数字通信系统基于Matlab数字基带调制

《数字通信系统基于Matlab数字基带调制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字通信系统基于Matlab数字基带调制（29页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、吉林工程技术师范学院 信息工程学院 数字通信系统 课程设计报告题 目： 基于Matlab数字基带调制 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子信息1041班 姓 名： 学 号： 指导教师： 时 间： 目 录第一章 绪 论11.1 通信的发展史简介11.2 通信技术的发展现状和趋势2第二章 数字基带传输42.1 数字基带传输概述42.2 数字基带信号及其波形52.2.1 单极性不归零波形52.2.2 双极性不归零波形62.2.3 单极性归零波形72.2.4 双极性归零波形8第三章 调制解调103.1 数字调制系统的基本结构103.2 数字的基本调试方式103.2.1 振幅键控（ASK）调制与解调1

2、13.2.2 移频键控（FSK）调制与解调153.2.3 移相键控（PSK）调制与解调18第四章 课程设计总结22参考文献I附录I第一章 绪 论1.1 通信的发展史简介通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(Message)。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号（Signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散

3、的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息(Information) 。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有

4、效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。远古时代,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的,这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息,人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。1837年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开始,之后，利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876年贝尔发明了电话,利用电信号实现了语音信号的有线传递，使信息的传递变的既迅速又准确，这标志着模拟通信的开始，由于它比电报更便于交流使用，所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的电话

5、通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的发展。1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现，使得数字通信迅速发展。在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替，现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途。1.2 通信技术的发展现状和趋势 进入20世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。特别是在20世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成

6、功。（1） 微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。（2） 移动通信和卫星通信的出现，使人们随时随地可通信的愿望可以实现。（3） 光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。（4） 电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和计算机的融合，人们将世界变成了地球村。第二章 数字基带传输2.1 数字基带传输概述在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。基带传输系

7、统的基本结构如图所示。如图2-1所示。图2-1 数字基带传输系统结构图数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调制方式是：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK 或DPSK)。2.2 数字基带信号及其波形数字基带信号， 是信源发出的、未经调制或频谱变换、直接在有效频带与信号频谱相对应的信道上传输的数字信号，是消息代码的电波形，是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。数字基带信号的类型很多，常见的有矩

8、形脉冲，三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。最常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换,也是模数变换后的信号。2.2.1 单极性不归零波形单极性不归零码是最简单、最基本的二元码，他只能使用一个电压值（0和+1）表示数字信息。在数字通信设备内部，由于电路之间距离很短，都采用单极性编码这种比较简单的数字编码形式。单极性不归零编码简单高效外，还具有廉价的特点。单极性不归零波形如图2-1所示。 图2-1 单极性不归零波形用单极性不归零码来表示二元信息序列1010110101，画出波形示意图。如图2-2所示，程序详见附录。 图2-2 单极性不归零码2.2.2 双极性不归零波形双极性不归零码是用正电平和负

9、电平分别表示二进制码1和0的码型，它与双极性归零码类似，但双极性不归零码的波形在整个码元持续期间电平保持不变。双极性不归零码的特点是：从统计平均来看，该码型信号在1和0的数目各占一半时无直流分量，并且接收时判决电平为0，容易设置并且稳定，因此抗干扰能力强。此外，可以在电缆等无接地的传输线上传输，因此双极性不归零码应用极广。双极性不归零码常用于低速数字通信。双极性码的主要缺点是：与单极性不归零码一样，不能直接从双极性不归零码中提取同步信号，并且1码和0码不等概时，仍有直流成分。双极性不归零码波形如图2-3所示。 图2-3 双极性不归零波形用双极性不归零码来表示二元信息序列1010110101，画

10、出波形示意图，如图2-4所示，程序详见附录。 图2-4 双极性不归零码2.2.3 单极性归零波形单极性归零码（RZ）即是以高电平和零电平分别表示二进制码1和0，而且在发送码1时高电平在整个码元期间T只持续一段时间，其余时间返回零电平。在单极性归零码中，/T 称为占空比。单极性归零码的主要优点是可以直接提取同步信号，因此单极性归零码常常用作其他码型提取同步信号时的过渡码型。也就是说其他适合信道传输但不能直接提取同步信号的码型，可先变换为单极性归零码，然后再提取同步信号。单极性归零波形如图2-5所示。 图2-5 单极性归零波形用单极性归零码来表示二元信息序列1010110101，画出波形示意图，如

11、图2-6所示，程序详见附录。图2-6 单极性归零码2.2.4 双极性归零波形双极性归零码是二进制码0和1分别对应于正和负电平的波形的编码，在每个码之间都有间隙产生。这种码既具有双极性特性，又具有归零的特性。双极性归零码的特点是：接收端根据接收波形归于零电平就可以判决1比特的信息已接收完毕，然后准备下一比特信息的接收，因此发送端不必按一定的周期发送信息。可以认为正负脉冲的前沿起了起动信号的作用，后沿起了终止信号的作用。因此可以经常保持正确的比特同步。即收发之间元需特别的定时，且各符号独立地构成起止方式，此方式也叫做自同步方。双极性归零波形如图2-7所示。 图2-7 双极性归零波形用双极性归零码来

12、表示二元信息序列1010110101，画出波形示意图，如图2-8所示，程序详见附录。图2-8 双极性归零码第三章 调制解调3.1 数字调制系统的基本结构在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。数字调制系统由调制器、信道、解调器等组成，如图3-1 所示。 图3-1 数字调制系统的基本结构 3.2 数字的基本调试方式数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，

13、数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调试方式是：振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）、和移相键控（PSK或DPSK）。3.2.1 振幅键控（ASK）调制与解调振幅键控（Amplitude Shift Keying，缩写为ASK）是载波的振幅随着数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控（2ASK）其表示式为： 式中，是持续时间为的矩形波形，是脉冲幅值的取值，=0或1。1、调制仿真2ASK信号调制的模型方框图由DSP模块中的sinwave信号源、方波信号源、相

14、乘器等模块组成，Simulink 模型图如图3-2所示。图3-2 2ASK信号调制的模型其中正玄信是载波信号，方波代表S（t）序列的信号塬，正玄信号和方波相乘后就得到键控2ASK信号。建立好模型之后就要设置系统参数，以达到系统的最佳仿真。从正玄信号源开始依次的仿真参数设置如图3-3所示。图3-3 设置系统参数图经过上面参数的设置后，就可以进行系统的仿真下面示波器显示的各点的波形图如图3-4所示。图3-4 系统调制仿真图2、 解调仿真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出S(t)信号，simulink模型图如图3-5所示

15、。图3-5 2ASK解调的 simulink模型图建立好模型之后，开始设置各点的参数，由于低通滤波器是滤去高频的载波，才能恢复出原始信号，所以为了使已调信号的频谱有明显的搬移，就要使载波和信息源的频率有明显的差别，所以载波的频率设置为100Hz。为了更好的恢复出信源信号，所以在此直接使用原载波信号作为同步载波信号。下面是低通滤波器的参数设置如图3-6所示。图3-6 低通滤波器的参数设置图系统仿真的时间波形图如图3-7所示。图3-7 2ASK信号解调的波形图3.2.2 移频键控（FSK）调制与解调正弦载波的频率岁数字基带信号在和两个频率点间变化，则产生移频键控信号。移频键控信号可以利用手矩形脉冲

16、序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。当数字基带信号为二进制时，则为二进制移频键控，其表达式为1、 调制仿真2FSK信号是由频率分别为f1和f2的两个载波对信号源进行频率上的控制而形成的，其中f1和f2是两个频率有明显差别的且都远大于信号源频率的载波信号，2FSK信号产生的simulink仿真模型图如图3-8所示。图3-8 2FSK信号的simulink模型方框图系统的个模块的参数如图3-9所示。图3-9 参数设置图经过以上参数的设置后就可以进行系统的仿真，其波形图如图3-10所示。图3-10 调制仿真图2、解调仿真（1）方框图如图3-11所示。图3-11 2FSK信号解调方框图（

17、2）参数设置图3-12 参数设置（3）调制仿真图图3-13 2FSK信号解调波形3.2.3 移相键控（PSK）调制与解调 当正弦载波的相位岁数字基带信号离散变化是，则产生移相键控信号。当数字基带信号为二进制时，则为二进制移相键控，其表达式为 1、 调制仿真（1） 系统的方框图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，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。 在此用已调信号载波的 0和 180分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0用两个反相的载波信号进行调制，其方框图如图3-14所示。图3-14 2PSK信号调制的simulink的模型图（2）参数设置图3-15 参数设

18、置（3） 调制仿真图图3-16 2PSK调制的波形2、 调制仿真（1） 建立simulink模型方框图3-17所示。图3-17 simulink模型图（2） 仿真波形图如图3-18所示。图3-18 2PSK解调波形 第四章 课程设计总结三周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养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。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。通过本设计不仅把以前学过的知识重新温习，而且在查阅课外资料是还有好多芯片都是以学过的芯片为

19、基础，并且在其基础上改进和完善的。通过课程设计的实施可以使学生把在校学习的理论知识和实际应用有机地结合起来，同时也能培养我独立思考、勇于创新的科学态度和钻研精神。课程设计使我在以下几个方面有所明显提高：融会和贯通所学习专业的基本概念、基本理论和基本技能。综合运用所学专业理论知识和技能分析，提高解决实际问题的能力。以科学的、实事求是的态度进行科学试验和工程实践的动手操作能力。提高文献阅读和使用能力。22参考文献1 曹志刚，钱亚生.现代通信原理.北京：清华大学出版社，19922 张辉，曹丽娜.通信原理学习辅导.西安：西安电子科技大学出版社，20033 倪维桢.数据通信原理.北京：中国人民大学出版社

20、，19994 欧阳长月.数字通信.北京：北京航空航天大学出版社，19885 沈振元.通信系统原理.西安：西安电子科技大学出版社，19936 南利平.通信原理简明教程.北京：清华大学出版社，20007 易波.现代通信导论.长沙：国防科技大学出版社，19988 王秉钧.现代通信系统原理.天津：天津大学出版社，19919 刘卫国.MATLAB程序设计教程.北京：中国水利水电出版社，200510 朱衡君.MATLAB语言及实践教程(第二版).北京：清华大学出版社，2009.811 张静.MATLAB在控制系统中的应用.北京：电子工业出版社，2007II附录单极性不归零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);-双极性不归零function y=dnrz(x)x=1 0 1 0

22、 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);grid on axis(0,i,m-0.1,M+0.1); title(1 0 1 0 1 1 0 1 0 1);-单极性归零function y=srz(x)x=1 0 1 0 1 1 0 1 0

23、1;t0=200;t=0:1/t0:length(x);for i=1:length(x) if(x(i)=1) for j=1:t0/2 y(t0/2*(2*i-2)+j)=1; y(t0/2*(2*i-1)+j)=0; end else for j=1:t0/2 y(t0*(i-1)+j)=0; end endend y=y,x(i); M=max(y); m=min(y); subplot(211) 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);-双极性归零function y=drz(x)x=1

24、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:t0/2 y(t0/2*(2*i-2)+j)=1; y(t0/2*(2*i-1)+j)=0; end else for j=1:t0/2 y(t0/2*(2*i-2)+j)=-1; y(t0/2*(2*i-1)+j)=0; end endend y=y,x(i); M=max(y); m=min(y); subplot(211) 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);-III