數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真參考模板

1、數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真摘 要：本次設(shè)計(jì)的是一種數(shù)字通信系統(tǒng)，該通信系統(tǒng)主要采用數(shù)字信源為輸入、交織編碼譯碼技術(shù)、MP信道、2FSK的調(diào)制和非相干解調(diào)技術(shù)。利用system view對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并分析眼圖和誤碼率。關(guān)鍵字：system view,仿真，數(shù)字通信1 數(shù)字通信系統(tǒng)基本原理1.1 數(shù)字通信系統(tǒng)的模型圖1 數(shù)字通信系統(tǒng)的模型1.2 信息源它的作用是把各種消息轉(zhuǎn)換為原始電信號(hào)，信源分為模擬信源和數(shù)字信源。本文的輸入信號(hào)采用模擬信源，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)包括三個(gè)步驟：抽樣、量化和編碼。模擬信號(hào)首先被抽樣。通常抽樣是按照等時(shí)間間隔進(jìn)行的，雖

2、然在理論上并不是必須如此的。模擬信號(hào)被抽樣后，成為抽樣信號(hào)，它在時(shí)間上是離散的，但是其取值仍然是連續(xù)的，所以是離散模擬信號(hào)。第二步是量化。量化的結(jié)果使抽樣信號(hào)變成量化信號(hào)，其取值是離散的。故量化信號(hào)已是數(shù)字信號(hào)了，它可以看成是多進(jìn)制的數(shù)字脈沖信號(hào)。第三步是編碼。 第一步抽樣的定理：設(shè)一個(gè)連續(xù)模擬信號(hào)m(t)中的最高頻率<且?guī)捠艿较拗茣r(shí)，則以間隔時(shí)間為的周期性沖擊脈沖對(duì)它抽樣時(shí)，將被這些抽樣值所安全確定。由于抽樣時(shí)間間隔相等。），低通濾波107中的最低頻率是10Hz，108的增益為300Hz。即奈奎斯特的定理。 第二步：量化。模擬信號(hào)的抽樣值為m(KT)，其中T是抽樣周期，k是整數(shù)。量化

3、原理公式：0 / 7 （1.1-2） 在非均勻量化時(shí)，量化間隔是隨信號(hào)抽樣值的不同而變化的。信號(hào)抽樣值小時(shí)，量化間隔v也??；信號(hào)抽樣值大時(shí)，量化間隔 v也大。非均勻量化的實(shí)現(xiàn)方法通常是在進(jìn)行量化之前，先將信號(hào)抽樣值壓縮，再進(jìn)行均勻量化。其壓縮是用一個(gè)非線性電路將輸入電壓x變換成輸出電壓： （1.1-3） 第三步：通常把從模擬信號(hào)抽樣、量化，直到變換成為二進(jìn)制符號(hào)的過(guò)程，稱(chēng)為脈沖編碼調(diào)制。1.3 信源編碼與譯碼它的基本功能一是提高信息傳輸?shù)挠行?，即通過(guò)某種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率。碼元速率決定傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬反映了通信的有效性。二是完成模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，即當(dāng)信息

4、源給出的是模擬信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。信源譯碼是信源編碼的逆過(guò)程。1.4 信道編碼與譯碼本文采用交織編碼模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)它。信道編碼的目的是增強(qiáng)數(shù)字信號(hào)的抗干擾能力。數(shù)字信號(hào)是信道傳輸時(shí)受到噪聲等影響后將會(huì)引起差錯(cuò)。為了減小差錯(cuò)，信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂的“抗干擾編碼”。接收端的信道譯碼器按相應(yīng)的逆規(guī)則進(jìn)行解碼，從中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤，提高通信系統(tǒng)的可靠性。1.5 加密與解密在需要實(shí)現(xiàn)保密通信的場(chǎng)合，為了保證所傳信息的安全，認(rèn)為地將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼，這種處理過(guò)程叫做加密。在接收端利用與發(fā)送端相同的

5、密碼復(fù)制品對(duì)收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)原來(lái)信息。（本文沒(méi)做加密與解密）1.6 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)二進(jìn)制頻移鍵控，是用載波的頻率來(lái)攜帶二進(jìn)制信息的調(diào)制方式。也就是說(shuō)，0值對(duì)應(yīng)一個(gè)頻率f1，1對(duì)應(yīng)另一個(gè)頻率f2。二進(jìn)制頻移鍵控可以采用模擬信號(hào)調(diào)頻電路來(lái)實(shí)現(xiàn)；但更容易實(shí)現(xiàn)的方法是鍵控法。 由于二進(jìn)制頻移鍵控已調(diào)信號(hào)可以看作兩個(gè)不同載波的幅度鍵控已調(diào)信號(hào)之和，它的頻帶寬度是兩倍的基帶信號(hào)寬度（B）和| f2- f1|之和，2FSK鍵控法理論框圖如圖所示。 圖2 2FSK調(diào)制器2FSK的解調(diào)有很多方法，本系統(tǒng)采用非相干解調(diào)，原理圖3如圖所示 圖3 2FSK非相干解調(diào)2 數(shù)字通信系統(tǒng)仿真的模型建立和參數(shù)設(shè)定

6、及結(jié)果波形2.1 2FSK調(diào)制解調(diào)仿真圖及仿真波形圖 圖4 2FSK調(diào)制仿真圖 圖5 2FSK非相干解調(diào)仿真圖各參數(shù)設(shè)置：模塊1的頻率為100Hz，振幅為1V；模塊2的頻率為150Hz，振幅為1V；模塊12和模塊13的頻率都為5Hz；模塊6的最低頻率為80Hz，最高頻率為130Hz；模塊7的最低頻率為115Hz，最高頻率為170Hz；圖6 2FSK調(diào)制后的波形圖圖7 2FSK解調(diào)后的波形圖2.2 其他元器件的仿真參數(shù)信源：頻率為10Hz，振幅為1V； 交織編碼譯碼：rows(smpls)為1，columns(smpls)為1；2.3 數(shù)字通信系統(tǒng)仿真總圖及輸入輸出波形對(duì)比2.31 數(shù)字通信系統(tǒng)

7、的仿真總圖 圖8 數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真總圖2.32 輸入輸出波形對(duì)比圖9 輸出波形圖圖10 輸出波形圖3 眼圖及誤碼率分析3.1 眼圖的模型及分析 眼圖的形狀越規(guī)則，噪聲干擾越小，眼圖越不規(guī)則噪聲干擾越大。3.11 觀察眼圖模型圖11 觀察眼圖模型3.12 有噪聲干擾下的眼圖跟無(wú)噪聲干擾下的對(duì)比： 圖12 無(wú)噪聲干擾下的眼圖 圖13 有噪聲干擾下的眼圖3.2 誤碼率分析所謂誤碼率是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標(biāo).誤碼率=傳輸中的誤碼/所傳輸?shù)目偞a數(shù)*100%.如果有誤碼就有誤碼率.在一定時(shí)間內(nèi)收到的數(shù)字信號(hào)中發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)與同一時(shí)間所收到的數(shù)字信號(hào)的總比特?cái)?shù)之比，就叫做“誤碼率”，也

8、可以叫做“誤比特率”。誤碼的產(chǎn)生是由于在信號(hào)傳輸中，衰變改變了信號(hào)的電壓，致使信號(hào)在傳輸中遭到破壞或受到外界的干擾，產(chǎn)生誤碼.噪音、交流電或閃電造成的脈沖、傳輸設(shè)備故障或在通信系統(tǒng)內(nèi)部由于各個(gè)組成部分的質(zhì)量不夠理想而使傳送的信號(hào)發(fā)生畸變等都會(huì)導(dǎo)致誤碼（比如傳送的信號(hào)是1，而接收到的是0；反之亦然）。3.21 誤碼率模塊圖14 誤碼率模塊3.22 誤碼率 SYSTEMVIEW 分析窗口選擇輸出波形，點(diǎn)擊波形觀察窗口下的計(jì)算器 圖標(biāo)，選擇COMM選項(xiàng)選擇theoretical BER Plots 選擇相應(yīng)的 調(diào)制模式，點(diǎn)確定，然后可以觀察到輸出波形與理想情況下 誤碼率的曲線對(duì)比。3.23 誤碼率的

9、波形 圖15 誤碼率波形圖 4 總結(jié) 本次課程設(shè)計(jì)主要根據(jù)數(shù)字信號(hào)模型圖來(lái)設(shè)計(jì)的，采用數(shù)字信源輸入，在經(jīng)過(guò)交織編碼進(jìn)行信道編碼，利用2FSK調(diào)制信號(hào)，通過(guò)MP信道到2FSK非相干解調(diào)，最后進(jìn)行交織譯碼。本次設(shè)計(jì)是利用system view進(jìn)行仿真，所有模塊均是采用仿真軟件是自帶的模塊，誤碼率、眼圖及所有波形也是通過(guò)system view來(lái)觀察分析的。 整個(gè)課程設(shè)計(jì)歷時(shí)10天，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，進(jìn)一步掌握了數(shù)字通信系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，也對(duì)仿真軟件system view有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，并加強(qiáng)了仿真軟件的實(shí)踐能力。這次課程設(shè)計(jì)還是畢業(yè)設(shè)計(jì)的一次簡(jiǎn)單模擬，讓我對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)有了一定的了解，也初步認(rèn)識(shí)到畢業(yè)設(shè)計(jì)的一些相關(guān)的信息，讓我對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)跟有信心。參考文獻(xiàn)1 樊昌信等. 通信原理（第6版）【M】北京：國(guó)防工業(yè)出版社，20012 曹志剛，錢(qián)亞生 現(xiàn)代通信原理【M】 北京：清華大學(xué)出版社，20013 李建新等 現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真MATLAB通信工具箱【M】西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20004 王沫然Simulink4建模及動(dòng)態(tài)仿真【M】 北京：電子工業(yè)出版社，2002.5 D.Hanselman,B.Littilefield著，張航等譯 精通MATLAB6【M】 北京：清華大學(xué)出版社，