本科毕业论文-移动通信中的数字调相的仿真与分析研究.doc

长 治 学 院 20届学士学位毕业论文 移动通信中的数字调相的仿真与分析研究 学 号： 09405443 姓 名： 仝世超 指导教师： 贾兰芳 专 业：电子信息科学与技术 系 别： 物理系 完成时间：2013年06月 目录1绪论 1.1课题研究的意义 1.2通信的基本概念 1.3通信系统的组成 1.3.1通信系统一般模型 1.3.2模拟通信系统模型 1.3.3数字通信系统模型 2调相技术的初步研究 3信道 3.1定义 3.2信道数学模型 4数字基带传输系统 4.1数字基带信号 4.2基带信号的频谱特性 5二进制频移键控（2FSK） 6二进制相移键控（2PSK) 7差分相移键控 (2DPSK) 8总结参考文献移动通信中的数字调相的仿真与分析研究专业：电子信息科学与技术 姓名：仝世超 学号：09405443 指导教师：贾兰芳 摘要：通信按照传统的理解就是信息的传输。在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为现代社会的命脉。信息作为一种资源，只有通过广泛的传播与交流，才能产生利用价值，除尽社会成员之间的合作，推动生产力的发展，创造出巨大的经济效益。而通信作为传输信息的方式和手段，与传感技术和计算机技术相互融合，已成为21世纪国际社会和世界经济发展的强大推动力。本论文先讨论通信研究的意义以及通信的基本概念、通信系统的组成,然后了解信道、数字基带以及带通传输系统，深入分析2PSK、2DPSK调制解调过程，最后分析性能差异。关键词：调制解调；2FSK；2PSK；2DPSK1 绪论1.1 课题研究的意义 随着科技的发展，系统建模已经日益成为现代各个领域进行科学探索、系统可行性研究以及工程设计不可缺少的重要环节。随着通信技术的发展，通信系统的结构和规模越来越复杂，基于通信系统的应用也越来越多样化，单一的依靠经验进行通信的规划和设计、通信设备的研发及通信网络协议的开发已经不能适应通信的发展需要。因而急需调制技术来为通信扩宽道路。1.2 通信的基本概念 通信的目的是传递消息中所包含的信息。消息是物质或精神状态的一种反映，在不同时期具有不同的表现形式。例如，话音、文字、音乐、数据、图片和活动影像等都是消息。人们接收消息，关心的是消息中所包含的有效内容，即信息。通信则是进行信息的时空转移，即把消息从一方传到另一方。基于这种认识，通信也就是信息传输或消息传输。实现通信的方式和手段有很多，如手势、语言以及现代社会的电报、电话、广播、电视、因特网、数据和计算机通信等，这都是消息传递和信息交流的手段。1837年莫尔斯发明的有线电报开创了利用电传递信息的新时代；1876年贝尔发明的电话已成为我们日常生活中通信的主要工具；1918年，调幅无线电广播、超外差接收机问世；1936年，商业电视广播开播；.随着人类的文明、社会的进步和科学技术的发展，电信技术也是以一日千里的速度飞速发展。电信技术的不断进步导致人们对通信质量提出了更高的要求，这种要求反过来又促进了电信技术的完善和发展。如今，在自然科学领域涉及通信这一术语，一般是指电通信，因为光也是一种电磁波。在电通信系统中，消息的传递是通过电信号来实现的。例如，莫尔斯电报是利用金属线连接的发报机和收报机，以点、划和空格的形式传递信息。由于电通信方式具有迅速准确可靠且不受时间地点距离限制的特点，因此，100多年来得到了飞速的发展和广泛的应用。1.3通信系统的组成1.3.1 通信系统一般模型 通信系统的作用就是将信息从信源发送到一个或多个目的地。对于电通信来说，首先要把消息转变成电信号，然后经过发送设备，将信号送入信道，在接收端利用接收设备对接收信号做相应处理后，送给信宿再转换为原来的消息。1.3.2 模拟通信系统模型 模拟通信系统模型是利用模拟信号来传递信息的通信系统，其中包含两种重要变换。一种是在发送端把连续消息变换成原始电信号，在接收端进行反向变换，这种变换由信源和信宿来完成。这里所说的原始电信号通常称为基带信号，基带的含义是指信号的频谱从零频附近开始，有些信道可以直接传输基带信号，而且以自由空间作为信道的无线电传输却无法直接传输这些信号。因此，模拟通信系统中通常要进行第二种变换：把基带信号变换成适合在信道中传输信号，并在接收端进行反变换。它应有两个基本特征：一是携带有信息；二是适应在信道中传输。2 调相技术的初步研究在实际通信中，不少信道都不能直接传输基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，即对基带信号进行调制。调制即是按照调制信号的变化规律来改变载波某些参量的过程。调制不仅可以对被调制信号进行频谱搬移或扩频，而且对系统的传输有效性和可靠性有很大影响，因此，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。在传输脉冲时，传输系统会产生噪声，如果其幅度是反极性并且超过脉冲的幅度，则产生误码。在以脉冲调制载波时，也有相同现象产生。但是，一定的噪声情况下，根据对载波调制和解调方法的不同，误码发生概率也不同。一般，数字调制方式的选择往往是频带利用率、误比特率和设备实现复杂性等因素综合考虑的结果，必须根据具体使用条件进行比较才能做出判断。数字调制的三种方式分别对应用正弦波的幅度、频率、相位来传递数字基带信号。当调制信号为二进制数字信号时，该调制称为二进制数字调制。3 信道3.1 定义 信道是指以传输媒质为基础的信号通道。广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道和编码信道。所谓调制信道是指从调制器的输出端到解调器的输入端所包含的发转换装置、媒质和收转换装置三部分。 当研究调制与解调问题时，应该关心的是调制器输出的信号形式、解调器输入端信号与噪声的最终特性，而并不关心信号的中间变换过程。因此，在数字通信系统中，如果研究编码与译码问题时采用编码信道，会使问题的分析更容易。调制信道和编码在数字通信系统中，如果研究编码与译码问题时采用编码信道，会使问题的分析更容易。编码信道包括调制器、调制信道和解调器。调制信道和编码信道是通信系统中常用的两种广义信道。 3.2 信道数学模型信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性，它对通信系统的分析和设计是十分方便的。下面我们简要描述调制信道和编码信道这两种广义信道的数学模型。3.2.1 调制信道模型调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种广义信道，它所关心的是调制信道输入信号形式和已调信号通过调制信道后的最终结果，对于调制信道内部的变换过程并不关心。通过对调制信道进行大量的分析研究，发现它具有以下共性：（1）有一对输入端和一对输出端（2）绝大多数信道都是线性的，满足线性叠加原理（3）信号通过信道具有一定的延迟时间而且它会受到损（4）即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的功率输出（噪声）。3.2.2 编码信道模型 编码信道包括调制信道、调制器和解调器，它与调制信道模型有明显的不同，是一种数字信道或离散信道。编码信道输入是离散的时间信号，输出也是离散的时间信号，对信号的影响则是将输入数字序列变成另一种输出数字序列。二进制数字传输系统的一种简单的编码信道模型如下图所示。图中P(0)和P(1)分别是发送“0”符号和“1”符号的先验概率，P(0/0)与P(1/1)是正确转移的概率，而P(1/0)与P(0/1)是错误转移概率。信道噪声越大将导致输出数字序列发生错误越多，错误转移概率P(1/0)与P(0/1)也就越大；反之，错误转移概率P(1/0)与P(0/1)就越小。输出的总的错误概率为:Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1) 图 3.2.2 二进制编码信道模型 4 仿真和研究的要求和理论4.1 仿真和研究的要求从调相技术的仿真出发，分析并比较各种调制技术，运用MATLAB实现仿真并分析各种调制技术，要以数字调制理论为基础知识，分析出调相信号的波形以及编程方法，再对比各种调制差异。4.2 仿真和研究的理论4.2.1 2PSK信号的调制解调及原理 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 （4.2.1） 其产生与调制方框图如图所示 调制后2PSK 载波 开关 移相 基带信号 图4.2.1 2PSK相干解调图 图4.2.2 2PSK信号的解调采用相干解调， 解调器原理图如图4.2.2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。这种现象通常称为“倒”现象。 2PSK信号相干