数字通信优秀课程设计.doc

吉林工程技术师范学院
信息工程学院

《数字通信系统》
课程设计汇报

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： 唐 欢
学 号： 25 号
指导老师： 范 珩 王 冬 梅
时 间： /11/25----/12/13

目 录
第一章 绪论 1
1.1通信发展史介绍 1
1.2设计目标及意义 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 载波调制数字传输 7
3.1载波调制原理 7
3.2 二进制2ASK调制和解调仿真 8
3.3二进制2FSK调制和解调仿真 15
3.4二进制2PSK调制和解调仿真 20
第四章 总结 25
参考文件 I
附录： I

第一章 绪论
1.1通信发展史介绍
伴随数字通信技术和计算机技术快速发展和通信网和计算机网络相互融合，信息科学技术已成为二十一世纪和世界新强大推进力。信息是一个资源，只有经过广泛传输和交流，才能产生利用价值，而欣喜传输和交流，是依靠多种通信方法和技术来实现。学习和掌握现代通信原理和技术是信息社会每一位组员，尤其是未来通信工作者迫切需求。
通信就是从一地向另一地传输消息。通信目标是传输消息中所包含信息。大家能够用语言、文字、数据、图片或活动图像等不一样形式消息来表示信息。信息是消息内涵，即消息中所包含大家原来不知而待知内容于传输含有信息消息，不然，就失去了通信意义。实现通信方法很多，如手势、语言、旌旗、消息树、烽火台、金鼓和译码传令，和现代社会电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网、数据和计算机通信等，这些全部是消息传输方法和信息交流手段。伴随社会进步和科学技术发展，现在使用最广泛通信方法是电通信。因为电通信快速、正确、可靠且不受时间、地点、距离限制，自然科学领域通常包含“通信”这一术语时，通常均值“电通信”。
通信系统就是传输信息所需要一切技术设备和传输媒质总和，包含信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者) ，它通常模型图1-1所表示。

↑

图1-1通信系统通常模型
1.2设计目标及意义
目标：
1、依据题目，查阅相关资料，掌握数字带通调制技术和扩频通信原理。
2、学习MATLAB软件，掌握MATLAB多种函数使用。
3、依据数字带通调制原理，利用MATLAB进行编程，仿真调制过程，统计并分析仿真结果。
意义：
课程设计需要利用MATLAB编程实现2ASK,2FSK,2PSK，2DPSK调制解调过程，而且输出其调制后波形，画出频谱、功率谱密度图，并比较多种调制误码率情况，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
基带信号含有较低频率分量，不易经过无线信道传输。所以，在通信系统发送端需要有一个在舶来运载基带信号，也就是使载波某个参量随基带信号规律而改变，这一过程称为调制。载波受调制后成为已调信号，它含有基带信号全部特征。在通信系统接收端则需要有解调过程，其作用是将已调信号中原始基带信号恢复出来。调制作用和目标：将基带信号转换成适合于信道传输已调信号；实现信道多路复用，提升信道利用率；减小干扰，提升系统抗干扰能力；实现传输带宽和信噪比之间交换，等等。所以，调制对通信系统有效性和可靠性有着很大影响和作用。采取什么样调制方法将直接影响着通信系统性能。调制方法有很多，依据调制信号形式可分为模拟调制和数字调制；依据载波选择可分为以正弦作为载波连续波调制和以脉冲串作为载波脉冲调制等讨论关键使用取值连续调制信号去控制正弦载波参量模拟调制，她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。讨论关键内容有：多种已调信号时域波形和频谱结构，调制和解调原理及系统抗噪声性能数字基带信号数字基带信号是消息代码电波形表示。数字基带信号类型有很多，常见有矩形脉冲、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多个最常见基带信号波形。

2.2单极性不归零波形
单极性不归零波形图所表示，这是一个最简单、最常见系带信号形式。这种信号脉冲零电平和正电平分别对应着二进制代码0和1，或说，她在一个码元时间内用脉冲有或无来对应表示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。图2-1所表示，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。脉冲正、负电平分别对应于二进制代码1、0，图所表示，因为它是幅度相等极性相反双极性波形，故当0、1符号等可能出现时无直流分量。这么，恢复信号判决电平为0，所以不受信道特征改变影响，抗干扰能力较强
用双极性不归零码来表示二元信息序列 ，画出波形示意图。图2-2所表示，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
单极性归零波形和单机行不归零波形区分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。单极性归零波形能够直接提取定时信息，是其它波形提取位定时信号时需要采取一个过渡波形。
用单极性归零码来表示二元信息序列 ，画出波形示意图。图2-3所表示，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归零形式，图所表示它兼有双极性和不归零波形特点
用双极性归零码来表示二元信息序列 ，画出波形示意图。图2-4所表示，程序详见附录。

图2-4双极性归零波形

第三章 载波调制数字传输
3.1载波调制原理
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，要求信道应含有低通形式传输特征。然而，在实际信道中，大多数信道含有带通传输特征，数字基带信号不能直接在这种带通传输特征信道中传输。必需用数字基带信号对载波进行调制，产生多种已调数字信号图3-1所表示。

图 3-1 数字调制系统基础结构
数字调制和模拟调制原理是相同，通常能够采取模拟调制方法实现数字调制。不过，数字基带信号含有和模拟基带信号不一样特点，其取值是有限离散状态。这么，能够用载波一些离散状态来表示数字基带信号离散状态。基础三种数字调制方法是：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK 或DPSK)。

3.2 二进制2ASK调制和解调仿真
振幅键控是正弦载波幅度随是自己带信号而改变数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。设发送二进制符号序列由3、1序列组成，发送0符号概率为P，发送1符号概率为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幅度随是自己带信号而改变数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。设发送二进制符号序列由3、1序列组成，发送0符号概率为P，发送1符号概率为1-P，且相互独立，该二进制符号序列可表示为

其中

Ts是二进制系带信号时间间隔，g(t)是连续时间为Ts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信号调制模型方框图由DSP模块中sinwave信号源、方波信号源、相乘器等模块组成，Simulink 模型图图3-2所表示。

图3-2 2ASK信号调制模型方框图
其中正玄信是载波信号，方波代表S（t）序列信号塬，正玄信号和方波相乘后就得到键控2ASK信号。
(2)参数设置
建立好模型以后就要设置系统参数，以达成系统最好仿真。从正玄信号源开始依次仿真参数设置图3-3所表示。

图3-3 2ASK正玄信号参数设置
(3)二进制2ASK仿真及各点波形图
经过上面参数设置后，就能够进行系统仿真下面是示波器显示各点波形图图3-4所表示。

图3-4 2ASK信号调制各点时间波形图
2、解调仿真
(1)建立simulink模型方框图
相干解调也叫同时解调，就是用已调信号恢复出载波——既同时载波。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模型图图3-5所表示。

图3-5 2ASK相干解调 simulink模型方框图
(2)参数设置
建立好模型以后，开始设置各点参数，因为低通滤波器是滤去高频载波，才能恢复出原始信号，所以为了使已调信号频谱有显著搬移，就要使载波和信息源频率有显著差异，所以载波频率设置为100Hz.为了愈加好恢复出信源信号，所以在此直接使用原载波信号作为同时载波信号下面是低通滤波器参数设置图3-6所表示。

图3-6 低通滤波器参数设置图

(3)系统仿真及各点时间波形图图3-7所表示

图3-7 2ASK信号解调各点时间波形图

3.3二进制2FSK调制和解调仿真
在2FSK信号中，信号相位改变是以未调正弦载波相位作为参考，用载波相位绝对数直来表示数字信息，所以称为绝对移相在2PSK信号中信号相位改变是以未调正弦载波相位作为参考,用载波相位绝对数值表示数字信息,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f2两个载波对信号源进行频率上控制而形成，其中f1和f2是两个频率有显著差异且全部远大于信号源频率载波信号，2FSK信号产生simulink 仿真
(1)模型图以下所表示：

图3-8 2FSK信号调制模型方框图

(2)参数设置

图3-9 载波sin wave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基于采样信号。经过以上参数设置后就能够进行系统仿真，其各点时间波形图3-10所表示：

图3-10 2FSK信号调制各点时间波形图
2．解调仿真
(1)解调方框图以下所表示：

图3-11 2FSK相干解调 simulink模型方框图
(2)设置参数
2FSK信号调制模块，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信号解调过程相同，各参数设置图3-12所表示。

图3-12 2FSK信号带通滤波器参数设置

(3)经过系统仿真后各点时间波形以下：

图3-13 2FSK信号解调各点时间波形图

3.4二进制2PSK调制和解调仿真
当正弦载波相位随二进制数字基带信号离散改变时，则产生二进制移相键控（2PSK）信号。通常见以调信号载波0和180
分别表示二进制数字基带信号1和0.二进制移相键控信号时域表示式为

其中和2ASK和2FSK时不一样，在2PSK调制中，应选则双极性，即

若是脉宽为Ts、高度为1矩形脉冲，
这种以载波不一样相位直接表示对应二进制数字信号调制方法，成为二进制绝对移相方法。二进制移相键控信号经典时间波形图所表示
2PSK信号相干解调个点时间波形当恢复相干载波产生180倒相时，解调出数字基带信号将于发送数字基带信号恰好相反，解调器输出数字基带信号全部犯错。

1． 调制仿真
(1)建立模型方框图
2PSK信号调制模型方框图由DSP模块中sinwave信号源、方波信号源、相乘器等模块组成，Simulink 模型图如方框图图3-14所表示。

图3-14 2PSK信号调制模型方框图
(2)设置参数
其中Sin wave和Sin wave1是反相载波，正玄脉冲作为信号源，各个参数设置图3-15所表示。

图3-15 Sin wave信号参数设置
(3)系统仿真及各点时间波形图
由上面两个图能够看出两个载波是幅度为3频率为4Hz采样时间为0.002s反相信号。脉冲信号是幅度为2周期为1占空比为50%基于时间信号。2PSK调制各点时间波形图3-16所表示。

图3-16 2PSK信号调制各点时间波形图
2、 解调仿真
(1)建立simulink模型方框图以下：

图3-17 2PSK相干解调 simulink模型方框图

(2)各点时间波形以下所表示：

图3-18 2PSK信号解调各点时间波形图

第四章 总结
经过本学期对《数字通信系统》这门课程学习，是我对信号处理有了更深了解，同时极大提升了我对语音信号爱好。课堂学习关键重视于理论知识，而我们要将所学每一次课程设计全部会学到不少东西，这次当然也不例外。不仅对自动控制原理知识巩固了，也加强了MATLAB 这个强大软件使用学习，这次课程设计最终顺利完成了，在设计中碰到了很多编程问题，最终在自己和同学相互帮助下，最终迎刃而解了。
课程设计是我们专业课程知识综合应用实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少过程．”千里之行始于足下”，经过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言真正含义．我今天认真进行课程设计，学会脚扎实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实基础．
一样十分感谢李学斌、安晓峰老师在此次试验中给我提出提议和不足，老师严谨细致、一丝不苟作风一直是我工作、学习中楷模；老师循循善诱教导和不拘一格思绪给我无尽启迪；这次模具设计每个试验细节和每个数据，全部离不开老师您细心指导。而您开朗个性和宽容态度，帮助我能够很顺利完成了这次课程设计。

参考文件
[1] 葛哲学.《精通MATLAB》. 电子工业出版社
[2] 孙学军等.《通信原理》.电子工业出版社
[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，《通信原理试验指导书》，电子工业出版社
[7] 王兴亮 编著，《数字通信原理和技术》，西安电子科技大学出版社，第二版
[8] 徐明远 邵玉斌 编著，《MATLAB仿真在通信和电子工程中应用》，西安电子科技大学出版社，
[9] 孙屹 吴磊编著, 《Simulink通信仿真开发手册》,国防工业出版社,

附录：
单极性不归零程序
function y=snrz(x)
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
end
end
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 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1');
t=[];
snrz(t);
--------------------------------------------------------
双极性不归零程序
function y=srz(x)
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-2)+j)=0;
end
else
for j=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);grid on;
axis([0,i,m-0.1,M+0.1]);
title('1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1');
--------------------------------------------------------
单极性归零程序
function y=snrz(x)
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
end
end
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 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1');
t=[];
snrz(t);
-----------------------------------------------
双极性归零程序
function y=drz(x)
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
end
end
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 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1');