基于matlab的通信系统的与仿真

ABSTRACTCommunicationsystemisusedtocompletetheinformationtransmissionprocessofthefloorboardofthetechnologysystem,isusedtosendinformationfromthesourcetooneormoredestinations.Modulationanddemodulationintheprocessofinformationtransmissionoccupiestheimportantposition,isindispensable,sothesystemofmodulationanddemodulationprocessisextremelyimportant.MATLABnumericalcomputation,graphicsrendering,imageprocessingandsystemsimulation,andpowerfulfunctionsintheintegrationofscientificcomputinglanguage,itspowerfulfunctionofmatrixandgraphvisualizationandrichtoolkit,fortheanalysisofthecommunicationsystemofmodulationanddemodulationprocessprovidesagreatconvenience.Thispaperfirstlyintroducestheconceptofcommunicationsystem,whichleadtomodulationanddemodulation,andthenintroducesourcommonlyusedseveralkindsofmodulationanddemodulationmethod.【Keywords】：CommunicationsystemModulationanddemodulationMATLAB

目录前言 4第一章通信系统的调制与解调 5第一节通信系统的概念 5一、模拟通信系统 5二、数字通信系统 6三、QAM调制解调原理 14第二节多进制正交幅度调制及相干解调原理框图 17一、正交调制原理框图 17二、相干解调原理框图 18第二章MATLAB通信系统工具箱 19第三章MATLAB的模拟调制和解调实例 21第一节用MATLAB分析双边带幅度调制（DSM-AM） 21第二节用MATLAB分析相干解调过程 24第三节基于MATLAB的多进制正交幅度调制及相干解调设计与仿真 26一、对系统进行分析与设计 26二、随机信号的生成 26三、星座图映射 27四、波形成形（平方根升余弦滤波器） 29五、调制 30六、加入高斯白噪声之后解调 31七、误码率曲线 33八、16-QAM载波调制信号在AWGN信道下的性能 33第四节仿真结果及分析 35结论 39致谢 40参考文献 41

前言通信按照传统的理解就是信息的传输，在当今高度信息化得社会，信息和通信已经成为现代社会的“命脉”。信息作为一种资源，只有通过广泛的传播与交流，才能产生利用价值，促进社会成员之间的合作，推动社会生产力的发展，创造出巨大的经济效益。而通信作为传输信息的手段或方式，与传感技术、计算机技术相互融合，已经成为21世纪国际社会和世界经济发展的强大推动力，所以未来的通信对人们的生活方式和社会的发展将会产生更加重大和意义深远的影响。在信息传输过程中，要求天线的尺寸要和信号的波长相比拟，信号才能有效的被辐射。对于语音信号来说，相应的天线尺寸要在几十公里以上，实际上不可能实现，所以需要经过调制将信号频谱搬移到较高的频率范围，如果不进行调制就把信号直接辐射出去，那么各电台所发出信号的频率就会相同。调制作用的实质就是使相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上，接收机就可以分离出所需的频率信号，不致互相干扰。有时信号过于复杂，人工计算其调制和解调过程较难实现，对其结果的分析又缺乏可视化的直观表现，影响了所得结果在实际生活中的应用，美国MathWorks公司开发的MATLAB解决了这一问题。它应用于自动控制、数学计算、信号分析、信号处理等诸多领域,也是国内高校和研究部门进行许多科学研究的重要工具。MATLAB的出现给通信系统的分析提供了极大的方便。第一章通信系统的调制与解调第一节通信系统的概念通信是为了传输信息，通信系统就是将信息从信源发送到一个或多个目的地，对于电通信来说，首先要把消息转变成电信号，然后经过发送设备，将信号送入信道，在接收端利用接受设备对接收信号作相应的处理后，送给信宿再转换为原来的消息，这一过程可利用图1.1所示的通信系统一般模型来概括。接收设备信道发送设备接收设备信道发送设备（发送端）（接收端）信息源受信者噪声源信息源受信者噪声源图1.1通信系统的一般模型通信(Communication)传输的消息是多种多样的，可以分成两大类：一类称为连续消息；另一类称为离散消息。消息的传递是通过它的物理载体电信号来实现的，按信号参量的取值不同，可以把信号分为两类：模拟信号和数字信号。通常按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应的可以把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。一、模拟通信系统模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统，其模型如图1.2所示，其中包含两种重要变换。第一种变换是，在发送端把连续消息变换成原始电信号，在接收端进行相反的变换，这种变换由信源和信宿来完成，通常称为原始电信号为基带信号，基带的意思是指信号的频谱从零频附近开始。有些信道可以直接传输基带信号，而以自由空间作为信道的无线电传输却无法直接传输这些信号。因此，模拟通信系统中常常需要进行第二种变换：把基带信号变换成适合在信道中传输的信号，并在接收端进行反变换。完成这种变换和反变换的通常是调制器和解调器。噪声源调制器模拟信息源噪声源调制器模拟信息源信道信道受信者解调器受信者解调器图1.2模拟通信系统模型二、数字通信系统数字通信系统（DigitalCommunicationSystem,DCS）是利用数字信号来传递信息的通信系统，如图1.3所示。数字通信所涉及的技术问题很多，其中主要有信源编码与译码、信道编码与译码、数字调制与解调、同步以及加密与解密等。数字调制信道编码加密信源编码信息源数字调制信道编码加密信源编码信息源噪声源信道噪声源信道受信者信源译码信道译码解密数字解调受信者信源译码信道译码解密数字解调图1.3数字通信系统模型与模拟通信相比，数字通信具有许多优良的特性：（1）、抗干扰能力强，且噪声不积累。数字通信系统中传输的是离散取值的数字波形，接收端的目标不是精确的还原被传输的波形，而是从收到噪声干扰的信号中判决出发送端所发送的是哪一个波形。（2）、传输差错可控。在数字同喜系统中，可以通过信道编码技术进行检错与纠错，降低误码率，提高传输质量。（3）、便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储。这种数字处理的灵活性表现为可以将来自不同信源的信号综合到一起传输。（4）、易于集成，使通信设备微型化，重量轻。（5）、易于加密处理，且保密性好。数字通信的缺点是，一般需要较大的传输带宽，设备复杂。近年来，随着大规模集成电路的出现，数字系统的设备复杂程度和技术难度大大降低了，数字传输方式日益受到欢迎。数字处理的灵活性使得数字传输系统中传输的数字信息既可以来自计算机、电传机等数据终端的各种数字代码，也可以来自模拟信号经过数字化处理后的脉冲编码（PCM）信号等。原理上，数字信息可以直接用数字代码序列表示和传输，但在世纪传输中，视系统的要求和信道情况，一般需要进行不同形式的编码，并且选用一组取值有限的离散波形来表示，这些取值离散的波形可以是未经调制的电信号，也可以是调制后的信号。未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或很低频率开始，称为数字基带信号。1、调制和解调的概念调制：把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程，广义的调制分为基带调制和带通调制（也称为载波调制）。在无线通信中和其他大多数场合，调制均指载波调制。载波调制，就是用调制信号去控制载波的参数的过程，使载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律而变化。调制信号是指来自信源的消息信号（基带信号），这些信号可以是模拟的，也可以是数字的。未受调制的周期性振荡信号称为载波，它可以是正弦波，也可以是非正弦波（如周期性脉冲序列）。载波调制后称为已调信号，它含有调制信号的全部特征。解调：将已调信号中的调制信号恢复出来，是调制的逆过程。调制方式不同，解调方法也不一样。解调可以分为正弦波解调（有时也称为连续波解调）。正弦波解调还可再分为幅度解调、频率解调和相位解调，此外还有一些变种如单边带信号解调、残留边带信号解调等。同样，脉冲波解调也可分为脉冲幅度解调、脉冲相位解调、脉冲宽度解调和脉冲编码解调等。调制方式有很多，根据调制信号是模拟信号还是数字信号，载波是连续波（通常是正弦波）还是脉冲序列，相应的调制方式有模拟连续波调制（简称模拟调制）、数字连续波调制（简称数字调制）、模拟脉冲调制和数字脉冲调制等。最重要和最常用的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。常见的调幅、双边带、单边带和残留边带等调制就是幅度调制的几个典型实例。解调的方法可以分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）。解调过程与采用何种解调方式有关，对于常规幅度调制，一般用包络检波进行解调，由于在这种解调方式中，接收机对载波频率和相应精度的了解是无关紧要的，所以解调过程相对简单。对于DSB-AM调制和SSB-AM调制，用相干解调的方法，它要求在接收机中有一个与载波同频同相的信号，接收机中产生所需要的正弦波振荡器，为本地振荡器。数字通信系统中，发送信号某一参数的离散取值（如正弦波的振幅、频率、相位等）于所承载消息的数字信号（即离散符号）之间通常是一种一一对应关系。如同模拟信号的频带传输时一样，传输数字信号时也有三种基本的调制方式：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。它们分别对应于利用载波（正弦波）的振幅、频率和相位来承载数字基带信号，可以是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。理论上数字调制与模拟调制在本质上没有什么不同，它们都属于正弦波调制。但是，数字调制是源信号为离散型的正弦波调制，而模拟调制则是源信号为连续型的正弦波调制，因而，数字调制具有由数字信号带来的一些特点。这些特点主要包括两个方面：第一，数字调制信号的产生，除把数字的调制信号当做模拟信号的特例而直接采用模拟调制方式产生数字调制信号外，还可以采用键控载波的方法。第二，对于数字调制信号的解调，为提高系统的抗噪声性能，通常采用与模拟调制系统中不同的解调方式。数字信息由二进制和多进制之分，因此，数字调制可分为二进制调制和多进制调制。在二进制调制中，信号参量只有两种可能取值；而在多进制调制中，信号参量可能有M（M>2）中取值。2、幅度调制和相干解调的原理1）幅度调制（线性调制）的原理幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程，设正弦型载波为c(t)=Acos()(2-1)式中：A为载波幅度；为载波角频率；为载波初始相位（以后可以假定为为0，而不失讨论的一般性）。根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成Sm(t)=Am(t)cos()(2-2)式中：m(t)为基带调制信号。设调制信号m(t)的频谱为,则由上式（2.3-2）不难得到已调信号Sm(t)的频谱=(2-3)由以上表示式可见，在波形上，幅度已调信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基信号频谱在频域内的简单搬移（精确到常数因子）。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为线性调制，这里的“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系，实际上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程。标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅（AM）。假设调制信号m(t)的平均值为0，将其叠加一个直流偏量A0后与载波相乘（如图1.4所示），即可形成调幅信号。m(t) Sm(t)A0图1.4AM调制模型其时域表示式为SAM(t)=[A0+m(t)]=A0+m(t)(2-4)式中：A0为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号，也可以是随机信号。若m(t)是确知信号，则AM信号的频谱为SAM()=∏A0[]+1/2[](2-5)2)相干解调相干解调也叫同步检波，解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。调制是把基带信号的频谱搬到了载波位置，这一过程可以通过一个相乘器与载波相乘来实现。解调则是调制的反过程，即把在载频位置的已调信号的频谱搬回到原始基带位置，因此同样可以用相乘器与载波相乘来实现，相干解调的一般模型如图1.5所示。LPFSm(t)Sp(t)Sd(t)LPFc(t)=图1.5相干解调器的一般模型相干解调时，为了无失真的恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。相干解调器适用于所有的线性调制信号的解调。送入解调器的已调信号的一般表达式为Sm(t)=SI(t)+SQ(t)(2-6)与同频同相的相干载波c(t)相乘后，得

Sp(t)=Sm(t)=1/2SI(t)+1/2SI(t)+1/2SQ(t)(2-7)经低通滤波器（LPF）后，得Sd(t)=1/2SI(t)（2-8）其中，SI(t)是m(t)通过一全通滤波器H1（）后的结果。因此，Sd(t)就是解调输出，即Sd(t)=1/2SI(t)m(t)由此可见，相干解调器适用于所有线性调制信号的解调，即对于AM、DSB、SSB和VSB都是适用的。只是AM信号的解调结果中含有直流成分A0，这时在解调后加上一个简单的隔直流电容即可。

3、正交幅度调制解调原理1)正交幅度调制技术正交振幅调制（QuadratureAmplitudeModulation,QAM）是一种振幅和相位联合键控。虽然MPSK和MDPSK等相移键控的带宽和功率方面都具有优势，即带宽占用小和比特噪声比要求低。但是由图1.6可见，在MPSK体制中，随着图1.68PSK信号相位M的增大，相邻相位的距离逐渐减小，使噪声容限随之减小，误码率难于保证。为了改善在M大时的噪声容限，发展出了QAM体制。在QAM体制中，信号的振幅和相位作为两个独立的参量同时受到调制。这种信号的一个码元可以表示为（2—1）式中：k=整数；和分别可以取多个离散值。式（2—1）可以展开为（2—2）令Xk=Akcosqk，Yk=-Aksinqk则式（2—1）变为（2—3）和也是可以取多个离散的变量。从式（2—3）看出，可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。在式（2—1）中，若qk值仅可以取p/4和-p/4，Ak值仅可以取+A和-A，则此QAM信号就成为QPSK信号，如图1.7所示： 图1.74QAM信号矢量图所以，QPSK信号就是一种最简单的QAM信号。有代表性的QAM信号是16进制的，记为16QAM，它的矢量图示于下图1.8中：AAk图1.816QAM信号矢量图图中用黑点表示每个码元的位置，并且示出它是由两个正交矢量合成的。类似地，有64QAM和256QAM等QAM信号，如图1.9、图1.10所示。它们总称为MQAM调制。由于从其矢量图看像是星座，故又称星座调制。图1.964QAM信号矢量图图1.10256QAM信号矢量图16QAM信号的产生方法主要有两种。第一种是正交调幅法，即用两路独立的正交4ASK信号叠加，形成16QAM信号，如图1.11所示。AAM图1.11正交调幅法第二种方法是复合相移法，它用两路独立的QPSK信号叠加，形成16QAM信号，如图1.12所示。图中AAMAM图1.12复合相移法虚线大圆上的4个大黑点表示一个QPSK信号矢量的位置。在这4个位置上可以叠加上第二个QPSK矢量，后者的位置用虚线小圆上的4个小黑点表示。三、QAM调制解调原理1、QAM调制正交幅度调制QAM是数字通信中一种经常利用的数字调制技术，尤其是多进制QAM具有很高的频带利用率，在通信业务日益增多使得频带利用率成为主要矛盾的情况下，正交幅度调制方式是一种比较好的选择。正交幅度调制（QAM）信号采用了两个正交载波，每一个载波都被一个独立的信息比特序列所调制。发送信号波形如图1.13所示图1.13M=16QAM信号星座图式中{}和{}是电平集合，这些电平是通过将k比特序列映射为信号振幅而获得的。例如一个16位正交幅度调制信号的星座图如下图所示，该星座是通过用M＝4PAM信号对每个正交载波进行振幅调制得到的。利用PAM分别调制两个正交载波可得到矩形信号星座。QAM可以看成是振幅调制和相位调制的结合。因此发送的QAM信号波形可表示为如果那么QAM方法就可以达到以符号速率同时发送个二进制数据。图1.14给出了QAM调制器的框图。图1.14QAM调制器框图2、QAM的解调和判决假设在信号传输中存在载波相位偏移和加性高斯噪声。因此r(t)可以表示为其中是载波相位偏移，且将接收信号与下述两个相移函数进行相关如图1.15所示，相关器的输出抽样后输入判决器。使用图1-15中所示的锁相环估算接收信号的载波相位偏移，相移和对该相位偏移进行补偿。图1.15QAM信号的解调和判决假设图中1.15所示的时钟与接收信号同步，以使相关器的输出在适当的时刻及时被抽样。在这些条件下两个相关器的输出分别为其中噪声分量是均值为0，方差为的互不相关的高斯随机变量。最佳判决器计算距离量度3、QAM的误码率性能矩形QAM信号星座最突出的优点就是容易产生PAM信号可直接加到两个正交载波相位上，此外它们还便于解调。对于下的矩形信号星座图（K为偶数），QAM信号星座图与正交载波上的两个PAM信号是等价的，这两个信号中的每一个上都有个信号点。因为相位正交分量上的信号能被相干判决极好的分离，所以易于通过PAM的误码率确定QAM的误码率。M进制QAM系统正确判决的概率是：。式中是进制PAM系统的误码率，该PAM系统具有等价QAM系统的每一个正交信号中的一半平均功率。通过适当调整M进制PAM系统的误码率，可得：式中是每个符号的平均信噪比。因此，因此M进制QAM的误码率为：可以注意到，当K为偶数时，这个结果对情形时精确的，而当K为奇数时，就找不到等价的进制PAM系统。如果使用最佳距离量度进行判决的最佳判决器，可以求出任意K>=1误码率的的严格上限。<=其中，是每比特的平均信噪比。第二节多进制正交幅度调制及相干解调原理框图一、正交调制原理框图图1.16正交调制原理框图二、相干解调原理框图图1.17相干解调原理框图

第二章MATLAB通信系统工具箱MATLAB通信系统工具箱主要应用于参数化模型，频谱分析和估计等。通信系统工具箱实际上是用MATLAB的基本语句变成的各种子程序集，用于解决某一方面的专门问题或实现某一类的新算法。MATLAB的通信系统工具箱可以任意增减，不同的工具箱可以给不同领域的用户提供丰富强大的功能。MATLAB中的通信系统工具箱是目前比较成熟的通信系统仿真工具，MATLAB通信系统工具箱提供的函数主要用于处理通信及传输问题，为我们分析通信系统中每个过程提供了极大的帮助，使我们能够轻松直观的解决问题。常用的MATLAB函数主要有以下几项：1、figure功能：创建新的图形窗口(用于输出图形的窗口)。格式：figure说明：figure函数创建一个新的图形窗口,并成为当前图形窗口,所创建的图形窗口的序号是按同一MATLAB程序中创建的顺序号。2、plot功能：线型绘图函数。格式：plot(x)plot(x,y)说明：plot(x)是一种最简单的调用方式,x是长度为n的数值向量。plot(x)的作用是在坐标系中顺序地用直接连接顶点{i,x(i),i=1,2,…,n}生成一条折线。当向量元素充分多时,即可生成一条光滑的曲线。3、subplot功能：多坐标设置与定位当前坐标系。格式：subplot(m,n,k)说明：subplot(m,n,k)将图形窗口分成m行n列m*n块子区域，按从上到下,从左到右的顺序,在第k块子区域定义一个坐标系,使其成为当前坐标系,随后的绘图函数将在该坐标系输出图形。4、ezplot功能：该命令用来绘制符号表达式的自变量和对应各函数值的二维曲线。格式：ezplot(F,[xmin,xmax],fig)说明：其中F是要画的符号函数；[xmin,xmax]是绘图的自变量范围，fip是窗口。5、axis功能：该命令用来控制坐标轴的特性。格式：axis([xmin,xmax],[ymin,ymax])说明：此为坐标范围,其中xmin＜xmax，ymin＜ymax。7、angle功能：求复数的相角。格式：P=angle(Z)说明：当Z为复数矩阵时，用来求矩阵Z中每个元素的相角，相角位于[-,]。

第三章MATLAB的模拟调制和解调实例第一节用MATLAB分析双边带幅度调制（DSM-AM）我们可以利用MATLAB强大的符号运算功能来进行运算,再根据MATLAB的可视化结果进行分析。在DSB-AM中，已调信号的时域表示为：u(t)=m(t)c(t)=Acm(t)式中，m(t)是消息信号，c(t)=Ac为载波，fc是载波的频率（单位：HZ）,是初始相位。为了讨论方便取初相=0（以下类似）。随u(t)作傅里叶变换，即可得到信号的频域表示：U（f）=Ac/2+Ac/2传输带宽Bt是消息信号带宽W的两倍，即：Bt=2W。0＜t＜t0/3某消息信号m(t)=-2t0/3＜t＜2t0/3其他用信号m(t)以DSB-AM方式调制载波c(t)=cos(2∏fct),所得到的已调制信号记为u(t).设t。=0.15s,fc=250Hz。试比较消息信号与已调信号，并绘制它们的频谱。运用如下MATLAB程序:t0=0.15;％信号持续时间ts=0.001;％采样时间间隔Fc=250;％载波频率FS=1/ts;％采样频率df=0.3;％频率分辨率t=[0:ts:t0];％时间矢量m=[ones(1,t0/(3*ts)),-2*ones(1,t0/(3*ts)),zeros(1,t0/(3*ts)+1)];％定义信号序列C=cos(2*pi*Fc.*t);％载波信号u=m.*c;％调制信号[M,m,df1]=fft_seq(m,ts,df);％傅里叶变换M=M/FS;[U,u,df1]=fft_seq(m,ts,df);U=U/FS;[C,c,df1]=fft_seq(c,ts,df);f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-Fs/2;％频率矢量subplot(2,2,1);plot(t,m(1:length(t)));％未调制信号title(‘未调制信号‘)；subplot(2,2,2);plot(t,u(1:length(t)));％已调制信号title(‘已调制信号‘)；subplot(2,2,3)；plot(f,abs(fftshift(M)));％未调制信号频谱title(‘未调制信号频谱‘)；subplot（2,2,4）；plot(f,abs(fftshift(U)));％已调制信号频谱title(‘已调制信号频谱‘)；傅里叶变换函数fft_seq,源代码如下：function[M,m,df]=fft_seq(m,ts,df)％[M,m,df]=fft_seq(m,ts,df)％[M,m,df]=fft_seq(m,ts)％M为输入序列m的傅里叶变换，ts为抽样间隔，输入df为频率分辨率％输出序列m按要求的频率分辨率df进行补零后的序列％输出df为最终的频率分辨率fs=1/ts;ifnargin==2,n1=0;else,n1=fs/df;endn2=length(m);n=2^(max(nextpow2(n1),nexpow2(n2)));M=fft(m,n);m=[m,zeros(n-n2)];df=fs/n;运行后得到的信号和调制信号如图3.1所示：图3.1双边带幅度调制信号

第二节用MATLAB分析相干解调过程0＜t＜t0/3例某消息信号m(t)= -2 t0/3＜t＜2t0/3用信号m(t)以DSB-AM方式调制载波c(t)=cos(2∏fct),所得到的已调制信号记为u(t).设t0=0.15s,fc=250Hz。得到DSM-AM的调制信号，现试对该调制信号进行相干解调，并绘出消息信号的时域频域曲线。MATLAB设计程序如下：t0=0.15;％信号持续时间ts=1/1500;％采样时间间隔Fc=250;％载波频率FS=1/ts;％采样频率df=0.3;％频率分辨率t=[0:ts:t0];％时间矢量m=[ones(1,t0/(3*ts)),-2*ones(1,t0/(3*ts)),zeros(1,t0/(3*ts)+1)];％定义信号序列C=cos(2*pi*Fc.*t);％载波信号 u=m.*c;％调制信号 y=u.*c;％混频[M,m,df1]=fft_seq(m,ts,df);％傅里叶变换M=M/Fs;％缩放[U,u,df1]=fft_seq(m,ts,df);U=U/FS;[Y,y,df1]=fft_seq(y,ts,df);Y=Y/Fs;f_cutoff=150;％滤波器的截止频率n_cutoff=floor(150/df1);％设计滤波器f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-Fs/2;％频率矢量H=zero(size(f));H(1:n_cutoff)=2*ones(1,n_cutoff);H(length(f)-n_cutoff+1:length(f))=2*ones(1,n_cutoff);DEM=H.*Y;％滤波器输出的频谱dem=real(ifft(DEM))*Fs;％滤波器的输出subplot(2,2,1);plot(t,m(1:length(t)));％未调制信号title(‘未调制信号‘)；subplot(2,2,2);plot(t,dem(1:length(t)));％解调信号title(‘解调信号‘)；subplot(2,2,3)；plot(f,abs(fftshift(M)));％未调制信号频谱 title(‘未调制信号频谱‘)；subplot（2,2,4）；plot(f,abs(fftshift(DEM)))；％解调信号的频谱title(‘已调制信号谱‘)；运行该程序后得到的信号和调制信号，以及信号调制前、后的频谱对比如图3.2所示：图3.2相干解调信号第三节基于MATLAB的多进制正交幅度调制及相干解调设计与仿真一、对系统进行分析与设计首先进行系统的分析的设计，整个设计分为如下几个部分：随机序列的产生，序列的串并和并串转换，16QAM调制，星座图的绘制，16QAM解调，加入噪声，误码率的测量及绘图。二、随机信号的生成利用Matlab中的random_binary函数来产生0、1等概分布的随机信号。源代码如下所示：random_binary.m%产生二进制信源随机序列function[info]=random_binary(N)ifnargin==0,%如果没有输入参数，则指定信息序列为10000个码元N=10000;end;fori=1:N,temp=rand;if(temp<0.5),info(i)=0;%1/2的概率输出为0elseinfo(i)=1;%1/2的概率输出为1endend;三、星座图映射对产生的二进制随机序列进行串并转换，分离出I分量、Q分量，然后再分别进行电平映射。由于是调用matlab系统函数调制解调，在此将转换后边的序列进行四进制转换，方便后面的调制，再将转换好的序列通过调用qam()函数进行16qam调制，具体代码如下：代码如下：%串/并变换分离出I分量、Q分量，然后再分别进行电平映射I=x(1:2:nn-1); [I,In]=two2four(I,4*m); Q=x(2:2:nn); [Q,Qn]=two2four(Q,4*m);ifKbase==2;%基带成形滤波I=bshape(I,fs,fb/4); Q=bshape(Q,fs,fb/4);end; y=I.*cos(2*pi*fc*t)-Q.*sin(2*pi*fc*t);%调制二进制转换成四进制代码：two2four.m%二进制转换成四进制function[y,yn]=two2four(x,m);T=[01;32];n=length(x);ii=1;fori=1:2:n-1;xi=x(i:i+1)+1;yn(ii)=T(xi(1),xi(2));ii=ii+1;end;yn=yn-1.5;y=yn;fori=1:m-1;y=[y;yn];end; y=y(:)';%映射电平分别为-1.5；0.5；0.5；1.5画出星座图代码如下：constel.m%画出星座图functionc=constel(x,fs,fb,fc);N=length(x);m=2*fs/fb; n=fs/fc;i1=m-n; i=1;ph0=(i1-1)*2*pi/n;whilei<=N/m;xi=x(i1:i1+n-1); y=2*fft(xi)/n;c(i)=y(2);i=i+1;i1=i1+m;end;%如果无输出，则作图ifnargout<1; cmax=max(abs(c));ph=(0:5:360)*pi/180;plot(1.414*cos(ph),1.414*sin(ph),'c');holdon; fori=1:length(c);ph=ph0-angle(c(i));a=abs(c(i))/cmax*1.414;plot(a*cos(ph),a*sin(ph),'r*');end;plot([-1.51.5],[00],'k:',[00],[-1.51.5],'k:');holdoff;axisequal;axis([-1.51.5-1.51.5]);end;四、波形成形（平方根升余弦滤波器）为了避免相邻传输信号之间的串扰，多元符号需要有合适的信号波形。方波是在本地数字信号处理时常见的波形，但在实际传输时这种方波并不合适。根据奈奎斯特第一准则，在实际通信系统中一般均使接收波形为升余弦滚降信号。这一过程由发送端的基带成形滤波器和接收端的匹配滤波器两个环节共同实现，因此每个环节均为平方根升余弦滚降滤波，两个环节合成就实现了一个升余弦滚降滤波。实现平方根升余弦滚降信号的过程称为“波形成形”，通过采用合适的滤波器对多元码流进行滤波实现，由于生成的是基带信号，因此这一过程又称“基带成形滤波”。代码如下：bshape.m%基带升余弦成形滤波器functiony=bshape(x,fs,fb,N,alfa,delay);%设置默认参数ifnargin<6;delay=8; end;ifnargin<5;alfa=0.5; end;ifnargin<4;N=16; end;b=firrcos(N,fb,2*alfa*fb,fs);y=filter(b,1,x);五、调制调制代码：qam.mfunction[y,I,Q]=qam(x,Kbase,fs,fb,fc);T=length(x)/fb; m=fs/fb; nn=length(x);dt=1/fs; t=0:dt:T-dt;%串/并变换分离出I分量、Q分量，然后再分别进行电平映射I=x(1:2:nn-1); [I,In]=two2four(I,4*m); Q=x(2:2:nn); [Q,Qn]=two2four(Q,4*m);ifKbase==2;%基带成形滤波I=bshape(I,fs,fb/4); Q=bshape(Q,fs,fb/4);end; y=I.*cos(2*pi*fc*t)-Q.*sin(2*pi*fc*t);%调制六、加入高斯白噪声之后解调为了简化程序和得到可靠的误码率，我们在解调时并未从已调信号中恢复载波，而是直接产生与调制时一模一样的载波来进行信号解调。加入不同强度的高斯白噪声代码：SNR_in_dB=8:2:24;%AWGN信道信噪比forj=1:length(SNR_in_dB)y_add_noise=awgn(y2,SNR_in_dB(j));%加入不同强度的高斯白噪声y_output=qamdet(y_add_noise,fs,fb,fc);%对已调信号进行解调解调时先设计一个巴特沃斯滤波器，然后将I分量、Q分量并/串转换，最终恢复成码元序列xn，然后进行解调。解调的代码如下：%QAM信号解调function[xn,x]=qamdet(y,fs,fb,fc);dt=1/fs;t=0:dt:(length(y)-1)*dt;I=y.*cos(2*pi*fc*t); Q=-y.*sin(2*pi*fc*t); [b,a]=butter(2,2*fb/fs);%设计巴特沃斯滤波器I=filtfilt(b,a,I); Q=filtfilt(b,a,Q);m=4*fs/fb; N=length(y)/m; n=(.6:1:N)*m;n=fix(n);In=I(n); Qn=Q(n); xn=four2two([InQn]);%I分量Q分量并/串转换，最终恢复成码元序列xnnn=length(xn); xn=[xn(1:nn/2);xn(nn/2+1:nn)];xn=xn(:); xn=xn';四进制转换成二进制代码如下：%四进制转换成二进制functionxn=four2two(yn);y=yn;ymin=min(y);ymax=max(y);ymax=max([ymaxabs(ymin)]);ymin=-abs(ymax);yn=(y-ymin)*3/(ymax-ymin);%设置门限电平，判决I0=find(yn<0.5); yn(I0)=zeros(size(I0));I1=find(yn>=0.5&yn<1.5); yn(I1)=ones(size(I1));I2=find(yn>=1.5&yn<2.5); yn(I2)=ones(size(I2))*2;I3=find(yn>=2.5); yn(I3)=ones(size(I3))*3;%一位四进制码元转换为两位二进制码元T=[00;01;11;10];n=length(yn);fori=1:n;xn(i,:)=T(yn(i)+1,:);end;xn=xn'; xn=xn(:); xn=xn';七、误码率曲线误码率代码如下：numoferr=0;fori=1:Nif(y_output(i)~=info(i)),numoferr=numoferr+1;end;end;Pe(j)=numoferr/N;%统计误码率end;figure;semilogy(SNR_in_dB,Pe,'red*-');gridon;xlabel('SNRindB');ylabel('Pe');title('16QAM调制在不同信道噪声强度下的误码率');八、16-QAM载波调制信号在AWGN信道下的性能16-QAM载波调制信号在AWGN信道下的性能代码如下：clearallnsymbol=100000;%每种信噪比下的发送符号数M=16;%16-QAMgraycode=[0132457612131514891110];%Gray编码规则EsN0=5:20;%信噪比，Es/N0snr1=10.^(EsN0/10);%信噪比转换为线性值msg=randint(1,nsymbol,M);%消息数据msg1=graycode(msg+1);%Gray映射msgmod=qammod(msg1,M);%基带16-QAM调制spow=norm(msgmod).^2/nsymbol;%求每个符号的平均功率forindx=1:length(EsN0)sigma=sqrt(spow/(2*snr1(indx)));%根据符号功率求噪声功率rx=msgmod+sigma*(randn(1,length(msgmod))+j*randn(1,length(msgmod)));y=qamdemod(rx,M);decmsg=graycode(y+1);[err,ber(indx)]=biterr(msg,decmsg,log2(M));%误比特率[err,ser(indx)]=symerr(msg,decmsg);%误符号率endP4=2*(1-1/sqrt(M))*qfunc(sqrt(3*snr1/(M-1)));ser1=1-(1-P4).^2;%理论误符号率ber1=1/log2(M)*ser1;%理论误比特率semilogy(EsN0,ber,'-ko',EsN0,ser,'-k*',EsN0,ser1,EsN0,ber1,'-k.');title('16-QAM载波调制信号在AWGN信道下的性能')xlabel('Es/N0');ylabel('误比特率和误符号率')legend('误比特率','误符号率','理论误符号率','理论误比特率')第四节仿真结果及分析图3.3已调信号图形图3.4已调信号频谱图3.516QAM星座图图3.616QAM调制在不同信道噪声强度下的误码率图3.716-QAM载波调制信号在AWGN信道下的性能由图3.6图3.7可看到当信噪比小的情况下，仿真曲线和理论曲线差距略大，而随着信噪比的增大，仿真曲线越来越逼进理论曲线。在同样信噪比时，误符号率比误比特率（误码率）要大。简单分析不难看出，由于理论误码率曲线是建立在误符号率除以4的基础上的，而这一条件的前提是出现误符号的时候，一个符号中只有一个bit位发生了错误，这表明误码率比较低，也就是说明信噪比比较大。所以，当信噪比比较小的时候，理论计算的误码率的值要小于仿真得到的值。

结论通过对本次应用MATLAB语言对通信系统的分析，使我系统的理解了调制和解调的功能，对掌握信息的传输有了进一步提高。本文介绍了通信系统的含义，进而引出模拟调制和解调的概念。人工计算调制和解调过程比较困难，而MATLAB具有的强大功能可以很容易的解决这一问难题，所以又本文详细介绍了MATLAB通信系统工具箱；并给出了基于MATLAB的通信系统的设计和仿真的实现，运用MATLAB仿真软件进行仿真。针对通信系统中的仿真本文设计了调制与解调的仿真系统，在调制部分提高频谱利用率，采用的方法是正交幅度调制、多进制正交幅度调制，本文利用它对M进制正交幅度调制系统进行了仿真,从理论上验证M进制正交幅度调制系统工作原理和优越性,为实际应用和科学合理地设计正交幅度调制系统,提供了便捷、高效、直观的重要方法，在解调部分，我们搭建了解调系统，采用相干解调的思想进行代码开发实现了解调，并且针对上述搭建的仿真进行了仿真测试，测试结果表明我们所搭建的仿真平台是确实有效的。从上面的我们可以看出用MATLAB辅助分析信号频谱，具有编程简单、计算准确、绘图方便、结果直观等特点。用MATLAB的计算功能，不仅使大量的手工计算得以简化,也使得离散系统的分析更为简便和高效。利用MATLAB的绘图功能，有利于分析结果的直观理解，也有利于深入掌握所学的内容。

致谢在我做论文期间，我的指导老师刘占军老师给予我极大的帮助，正是在刘老师的悉心指导和无微不至的关怀下完成的，在论文即将结束之际，我衷心的感谢我的指导老师，谢谢他的帮助和支持！另外在论文期间，我周围的同学特别是我宿舍里的室友也给了我很大的帮助，再次对我的室友说一声谢谢，也对我周围的朋友、同学以及我的家人表示感激，谢谢你们的支持!

参考文献[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理（第六版）[M],国防工业出版社，2009[2]程相君，陈生潭.信号与系统[M],西安电子科技大学出版社,1990[3]曹志刚，钱压生.现代通信原理[M],清华大学出版社，1992[4]刘敏，魏玲.MATLAB通信仿真与应用[M]，国防工业出版社，2001[5]唐向宏，岳恒立，郑学峰.MATLAB及在电子信息类课程中的应用[M]，北京电子工业出版社，2006[6]陈杰.MATLAB宝典[M]，电子工业出版社[7]张德丰.MATLAB/Simulink建模与仿真[M]，北京电子工业出版社目录第一章总论 11.1项目背景 11.2项目概况 31.3结论与建议 6第二章改造的意义和必要性 82.1项目实施的背景 82.2项目实施的意义和必要性 8第三章改造方案 123.1技改前情况 123.2改造方案 12第四章场址方案 144.1场址所在位置现状 144.2场址建设条件 14第五章技术方案、设备方案与工程方案 185.1技术方案 185.2主要设备方案 265.3工程方案 28第六章主要原材料、燃料供应 296.1主要原材料供应 296.2燃料供应 PA