通信工程毕业设计（论文）-通信系统中数字调制技术的研究与仿真.doc

四川大学锦城学院本科毕业论文 通信系统中数字调制技术的研究与仿真通信系统中数字调制技术的研究与仿真专业：通信工程学生： 指导老师: 摘 要在日常的生活中，通信是人们用来传递信息的方式。随着数字系统的飞速发展，对数字系统的性能和调制解调技术要求也越来越高。同时，由于计算技术的发展，通信系统的仿真已日益普遍，已逐渐成为今天设计和分析通信系统的主要工具。本次设计将使用MATLAB软件设计函数和Simulink建模对数字调相技术进行仿真和研究。本文在第一章中介绍了通信系统的组成、MATLAB的使用以及Simulink模块的组建。第二章深入分析了2ASK、2PSK、2FSK的调制解调原理理论知识，熟悉了原理后，在第三章中用MATLAB编程和Simulink对它们进行仿真和研究。本设计主要实现2ASK、2PSK、2FSK调制解调过程的仿真，并分析它们的性能差异。最后一章对数字调制与解调作了一个总结。关键词： MATLAB 调制解调 2ASK 2PSK 2FSKResearch and Simulation of Digital Modulation Technology in Communication SystemMajor: communication engineering Student: Qin Kai Supervisor: Tang QuanAbstractIn day-to-day life，communication is used to convey information. With the rapid development of digital systems，digital system for modem performance and the technical requirements of increasingly high.At the same time，the development of computing technology，simulation of communication systems have become increasingly common，have gradually become the design and analysis of todays main tool for communication systems. In chapter 1, this paper introduces the composition of the communication system, the use of MATLAB and Simulink module is established. The second chapter in-depth analysis of the 2 ASK, 2 PSK, 2 FSK of demodulation principle theory knowledge, be familiar with the theory, in the third chapter using MATLAB programming and Simulink simulation and research on them. This design mainly realizes 2 ASK, 2 PSK, 2 FSK demodulation process Simulink, and analyzes the performance of their differences. The last chapter of digital modulation and demodulation made a summary.Key words： MATLAB modem 2ASK 2PSK 2FSK目 录1 绪论11.1 数字调制的简介11.1.1 键控11.1.2 解调11.1.3 实用数字调制11.2 MATLAB/Simulink的简介21.2.1 MATLAB21.2.2 Simulink21.3 通信技术的历史31.3.1 通信的概念31.3.2 通信的发展史简介51.4 通信技术的发展现状和趋势52 数字频带传输系统62.1 二进制振幅键控(2ASK)62.2 二进制移频键控(2FSK)92.3 二进制移相键控(2PSK)122.4 二进制数字信号的功率谱密度142.4.1 2ASK 信号的功率谱密度142.4.2 2FSK 信号的功率谱密度152.4.3 2PSK 的功率谱密度163 调制与解调仿真173.1 2ASK的调制与解调仿真173.2 2FSK的调制与解调仿真213.3 2PSK的调制与解调仿真303.4 二进制数字调制系统的性能比较353.4.1 带宽比较353.4.2 对信道特性变化的敏感性比较353.4.3 误码率比较364总结36参考文献38致 谢39III四川大学锦城学院本科毕业论文 通信系统中数字调制技术的研究与仿真1 绪论1.1 数字调制的简介以数字信号作为调制信号的调制技术。一般采用正弦波作为载波，这种数字调制又称为载波键控。在发射端需将数字基带信号对高频载波进行调制得到高频已调信号，高频已调信号经信道传输后，在接收端经解调后恢复为数字基带信号。基带信号不适合直接在带通型信道上传输，需要将其进行调制，使传输频带适合信道的通频带。1.1.1 键控用电键对载波进行控制，这是借用了电报传输中的一个术语。载波键控是以数字信号作为电码，用它对正弦载波进行控制，使载波的某个参数随电码变化。根据正弦波受控参数的不同，载波键控可以分为三大类：移幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)。它们分别是控制正弦波的幅度、频率、相位随着数字信号变化而变化。单位时间内的键控次数称为键控速率（又称符号速率或传输码元速率），其单位为波特(baud)。单位时间内所传输的信息量，称为信息速率(又称比特速率)，其单位为比特秒(bit/s)，信息速率等于键控速率乘以键控信号所携带的平均信息量。1.1.2 解调最常用的解调方式是相干解调，它按以下几个步骤进行：参考载波与键控信号相乘，得到基带信号；通过低通滤波器（或积分器）对此基带信号过滤，以便最大限度地集中信号能量并滤除噪声；对过滤后的基带信号进行采样和判决，并还原出形状规则的数字信号脉冲，这个过程也称为信号再生，适当选择低通滤波器的传输特性，使收信端的综合频域响应和发送信号的频谱满足共轭匹配关系，就可以在加性高斯白噪声信道上获得最小误码性能，这种解调称为最佳相干检测。在选择滤波器的响应时，应使收发综合响应满足奈奎斯特准则，或采取必要的均衡措施，以消除或克服码间干扰的带来的误差或影响。数字信号在传输过程中由于干扰、噪声和波形畸变的影响，可能产生误码。二进制数字信号在加性高斯白噪声信道上通过载波键控方式传输时，如果收信端采用最佳相干检测并消除码间干扰，则平均误码率和归一化信噪比的关系可以表示为 （1-1）式中为单位码元的平均信号能量，为噪声谱密度，为互补误差函数，为键控波形的互相关系数。对于移相键控，=-1；对于移幅键控和移频键控，=0。可以看出，为达到同样的误码率，移幅键控和移频键控所需的归一化信噪比等于移相键控的两倍。1.1.3 实用数字调制通信系统中采用的数字调制技术有以下四种。四相移相键控(QPSK)：采用四个对称的相位来传送两个二进制码元。它的频谱效率较高、抗干扰性较强，是数字卫星、数字微波和有线数传中的一种主要调制方式。参差四相移相键控 (OQPSK)和最小移频键控(MFSK)：前者是将四相键控的两个调制码元偏移半个码长，后者是将连续相位移频键控的移频指数定为0.5，它们是四相键控的派生形式。它们具有包络较恒定、非线性信道引起的频谱展宽较小等优点，比较适用于卫星信道。八相移相键控(8PSK)、正交部分响应调制(QPRS)、16状态和64状态正交调幅（16QAM和64QAM）：这是一些频谱效率很高、误码性能也较好的数字调制技术，它们主要用于中、大容量的数字微波接力通信系统。连续相位调制(CPM)、受控调频(TFM)和高斯预滤波最小移频键控 (GMFSK)：这是一些具有较好频谱效率和误码性能的数字调制技术，其主要特点是包络恒定，旁瓣很低，非线性信道引起的频谱展宽很小，可用于移动通信和卫星通信。1.2 MATLAB/Simulink的简介1.2.1 MATLAB美国Mathworks公司于1967年推出了矩阵实验室“Matrix Laboratory”（缩写为Matlab）这就是Matlab最早的雏形。开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。MATLAB是目前国际上流行的进行科学研究、工程计算的软件，是当今最优秀的科技应用软件之一，它以强大的科学计算与可视化功能、简单易用、开放式可扩展环境。特别是所附带的30多种面向不同领域的工具箱支持，使得它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。MATLAB具有其他高级语言难以比拟的一些优点，如编写简单、变成效率高、易学易懂等，因此MATLAB语言也被通俗地称为演算纸式科学算法语言，用MATLAB来解决运算问题要比用C、Fortran等语言完成相同的事情方便得多。MATLAB广泛应用于控制、通信、信号处理及科学计算等领域，并且已经被认可为能够有效提高工作效率、改善设计手段的工具。在通信领域MATLAB更是优势明显，因为通信领域中很多问题是研究系统性能的，传统的方法只有构建一个实验系统，采用各种方法进行测量，才能得到所需的数据，这样不仅需要话费大量的资金用于实验系统的构建，而且系统构建周期长，系统参数的调整也十分困难。而MATLAB的出现使得通信系统的仿真能够用计算机模拟实现，免去构建实验系统的不便，而且操作十分简便，只需要输入不同的参数就能得到不同情况下系统的性能，而且在结构的观测和数据的存储方面也比传统的方式有很多优势。因而MATLAB在通信仿真领域得到越来越多的应用，掌握了MATLAB就好比掌握了开启这个专业领域大门的钥匙。1.2.2 SimulinkSimulink是MATLAB提供的用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包。Simulink提供了专门用于显示输出信号的模块，可以在仿真的过程中随时观察仿真结果。同时，通过Simulink的存储模块，仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作空间或文件夹中，以供用户在仿真结束后对数据进行分析和处理。另外，Simulink把具有特定功能的代码组织成模块的方式，并且这些模块可以组织成具有等级结构的子系统，因此具有内在的模块化设计要求。基于一下有点，Simulink作为一种通信的仿真建模工具，广泛应用于通信仿真、数字信号处理、模糊逻辑、神经网络、机械控制和虚拟实现等领域中。作为一款专业仿真软件，Simulink具有一下特点：1） 基于矩阵的数值计算；2） 高级编程语言以及可视化的图形操作界面；3） 包含各领域的仿真工具箱，使用方便快捷并可以扩展；4） 丰富的数据I/O接口；5） 提供与其他高级语言的接口；6） 运行多平台（PC/UNIX）。根据输出信号与输入信号的关系，Simulink提供3种类型的模块：连续模块、离散模块和混合模块。连续模块是指输出信号发生连续变化的模块；离散模块则是输出信号固定间隔变化的模块。对于连续模块，Simulink采用积分方式计算输出信号的数值，因此，连续模块主要涉及数值的计算及积分。离散模块的输出信号在下一个采样到来之前保持恒定，这个时候，Simulink只需要以一定的间隔计算输出信号的数值。混合模块是根据输入信号的类型来确定信号类型的，它既能产生连续输出信号，也能够产生离散输出信号。如果一个仿真模型中只包含离散模块，这个时候，Simulink采用固定步长的方式进行仿真（即每隔一定的间隔计算一次输出信号）。当所有的离散模块都有相同的采样间隔时，Simulink只需要按照这个间隔实施仿真；否则，Simulink采用多速率方式进行仿真。多速率仿真模式的一种方案是选取一个最大的可用间隔，使之适用于所有的离散模块。这个间隔一般是各个离散模块采样间隔的最大公约数。对于可变步长方式，多速率仿真模型按照各个模块的采样间隔列出系统可能那个的仿真时刻，在仿真时刻到来的时候，只对相应的离散模块实施仿真，从而在一定程度上提高了仿真的效率。如果仿真模型中包含了连续模块，Simulink将采用连续方式对模块进行仿真。如果模块中既包括连续模块，又包含离散模块，Simulink采用两种仿真步长进行仿真。对于其中的离散模块，Simulink可以按照离散模块的方式进行仿真，这个仿真步长称为主步长。每个步长中，Simulink使用小步长间隔，通过积分运算得到连续状态的当前输出信号。1.3 通信技术的历史1.3.1 通信的概念通信可定义为信息的传输和交换，或者定义为信息的传送（transfer）。这种广义的定义，并未限制传输和交换的方式、手段等，而电信（telecommunication）则定义为借助电信号来实现信息的传输和交换。尽管现在已广泛地利用光信号实现信息的传输（特别是在长途干线上），但从整体而言还是以电传输和交换为主，所以人们仍称目前的通信为电信。信息是消息中包含的新的、有意义的且可被理解的、不可压缩的东西。这是信息的严格定义，信息的这些特征是最本质的、缺一不可的。通信系统所传送的消息不一定都是具有上述特征，因此消息是信息与某种沉余成分之和，或者说消息是信息的载体。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1所示。图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。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所示。图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3所示。图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。1.3.2 通信的发展史简介远古时代，远距离的传递消息是以书信的形式来完成的，这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息，人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。1837年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开始，之后利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876年贝尔发明了电话，利用电信号实现了语音信号的有线传递，使信息的传递变的既迅速又准确，这标志着模拟通信的开始，由于它比电报更便于交流使用，所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的电话通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的发展。1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现，使得数字通信迅速发展。在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替，现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途。1.4 通信技术的发展现状和趋势进入20世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。特别是在20世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。（1）微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。（2）移动通信和卫星通信的出现，使人们随时随地可通信的愿望可以实现。（3）光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。（4）电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和计算机的融合，人们将世界变成了地球村。（5）微电子技术的发展，使通信终端的体积越来越小，成本越来越低，范围越来越广。例如，2003年我国的移动电话用户首次超过了固定电话用户。根据国家信息产业部的统计数据，到2005年底移动电话用户近4亿。随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将被不断地开发出来。到那个时候人们的生活将越来越离不开通信。2 数字频带传输系统2.1 二进制振幅键控(2ASK)振幅键控是正弦载波的幅度随数字基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0，1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 （2-1）其中: （2-2）Ts是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲： （2-3）则二进制振幅键控信号可表示为 （2-4）二进制振幅键控信号时间波型如图4所示。由图4可以看出，2ASK信号的时间波形随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号(OOK信号)。二进制振幅键控信号的产生方法如图5所示，图(a)是采用模拟相乘的方法实现，图(b)是采用数字键控的方法实现。由图4可以看出，2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。所以，对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)，其相应原理方框图如图6所示。2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图7所示。图4:二进制振幅键控信号时间波型图图5:二进制振幅键控信号调制器原理框图图6:二进制振幅键控信号解调器原理框图图7:2ASK信号非相干解调过程的时间波形2.2 二进制移频键控(2FSK)在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在和两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号(2FSK信号)。二进制移频键控信号的时间波形如图8所示，图中波形g可分解为波形e和波形f，即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。若二进制基带信号的1符号对应于载波频率，0符号对应于载波频率，则二进制移频键控信号的时域表达式为 （2-5）式中 （2-6） （2-7）图8:二进制移频键控信号的时间波形由图8可看出，是的反码，即若=1，则=0，若=0，则=1，于是=，和分别代表第n个信号码元的初始相位。在二进制移频键控信号中，和不携带信息，通常可令和为零。因此，二进制移频键控信号的时域表达式可简化为 （2-8）二进制移频键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。图9是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图，图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制，在一个码元Ts期间输出或两个载波之一。二进制移频键控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和数字检测法，有非相干解调方法也有相干解调方法。采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图10所示，其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。非相干解调过程的时间波形如图 11 所示。图9:数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图(a)非相干解调 (b)相干解调图10:二进制移频键控信号解调器原理图图11:2FSK非相干解调过程的时间波形2.3 二进制移相键控(2PSK)在二进制数字调制中，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。通常用已调信号载波的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 （2-9）其中，与2ASK和2FSK时的不同，在2PSK调制中，应选择双极性，即 （2-10） （2-11）若g(t)是脉宽为Ts，高度为1的矩形脉冲时，则有，发送概率为P，发送概率为1-P由式(2-11)可看出，当发送二进制符号1时，已调信号取0相位，发送二进制符号0时，取180相位。若用表示第n个符号的绝对相位，则有=0，发送1符号180，发送0符号，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式，称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12所示。图12:二进制移相键控信号的时间波形二进制移相键控信号的调制原理图如图13所示。其中图(a)是采用模拟调制的方法产生2PSK信号，图(b)是采用数字键控的方法产生2PSK信号。2PSK信号的解调通常都是采用相干解调， 解调器原理图如图14所示。在相干解调过程中需要用到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波。2PSK信号相干解调各点时间波形如图15所示，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与发送的数字基带信号正好是相反，解调器输出数字基带信号全部出错。图13:2PSK信号的调制原理图图14:2PSK信号的解调原理图图15:2PSK信号相干解调各点时间波形2.4 二进制数字信号的功率谱密度2.4.1 2ASK 信号的功率谱密度若二进制基带信号s(t)的功率谱密度Ps(f)为 （2-12）则二进制振幅键控信号的功率谱密度为 （2-13）整理后可得 （2-14）式（2-14）中用到，。二进制振幅键控信号的功率谱密度如图16所示，由离散谱和连续谱两部分组成。续谱两部分组成。离散谱由载波分量确定，连续谱由基带信号波形g(t)确定，二进制振幅键控信号的带宽是基带信号波形带宽B的两倍，即=2B。图16:二进制振幅键控信号的功率谱密度2.4.2 2FSK 信号的功率谱密度相位不连续的二进制移频键控信号的功率谱密度可以近似表示成两个不同载波的二进制振幅键控信号功率谱密度的叠加。 （2-15）其中 （2-16） （2-17）令概率，将二进制数字基带信号的功率谱密度公式带入式（2-17）可得 （2-18）由式(2-18)可得，相位不连续的二进制移频键控信号的功率谱由离散谱和连续谱所组成，其中，离散谱位于两个载频和处；连续谱由两个中心位于和处的双边谱叠加形成；若两个载波频差小于，则连续谱在处出现单峰；若载频差大于，则连续谱出现双峰。若以二进制移频键控信号功率谱第一个零点之间的频率间隔计算二进制移频键控信号的带宽，则该二进制移频键控信号的带宽为 （2-19）其中图17:相位不连续二进制频移键控信号的功率谱示意图2.4.3 2PSK 的功率谱密度2PSK与2DPSK信号有相同的功率谱。由式(2-9)可知，2PSK信号可表示为双极性不归零二进制基带信号与正弦载波相乘，则2PSK信号的功率谱为 （2-20）代入基带信号功率谱密度可得 （2-21）若二进制基带信号采用矩形脉冲，且P =1/2时，则2PSK信号的功率谱简化为 （2-22）由式（2-22）和式（2-23）可以看出，一般情况下二进制频移键控信号的功率谱密度由离散谱和连续谱组成，其结构与二进制振幅键控信号的功率谱密度相类似，带宽也是基带信号带宽的两倍。当二进制基带信号的“1”符号和“0”符号出现概率相等时，则不存在离散谱。2PSK信号的功率谱密度如图18所示。图18:2PSK信号的功率谱密度3 调制与解调仿真3.1 2ASK的调制与解调仿真(1) 建立模型方框图2ASK信号调制的模型方框图由Sourse模块中的sin wave信号源、伯努利方波信号、相乘器等模块组成，Simulink模型图如下所示：图19:2ASK信号调制的模型方框图其中正弦信号是载波信号，方波代表S（t）序列的信号源，正弦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。从正弦信号源开始依次的仿真参数设置如下：图20:正弦信号参数设置其中sin函数是幅度为2，频率为4Hz，采样周期为0.002s的正弦信号。图21:伯努利方波信号源的参数设置伯努利方波信号是基于采样的，0 1等概率出现，抽样时间是1s。图22：低通滤波器的参数设置低通滤波器的参数设置为滤波器的阶数为4，通带边缘频率为20rads/sec。图23：量化编码器的参数设置量化编码器的量化分区为1，0，0，0，量化码书为-10，0，0，0，10(3) 系统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：图24:2ASK调制各点波形图由上图可以看出信息源和载波信号相乘之后就产生了受幅度控制的2ASK信号。（第一个图是伯努利方波信号，第二个图是正弦信号即载波，第三个波形是已调制的2ASK波形）图25：2ASK解调各点波形图由上图可以看出第一个波形图即是已调信号，第二个波形图是相干波的波形，第三个波形则是已调信号与相干波相乘后得到的波形，第四个是通过低通滤波器得到的波形，第五个是经过量化编码器得到的信号与原信号一致。3.2 2FSK的调制与解调仿真(1) 建立模型方框图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仿真模型图如下所示：图26：2FSK信号的simulink模型方框图其中sin wave和sin wave2是两个频率分别为f1和f2的载波，Bernoulli BinaryGenerator模块是信号源，Relay实现方波的反相，最后经过相乘器和相加器生成2FSK信号，各参数设置如下：(2) 参数设置载波f1的参数设置图27：载波sin wave的参数设置其中幅度为2，f1=4Hz,采样时间为0.002s。载波f2的参数设置图28：载波sin wave2的参数设置载波是幅度为2，f2=2Hz,采样时间为0.002s。本来信号源s(t)序列是用随机的0 1信号产生，在此为了方便仿真就选择了基于采样的Bernoulli BinaryGenerator信号模块其参数设置如下：图29：Bernoulli BinaryGenerator信号模块参数设置伯努利方波信号是基于采样的，0 1等概率出现，抽样时间是1s。Bernoulli BinaryGenerator1和Bernoulli BinaryGenerator的参数设置一致。图30：允许频率为f1通过的滤波器参数设置其中允许通过的频率范围为3Hz到5Hz。图31：频率为f1的低通滤波器的参数设置低通滤波器的参数设置为滤波器的阶数为2，通带边缘频率为8rads/sec。图32：量化编码器的参数设置量化编码器的量化分区为1，0，0，0，量化码书为-10，0，0，0，10图33：允许频率为f2通过的滤波器参数设置其中允许通过的频率范围为1Hz到3Hz。图34：频率为f2的低通滤波器的参数设置低通滤波器的参数设置为滤波器的阶数为2，通带边缘频率为6rads/sec。图35：量化编码器的参数设置量化编码器的量化分区为4，0，0，0，量化码书为-10，0，0，0，10(3) 系统仿真及各点波形图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下： 图36：2FSK信号调制各点的时间波形由上图可以看出经过f1和f2两个载波的调制，2FSK信号有明显的频率上的差别。(第一个波形图是脉冲波产生的波形，第二个波形是f1产生的2ASK波形，第三个波形是f2产生的2ASK波形，第四个波形是调制好了的2FSK波形)图37：2FSK解调出来频率为f1各点的波形由上图可以看出第一个波形图是经过允许频率为f1通过的滤波器得到的波形，第二个波形是相干波，第三个波形是经过滤波器之后与相干波相乘得到的波形，第四个波形是通过低通滤波得到的波形，第五个波形则是通过量化编码器得到的信号与原信号一致。图38：2FSK解调出来频率为f2各点的波形由上图可以看出第一个波形是经过允许频率为f2通过的滤波器得到的波形，第二个波形是相干波，第三个波形是经过滤波器之后与相干波相乘得到的波形，第四个波形是通过低通滤波得到的波形，第五个波形则是通过量化编码器得到的信号与原信号一致。3.3 2PSK的调制与解调仿真(1) 建立模型方框图在二进制数字调制中,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。在此用已调信号载波的0和180分别表示二进制数字基带信号的1和0用两个反相的载波信号进行调制，其方框图如下：图39：2PSK信号调制的simulink的模型图其中Sin wave和Sin wave2是反相的载波，正弦脉冲作为信号源，各个参数设置如下：(2) 参数设置 图40： Sin wave信号参数设置图41： Sin wave2信号的参数设置由上面两个图可以看出两个载波是幅度为2，频率为4Hz，采样时间为0.002s的反相信号。图42：Bernoulli BinaryGenerator信号模块参数设置伯努利方波信号是基于采样的，0 1等概率出现，抽样时间是1s。Bernoulli BinaryGenerator1和Bernoulli BinaryGenerator的参数设置一致。图43：低通滤波器参数设置低通滤波器的参数设置为滤波器的阶数为8，通带边缘频率为30rads/sec。图44：量化编码器的参数设置量化编码器的量化分区为1，0，0，0，量化码书为-10，0，0，0，10(3) 系统仿真及各点波形图参数设置完之后可以得到调制的波形如下图。图45：2PSK调制的各点时间波形从上图可以看出两个波形的相位不同，有明显的差别。（第一个波形是由脉冲波产生的0 1信号，第二个波形则是由sine wave产生的载波，第三个波形是sine wave2产生的载波，可以看出两个载波在相位上有明显的不同，第四个波形则是sine wave产生的载波与脉冲信号相乘得到的波形，第五个波形是sine wave2产生的载波与脉冲信号相乘得到的波形，第六个波形是已经调制好的2PSK信号）图46：2PSK解调各点的波形图由上图可以看出第一个是已调信号，第二个波形是相干波形，第三个是已调信号与相干波相乘后得到的波形，第四个波形则是通过低通滤波器后得到的波形，第五个是通过量化编码器得到的波形，与原信号的波形一致。3.4 二进制数字调制系统的性能比较3.4.1 带宽比较码元宽度为、速率为时，以频谱包络第一零点计算带宽 (3-1) （3-2） （3-3）因此，从频带宽度或频带利用率上看FSK系统最不可取。3.4.2 对信道特性变化的敏感性比较在2FSK系统中，判决器是根据上下两个支路解调输出样值的大小来作出判决，不需要人为地设置判决门限，因而对信道的变化不敏感。在2PSK系统中，当发送符号概率相等时，判决器的最佳判决门限为零，与接收机输入信号的幅度无关。因此，判决门限不随信道特性的变化而变化，接收机总能保持工作在最佳判决门限状态。对于2ASK系统，判决器的最佳判决门限为a/2(当P(1)=P(0)时)，它与接收机输入信号的幅度有关。当信道特性发生变化时，接收机输入信号的幅度将随着发生变化，从而导致最佳判决门限也将随之而变。这时，接收机不容易保持在最佳判决门限状态。因此，2ASK对信道特性变化敏感，性能最差。3.4.3 误码率比较二进制数字调制方式有2ASK、2FSK、2PSK及2DPSK，每种数字调制方式又有相干解调方式和非相干解调方式。表1列出了各种二进制数字调制系统的误码率与输入信噪比r的数学关系。调制方式误码率相干调节非相干调节2ASK2FSK2PSK表1：误码率公式由表1可以看出，从横向来比较，对同一种数字调制信号，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式的误码率。从纵向来比较，在误码率一定的情况下，2PSK、2FSK、2ASK系统所需要的信噪比关系为 (3-4)4总结2ASK信号在实际中虽然很少使用，但是它是研究数字调制的基础，了解2ASK就比较轻易理解2FSK、2PSK的原理及性能。2FSK频移键控。就是用数字信号去调制载波的频率。是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是:实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。2PSK调制效率高，要求传送途径的信噪比低，因此适合卫星广播。综上所述，用计算机仿真电子通信系统，具有广泛的适应性和极高的灵活性。在硬件试验中改变系统参数也许意味着重做硬件，而在软件中只需对特定参数进行相应设置，同时利用Simulink可视化建模仿真和MATLAB-简单编程的特点，可以实现较为复杂的系统，因此，MATLAB/Simulink在通信系统仿真方面具有强大的功能和优越性。参考文献1Matlab基础与应用简明教程，北京航空航天大学出版社，张平著，20012Matlab与通信仿真，人民邮电出版社，王立宁著，20003数字电子技术基础，高等教育出版社，阎石著，20064现代通信原理与技术，西安电子科技大学出版社，张辉著，20065通信原理，国防工业出版社，樊昌信著，20016Simulink建模与仿真，西安电子科技大学出版社，姚均，马松辉著，20027基于MATLAB的通信系统仿真，北京航空航天大学出版社，赵静，张瑾，高新科著，20078信号和通信系统，清华大学出版社，包闻亮;汪源源;朱谦著，20079扩频通信，清华大学出版社，田日才著，200710通信电子电路，人民邮电出版社，解相吾 解文博著，200811移动通信技术基础，人民邮电出版社，解相吾 解文博著，200512无线通信调制与编码，人民邮电出版社，王军选;张晓燕;张燕燕著，200813通信原理，人民邮电出版社，李世银;宋金玲著，200914Simulink通信仿真教程，国防工业出版社，李贺冰，袁杰萍，孔俊霞著，200615MATLAB通信仿真及应用实例详解，人民邮电出版社，邓华著，200316数字通信原理与技术，西安电子科技大学出版社，王兴亮著，第二版17MATLAB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，徐明远，邵玉斌著，200518Simulink通信仿真开发手册，国防工业出版社，孙屹，吴磊著, 200319MATLAB仿真在通信致 谢本人的学位论文是在我的导师唐老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，唐老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向唐老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的每个可爱的同学们和尊敬的老师们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！谢谢你们！最后，谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，在这一刻，将最崇高的敬献给你们！40四川大学锦城学院本科毕业论文 文献：扩频通信系统的介绍扩频通信系统的介绍摘要：本应用笔记概述了扩频技术的原理，讨论了涵盖直接序列和快速跳频的方法。相关理论方程的性能估算。以及讨论直接序列扩频（DSSS）和跳频（FHSS）这两种扩频方式。简介扩频技术越来越受欢迎，就连这一领域以外的电器工程师都渴望能够深入理解这一技术。很多书和网站上都有关于这方面的书，但是，很多都很难理解或描述的不够详尽。（例如，直接序列扩频技术广泛关注的是伪随机码的产生）。下面讨论扩频技术（双关语意）。简史一名女演员和一名音乐家首次以书面形式描述了扩频通信技术。1941年，好莱坞女星Hedy Lamarr和钢琴家George Antheil描述一个安全的无线链路来控制鱼雷。他们获得了美国专利#2.292.387。但这一技术被遗忘了，没有在当时受到美军的重视，直到20世纪80年代它才开始活跃起来。从那时起，这一技术在有关恶劣环境中的收音机链接方面越来越受欢迎。最典型的扩频技术应用是数据收发器包括卫星定位系统（GPS）、3G移动通信、无限局域网(符合IEEE802.11a,IEEE 802.11b,IEEE 802.11g标准)，还有蓝牙技术也帮助了那些通讯落后和无线电通信条件有限的地方，因此，它是一种昂贵的资源。扩频通信的原理扩频是香农定理的典型：C=Blog2(1+S/N) 公式（1）在公式中，C为信道容限，单位是比特/秒(bps),意指单位时间内信道中无差错传输的最大信息量。B为信号频带宽度，单位是Hz，S/N为信噪比。也就是说，C为信道允许通过的信息量，也代表了扩频的性能。带宽(B)是代价，因为频率是一个有限的资源。信噪比体现了环境条件或物理特性（如障碍、干扰器、干扰等