数字调制gui界面毕业设计

目录摘要3ABSTRACT4第一章绪论511数字调制的意义512MATLAB在通信系统仿真中的应用613研究内容及创新点7131主要研究内容7132创新点7第二章数字调制系统721二进制幅度键控（2ASK）822二进制频移键控（2FSK）823二进制相移键控（2PSK）824多进制数字调制9第三章数字调制系统的仿真设计931数字调制系统各个环节分析9311仿真框图10312信号源仿真及参数设置11313调制与解调模块11314信道12315误码计算仪1232仿真模型的设计及结果分析133212ASK133222FSK173232DPSK223242MSK2433数字调制的性能比较28331各种仿真模型的性能比较28332仿真模型性能与理论性能的比较2934GUI用户界面设计30结束语33参考文献34致谢35附录36数字调制GUI界面的设计摘要在数字通信的教学和设计中，传统的方法主要是手工分析与电路板试验。通信系统中所有变量相互之间是非线性的关系，大部分是较为繁琐的数字理论，容易使学生感到乏味和难以接受。所以采用MATLAB语言及SIMULINK仿真环境作为工具，制作出了一个数字调制演示系统GUI设计方案。开发的演示系统设计简单、结构一致，具有可视化、开放性、可扩展性、易于学习和维护等优点。演示系统主要演示二进制振幅键控、移频键控和移相键控数字通信系统在SIMULINK模块库中选取合适的数字通信仿真模块组成上述系统。在GUI图形用户界面，按下一个按纽可以打开系统的SIMULINK模型图，编辑对话框可以修改系统的相应参数，按下另一个按纽可以对该数字通信系统进行仿真仿真中可直观地观察到信号在通信系统各部分中的时域波形，和系统的误码率。从而可以看出参数对系统误码率的影响，以及比较各个系统的优劣。关键字数字通信系统图形用户界面振幅键控移频键控移相键控DESIGNOFDIGITALMODULATIONGUIABSTRACTINTEACHINGANDDESIGNINGDIGITALCOMMUNICATIONS,THETRADITIONALMAINMETHODSWEREMANUALANALYSISANDCIRCUITBOARDTESTINGALLTHEVARIABLESINCOMMUNICATIONSYSTEMARENONLINEARSTUDENTSCANEASILYGETPUZZLETHEREFORE,INTEACHING,ADEMONSTRATIONOFTHEDIGITALMODULATIONSYSTEMBASEDONMATLABISDESIGNEDTHEDEMONSTRATIONSYSTEMDESIGNISVISUAL,OPEN,SCALABLEANDEASYTOLEARNANDMAINTAINTHEDEMONSTRATIONSYSTEMSMAINLYDEMONSTRATIONBINARYAMPLITUDEKEYINGDIGITALCOMMUNICATIONSSYSTEMS,FREQUENCYSHIFTKEYINGBINARYDIGITALCOMMUNICATIONSYSTEMSANDBINARYPHASESHIFTKEYINGDIGITALCOMMUNICATIONSSYSTEMSINTHESIMULINKBLOCK,SELECTTHEAPPROPRIATEDIGITALCOMMUNICATIONSSIMULATIONMODULETOFORMTHETHREEDIGITALCOMMUNICATIONSYSTEMSINGRAPHICALUSERINTERFACEGUI,PRESSABUTTONTOOPENSIMULINKMODELOFTHESYSTEM,EDITTINGDIALOGCANMODIFYTHEPARAMETERSOFTHESYSTEM,PRESSANOTHERBUTTONTOSIMULATETHEDIGITALCOMMUNICATIONSYSTEMINSIMULATIONTHESIGNALSTIMEDOMAINWAVEFORMSINVARIOUSPARTSOFTHECOMMUNICATIONSYSTEMSCANBEVISUALLYOBSERVEDSODOESTHEBITERRORRATETHENWECANSEEHOWPARAMETERSOFTHESYSTEMAFFECTBITERRORRATEKEYWORDSDIGITALCOMMUNICATIONSYSTEMGUIASKFSKPSK第一章绪论11数字调制的意义数字调制是指用数字基带信号对载波的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化。根据控制的载波参量的不同，数字调制有调幅、调相和调频三种基本形式，并可以派生出多种其他形式。由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因，基带信号不适合在各种信道上进行长距离传输。为了进行长途传输，必须对数字信号进行载波调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。因此，大部分现代通信系统都使用数字调制技术。另外，由于数字通信具有建网灵活，容易采用数字差错控制技术和数字加密，便于集成化，并能够进入综合业务数字网（ISDN网），所以通信系统都有由模拟方式向数字方式过渡的趋势。因此，对数字通信系统的分析与研究越来越重要，数字调制作为数字通信系统的重要部分之一，对它的研究也是有必要的。通过对调制系统的仿真，我们可以更加直观的了解数字调制系统的性能及影响性能的因素，从而便于改进系统，获得更佳的传输性能。12MATLAB在通信系统仿真中的应用随着通信系统复杂性的增加,传统的手工分析与电路板试验等分析设计方法已经不能适应发展的需要,通信系统计算机模拟仿真技术日益显示出其巨大的优越性。计算机仿真是根据被研究的真实系统的模型,利用计算机进行实验研究的一种方法它具有利用模型进行仿真的一系列优点,如费用低,易于进行真实系统难于实现的各种试验,以及易于实现完全相同条件下的重复试验等。MATLAB仿真软件就是分析通信系统常用的工具之一。MATLAB是一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境,它用于科学和工程的计算与可视化。MATLAB的编程功能简单,并且很容易扩展和创造新的命令与函数。应用MATLAB可方便地解决复杂数值计算问题。MATLAB具有强大的SIMULINK动态仿真环境,可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。SIMULINK支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统,也支持多种采样速率的多速率系统SIMULINK为用户提供了用方框图进行建模的图形接口,它与传统的仿真软件包用差分方程和微分方程建模相比,更直观、方便和灵活。用户可以在MATLAB和SIMULINK两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。用于实现通信仿真的通信工具包COMMUNICATIONTOOLBOX,也叫COMMLIB,通信工具箱是MATLAB语言中的一个科学性工具包,提供通信领域中计算、研究模拟发展、系统设计和分析的功能,可以在MATLAB环境下独立使用,也可以配合SIMULINK使用。另外，MATLAB的图形界面功能GUI（GRAPHICALUSERINTERFACE）能为仿真系统生成一个人机交互界面，便于仿真系统的操作。因此，MATLAB在通信系统仿真中得到了广泛应用，本文也选用该工具对数字调制系统进行仿真。13研究内容及创新点131主要研究内容搭建2ASK、2FSK和2PSK数字通信系统的SIMULINK模型和图形用户界面GUI。利用GUI输入参数，设置按钮，可以打开通信系统原理模型图，仿真后可以看到信号在通信系统中各部分的时域波形数据率和噪声对系统误码率的影响，通过比较误码率，可以粗略的比较上述三个数字通信系统的抗噪声性能132创新点在数字通信的教学和设计中，传统的方法主要是手工分析与电路板试验，通信系统中所有变量相互之间是非线性的关系，大部分是较为繁琐的数字理论和推导，容易使学生感到乏味和难以接受。实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对系统做出的任何改变都可能影响到整个系统的性能和稳定。使用MATLAB设计出了适合教学使用的更直观方便的仿真系统。在通信原理课程教学中，其友好的人机界面能够直观地显示出信号在通信系统中各部分的时域波形，有利于理解和掌握完整的通信系统的概念，对教学产生有益的帮助MATLAB可以方便地进行通信系统的分析和仿真，直观清楚，对于比较难理解的概念和原理有非常大的指导作用。配合GUI可以改善现行的数字仿真方案的局限性。第二章数字调制系统数字调制可以分为二进制调制和多进制调制，多进制调制是二进制调制的推广，所以本文主要讨论二进制的调制与解调，最后简单讨论一下多进制调制中的差分相位键控调制（MDPSK）。最常见的二进制数字调制方式有二进制振幅键控（2ASK）、移频键控（2FSK）和移相键控（2PSK和2DPSK）。下面是这几种调制方式的相关原理。21二进制幅度键控（2ASK）幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字信号1或0的控制下通或断，在信号为1的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1和0。2ASK信号功率谱密度的特点如下（1）由连续谱和离散谱两部分构成；连续谱由传号的波形GT经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定；（2）已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。22二进制频移键控（2FSK）频移键控是利用两个不同频率F1和F2的振荡源来代表信号1和0，用数字信号的1和0去控制两个独立的振荡源交替输出。对二进制的频移键控调制方式，其有效带宽为B2XF2FB,XF是二进制基带信号的带宽也是FSK信号的最大频偏，由于数字信号的带宽即FB值大，所以二进制频移键控的信号带宽B较大，频带利用率小。2FSK功率谱密度的特点如下12FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成,离散谱出现在F1和F2位置；2功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。若两个载频之差|F1F2|FS，则出现单峰。23二进制相移键控（2PSK）在相移键控中，载波相位受数字基带信号的控制，如在二进制基带信号中为0时，载波相位为0或，为1时载波相位为或0。载波相位和基带信号有一一对应的关系，从而达到调制的目的。2PSK信号的功率密度有如下特点1由连续谱与离散谱两部分组成；2带宽是绝对脉冲序列的二倍；3与2ASK功率谱的区别是当P1/2时，2PSK无离散谱，而2ASK存在离散谱。24多进制数字调制上面所讨论的都是在二进制数字基带信号的情况，在实际应用中，我们常常用一种称为多进制（如4进制，8进制，16进制等）的基带信号。多进制数字调制载波参数有M种不同的取值，多进制数字调制比二进制数字调制有两个突出的优点一是有于多进制数字信号含有更多的信息使频带利用率更高；二是在相同的信息速率下持续时间长，可以提高码元的能量，从而减小由于信道特性引起的码间干扰。现实中用得最多的一种调制方式是多进制相移键控（MPSK）。多进制相移键控又称为多相制，因为基带信号有M种不同的状态，所以它的载波相位有M种不同的取值，这些取值一般为等间隔。在多相制移键控有绝对移相和相对移相两种，实际中大多采用四相绝对移相键控（4PSK，有称QPSK），四相制的相位有0、/2、3/2四种，分别对应四种状态11、01、00、10。第三章数字调制系统的仿真设计31数字调制系统各个环节分析典型的数字通信系统由信源、编码解码、调制解调、信道及信宿等环节构成，其框图如图31所示数字调制是数字通信系统的重要组成部分，数字调制系统的输入端是经编码器编码后适合在信道中传输的基带