数字通信系统的设计与实现.doc

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1、数字通信系统的设计与实现摘要：本次设计主要是基于MATLAB平台，选题为2DPSK数字频带通信系统的设计与建模，理解运用所学的知识。2DPSK是数字调制技术中重要的组成部分，在现代通信领域中也占有一定地位。而通信原理的课程设计是可以进一步加强我们对通信原理这本书的理解，尤其是2DPSK这一节。围绕基本结构发送滤波器、调制器、信道、解调器、接收滤波器等部分进行仿真。 该课程设计根据2DPSK数字频带通信系统的特性和设计要求，采用了MATLAB/Simulink仿真平台，运用所学的理论和方法进行仿真、调试、波形眼图分析，最终成功实现了2DPSK数字通信系统。关键词：MATLAB；2DPSK；调制；

2、解调成都学院（成都大学）课程设计报告目 录目 录II第一章 引 言11.1背景11.2 选题的目的和意义11.3 本课程设计的主要内容21.4 本次设计基本要求 :2第2章 2DPSK数字频带通信系统工作原理与设计32.1 通信的概念32.2 2DPSK信号产生的原理42.3 2DPSK的调制原理52.4 2DPSK的解调原理72.4.1 采用极性比较法解调模块72.4.2采用差分相干解调模块8第3章 2DPSK系统程序设计仿真93.1 MATLAB程序流程图93.2 MATLAB程序103.2 仿真波形12参考文献15I第1章 引 言1.1背景Matlab是由mathworks公司于1984

3、年推出的一种面向科学与工程的设计的计算机软件，它将不同的领域的计算用函数的形式提供给给用户；用户在使用时，只需要用这些函数并赋予实际参数就能解决实际问题，它涉及数值分析、自动控制、数字信号处理、图像处理、小波分析及神经元网络等十几个领域的计算和图形显示，而且随着新出版的推出，涉及的领域更多，功能强大。 数字通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在两地间传输信息必须有传输信道，根据传输媒体的不同有有线数字通信与无线数据通信之分。但它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来，而使不同地点的数字终端实现软、硬件和信息资源的共享。在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数

4、字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2DPSK)信号。因为在调制过程中，2PSK调制容易出反向工作问题，影响2PSK信号长距离传输。为克服此缺点，并保持2PSK信号的优点，将2PSK体制改进为二进制差分相移键控体制。二进制差分相移键控简称为二相相对调相，记作2DPSK。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。与2PSK的波形不同，2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元的相对相位才唯一确定信息符号。这说明解调2DPSK信号时，并不依赖于某一固定的载波相位参考值，只要前后

5、码元的相对相位关系不破坏，则鉴别这个相位关系就可正确恢复数字信息。这就避免了2PSK方式中的“倒”现象发生。由于相对移相调制无“反问工作”问题，因此得到广泛的应用。单从波形上看，2DPSK与2PSK是无法分辩的。这说明，一方面，只有已知移相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息；另一方面，相对移相信号可以看作是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。这就为2DPSK信号的调制与解调指出了一种借助绝对移相途径实现的方法。1.2 选题的目的和意义本次课程设计选择2DPSK数字频带通信系统的设计与建模的原因是采用2DPSK调制系统误码率低。由于数字通信其传输

6、数字抽样信号，在接收端可以得到还原，所以信号传输率高。而模拟信号，是对于信号的直接调制，与载波相乘，当传输中有干扰时，对于系统的冲击，是不可修复的，所以造成失帧。相对而言，数字通信由于模拟通信，故现代研究数字通信系统就显得特别有意义。数字通信系统由于具有抗干扰能力强，差错可控，易加密，易于与现代技术相结合等各种直观性的优点使其广泛应用于各个频段和各种通信方式中，成为当今通信发展的一种必然趋势。2ASK和2PSK、2DPSK带宽是码元速率二倍，2FSK带宽是两个载频之差加上两倍码元速率。误码率2PSK2DPSK2FSK2ASK。设备复杂度上2FSK最复杂，2DPSK要比2PSK简单。由于2ASK

7、存在最佳判决门限，因此对信道最敏感。2FSK通过比较两条检测支路的电压大小来判断码元。综上所述，2DPSK性能较好。通信系统在我们的学习中非常的重要，但也非常的难，如果能够自己独立的去完成一次课程设计，会对自己对2DPSK有更深的认识和理解。另外，Matlab/Simulink在我们平时的学习当中，也会用到，故可以通过本次课程设计能够进一步的对该软件进一步的了解。1.3 本课程设计的主要内容 在做这次课程设计之前，我们需要对2DPSK和MATLAB用方法有所了解。再通过MATLAB建立2DPSK数字通信系统模型，观察仿真并进行波形分析，系统的性能评价。最后，总结这次课程设计，自己的收获以及体会

8、。 1.4 本次设计基本要求 : 1）设计出规定的数字通信系统的结构，包括信源，调制，发送滤波器模块，信道，接受滤波器模块以及信宿； （2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）； （3）用SystemView 或 Matlab实现该数字通信系统； （4）观察仿真并进行波形分析（眼图，和星座图）； （5）系统的性能评价（分析误码率）； 第2章 2DPSK数字频带通信系统工作原理与设计2.1 通信的概念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

9、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

10、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。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2-1所示：信源发送设备信道接收设备信宿噪声源图2-1通信系统一般模型通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统

11、。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图2-2所示：信息源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者噪声源图2-2 数字通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图2-3所示：信息源调制器信道噪声源解调器受信者图2-3 模拟通信系统模型数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。2.2 2DP

12、SK信号产生的原理2DPSK 是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，又称相对相移键控。假设为当前码元与前一码元的载波相位差（并规定表示数字信息“0”，表示数字信息“1”）。 相应二进制和2DPSK波形如图2-4所示：图2-4 2DPSK调制过程波形图则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可表示如下：二进制数字信息： 1 1 0 1 0 0 1 1 02DPSK信号相位： （0） 0 0 0 或 （）0 0 0 0 0 0 2.3 2DPSK的调制原理二进制相对相位调制就是利用二进制数字信息去控制载波相邻两个码元的相位差，使载波相邻两个码元的相位差随二进制数字信息变化。载波相邻

13、码元的相位差定义为 （2-1）、分别表示第及个码元的载波初相。由于二进制数字信息只有“1”和“0”两个不同的码元，受二进制数字信息控制的载波相位差也只有两个不同的值。通常选用、两个值。“1”码和“0”与和之间有两种一一对应关系，如下所示。 （2-2） （2-3） 当2DPSK都采用（2-2）这种对应关系时，即当第个数字信息为“1”码时，控制相位差，也就是第个码元的载波初相相对于第个码元的载波初相改变；当第个数字信息为“0”码时，控制，也就是第个码元的载波初相相对于第个码元的载波初相没化，此时对应关系称为“1”变“0”不变规则。2DPSK信号的产生方法是先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表

14、示数字信息序列的绝对码变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对调相，从而变成二进制差分相移键控信号。2DPSK信号调制器原理框图如图2-5所示。 图2-25 2DPSK信号调制器原理框图设绝对码为，相对码为，则二相差分编码的逻辑关系为： （2-4）相对（差分）移相方式（2DPSK）的调制系统如图2-6所示。 图2-6 相对移相方式产生2DPSK的调制系统框图 图2-7 2DPSK的调制原理框图2.4 2DPSK的解调原理2DPSK的解调方法分为两种：一种是极性比较法，另一种是相位比较法。2.4.1 采用极性比较法解调模块极性比较法是一种根据2DPSK信号的产生过程来恢复原数字信息的方法。其过程2

15、-8如图下所示。图2-8 2DPSK极性比较法解调器的2DPSK信号经2PSK解调可得差分码，再对差分码进行译码可得原调制信息。对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，使得解调出的相对码也可能是“1”和“0”倒置，但经差分译码得到的绝对码不会发生任何倒置的现象，从而解决了载波相位模糊带来的问题。2DPSK的相干解调原理框图如图2-9所示。 图2-9 2DPSK的相干解调原理框图2.4.2采用差分相干解调模块用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需由收到的2DPSK信号延时一个码元间隔T，然

16、后与2DPSK信号本身相乘。相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波后在抽样判决，即可直接恢复出原是数字信息，故解调器中不需要码反变换器。2DPSK差分相干解调器原理框图如图2-10所示。 图2-10 差分相干解调器原理框图如2.2小节所示，采用相位后，若已接收2DPSK序列为，则经过解调后和逆码变换后可得基带信号，这一过程如下。2DPSK信号：（0） （） ： 变换后序列 ：（0）1 0 1 1 1 0 1 1 0 () 0 1 0 0 0 1 0 0 1（相对码）基带信号 ： 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1（绝对码） 第3

17、章 2DPSK系统程序设计仿真3.1 MATLAB程序流程图3.2 MATLAB程序clear,close allbit=1000;n=16;p=0.6;signal=rand(1,n)=p;%产生n位随机二进制信号Y = rand(m,n) receive=0; %或 Y = rand(m n) 返回一个m x n的随机矩阵j=1;while j0); end judge=judge bridge;endm=0:1/bit:(n-1)/bit;%judge=1*low-pass0);-绘制输入输出码型图以比较-figuer(3)subplot(4,1,1)stairs(m,signal,r)

18、.axis(0,n/bit,-1.5,1.5);title(基带原码),xlabel,ylabel;grid onsubplot(4,1,2)stairs(m,difference,r).axis(0,n/bit,-1.5,1.5);title(差分码),xlabel,ylabel;grid onsubplot(4,1,3)stairs(m,judge,r).axis(0,n/bit,-1.5,1.5);title(抽样判决),xlabel,ylabel;grid on-码型差分逆变换-change=0;brid=;for k=2:16 if judge(k)=judge(k-1); brid

19、=1; else brid=0; end change=change brid;endsubplot(4,1,4)stairs(m,c吃饭ange,r).axis(0,n/bit,-1.5,1.5);title(解调输出),xlabel,ylabel;grid on3.2 仿真波形图3-1调制过程输出波形图4-1波形从上到下分别是基带信号波形、差分码波形和2DPSK信号波形。图3-2信道及解调过程输出波形图4-2波形从上到下分别是信道输出波形、相乘器输出波形和低通滤波器输出波形。图3-3基带输入波形系统输出波形比较图4-3波形从上到下分别是基带信号波形、差分码波形、逆差分码波形和输出波形。第4

20、章 结束语 刚开始时头脑一片茫然，不知道要怎么动手，然后经过百度查询和借阅相关书籍才明白了这个课程设计要怎么开始。在本次课程设计中，主要进行的是MATLAB仿真平台的应用。在本次课程设计中，正是这次课程设计让我认识到Matlab功能是如此的强大，因此我在这次课程设计中，对很多指令不熟悉，所以我在这次课程设计在程序设计方面遇到了很多问题，特别是在分析误码率时遇到了很多麻烦，反复的调试了很多次，终于成功。对于不熟悉的指令我经过网上查资料的方式逐一解决。通过这次课程设计，在一步一步亲自动手的过程中，加深了特别要指出，这次课程设计做完后，第一次检查时，在格式方面出了很大问题。通过查阅各种资料和同学们的

21、交流顺利的完成了。在这次设计的过程中，我获得了很多新的知识，对2DPSK有了更深层次的理解与认识。我也学到了很多在写报告中WORD的使用，这对以后写毕业论文很有帮助。 参考文献1 黄葆华,等.通信原理基础教程.北京：机械工业出版社,20082 樊昌信,等.通信原理.(6版).北京：国防工业出版社,20083 王兴亮,通信系统原理教程.西安:西安电子科技大学出版社,20074 唐朝京,等.现代通信原理.北京：电子工业出版社,20105 沈振远,等.通信系统原理.(2版).西安：西安电子科技大学出版社,20086 曹志刚,钱亚生.现代通信原理.北京：清华大学出版社,19927 张贤达,保锋.通信信号处理.北京：国防科技大学,2000 15