通信原理 数字频带通信系统的设计与仿真分析

前 数字频带通信系统原 二进制振幅键控 二进制频移键控 二进制相移键控 正交相移键控 Matlab简 Simulink简 错误!未定义书签 错误!未定义书签利用Simulink进行模型建立和系统仿 2ASK的调制与解调仿 建立模型方框 参数设 系统仿真及各点波形 误码率分 2FSK的调制与解调仿 建立模型方框 参数设 系统仿真及各点波形 2PSK的调制与解调仿 建立模型方框 参数设 系统仿真及各点波形 QPSK的调制与解调仿 建立模型方框 参数设 系统仿真及各点波形 总 参考文 通信原理课程设发展，各种新的电信业务也应运而生，正沿着信息服务多种领域广泛延伸。k提供了一个交互式的图形化环境及可定制模块库，可对各仿真、执行和测试。本次课设在深刻理解通信系统理论的基础上，利用MATLAB提供的建模和仿真原理做出数字通信系统的基本模型分别是ASKFSKPSKQPSK，并且用Simulink来实现通信系统中各个部分的仿真，调制部分，解调部分等等，果进行分析，更深入地掌握数字调制系统的相关知识1通信原理课程设信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。1-1数字调制系统的基本结AK、移频键控K和相移键控K。二进制振幅键控信号为二进制时，则为二进制振幅键控。二进制振幅键控信号可表示二进制振幅键控信号时间波型如图1-2所示由图1-2可以看出,2ASK信号的时间波形随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号(OOK信号)。二进制振幅键控信号的产生方法如图1-3所示,其中图(a)是采用模拟相乘的方法实2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)，其相应原理方框图如图1-4所示。2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图1-52通信原理课程设 s载tt 图1-32ASK信号调制器原理框图2

cot

（a）e2e

cost

（b）相干解调方1-42ASK信号的接收系统组成方框3通信原理课程设101001tttbc101001t1-52ASK信号非相干解调过程的时间波二进制频移键控二进制频移键控频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。典型波形如图1-6所示。 tt11t有图可见，2FSK信号的波形(a)可以分解为波形(b)和波形(c)。也就是说，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。2FSK信号的表达式4通信原理课程设coscos

))

ånååån

二进制频移键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。图7是数字键控法实现二进制频移键控信号的原理图。图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制，在一个码元s出1或2两个载波之一。二进制频移键控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和数字检测法，有非相干解调方法也有相干解调方法。采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图8信号，分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。振荡器振荡器振荡器1-7键控法产生2FSK信号的原理

带通

检波输2 定时脉

判决带通

检波（a）5通信原理课程设

co1t

输 定时脉

（b）相干解过零检测法解调器的原理图和各点时间波形如图9

e2e

（a）过零检测法原理（b）各点时间波1-9过零检测法原理图及各点时间波6通信原理课程设二进制相移键控二进制相移键控在二进制数字调制中,当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时进制数字基带信号的10。二进制相移键控信号的时域表达式为

Acos

概率

í-Acos 概率1 （1-由于两种码元的波形相同极性相反2PSK信号可以表述为一个双极性全cos

ånå

îî

ì1,

概率概率1-

这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。二进制相移键控信号的典型时间波形如图0所示。二进制相移键控信号的调制原理图如图1是采用模拟调制的方法产生K是采用数字键控的方法产生KK信号的解调通常2K信号相干解调各点时间波形如图3所示。当恢复的相干载波产生与发送的数字基带信号正好是相反，解调器输出数字基带信号全部出错。1010011Ts7通信原理课程设 图1-112PSK信号的调制原理框图

带 滤

相乘

抽 判决 输c 定c脉 atTT ct et1-132PSK信号相干解调时各点时间波正交相移键控多进制数字相位调制Q）状态的正弦波来代表多组二进制信息码元，即用载波的一个相位对应于一组二进8通信原理课程设制信息码元。如果载波有k个相位，它可以代表k位二进制码元的不同码组。在K信号中，载波相位可取Ｍ个可能值：q= 因此MPSK信号可表示

(1-

(1-假定载波频率ω0是基带数字信号的整数w=TsTs则上式可改写

¥

(1-单/双性变相电cot载波产串变π/2相加电单/双-sit相性变电由上式表明单/双性变相电cot载波产串变π/2相加电单/双-sit相性变电 QPSK的产生框由于QPSK信号可以看作是两个正交2PSK信号的叠加所以用两路正交的相干载波去解调可以很容易地分离这两路正交的2PSK信号。相干解调后的两路并行码元ab，经过并串变换后成为串行数据输出此法是一种正交相平解调法9通信原理课程设又称极性比较法，原理如图1-15所示0n)+q0n

(1-根据π/4移相系统PSK信号的相位配置规定抽样判决器的判决准则列于表2，当判决器按极性判决时，若正抽样值判为1，负抽样判定为0，则可将调相信号解调为相应的数字信号。解调出来的ab在经过并/串变换，就可以还原出原调制信号。若解调π/2移相系统的PSK信号，需改变移相网络及判决准则。

的极

的

判决器输a 通信原理课程设222.12.1Laborator（为Matlab）这就是Matlab最早的雏形。开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习Matlab诞生开始，由于其高度的集成性及应用的方便性，b是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。由于它使用简单，扩充方便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充b的功能，使其成为了巨大的知识宝库。目前的b版本已经可以方便的设计漂亮的界面，它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰富的函数库（工具箱，所以计算的功能实现也很简b和其他高级语言也具有良好b2.22.2k是B提供的用于对动态系统进行建模k提供了专门用于显示输出信号的模块k的存储模块，仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作空间或文件夹中，以供用户在仿真结束后对数据进行分析和处理。基于以上k基于矩阵的数值计算高级编程语言以及可视化的图形操作界面包含各领域的仿真工具箱，使用方便快捷并可以扩展提供与其他高级语言的接口k3离散模块和混合模块。连续模块是指输出信号发生连续变化的模块；离散模块则k采用积分方式计算输出信号的数值。离散模块的输出信号在下一个采样到来之前保持恒定，这个时候，k只需要以一定的间隔计算输出信号的数值1通信原理课程设2ASK建立模型方框2ASK信号的调制部分由DSP模块中的Sinewave信号源、方波信号源、相乘器等模块组成；2ASK的解调分为相干解调和非相干解调法，下面采用相干解调法2ASK信号进行解调，相干解调也叫同步解调，就是用已调信号恢复出载波——既同步载波，再用载波和已调信号相乘，经过低通滤波器和抽样判决器恢复参数设

3-12ASK信号调制解调的模型方框设置如下：号是基于采样的，其幅度设置为1，周期为3，占1比为2/3通信原理课程设下面是低通滤波器的参数设置3-2低通滤波器的参数设置系统仿真及各点波形图3所示。自上而下分别是正弦DPDP信号相乘后波形、以及再次与正弦DP信号相乘后波形、经过低通滤波器后波形、经过抽样判决器后波形，最后一组波形即为还原后波形，虽然有一定误差，但仍能反映基本波形。通信原理课程设图3- 各点的时间波形误码率分串扰或是参数设置的问题，由1图可以看出此系统的误码率为。2FSK建立模型方框通信原理课程设K信号的调试部分由eweiyGr基带信k模型图如图4所示：参数设

3-42FSK信号调制解调的模型方框将调制信号进行相干解调，为了无失真地恢复原始基带信号，调制信号需要与相同频率的载波相乘，先经过带通滤波器去除一定频率的分量，然后再经过包络检波器以及抽样判决器可得到原始的基带调制信号。带通滤波器AgrD5AgrD6AgrD7AgrD）的参数设如图8所示；抽样判决器Qg）的参数设如图9所示；通信原理课程设通信原理课程设通信原理课程设系统仿真及各点波形经过上面参数的设置后，就可以进行系统的仿真，图3-102FSK调制时示波器显示的各点的波形图，图3-112FSK解调时示波器显示的各点的波形图基带信号与正弦载波信号相乘后波形、以及取反后与正弦载波1信号相乘后波形、3-11中，自上而下分别是基带信号波形、只经过包络检波器后的波形、解号相同，延时是不可避免的。通信原理课程设3-102FSK调制各点波形3-112FSK解调各点波形通信原理课程设建立模型方框2PSK信号的调试部分由Sinewave信号源、BernoulliBinaryGenerator基带信Simulink模型图如图3-12所示：参数设

3-122PSK信号调制解调的模型方框通信原理课程设其余参数不改变所示；取样判决器（Sign）参数设置如图3-17所示；通信原理课程设2通信原理课程设3-17取样判决器（Sign）的参数设系统仿真及各点波形经过上面参数的设置后，就可以进行系统的仿真，图3-182PSK调制时示波器显示的各点的波形图，图3-192PSK解调时示波器显示的各点的波形图。图3-18中，自上而下分别是基带信号波形、基带信号经码型变换器后波形、正弦载波波形、经多路选择器后波形3-19中，自上而下分别是调制信号加波斯白噪声后波形、加噪声后信号与通信原理课程设建立模型方框通信原理课程设QPSK解调器信宿模块组成并用到信宿模块Scope以观察各个阶段信号的波形；参数设

3-20QPSK信号调制解调的模型方框随机整数信号传送至QPSK调制器。这里要求产生的必须是四进制随机整数，所以M-arynumber设置为4，具体的参数设置如图3-21所示。通信原理课程设制随机序列进行QPSK调制,使之产生QPSK信号。需要注意QPSK调制模块的参QPSK调制信道进行解调,使之恢复出原来的输入信号QPSK解调模块的参数设置与调制模块的参数设置一致。输入数据类型为整型，相位偏移设置为л/2。N2所示。通信原理课程设系统仿真及各点波形经过上面参数的设置后，就可以进行系统的仿真，图3是QK波器显示的各点的波形图。图中，自上而下分别是信源信号的波形、解调信号的波形、两者比较信号的波形。通信原理课程设误码率分

随着系统信噪比的增大，QPSK系统传输错误的码元数也越少系统的误码率也随之减小，QPSK系统的性能越来越好，越来越有利于信