基于matlab数字基带调制.doc
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《数字通信系统》
课程设计报告
题目：
基于MATLAB数字基带调制
26
目录
第一章绪论 1
1.1通信的发展史简介 1
1.2设计的目的及意义 2
第二章数字基带信号 3
2.1数字基带调制原理 3
2.2单极性不归零波形 4
2.3双极性不归零波形 4
2.4单极性归零波形 5
2.5双极性归零波形 6
第三章载波调制的数字传输 7
3.1载波调制的原理 7
3.2二进制2ASK的调制与解调仿真 8
3.3二进制2FSK的调制与解调仿真 15
3.4二进制2PSK的调制与解调仿真 20
第四章总结 25
参考文献 I
附录：
I
第一章绪论
1.1通信的发展史简介
随着数字通信技术和计算机技术的快速发展以及通信网与计算机网络的相互融合，信息科学技术已成为21世纪和世界的新的强大推动力。
信息是一种资源，只有通过广泛的传播与交流，才能产生利用价值，而欣喜的传播与交流，是依靠各种通信方式与技术来实现的。
学习和掌握现代通信原理与技术是信息社会每一位成员，尤其是未来通信工作者的迫切需求。
通信就是从一地向另一地传递消息。
通信的目的是传递消息中所包含的信息。
人们可以用语言、文字、数据、图片或活动图像等不同形式的消息来表达信息。
信息是消息的内涵，即消息中所包含的人们原来不知而待知的内容于传输含有信息的消息，否则，就失去了通信的意义。
实现通信的方式很多，如手势、语言、旌旗、消息树、烽火台、金鼓和译码传令，以及现代社会的电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网、数据和计算机通信等，这些都是消息传递方式和信息交流的手段。
随着社会的进步和科学技术的发展，目前使用最广泛的通信方式是电通信。
由于电通信迅速、准确、可靠且不受时间、地点、距离的限制，自然科学领域凡是涉及“通信”这一术语时，一般均值“电通信”。
通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿（受信者），它的一般模型如图1-1所示。
↑
图1-1通信系统一般模型
1.2设计的目的及意义
目的：
1、根据题目，查阅有关资料，掌握数字带通调制技术以及扩频通信原理。
2、学习MATLAB软件，掌握MATLAB各种函数的使用。
3、根据数字带通调制原理，运用MATLAB进行编程，仿真调制过程，记录并分析仿真结果。
意义：
课程设计需要运用MATLAB编程实现2ASK,2FSK,2PSK，2DPSK调制解调过程，并且输出其调制后的波形，画出频谱、功率谱密度图，并比较各种调制的误码率情况，讨论其调制效果。
第二章数字基带信号
2.1数字基带调制原理
基带信号具有较低的频率分量，不易通过无线信道传输。
因此，在通信系统的发送端需要有一个在舶来运载基带信号，也就是使载波的某个参量随基带信号的规律而变化，这一过程称为调制。
载波受调制后成为已调信号，它含有基带信号的全部特征。
在通信系统的接受端则需要有解调过程，其作用是将已调信号中的原始基带信号恢复出来。
调制的作用和目的：
将基带信号转换成适合于信道传输的已调信号；实现信道的多路复用，提高信道利用率；减小干扰，提高系统抗干扰能力；实现传输带宽与信噪比之间的互换，等等。
因此，调制对通信系统的有效性和可靠性有着很大的影响和作用。
采用什么样的调制方式将直接影响着通信系统的性能。
调制方式有很多，根据调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制；根据载波的选择可分为以正弦作为载波的连续波调制和以脉冲串作为载波的脉冲调制等讨论的重点使用取值连续的调制信号去控制正弦载波参量的模拟调制，他可分为幅度调制和角度调制。
其原理甚至电路完全推广到数字调制中去。
讨论的主要内容有：
各种已调信号的时域波形和频谱结构，调制与解调原理及系统的抗噪声性能数字基带信号数字基带信号是消息代码的电波形表示。
数字基带信号的类型有很多，常见的有矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。
下面以矩形脉冲为例介绍几种最常见的基带信号波形。
2.2单极性不归零波形
单极性不归零波形如图所示，这是一种最简单、最常用的系带信号形式。
这种信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码0和1，或者说，他在一个码元时间内用脉冲的有或无来对应表示0或1码。
其特点是极性单一，有直流分量，脉冲之间无间隔用单极性不归零码来表示二元信息序列，画出波形示意图。
如图2-1所示，程序详见附录。
图2-1单极性不归零波形
2.3双极性不归零波形
在双极性不归零波形中。
脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码1、0，如图所示，由于它是幅度相等极性相反的双极性波形，故当0、1符号等可能出现时无直流分量。
这样，恢复信号的判决电平为0，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力较强
用双极性不归零码来表示二元信息序列1，画出波形示意图。
如图2-2所示，程序详见附录。
图2-2双极性不归零波形
2.4单极性归零波形
单极性归零波形与单机行不归零波形的区别是有电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平所以称为归零波形。
单极性归零波形可以直接提取定时信息，是其他波形提取位定时信号时需要采用的一种过渡波形。
用单极性归零码来表示二元信息序列，画出波形示意图。
如图2-3所示，程序详见附录。
图2-3单极性归零波形
2.5双极性归零波形
双极性归零波形是双极性波形的归零形式，如图所示它兼有双极性和不归零波形的特点
用双极性归零码来表示二元信息序列，画出波形示意图。
如图2-4所示，程序详见附录。
图2-4双极性归零波形
第三章载波调制的数字传输
3.1载波调制的原理
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如图3-1所示。
图3-1数字调制系统的基本结构
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）。
3.2二进制2ASK的调制与解调仿真
振幅键控是正弦载波的幅度随是自己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。
设发送的二进制符号序列由3、1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立，该二进制符号序列可表示为振幅键控是正弦载波的幅度随是自己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。
设发送的二进制符号序列由3、1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立，该二进制符号序列可表示为
其中
Ts是二进制系带信号的时间间隔，g（t）是持续时间为Ts的矩形脉冲，
则二进制振幅键控信号可表示为
1、调制仿真
（1）建立模型方框图
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、相乘器等模块组成，Simulink模型图如图3-2所示。
图3-22ASK信号调制的模型方框图
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。
（2）参数设置
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3-32ASK的正玄信号参数设置
（3）二进制2ASK仿真及各点波形图
经过上面参数的设置后，就可以进行系统的仿真下面是示波器显示的各点的波形图如图3-4所示。
图3-42ASK信号调制的各点时间波形图
2、解调仿真
（1）建立simulink模型方框图
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。
图3-52ASK相干解调的simulink模型方框图
（2）参数设置
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
（3）系统仿真及各点时间波形图如图3-7所示
图3-72ASK信号解调的各点时间波形图
3.3二进制2FSK的调制与解调仿真
在2FSK信号中，信号相位的变化是以未调正弦载波的相位作为参考，用载波相位的绝对数直来表示数字信息的，所以称为绝对移相在2PSK信号中,信号相位的变化是以未调正弦载波的相位作为参考,用载波相位的绝对数值表示数字信息的,所以称为绝对移相。
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
（1）模型图如下所示：
图3-82FSK信号调制的模型方框图
（2）参数设置
图3-9载波sinwave的参数设置
（3）系统仿真及各点时间波形图
其中方波是幅度为1，周期为3，占1比为1/3的基于采样的信号。
经过以上参数的设置后就可以进行系统的仿真，其各点的时间波形如图3-10所示：
图3-102FSK信号调制的各点时间波形图
2．解调仿真
（1）解调方框图如下所示：
图3-112FSK相干解调的simulink模型方框图
（2）设置参数
2FSK信号的调制模块，两个带通滤波器分别将2FSK信号上下分频f1和f2,后面就和2ASK信号的解调过程相同，各参数设置如图3-12所示。
图3-122FSK信号带通滤波器参数设置
（3）经过系统仿真后的各点时间波形如下：
图3-132FSK信号解调的各点时间波形图
3.4二进制2PSK的调制与解调仿真
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。
通常用以调信号载波的0和180
分别表示二进制数字基带信号的1和0.二进制移相键控信号的时域表达式为
其中与2ASK和2FSK时的不同，在2PSK调制中，应选则双极性，即
若是脉宽为Ts、高度为1的矩形脉冲，
这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方法，成为二进制绝对移相方式。
二进制移相键控信号的典型时间波形如图所示
2PSK信号相干解调个点时间波形当恢复的相干载波产生180倒相时，解调出的数字基带信号将于发送的数字基带信号正好相反，解调器输出数字基带信号全部出错。
1．调制仿真
（1）建立模型方框图
2PSK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、相乘器等模块组成，Simulink模型图如方框图如图3-14所示。
图3-142PSK信号调制的模型方框图
（2）设置参数
其中Sinwave和Sinwave1是反相的载波，正玄脉冲作为信号源，各个参数设置如图3-15所示。
图3-15Sinwave信号参数设置
（3）系统仿真及各点时间波形图
由上面两个图可以看出两个载波是幅度为3频率为4Hz采样时间为0.002s的反相信号。
脉冲信号是幅度为2周期为1占空比为50%的基于时间的信号。
2PSK调制的各点时间波形如图3-16所示。
图3-162PSK信号调制的各点时间波形图
2、解调仿真
（1）建立simulink模型方框图如下：
图3-172PSK相干解调的simulink模型方框图
（2）各点的时间波形如下所示：
图3-182PSK信号解调的各点时间波形图
第四章总结
通过本学期对《数字通信系统》这门课程的学习，是我对信号处理有了更深的了解，同时极大的提高了我对语音信号的兴趣。
课堂学习主要注重于理论知识，而我们要将所学每一次课程设计都会学到不少东西，这次当然也不例外。
不但对自动控制原理的知识巩固了，也加强了MATLAB这个强大软件使用的学习，这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在自己和同学相互协助下，终于迎刃而解了。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．
同样十分感谢李学斌、安晓峰老师在此次实验中给我提出的建议与不足，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。
而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
参考文献
[1]2007年葛哲学.《精通MATLAB》.电子工业出版社2008年
[2]孙学军等.《通信原理》.电子工业出版社2001年
[3]曹志刚等.《现代通信原理》北京清华大学出版社1992年8月
[4]曾一凡.《扩频通信原理》.机械工业出版社2005年9月
[5]樊昌信.《通信原理》.北京：
国防工业出版社
[6]宫锦文，《通信原理实验指导书》，电子工业出版社2007年
[7]王兴亮编著，《数字通信原理与技术》，西安电子科技大学出版社，第二版
[8]徐明远邵玉斌编著，《MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用》，西安电子科技大学出版社，2005
[9]孙屹吴磊编著,《Simulink通信仿真开发手册》,国防工业出版社,2003
I
附录：
单极性不归零程序
functiony=snrz（x）
t0=300;
t=0:
1/t0:
length（x）;
fori=1:
length（x）
if（x（i）==1）
forj=1:
t0
y（（i-1）*t0+j）=1;
end
else
forj=1:
t0
y（（i-1）*t0+j）=0;
end
end
end
y=[y,x（i）];
M=max（y）;
m=min（y）;
subplot（2,1,1）
plot（t,y）;gridon;
axis（[0,i,m-0.1,M+0.1]）;
title（'100110000101'）;
t=[1];
snrz（t）;
--------------------------------------------------------
双极性不归零程序
functiony=srz（x）
t0=200;
t=0:
1/t0:
length（x）;
fori=1:
length（x）
if（x（i）==1）
forj=1:
t0/2
y（t0/2*（2*i-2）+j）=1;
y（t0/2*（2*i-2）+j）=0;
end
else
forj=1:
t0/2
y（t0*（i-1）+j）=0;
end
end
end
y=[y,x（i）];
M=max（y）;
m=min（y）;
subplot（211）
plot（t,y）;gridon;
axis（[0,i,m-0.1,M+0.1]）;
title（'100110000101'）;
--------------------------------------------------------
单极性归零程序
functiony=snrz（x）
t0=300;
t=0:
1/t0:
length（x）;
fori=1:
length（x）
if（x（i）==1）
forj=1:
t0
y（（i-1）*t0+j）=1;
end
else
forj=1:
t0
y（（i-1）*t0+j）=-1;
end
end
end
y=[y,x（i）];
M=max（y）;
m=min（y）;
subplot（2,1,1）
plot（t,y）;gridon;
axis（[0,i,m-0.1,M+0.1]）;
title（'100110000101'）;
t=[1];
snrz（t）;
--------------------------------------------------------
双极性归零程序
functiony=drz（x）
t0=300;
t=0:
1/t0:
length（x）
fori=1:
length（x）
if（x（i）==1）
forj=1:
t0/2
y（t0/2*（2*i-2）+j）=1;
y（t0/2*（2*i-1）+j）=0;
end
else
forj=1:
t0/2
y（t0/2*（2*i-2）+j）=-1;
y（t0/2*（2*i-1）+j）=0;
end
end
end
y=[y,x（i）];
M=max（y）;
m=min（y）;
subplot（211）
plot（t,y）;gridon;
axis（[0,i,m-0.1,M+0.1]）;
title（'100110000101'）;
III
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