数字带通系统.docx
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数字带通系统
数字通信实验报告
题目:
数字带通系统
讲课老师:
学生姓名:
所属院系:
信息科学与工程学院
专业:
信息与通信工程
学号:
完成日期:
2015/5/11
1·设计目的
应用数字通信课程中学到的知识,设计基于BPSK调制解调的数字带通系统,并用MATLAB来实现仿真实验,输出调制前的基带信号,调制后的BPSK信号,叠加噪声后的2PSK信号,解调器在接收到信号后解调的各点的信号波形。
2·设计原理
数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输,为了使数字信号在带通信道中有效传输,必须使用数字基带信号对载波进行调制,以使信号与信道的特征相匹配。
这种用数字基带信号控制载波,把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。
数字调制技术的两种方法:
1)利用模拟调制的方法实现数字式调制;
2)通过开关键控载波,通常称为键控法;其基本键控方式为:
振幅键控,频移键控,相移键控。
2.1BPSK的调制原理
如果两个频率相同的载波同时开始震荡,这两个频率同时达到正最大值,零值和负最大值,他们应处于“同相”状态;若其中一个开始得迟了点,就可能处于“不同相”状态。
一般信号震荡周期为360度,如果一个载波比另一个载波相差半个周期,则其相位差为180度,也就是相反。
2PSK信号的时域表达式为:
其中
表示第n个符号的绝对相位。
因此,上式可以改写为:
由于两种码元的波形相同,极性相反,故BPSK信号可以表述为一个双极性全占空(非归零)矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘:
其中,
,s(t)为双极性全占空矩形脉冲序列,g(t)是脉宽为
的单个矩形脉冲,
的统计特性为:
BPSK信号的调制原理框图如图1所示:
图1.BPSK信号的调制原理图
与2ASK信号的产生方法比较,只是对s(t)的要求不同。
在2ASK中S(t)是单极性的,而在2PSK中S(t)是双极性的基带信号。
相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息,而振幅和频率保持不变。
2.2BPSK解调原理
2PSK信号的解调方法是相干解调法,因为PSK信号的功率谱中无载波分量。
在相干解调中如何得到同频同相的本地载波是个关键,因此对PSK信号进行非线性变换,才能产生载波分量。
其相干接收机原理框图如图2所示:
图2.BPSK的相干接收机原理框图
图中经过带通滤波得到有用信号,经相乘器与本地载波相乘,然后用低通滤波器滤除高分分量,再进行抽样判决得到基带信号,即正抽样值为1,负抽样值为0。
BPSK信号的相干解调各点时间波形如图3所示:
图3.BPSK信号的相干解调各点时间波
3·实现数字带通系统的MATLAB程序
Clc;clear
%产生比特信号
t=0:
0.01:
9.99;
a=randint(1,10);
m=a(ceil(t+0.01));
figure
(1)
plot(t,m)
title('产生随机十比特二进制比特序列');
axis([0,10,-2,2]);
%载波信号%
fc=4800;
fs=100000;
ts=0:
1/fs:
(1000-1)/fs;
carry=cos(2*pi*fc*ts/2.5);
%因为信息速率2400b/s,载频4800Hz,一个Ts两个载波信号,不除2.5是五个载波
figure
(2)
plot(t,carry)
title('载波信号')
axis([0,10,-2,2]);
%2psk调制%
e_2psk=cos(2*pi*fc*ts/2.5+pi*m);;
figure(3)
plot(t,e_2psk)
title('2psk调制信号');
axis([0,10,-2,2]);
%产生高斯白噪声
a=0.1;
noise=a*wgn(1,1000,10);
%产生1行1000列的高斯白噪声为10dBW
figure(4)
plot(t,noise)
title('高斯白噪声');
axis([0,10,-2,2]);
%调制信号叠加高斯白噪声
e2psk=e_2psk+noise;
figure(5)
plot(t,e2psk)
title('2psk叠加白噪声波形')
axis([0,10,-2,2]);
%带通滤波器的设计%
[BB1,AB1]=ellip(5,0.5,60,[2400,6400]*2/100000);
%带通滤波器通带上、下界频率分别为2400Hz,6400Hz,通带最大衰减为0.5dB,阶数为5,计算带通滤波器系统函数分子分母多项式系数向量BB1和AB1
e_2psk1=filter(BB1,AB1,e2psk);
%带通滤波器滤除带外噪声
figure(6)
plot(t,e_2psk1)
title('调制信号通过带通滤波器')
%相干解调与载波相乘
e_2psk2=e_2psk1.*carry*2;
figure(7)
plot(t,e_2psk2)
title('调制信号与载波相乘进行相干解调')
axis([0,10,-2,2]);
%设计低通滤波器
[BB2,AB2]=ellip(5,0.5,60,700*2/100000);
%通滤波器通带截止频率分别为700Hz,通带最大衰减为0.5dB,阶数为5,计算低通滤波器系统函数分子分母多项式系数向量BB2和AB2
AB2 e_2psk3=filter(BB2,AB2,e_2psk2);
figure(8)
plot(t,e_2psk3)
title('解调信号通过低通滤波器')
%抽样判决
for i=0:
9
if(e_2psk3((i+1)*100)>0)
e_2psk4(i*100+1:
(i+1)*100)=zeros(1,100);
else
e_2psk4(i*100+1:
(i+1)*100)=ones(1,100);
end
end
figure(9)
plot(t,e_2psk4)
title('抽样判决后的信号')
axis([0,10,-2,2]);
%滤波器单位冲激响应 %
%带通滤波器单位冲激响应
figure(18)
dimpulse(BB1,AB1)
title('带通滤波器单位冲激响应')
axis([0,5000,-0.06,0.06]);
%低通滤波器单位冲激响应
figure(19)
dimpulse(BB2,AB2)
axis([0,1000,-0.02,0.02]);
title('低通滤波器单位冲激响应')
%滤波器频率响应曲线
%带通滤波器频率响应曲线
figure(20)
w=0:
0.1:
2*pi*0.3;
freqz(BB1,AB1,w)
title('带通滤波器幅频相频曲线')
%低通滤波器频率响应曲
w=0:
0.1:
2*pi*0.3;
figure(21)
freqz(BB2,AB2,w)
title('低通滤波器幅频相频曲线')
4·MATLAB仿真实验
系统以正弦信号作为载波,其信息速率2400b/s,载频4800Hz,一个TS两个载波信号
5·总结
在BPSK信号中,相位变化是以末调载波的相位作为参考基准的,其载波相位的绝对数值表示数字信号。
让随机产生的十比特二进制信号流在已知载频的情况下进行调制,所获取的调制信号能反映系统的调制效果,由于传输时受到噪声及仪器精密度等干扰,导致调制信道达不到理想状态,会存在失真。
在接收端对信号进行相干解调,解调输出的波形存在失真且存在一定规律的模拟波形,因此,通过低通滤波器滤掉输出波形以外的波形,即噪声。