數(shù)字通信系統(tǒng)基于Matlab數(shù)字基帶調(diào)制

1、吉林工程技術(shù)師范學(xué)院 信息工程學(xué)院 數(shù)字通信系統(tǒng) 課程設(shè)計報告題 目： 基于matlab數(shù)字基帶調(diào)制 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 電子信息1041班 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 時 間： 目 錄第一章 緒 論11.1 通信的發(fā)展史簡介11.2 通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢2第二章 數(shù)字基帶傳輸42.1 數(shù)字基帶傳輸概述42.2 數(shù)字基帶信號及其波形52.2.1 單極性不歸零波形52.2.2 雙極性不歸零波形62.2.3 單極性歸零波形72.2.4 雙極性歸零波形8第三章 調(diào)制解調(diào)103.1 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)103.2 數(shù)字的基本調(diào)試方式103.2.1 振幅鍵控（ask）調(diào)制與解調(diào)1

2、13.2.2 移頻鍵控（fsk）調(diào)制與解調(diào)153.2.3 移相鍵控（psk）調(diào)制與解調(diào)18第四章 課程設(shè)計總結(jié)22參考文獻i附錄i第一章 緒 論1.1 通信的發(fā)展史簡介通信就是克服距離上的障礙，從一地向另一地傳遞和交換消息。消息是信息源所產(chǎn)生的，是信息的物理表現(xiàn)，例如，語音、文字、數(shù)據(jù)、圖形和圖像等都是消息(message)。消息有模擬消息（如語音、圖像等）以及數(shù)字消息（如數(shù)據(jù)、文字等）之分。所有消息必須在轉(zhuǎn)換成電信號（通常簡稱為信號）后才能在通信系統(tǒng)中傳輸。所以，信號（signal）是傳輸消息的手段，信號是消息的物質(zhì)載體。相應(yīng)的信號可分為模擬信號和數(shù)字信號，模擬信號的自變量可以是連續(xù)的或離散

3、的，但幅度是連續(xù)的，如電話機、電視攝像機輸出的信號就是模擬信號。數(shù)字信號的自變量可以是連續(xù)的或離散的，但幅度是離散的，如電船傳機、計算機等各種數(shù)字終端設(shè)備輸出的信號就是數(shù)字信號。通信的目的是傳遞消息，但對受信者有用的是消息中包含的有效內(nèi)容，也即信息(information) 。消息是具體的、表面的，而信息是抽象的、本質(zhì)的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量來度量。通信技術(shù)，特別是數(shù)字通信技術(shù)近年來發(fā)展非常迅速，它的應(yīng)用越來越廣泛。通信從本質(zhì)上來講就是實現(xiàn)信息傳遞功能的一門科學(xué)技術(shù)，它要將大量有用的信息無失真，高效率地進行傳輸，同時還要在傳輸過程中將無用信息和有害信息抑制掉。當今的通信不僅要有

4、效地傳遞信息，而且還有儲存、處理、采集及顯示等功能，通信已成為信息科學(xué)技術(shù)的一個重要組成部分。遠古時代,遠距離的傳遞消息是以書信的形式來完成的,這種通信方式明顯具有傳遞時間長的缺點。為了在盡量短的時間內(nèi)傳遞盡量多的消息,人們不斷地嘗試所能找到的各種最新技術(shù)手段。1837年發(fā)明的莫爾斯電磁式電報機標志著電通信的開始,之后，利用電進行通信的研究取得了長足的進步。1866年利用海底電纜實現(xiàn)了跨大西洋的越洋電報通信。1876年貝爾發(fā)明了電話,利用電信號實現(xiàn)了語音信號的有線傳遞，使信息的傳遞變的既迅速又準確，這標志著模擬通信的開始，由于它比電報更便于交流使用，所以直到20世紀前半葉這種采用模擬技術(shù)的電話

5、通信技術(shù)比電報的到了更為迅速和廣泛的發(fā)展。1937年瑞威斯發(fā)明的脈沖編碼調(diào)制標志數(shù)字通信的開始。20世紀60年代以后集成電路、電子計算機的出現(xiàn)，使得數(shù)字通信迅速發(fā)展。在70年代末在全球發(fā)展起來的模擬移動電話在90年代中期被數(shù)字移動電話所代替，現(xiàn)有的模擬電視也正在被數(shù)字電視所代替。數(shù)字通信的高速率和大容量等各方面的優(yōu)越性也使人們看到了它的發(fā)展前途。1.2 通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 進入20世紀以來，隨著晶體管、集成電路的出現(xiàn)與普及、無線通信迅速發(fā)展。特別是在20世紀后半葉，隨著人造地球衛(wèi)星的發(fā)射，大規(guī)模集成電路、電子計算機和光導(dǎo)纖維等現(xiàn)代技術(shù)成果的問世，通信技術(shù)在以下幾個不同方向都取得了巨大的成

6、功。（1） 微波中繼通信使長距離、大容量的通信成為了現(xiàn)實。（2） 移動通信和衛(wèi)星通信的出現(xiàn)，使人們隨時隨地可通信的愿望可以實現(xiàn)。（3） 光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)更是將通信容量提高到了以前無法想象的地步。（4） 電子計算機的出現(xiàn)將通信技術(shù)推上了更高的層次，借助現(xiàn)代電信網(wǎng)和計算機的融合，人們將世界變成了地球村。第二章 數(shù)字基帶傳輸2.1 數(shù)字基帶傳輸概述在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號能夠在信道中傳輸，要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性。然而，在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號?；鶐鬏斚?/p>

7、統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。如圖2-1所示。圖2-1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，一般可以采用模擬調(diào)制的方法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。但是，數(shù)字基帶信號具有與模擬基帶信號不同的特點，其取值是有限的離散狀態(tài)。這樣，可以用載波的某些離散狀態(tài)來表示數(shù)字基帶信號的離散狀態(tài)?；镜娜N數(shù)字調(diào)制方式是：振幅鍵控(ask)、移頻鍵控(fsk)和移相鍵控(psk 或dpsk)。2.2 數(shù)字基帶信號及其波形數(shù)字基帶信號， 是信源發(fā)出的、未經(jīng)調(diào)制或頻譜變換、直接在有效頻帶與信號頻譜相對應(yīng)的信道上傳輸?shù)臄?shù)字信號，是消息代碼的電波形，是用不同的電平或脈沖來表示相應(yīng)的消息代碼。數(shù)字基帶信號的類型很多，常見的有矩

8、形脈沖，三角波、高斯脈沖和升余弦脈沖等。最常用的是矩形脈沖，因為矩形脈沖易于形成和變換,也是模數(shù)變換后的信號。2.2.1 單極性不歸零波形單極性不歸零碼是最簡單、最基本的二元碼，他只能使用一個電壓值（0和+1）表示數(shù)字信息。在數(shù)字通信設(shè)備內(nèi)部，由于電路之間距離很短，都采用單極性編碼這種比較簡單的數(shù)字編碼形式。單極性不歸零編碼簡單高效外，還具有廉價的特點。單極性不歸零波形如圖2-1所示。 圖2-1 單極性不歸零波形用單極性不歸零碼來表示二元信息序列1010110101，畫出波形示意圖。如圖2-2所示，程序詳見附錄。 圖2-2 單極性不歸零碼2.2.2 雙極性不歸零波形雙極性不歸零碼是用正電平和負

9、電平分別表示二進制碼1和0的碼型，它與雙極性歸零碼類似，但雙極性不歸零碼的波形在整個碼元持續(xù)期間電平保持不變。雙極性不歸零碼的特點是：從統(tǒng)計平均來看，該碼型信號在1和0的數(shù)目各占一半時無直流分量，并且接收時判決電平為0，容易設(shè)置并且穩(wěn)定，因此抗干擾能力強。此外，可以在電纜等無接地的傳輸線上傳輸，因此雙極性不歸零碼應(yīng)用極廣。雙極性不歸零碼常用于低速數(shù)字通信。雙極性碼的主要缺點是：與單極性不歸零碼一樣，不能直接從雙極性不歸零碼中提取同步信號，并且1碼和0碼不等概時，仍有直流成分。雙極性不歸零碼波形如圖2-3所示。 圖2-3 雙極性不歸零波形用雙極性不歸零碼來表示二元信息序列1010110101，畫

10、出波形示意圖，如圖2-4所示，程序詳見附錄。 圖2-4 雙極性不歸零碼2.2.3 單極性歸零波形單極性歸零碼（rz）即是以高電平和零電平分別表示二進制碼1和0，而且在發(fā)送碼1時高電平在整個碼元期間t只持續(xù)一段時間，其余時間返回零電平。在單極性歸零碼中，/t 稱為占空比。單極性歸零碼的主要優(yōu)點是可以直接提取同步信號，因此單極性歸零碼常常用作其他碼型提取同步信號時的過渡碼型。也就是說其他適合信道傳輸?shù)荒苤苯犹崛⊥叫盘柕拇a型，可先變換為單極性歸零碼，然后再提取同步信號。單極性歸零波形如圖2-5所示。 圖2-5 單極性歸零波形用單極性歸零碼來表示二元信息序列1010110101，畫出波形示意圖，如

11、圖2-6所示，程序詳見附錄。圖2-6 單極性歸零碼2.2.4 雙極性歸零波形雙極性歸零碼是二進制碼0和1分別對應(yīng)于正和負電平的波形的編碼，在每個碼之間都有間隙產(chǎn)生。這種碼既具有雙極性特性，又具有歸零的特性。雙極性歸零碼的特點是：接收端根據(jù)接收波形歸于零電平就可以判決1比特的信息已接收完畢，然后準備下一比特信息的接收，因此發(fā)送端不必按一定的周期發(fā)送信息。可以認為正負脈沖的前沿起了起動信號的作用，后沿起了終止信號的作用。因此可以經(jīng)常保持正確的比特同步。即收發(fā)之間元需特別的定時，且各符號獨立地構(gòu)成起止方式，此方式也叫做自同步方。雙極性歸零波形如圖2-7所示。 圖2-7 雙極性歸零波形用雙極性歸零碼來

12、表示二元信息序列1010110101，畫出波形示意圖，如圖2-8所示，程序詳見附錄。圖2-8 雙極性歸零碼第三章 調(diào)制解調(diào)3.1 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號能夠在信道中傳輸，要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性。然而，在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)由調(diào)制器、信道、解調(diào)器等組成，如圖3-1 所示。 圖3-1 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 3.2 數(shù)字的基本調(diào)試方式數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，一般可以采用模擬調(diào)制的方法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。但是，

13、數(shù)字基帶信號具有與模擬基帶信號不同的特點，其取值是有限的離散狀態(tài)。這樣，可以用載波的某些離散狀態(tài)來表示數(shù)字基帶信號的離散狀態(tài)?；镜娜N數(shù)字調(diào)試方式是：振幅鍵控（ask）、移頻鍵控（fsk）、和移相鍵控（psk或dpsk）。3.2.1 振幅鍵控（ask）調(diào)制與解調(diào)振幅鍵控（amplitude shift keying，縮寫為ask）是載波的振幅隨著數(shù)字基帶信號而變化的數(shù)字調(diào)制。當數(shù)字基帶信號為二進制時，則為二進制振幅鍵控（2ask）其表示式為： 式中，是持續(xù)時間為的矩形波形，是脈沖幅值的取值，=0或1。1、調(diào)制仿真2ask信號調(diào)制的模型方框圖由dsp模塊中的sinwave信號源、方波信號源、相

14、乘器等模塊組成，simulink 模型圖如圖3-2所示。圖3-2 2ask信號調(diào)制的模型其中正玄信是載波信號，方波代表s（t）序列的信號塬，正玄信號和方波相乘后就得到鍵控2ask信號。建立好模型之后就要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，以達到系統(tǒng)的最佳仿真。從正玄信號源開始依次的仿真參數(shù)設(shè)置如圖3-3所示。圖3-3 設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)圖經(jīng)過上面參數(shù)的設(shè)置后，就可以進行系統(tǒng)的仿真下面示波器顯示的各點的波形圖如圖3-4所示。圖3-4 系統(tǒng)調(diào)制仿真圖2、 解調(diào)仿真相干解調(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)出s(t)信號，simulink模型圖如圖3-5所示

15、。圖3-5 2ask解調(diào)的 simulink模型圖建立好模型之后，開始設(shè)置各點的參數(shù)，由于低通濾波器是濾去高頻的載波，才能恢復(fù)出原始信號，所以為了使已調(diào)信號的頻譜有明顯的搬移，就要使載波和信息源的頻率有明顯的差別，所以載波的頻率設(shè)置為100hz。為了更好的恢復(fù)出信源信號，所以在此直接使用原載波信號作為同步載波信號。下面是低通濾波器的參數(shù)設(shè)置如圖3-6所示。圖3-6 低通濾波器的參數(shù)設(shè)置圖系統(tǒng)仿真的時間波形圖如圖3-7所示。圖3-7 2ask信號解調(diào)的波形圖3.2.2 移頻鍵控（fsk）調(diào)制與解調(diào)正弦載波的頻率歲數(shù)字基帶信號在和兩個頻率點間變化，則產(chǎn)生移頻鍵控信號。移頻鍵控信號可以利用手矩形脈沖

16、序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。當數(shù)字基帶信號為二進制時，則為二進制移頻鍵控，其表達式為1、 調(diào)制仿真2fsk信號是由頻率分別為f1和f2的兩個載波對信號源進行頻率上的控制而形成的，其中f1和f2是兩個頻率有明顯差別的且都遠大于信號源頻率的載波信號，2fsk信號產(chǎn)生的simulink仿真模型圖如圖3-8所示。圖3-8 2fsk信號的simulink模型方框圖系統(tǒng)的個模塊的參數(shù)如圖3-9所示。圖3-9 參數(shù)設(shè)置圖經(jīng)過以上參數(shù)的設(shè)置后就可以進行系統(tǒng)的仿真，其波形圖如圖3-10所示。圖3-10 調(diào)制仿真圖2、解調(diào)仿真（1）方框圖如圖3-11所示。圖3-11 2fsk信號解調(diào)方框圖（

17、2）參數(shù)設(shè)置圖3-12 參數(shù)設(shè)置（3）調(diào)制仿真圖圖3-13 2fsk信號解調(diào)波形3.2.3 移相鍵控（psk）調(diào)制與解調(diào) 當正弦載波的相位歲數(shù)字基帶信號離散變化是，則產(chǎn)生移相鍵控信號。當數(shù)字基帶信號為二進制時，則為二進制移相鍵控，其表達式為 1、 調(diào)制仿真（1） 系統(tǒng)的方框圖在二進制數(shù)字調(diào)制中，當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進制移相鍵控(2psk)信號。 在此用已調(diào)信號載波的 0和 180分別表示二進制數(shù)字基帶信號的 1 和 0用兩個反相的載波信號進行調(diào)制，其方框圖如圖3-14所示。圖3-14 2psk信號調(diào)制的simulink的模型圖（2）參數(shù)設(shè)置圖3-15 參數(shù)設(shè)

18、置（3） 調(diào)制仿真圖圖3-16 2psk調(diào)制的波形2、 調(diào)制仿真（1） 建立simulink模型方框圖3-17所示。圖3-17 simulink模型圖（2） 仿真波形圖如圖3-18所示。圖3-18 2psk解調(diào)波形 第四章 課程設(shè)計總結(jié)三周的課程設(shè)計結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。通過本設(shè)計不僅把以前學(xué)過的知識重新溫習，而且在查閱課外資料是還有好多芯片都是以學(xué)過的芯片為

19、基礎(chǔ)，并且在其基礎(chǔ)上改進和完善的。通過課程設(shè)計的實施可以使學(xué)生把在校學(xué)習的理論知識和實際應(yīng)用有機地結(jié)合起來，同時也能培養(yǎng)我獨立思考、勇于創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和鉆研精神。課程設(shè)計使我在以下幾個方面有所明顯提高：融會和貫通所學(xué)習專業(yè)的基本概念、基本理論和基本技能。綜合運用所學(xué)專業(yè)理論知識和技能分析，提高解決實際問題的能力。以科學(xué)的、實事求是的態(tài)度進行科學(xué)試驗和工程實踐的動手操作能力。提高文獻閱讀和使用能力。22參考文獻1 曹志剛，錢亞生.現(xiàn)代通信原理.北京：清華大學(xué)出版社，19922 張輝，曹麗娜.通信原理學(xué)習輔導(dǎo).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20033 倪維楨.數(shù)據(jù)通信原理.北京：中國人民大學(xué)出版社

20、，19994 歐陽長月.數(shù)字通信.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19885 沈振元.通信系統(tǒng)原理.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，19936 南利平.通信原理簡明教程.北京：清華大學(xué)出版社，20007 易波.現(xiàn)代通信導(dǎo)論.長沙：國防科技大學(xué)出版社，19988 王秉鈞.現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理.天津：天津大學(xué)出版社，19919 劉衛(wèi)國.matlab程序設(shè)計教程.北京：中國水利水電出版社，200510 朱衡君.matlab語言及實踐教程(第二版).北京：清華大學(xué)出版社，2009.811 張靜.matlab在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2007ii附錄單極性不歸零function y=snrz(x

21、)x=1 0 1 0 1 1 0 1 0 1;t0=300;t=0:1/t0:length(x);for i=1:length(x) if(x(i)=1) for j=1:t0 y(i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y(i-1)*t0+j)=0; end endend y=y,x(i); m=max(y); m=min(y); subplot(2,1,1); plot(t,y);grid on axis(0,i,m-0.1,m+0.1); title(1 0 1 0 1 1 0 1 0 1);-雙極性不歸零function y=dnrz(x)x=1 0 1 0 1 1 0 1 0 1;t0=300;t=0:1/t0:length(x);for i=1:length(x) if(x(i)=1) for j=1:t0 y(i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y(i-1)*t0+j)=-1; end endend y=y,x(i); m=max(y); m=min(y); subplot(2,1,1); plot(t,y)