二进制数字调制技术仿真研究

数字通信原理课程设计报告书数字通信原理课程设计报告书 课题名称课题名称二进制数字调制技术仿真研究二进制数字调制技术仿真研究 姓姓 名名胡启昆胡启昆 学学 号号 0712401 230712401 23 院院 系系 部部 物理与电信工程系物理与电信工程系 专专 业业通信工程通信工程 指导教师指导教师邓曙光教授邓曙光教授 20102010 年年 1 1 月月 1515 日日 2007级级学生数字通信学生数字通信 原理原理课课程程设计设计 一 一 设计任务及要求设计任务及要求 设计目的设计目的 通过本课程设计 提高学生所学通信原理 电子技术 计算机等方面知识 的综合运用能力 巩固所学知识 同时培养学生初步的创新能力 二次开发能 力以及科研能力 本课程设计重点是使学生掌握运用 MATLAB 软件进行通信仿真 的方法 并且加深通信原理中数字调制 理解和运用 设计要求设计要求 首先在理解了二进制数字调制技术原理及扩频通信原理的基础上将理论付 诸与实践的关键就是对 MATLAB 的熟练掌握 如 1 MATLAB 控制流程序 for 循环语句 2 掌握 MATLAB 各种函数库的使用 指导教师签名 2010 年 1 月 15 日 二 指导教师评语 二 指导教师评语 指导教师签名 2010 年 1 月 15 日 三 成绩三 成绩 验收盖章 2010 年 1 月 15 日 二进制数字调制技术仿真研究二进制数字调制技术仿真研究 0712401 23 胡启昆胡启昆 一 设计目的一 设计目的 通过本课程设计 提高学生所学通信原理 电子技术 计算机等方面知识 的综合运用能力 巩固所学知识 同时培养学生初步的创新能力 二次开发能 力以及科研能力 本课程设计重点是使学生掌握运用 MATLAB 软件进行通信仿真 的方法 并且加深通信原理中数字调制 理解和运用 二 设计要求及原理二 设计要求及原理 二进制数字调制技术要求 首先在理解了二进制数字调制技术原理及扩频通信原理的基础上将理论付 诸与实践的关键就是对 MATLAB 的熟练掌握 如 1 MATLAB 控制流程序 for 循环语句 2 掌握 MATLAB 各种函数库的使用 二进制数字调制技术原理 数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输 在实际应用中 大多数信 道具有带通特性而不能直接传输基带信号 为了使数字信号在带通信道中传输 必须使用数字基带信号对载波进行调制 一时信号与信道的特性相匹配 这种 用数字基带信号控制载波 把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数 字调制 通常使用键控法来实现数字调制 比如对载波的振幅 频率和相位进 行键控 三 设计步骤三 设计步骤 1 分析二进制数字调制技术技术原理 画出流程图 2 利用 Matlab 语言编写二进制数字调制解调程序 3 在 Matlab 界面中调试 4 观察并记录二进制序列 载波 FSK PSK ASK 及加入噪声后 解调后 序列 误码率与信噪比的关系等波形图 学会计算误码率 信噪比等 知道调节哪些参数影响误码率 信噪比 四 二进制数字技术原理四 二进制数字技术原理 2ASK 技术原理 2ASK OOK 信号的产生用键控法 相应的调制器如图 1 1 1 所示 下图是一 种数字键控法 其中的开关电路受 s t 控制 图图 1 1 11 1 1 2ASK OOK2ASK OOK 信号调制器原理框图信号调制器原理框图 二进制振幅键控信号的基本解调方法有两种 非相干解调及相干解调 即 包络检波法和同步检测法 非相干解调系统设备简单 但在信噪比小时 相干 解调系统的性能优于非相干解调 但本次课程设计我采用的包络检波法 即非 相干解调 其原理框图如下图 1 1 2 图图 1 1 21 1 2 2ASK2ASK 解调的原理框图解调的原理框图 2FSK 技术原理 单稳1 整形2整形1 低通 滤波器 单稳2 相加器 抽样 判决 位同步信号 解调信号输出调制信号输入 图图 1 1 31 1 3 2FSK2FSK 解调的原理框图解调的原理框图 2PSK 技术原理 用键控法对 2PSK 调制的原理框图如下图 1 1 4 图图 1 1 41 1 4 2PSK2PSK 调制的原理框图调制的原理框图 2PSK 信号的解调通常采用相干解调法 解调器原理框图如下图 3 1 2 所示 图图 1 1 51 1 5 2PSK2PSK 解调的原理框图解调的原理框图 cos ct 0 0 开开关关电电路路 e2PSK t 180 相移 s s t t b B BP PF F e e2 2P PS SK K t t a a 相相乘乘器器 c c L LP PF F d d b b e e 抽抽样样 判判决决器器 输输出出 c co os s c ct t 定定时时 脉脉冲冲 五 程序设计五 程序设计 4 1 ASK 程序设计程序设计 clc clear x1 round rand 1 100 T 100 t 0 0 01 9 99 for i 1 10 if x1 i 1 for g 1 100 A 100 i 1 g 1 end else for g 1 100 A 100 i 1 g 0 end end end subplot 4 2 1 plot t A r title 二进制序列 y cos 5 pi t subplot 4 2 2 plot t y title 载波 s A y subplot 4 2 3 plot t s title ASK 信号 nosie rand 1 1000 s s nosie subplot 4 2 4 plot t s title 加入噪声 z3 abs fft s 512 subplot 4 2 8 plot z3 axis 0 50 0 300 title 频谱 grid on z s y subplot 4 2 5 plot t z title 相乘后信号 n Wn buttord 0 01 0 1 0 5 40 临界频率采用角频率表示 b a butter n Wn y1 filter b a z subplot 4 2 6 plot t y1 title 滤波后信号 for i 0 9 if y1 i 100 50 0 2 for j 1 100 out 100 i j 1 end else for j 1 100 out 100 i j 0 end end end subplot 4 2 7 plot t out title 抽样判决 ASK 波形如图波形如图 2 1 图图 2 1 4 2 FSK 程序程序 clc clear x1 round rand 1 100 T 100 t 0 0 01 9 99 for i 1 10 if x1 i 1 for g 1 100 A 100 i 1 g 1 end else for g 1 100 A 100 i 1 g 0 end end end subplot 5 2 1 plot t A r title 二进制序列 y1 cos 3 pi t y2 cos 10 pi t subplot 5 2 2 plot t y1 title 载波 1 s A y1 subplot 5 2 3 plot t y2 title 载波 2 s s not A y2 subplot 5 2 4 plot t s title FSK 信号 nosie rand 1 1000 s s nosie subplot 5 2 5 plot t s title 加入噪声 z s y1 z3 abs fft s 512 subplot 5 2 6 plot z3 axis 0 100 0 300 title 频谱 grid on subplot 5 2 7 plot t z title 相乘后信号 n Wn buttord 0 01 0 1 0 5 40 临界频率采用角频率表示 b a butter n Wn y1 filter b a z subplot 5 2 8 plot t y1 title 滤波后信号 for i 0 9 if y1 i 100 50 0 2 for j 1 100 out 100 i j 1 end else for j 1 100 out 100 i j 0 end end end subplot 5 2 9 plot t out title 抽样判决 FSK 波形如图波形如图 2 2 图图 2 2 4 3PSK 程序程序 clc clear x1 round rand 1 100 T 100 t 0 0 01 9 99 for i 1 10 if x1 i 1 for g 1 100 A 100 i 1 g 1 end else for g 1 100 A 100 i 1 g 0 end end end subplot 4 2 1 plot t A r title 二进制序列 y cos 5 pi t subplot 4 2 2 plot t y title 载波 s A y s s not A y subplot 4 2 3 plot t s title PSK 信号 nosie rand 1 1000 s s nosie subplot 4 2 4 plot t s title 加入噪声 z s y z3 abs fft s 512 subplot 4 2 8 plot z3 axis 0 500 1 300 title 频谱 grid on subplot 4 2 5 plot t z title 相乘后信号 n Wn buttord 0 01 0 1 0 5 40 临界频率采用角频率表示 b a butter n Wn y1 filter b a z subplot 4 2 6 plot t y1 title 滤波后信号 for i 0 9 if y1 i 100 50 0 2 for j 1 100 out 100 i j 0 end else for j 1 100 out 100 i j 1 end end end subplot 4 2 7 plot t out title 抽样判决 PSK 波形如图波形如图 2 3 图图 2 3 六 三种数字调制系统的误码率与信噪比六 三种数字调制系统的误码率与信噪比的关系的关系 从图 1 4 可以看出 在相同的信噪比的情况下相干解调 2PSK 的误码率最 小 2ASK 的误码率最大 三种数字调制系统的误码率与信噪比的关系图种数字调制系统的误码率与信噪比的关系图 1 4 六 设计总结六 设计总结 本次课程设计是基于本学期所学习的通信原理方面的知识 是一次比较全 面的应用 也是一次多方面的学习 在设计中 除了对通信原理方面已经学习 过的知识进行了复习和应用以外 最大的收获是学习了 MATLAB 仿真软件的 操作使用方法 设计要求运用 MATLAB 编程实现 2ASK 2FSK 2PSK 调制 解调 过程 并输出其调制后的波形 画出频谱 功率谱密度图 比较各种调制的误 码率情况 运用 SIMULINK 仿真工具搭建直接扩频通信系统 系统中应包括信 元产生模块 伪随机码产生器 进行直接序列扩频 使用 BPSK 调制方法调制 后 分别运用高斯信道和瑞利衰落信道传输 再在接收端进行解调解码 并用 示波器观察其输出波形以及频谱 比较扩频前后的频谱特性 这次课程设计也使我认识到自己在理论知识方面的不足 以至于一度停滞 必须回头去复习课本的知识 也只有真正动手了才能发现自己的不足和存在的