通信系统工程设计.doc

装订线吉林工程技术师范学院课程设计 摘要 在现代数字通信系统中，频带传输系统的应用最为突出。将原始的数字基带信号，经过频谱搬移，变换为适合在频带上传输的频带信号，传输这个信号的系统就称为频带传输系统。在频带传输系统中，根据数字信号对载波不同参数的控制，形成不同的频带调制方法。 PSK调制电路的VHDL建模。PSK调制器模型主要由计数器和二选一开关等组成。计数器对外部时钟信号进行分频与计数，并输出两路相位相反的数字载波信号；二选一开关的功能是：在基带信号的控制下，对两路载波信号进行选通，输出的信号即为PSK信号。课程设计的主要目的是在通信原理、移动通信等理论课程学习的基础上，通过对通信系统的MATLAB、simulink仿真，加深学生对通信原理及仿真实践的理解。通过此次设计，使学生更好的理解和掌握，模拟信号的数字传输系统，数字信号的基带传输系统，载波调制的数字传输系统。 关键词：频带传输 调制电路 simulink仿真 AbstractIn the digital communication systems ,frequency range transport systems and application of the most outstanding. the original figures with the signal frequency and after the move, it is suitable for the transmitted signal frequency range. frequency range this signal, the transport system is called frequency range transport system. in frequency range transport system. according to figures signal to the carrier with the control of parameters and form different frequency range modulation.Psk modulation scheme. psk modulation vhdl modeling of the model mainly by the counter and the second choice of a switch, etc. the external the signal frequency and the count, and output two aspects of the carrier signal , secondary a switch are ： on the control of a signal, the road carrier signal to the output signal, the signal psk.The main purpose is in communication theory, mobile communications, a course of study on the basis of the theory, matlab and simulink communication system of simulation and students in communication theory and practice of emulation. the design and better understand and grasp a signal, the number of signal transmission systems, the number of transport system, with carrier wave by modulation to digital transmission system.Keywords ： frequency range transport modulation scheme simulink simulation 第一章 绪论1.1 设计目地及意义本次设计的主要目的是在通信原理、移动通信等理论课程学习的基础上，通过对通信系统的MATLAB、simulink仿真，加深学生对通信原理及仿真实践的理解。通过此次设计，使学生更好的理解和掌握，模拟信号的数字传输系统，数字信号的基带传输系统，载波调制的数字传输系统。1.2 设计的主要内容 模拟信号的数字传输部分，完成低通抽样定理的simulink仿真。 数字信号的基带传输部分，应用MATLAB完成降低码间串扰的脉冲波形的仿真。 载波调制的数字传输部分，对数字载波调制的相移键控调制方式进行MATLAB、simulink仿真，并比较两种方式。 第二章 模拟信号的数字传输 2.1 抽样定理概述 2.1.1低通抽样定理 一个频带限制在（0，fH）Hz内的时间连续的信号m (t)，如果以1/2fH 秒的间隔对它进行等间隔抽样，则m (t) 将被所得到的抽样值完全确定。 连续信号的无限样值可以由有限个样值确定，并能精确恢复，以便实现数字化传输和时分复用 图2.1 低通抽样定理图解 2.1.2带通抽样定理 带通型信号m (t)，频带范围 fL , fH ，带宽B = fH fL ，设fH = (n + k ) B (0kB时，fs 2B。定理条件条件不满足时的问题解决办法M (t) 严格限制频带混叠失真先限带，再抽样理想低通接收内插噪声以小于1/2fH 秒的间隔抽样理想冲激串抽样窄脉冲抽样 图2.2 带通抽样定理的条件2.2 simulink简介Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。. 构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB® 紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义 Simulink特点：丰富的可扩充的预定义模块库；交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图；以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理；图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为；可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据；模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误。2.3 低通抽样定理的仿真图2.3 抽样仿真框图 图2.4 原始信号波形 图2.5 抽样信号波形 图2.6 抽样后信号波形 图2.7 恢复的信号波形 图2.8 恢复的信号波形 图2.9 抽样频率小于信号频率两倍的恢复后波形 图2.10 Slne Wave 模块设置 图2.11 Pulse Generator模块设置 图2.12 Analog Fillter Design模块设置 第三章 数字信号基带传输3.1 基带传输系统模型及码间串扰的定义来自数据终端的原始数据信号，如计算机输出的二进制序列，电传机输出的代码，或者是来自模拟信号经数字化处理后的PCM码组等等都是数字信号。这些信号往往包含丰富的低频分量，甚至直流分量，称之为数字基带信号。在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传输，称之为数字基带传输。而大多数信道，如各种无线信道和光信道，数字基带信号必须经过载波调制，把频谱搬移到高载处才能在信道中传输，这种传输称为数字频带（调制或载波）传输。基带传输系统的基本结构如图3.1所示。它主要由信道信号形成器、信道、接收滤滤器和抽样判决器组成。为了保证系统可靠有序地工作，还应有同步系统。 图3.1 基带传输系统的基本结构3.1.1 码间串扰 码间串扰就是前后码元，由于信道中噪声的影响,造成前一码元的拖尾过长，与后一码元发生混叠，使得在接收端无法识别各个数字信号，把这称为码间串扰。3.2 无码间串扰的传输条件 余弦滚降传输特性 可表示为 它所对应的冲激响应为 显见，其在码元传输速率为 时无码间串扰。3.3 降低码间串扰的升余弦滚降系统设计考虑到理想冲激响应 的尾巴衰减很慢的原因是系统的频率特性截止过于陡峭，这可以启发我们按图 4-16 所示的构造思想去设计 的特性，即把 视为对截止频率为 的理想低通特性 按 的特性进 行 “圆滑” 而得到的，即 根据上式无码间串扰基带传输系统的频域条件，不难看出，只要H（W）对于W1具有奇对称的幅度特性，则H（W）即无码间串扰。这里， ，相当于角频率为 。 上述的 “圆滑”，通常被称为“滚降”。 滚降特性 的上、下截止频率分别为 。定义滚降系数为、 显然， 可根据实际需要进行选择，以构成不同的实际系统。常见的有直线滚降、三角形滚降、升余弦滚降等。下图显示了不同 时的余弦滚降特性，图中 。 （ a ）传输特性 （仅画出正频率部分） （ b ）冲激响应 图3.2 余弦滚降传输特性时，无滚降，此时的余弦滚降传输特性 就是截止频率为 的理想低通特性 。时， 就是实际中常采用的升余弦滚降传输特性，可用下式表示 相应地， 为 应该注意，此时所形成的 波形，除在 时刻上幅度为零外，在 这些时刻上其幅度也是零。当 取一般值时，余弦滚降传输特性 可表示为 它所对应的冲激响应为 显见，其在码元传输速率为 时无码间串扰。 图3.3 升余弦滚降系统频谱 图3.4 升余弦滚降系统时域波形 第四章 载波调制的数字传输 4.1 数字调制方式介绍调制的方法主要是通过改变正弦波的幅度、相位和频率来传送信息。其基本原理是把数据信号寄生在载波的某个参数上：幅度、频率和相位，即用数据信号来进行幅度调制、频率调制和相位调制。数字信号只有几个离散值，这就象用数字信号去控制开关选择具有不同参量的振荡一样，为此把数字信号的调制方式称为键控。数字调制分为调幅、调相和调频。如果用改变载波频率的方法来传送二进制符号，就是频移键控的方法。这时其频谱可以看成码列对低频载波的开关键控加上码列的反码对高频载波的开关键控。如果来改变载波的相位，则称为相移键控。这时在比特周期的边缘出现相位的跳变。但在间隔中部保留了相位信息。收端解调通常在其中心点附近进行。还可以采用各种多相位、多振幅和多频率的方案。4.2 PSK调制原理相位键（PSK）使用数字基带信号控制信号载波的相位，进行频谱变换的过程。发送端要产生相位随数字基带信号变化的振荡信号，接受段则把不同相位的载波还原成数字信号。根据载波相位表示数字信息的方式不同，数字调相分为绝对相移（PSK ）和相对相移（DPSK）两类。绝对相移监控只能采用相干解调，在相干解调时存在相位模糊的问题，因而，实际上很少用。应用比较多的是相对相移的PSK调制。PSK方式是受键控的载波相位按基带脉冲而改变的一种数字调制方法，而DPSK则是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。二进制移相键控（2PSK）方式是受键控的载波按基带脉冲而改变的一种数字调制方式。2PSK的信号形式表达式一般表示为: E0(t)=Ang(t- nTs)COS(Wct)PSK调制原理如下图所示。一比特延时电路的输出起着考查载波的作用，相乘器起着相位比较的作用。 图4.1 PSK调制原理图4.3 PSK调制系统设计PSK（相移键控）调制系统：在某些调制解调器中用于数据传输的调制系统，在最简单的方式中，二进制调制信号产生0和1。载波相位来表示信号占和空或者二进制1和O。对于有线线路上较高的数据传输速率，可能发生4个或8个不同的相移，系统要求在接收机上有精确和稳定的参考相位来分辨所使用的各种相位。利用不同的连续的相移键控，这个参考相位被按照相位改变而进行的编码数据所取代，并且通过将相位与前面的位进行比较来检测。在2PSK系统中，由于发送端是以某一个相位做基准的，因而在接收系统中也必须有对应的基准相位作参考，如果基准相位发生变化就会造成误码。考虑到实际通信时参考基准相位的随机跳变是可能的且不易被发觉，由这种因素导致的现象称为2PSK方式的“倒”现象或“反向工作”现象，所以在实际应用中为了避免这种现象人们往往采用2DPSK方式。2DPSK方式是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。例如：假设相位值用相位偏移表示（定义为本码元初相于前一码元初相之差），并假设兀数字信息“1”0数字信息“0”则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下：数字信息: 0 0 1 1 1 0 0 1 0 12DPSK相位: 0 0 0 兀 0 兀 兀 兀 0 0 兀 或 兀 兀 兀 0 兀 0 0 0 兀 兀 0因此，在解调2DPSK信号时并不依赖于某一固定的载波相位参考值，只要前后码元的相对相位关系不被破坏，则鉴别这个相位关系就可以正确恢复数字信息，这就避免了PSK方式