào),再分別低通濾波、用抽樣信號(hào)進(jìn)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(lái)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(jìn)制“1”和“0”。因此,2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為: e2psk=Acos(c+n) 就模擬調(diào)制法而言,與產(chǎn)生2ASK信號(hào)的方法比較,只是對(duì)基帶信號(hào)要求不同,因此2PSK信號(hào)可以看作是雙極性基帶信號(hào)作用下的DSB調(diào)幅信號(hào)。而就鍵控法來(lái)說(shuō),用數(shù)字基帶信號(hào)控制開(kāi)關(guān)電路,選擇不同相位的載波輸出,這時(shí)基帶信號(hào)為單極性NRZ或雙極性NRZ脈沖序列信號(hào)均可。且 2PSK信號(hào)屬于DSB信號(hào),它的解調(diào),不再能采用包絡(luò)檢測(cè)的方法,只能進(jìn)行相
6、干解調(diào)。4 2PSK信號(hào)的相干解調(diào)原理2PSK信號(hào)的解調(diào)方法是相干解調(diào)法。由于PSK信號(hào)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(hào)的相位信息來(lái)解調(diào)信號(hào)。下圖2-4中給出了一種2PSK信號(hào)相干接收設(shè)備的原理框圖。圖中經(jīng)過(guò)帶通濾波的信號(hào)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(jìn)行抽樣判決。判決器是按極性來(lái)判決的。即正抽樣值判為1,負(fù)抽樣值判為0.2PSK信號(hào)相干解調(diào)當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180倒相時(shí),解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反,解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。圖2-42PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形這種現(xiàn)象通常稱(chēng)為倒現(xiàn)象。由于在2PSK信號(hào)的載波
7、恢復(fù)過(guò)程中存在著 180的相位模糊,所以2PSK信號(hào)的相干解調(diào)存在隨機(jī)的倒現(xiàn)象,從而使得2PSK方式在實(shí)際中很少采用。圖2-5 2PSK信號(hào)解調(diào)原理圖3、 設(shè)計(jì)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(hào)的產(chǎn)生和疊加高斯白噪聲:圖3-2 2PSK調(diào)制信號(hào)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(hào)f1和f2的參數(shù)設(shè)置兩種載波信號(hào)和基帶數(shù)字信號(hào)波形如下圖:圖3-4兩種載波信號(hào)和基帶數(shù)字信號(hào)波形圖貝努力基帶數(shù)字信號(hào)參數(shù)設(shè)置如下圖3-5,可以
8、看出基帶信號(hào)頻率為200Hz,這些參數(shù)將在后面設(shè)計(jì)濾波器時(shí)應(yīng)用到。右下圖為高斯白噪聲參數(shù)設(shè)計(jì)圖。圖3-5 貝努力基帶數(shù)字信號(hào)參數(shù)設(shè)置圖 圖3-6 高斯白噪聲參數(shù)設(shè)計(jì)圖(3) 2FSK解調(diào)部分解調(diào)部分的完整設(shè)計(jì)圖如下:圖3-72PSK解調(diào)設(shè)計(jì)圖巴特沃斯帶通濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì)中,因?yàn)榛鶐?shù)字信號(hào)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(hào)帶寬設(shè)計(jì)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(jì)經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的波形圖:圖3-9 經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的波形圖相乘器的設(shè)計(jì),實(shí)則為一乘法器,將帶通濾波器出來(lái)的信號(hào)與本地載波相乘。
9、解調(diào)模塊低通濾波器的設(shè)計(jì),此處兩個(gè)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(gè)低通濾波器的參數(shù)設(shè)置經(jīng)過(guò)低通濾波器濾波后出來(lái)的信號(hào)波形如下圖:圖3-11經(jīng)過(guò)低通濾波器濾波后出來(lái)的信號(hào)波形圖抽樣判決模塊采用Relational Operator模塊,因?yàn)榻?jīng)過(guò)Relational Operator模塊后出來(lái)的信號(hào)為布爾類(lèi)型,所以后面要接一個(gè)類(lèi)型轉(zhuǎn)換器把布爾類(lèi)型轉(zhuǎn)換為double型。因?yàn)榻?jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)后的信號(hào)有半個(gè)周期的超前延遲,所以要在原始信號(hào)后接一個(gè)整型延時(shí)器, 出來(lái)的信號(hào)再與調(diào)制解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行誤碼率分析和示波器顯示。抽樣判決器的參數(shù)置計(jì)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(shí)器參數(shù)設(shè)置圖(4) 誤碼率計(jì)算模塊參數(shù)設(shè)置圖3-14誤碼率計(jì)算設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)置2 方案二:2PSK用matlab編程實(shí)現(xiàn)(1) 產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)序列max=10g=zeros(1,max);g=randint(1,max); %長(zhǎng)度為max的隨機(jī)二進(jìn)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(gè)值200個(gè)點(diǎn) 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(hào) mod1
11、=mod1 c; %與s(t)等長(zhǎng)的載波信號(hào),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(jìn)制信號(hào)序列);(2) 2PSK調(diào)制信號(hào)cm=;mod=; for n=1:length(g); if g(n)=0; B=ones(1,200); %每個(gè)值200個(gè)點(diǎn) c=cos(f*t); %載波信號(hào) else g(n)=1; B=ones(1,200); c=-cos(f*t); %載波信號(hào) end cm=cm B; %s(t),碼元寬度200 mod=mod c; %與
12、s(t)等長(zhǎng)的載波信號(hào)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(hào));(3) 加入高斯白噪聲tz=awgn(tiaoz,10); %信號(hào)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(guò)高斯白噪聲信道后的信號(hào)); 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(hào)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(hào)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(hào)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(jì)算歸一化角頻率 n,wn=buttord(wp,ws,rp,rs); %計(jì)算階數(shù)和截止頻率 b,a=butter(n,wn); %計(jì)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)頻譜);(6) 程序源代碼max=10g=zeros(1,max);g=randint(1,max); %長(zhǎng)度為max的隨機(jī)二進(jìn)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(gè)值200個(gè)點(diǎn) 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(hào) mod1=mod1 c; %與s(t)等長(zhǎng)的載波信號(hào),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(jìn)制信號(hào)序列);cm=;mod=; for n=1:length(g); if g(n)=0; B=ones(1,200); %每個(gè)值200個(gè)點(diǎn) c=cos(f*t); %載波信號(hào) else g(n)=1; B=ones(1,200); c=-cos(f*t); %載波信號(hào) end cm=cm B; %s(t),碼元寬度200 mod=mod c; %與s(t)等長(zhǎng)的載波信號(hào)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(hào));figure(2);subplot(4,2,1);plot(abs(fft(cp);axis(0 100*length(g) 0 400);title(原始信號(hào)頻譜); figure(2);subplot(4,2,2);plot(abs(fft(tiaoz);axis(0 100*length(g) 0 400);title(2PSK信號(hào)頻譜); %帶有高斯白噪聲的信道 tz=awgn(tiaoz,10); %信號(hào)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(guò)高斯白噪聲信道后的信號(hào)); 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(hào)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(hào)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(hào)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(jì)算歸一化角頻率 n,wn=buttord(wp,ws,rp,rs); %計(jì)算階數(shù)和截止頻率 b,a=butter(n,wn); %計(jì)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)頻譜);4、 設(shè)計(jì)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(gè)值在合理的范圍里,說(shuō)明該系統(tǒng)工作正常。解調(diào)出來(lái)的波形與信源波形比較如下圖所示,從圖中可以看出,沒(méi)有誤碼,解調(diào)性能良好。圖4-1解調(diào)波形與信源波形對(duì)比圖2 方案二2PSK的matlab編程方案結(jié)果及其分析(
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