数字通信系统课程设计

1、成都学院（成都大学）课程设计报告数字通信系统的设计与实现摘要：本设计为掌握利用matlab加深对2dps瞰字频带通信系统的理解与掌握，理解运用所学的知识。我主要是用模块和程序设计出数字通信系统中的信源、信源编码、调制器、噪声、信道、解调器、信源译码、信宿。通过 matlab真平台，运用所学的理论和方法进行仿真、调试、波形眼图分析，最终成功实现了 2dps敝字通信系统。关键词：matlab 2dpsk调制；解调3目录第1章弓i言 11.1 背景 11.2 选题的目的和意义 11.3 本课程设计的主要内容 2第2章2dpsk基本原理 32.1 2dpsk言号的原理 32.2 2dpsk信号的调制原

2、理 32.2.1 2dpsk 调制 32.2.2 模拟调制法 32.2.3 键控法 42.3 2dpsk信号的解调原理 42.3.1 2dpsk 解调 42.3.2 极性比较法 62.3.3 相位比较法 6第3章2dpsk系统模块设计仿真 73.1 模拟调制法和极性比较法构成的 2dpskk统 73.2 模拟调制法和相位比较法构成的 2dpskk统 73.3 键控法和相位比较法构成的 2dpsk!（统 83.4 模拟调制法和极性比较法模块分析 83.4.1 模拟调制法模块 83.4.2 键控法调制模块 93.4.3 模拟信道模块 103.4.4 极性比较法模块 103.4.5 相位比较法模块

3、113.4.6 误码率模块 123.4.7 延时器和观测模块 123.4.8 眼图模块 133.5 模块调试 143.5.1 模拟调制法极性调解法仿真 143.5.2 模拟调制法极性调解法仿真分析 16第4章2dpsk系统程序设计仿真 184.1 matla程序 184.2 仿真波形 204.3 波形分析 21第5章结束语 225.1 综合总结 225.2 心得 22参考文献 23成都学院（成都大学）课程设计报告第1章引言a a1.1 目乐数字通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在两地间传输信息必须有传输信道，根据传输媒体的不同有有线数字通信与无线数据通信之分。但它们都

4、是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来，而使不同地点的数字终端实现软、硬件和信息资源的共享。为使数字信号能在带通信道中传输，必须用数字信号对载波进行调制，其调制方式与模拟信号调制类似。根据数字信号控制波的参量不同也分为调幅、调频、调相三种方式。因数字信号对载波参数的调制通常采用数字信号的离散值对载波进行键控，故这三种数字调制方式被称为幅移键控频移键控和相移键控。matlab是由mathworks公司于1984年推出的一种面向科学与工程的设计的计算机软件，它将 不同的领域的计算用函数的形式提供给给用户；用户在使用时，只需要用这些函数并赋予实际参数就能解决实际问题，它涉及数值分析、自动控制、数字

5、信号处理、图像处理、小波分析及神经 元网络等十几个领域的计算和图形显示，而且随着新出版的推出，涉及的领域更多，功能强大。 matla棍供实现动态系统建模和仿真的软件包，它让用户把精力从编程转向模型的构造，为用户省 去了许多重复的代码编写工作；用户只须知道模块的输入、输出以及模块的功能，而不必管模块内 部是怎么实现的，于是留给用户的事情就是如何利用这些模块来建立模型以完成自己的仿真任务， 它被广泛的应用在信号仿真中。本课程设计报告主要介绍了用用窗函数法设计一个线性相位fir低通滤波器和用双线性变化法设计一个butterworth低通滤波器，同时还用了 matlab软件进行仿真设计。1.2 选题的

6、目的和意义在传输信号中，2dpskw 2psk信号和2ask及2fsk信号相比，具有较好的误码率性能， 但2fsk对相位不敏感，为了保证 2psk的优点，又不会产生误码，将2psk体制改进为二进制差分相移键控（2dpsk,及相对相移键控。2dpsk方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。所以我们进行数字通信系统设计可以让我们在设计中获得科学信息，培养自己的逻辑能力及个人设计能力，同时我还可以熟悉使用matlaba件，练习 wordc档的用法，及函数的编译，流程图的设计等等，所以这次课程设计很有意义。matla的真平台，运用所本设计为掌握利用计算机来加深对所学知识的理解和掌

7、握，通过 学的理论和方法进行仿真、解决问题。1.3 本课程设计的主要内容设计2dps/字通信系统分别设计各模块和编写代码程序，进行仿真、调试、分析波形、评价系统、心得体会。通信系统基本模型如图1-1图1-1通信系统基本模型3成都学院(成都大学)课程设计报告第2章2dpsks本原理2.1 2dpsk信号的原理2dpsk是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，载波相邻两码元的相位差定义 为q-1(2-1)%、q-1分别表示第n及n-1个码元的载波初相。 鸳=0通常表示数字信息“ 0，中n=n 通常表示数字信息“ 1 ”。2.2 2dpsk信号的调制原理2dpsk信号有两种调制方法，分别是

8、模拟调制法和键控法。2.2.1 2dpsk 调制2dpsk的基本原理和2ask是一样的，只是把输入的数字信息进行码变换，s2dpsk(t)等于调制信号s(t)码变换后的信号s乘以载波信号cos2n fct。所以sdpsk的数学表达式为 s2dpsk (t) = s(t)，cos2h fct(2-2 )根据功率谱公式可以算出s(t)的功率谱，用p(f)来表示。根据频移定理得到s(t)信号的功率谱a2 -1f2dpsjf)=ps(f fc)+ps(f + fc)(2-3)4 -其中，ps (f )为双极性全占空矩形脉冲序列s(t)的功率谱。2.2.2模拟调制法模拟调制法如图2-1所示，其中码变换过

9、程为将绝对码变换为相对吗；码型变换的过程为将输 入的单极性不归零码转换为双极性不归零码型；乘法器过程是将双极性不归零信号与载波相乘得到图2-1模拟调制法2.2.3键控法键控法如图2-2所示，其中差分变换功能同图1的码变换；选项开关的作用是输入“0”时接相位0,输入“ 1”时接相位兀。图2-2键控法2.3 2dpsk信号的解调原理2dpsk信号最常用的解调方法有两种，一种是极性比较法(相干解调法)，另一种是相位比较法(非相干解调法)。2.3.1 2dpsk 解调当采用2psk解调时，设调制采用“ 1”变“0”不变规则。当发送端“ 1”时，收到的2psk信 号为s2psk = c0s2n fct(

10、2-4)带通滤波器的输出是信号加窄带噪声cos2n fct 十 ni (t) = 一1 + ni (t)】cos2n fct - nq (t)sin2 n fct(2-5)上式与相干载波cos2n fct相乘，得i - cos2 .fctni(t)lcos2 二fct-1-1ni (t)bos2 2二fct-nq(t)sin2 二 fctcos2二fct5成都学院（成都大学）课程设计报告1 .1 1 , 一=一-1 ni(t)l- 1-1 ni(t) icos4r： fct 22-rq (t)sin 4n fct cos2n fct(2-6)式(2-6)所示信号经低通滤波器后得x(t) = 1

11、 +ni (t)(2-7)显然，x(t)的瞬时值是均值为-1、方差为6： = r0b2psk =2n0f的高斯随机变量。所以，x(t)的 取样值的概率密度函数为(x -1)21 一 tti(x) = e 注(2-8),2。同理，发端发“ 0”时，收到的2psk信号为s2psk = cos2n fct(2-9)带通滤波器的输出是信号加窄带噪声cos2冗 fct + 丹(t) = 1 + ni (t) cos2n fct 一 nq (t)sin2 冗 fct(2-10)上式与相干载波cos2n fct相乘，得cos2二 fctni (t)lcos2二fct- 1ni (t)lcos22二fct -

12、nq(t)sin 2二fctcos2二fct=11 ni(t) ,1 -1 1 ni (t) lcos4二 fct22nq(t)sin 4n fct cos2n fct(2-11)式(2-11)所示信号经低通滤波器后得x(t) =1 +ni (t)(2-12)显然，x(t)的瞬时值是均值为1、方差为6： =n0b2psk =2n0f的高斯随机变量。所以，x(t)的 取样值的概率密度函数为(x4)2127f0(x) = j r e(2-13)二2:、当“ 1”、“o”等概率时，最彳i判决门限为0。发“ 1”错判成“ 0”的概率为p(0/1) =f1 (x)dx =1 erfc( jr)(2-14

13、)02根据r = p(0)p(1/0) + p(1)p(0/1)得解调器平均误码率为1 ，1 厂r =-erfc(v7)【p(0) + p(1)】 = erfc(v7)(2-15)2 2式中，=注。 、：2psk的反向工作问题：二分频电路恢复的载波有时与发光载波相同，有时反相。当本地载波反相，变为c0s(2nfct+ n )时，则相乘器以后的输出波形都和载波同频同相时的情况相反，判决器输出的数字信号全错，与发送数码完全相反，这种情况称为反向工作。2dpsk只是解决了 2psk的反向工作问题，但是在 2dpsk差分码中有一个出错时会引起两个相邻码元错误。所以 2dpsk误码率为2psk误码率的两

14、倍1pe =2父erfc(tt)p(0) +p(1)=erfcr)(2-16)22.3.2 极性比较法解调原理：对2dpsk言号进行相干解调，恢复出想相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从 而恢复出发送的二进制数字信息。图2-3极性比较法解调2.3.3 相位比较法解调原理：对接收到的 2dpsk言号延时一个码元间隔 ts,然后与2dpsk言号本身相乘，相乘结 果反映了前后码元的相位差，经过低通滤波器后再抽样判决，可直接恢复出原始数字信息。图2-4相位比较法解调9第3章2dpsk系统模块设计仿真3.1模拟调制法和极性比较法构成的2dpsk（统如图3-1所示。他出幅通buimrbamaulli日置

15、mull曜 rmatmprmudfiimhjaiar3ag fttaeu0rlium maysreajnhg fter defgrtrieied subreemtiucwdria typa coniskfl（冷却 犀明 bdgutrirpubegfliwicrun pd 5r i.：cofiwtflrztfn.onhfhoidem瞄看击酒店痂电由金语图3-1模拟调制和极性比较法构成的2dpsk系统3.2 模拟调制法和相位比较法构成的 2dpsk（统如图3-2所示。j-unpotar tubipdsr dmh!erterpipdiktllum glx ta bh polar conweterbu

16、ttershe wsvbrelay1小gau-saafianatag rber de/rhgaussian noise genmturtransport ddayfitar de 现 ntrinfld subsyuqebuu4rn.iztroorderhddll 但 zefo-onfer hio w图3-2模拟调制和相位比较法构成的2dpsk系统成都学院(成都大学)课程设计报告3.3 键控法和相位比较法构成的2dpsk（统11图3-3键控法和相位比较法构成的2dpsk!（统3.4 模拟调制法和极性比较法模块分析3.4.1 模拟调制法模块如图3-4所示。sine wave图3-4模拟调制法调制模

17、块模块功能说明：通过伯努利二进制发生器模块(bernoulli binary generator)产生二进制序列模拟数字基带信号，然后使用differential encoder模块对该基带信号进行差分编码，unipolar tobipolar模块将前面所得的单极性差分码转换成双极性差分码，之后使用相乘模块( product )把双 极性差分码与sine wave模块产生的载波信号相乘，输出即是2dpsk调整信号。参数设置(没提及的都默认)：伯努利二进制发生器模块 (bernoulli binary generator)-抽样时间 sample time:0.001differential e

18、ncoder模块-m-arry number:2sine wave 模块-ferquency:3000*pi3.4.2 键控法调制模块如图3-5所示。sine wave图3-5键控法调制模型模块模块功能：通过伯努利二进制发生器模块(bernoulli binary generator)产生二进制序列模拟数字基带信号，transport delay模块对sine wave模块产生的正弦波延时半个周期，相当于将正弦波反相，switch模块为一个逻辑开关，通过接受differential encoder输出的单极性差分码的控制，以决定接受正弦波或反相正弦波，完成 2psk调制，综合整个过程，最后输出

19、所需要的2dpsk调制信号。参数设置(没提及的都默认)：伯努利二进制发生器模块(bernoulli binary generator)-抽样时间 sample time:0.001differential encoder模块-m-arry number:2sine wave 模块-ferquency:3000*pitransport delay模块-time delay:1/33.4.3模拟信道模块如图3-6所示。oaussign noise generator图3-6模拟信道模型模块功能：通过对 2dpsk调制信号输出加入一个gaussian噪声信号，可以来模拟信号在信道中的传输过程，通过加

20、法器模块加入gaussian噪声信号3.4.4 极性比较法模块图3-7极性比较法解调模块模块功能：analog filter design模块设计为一个带通滤波器，接受信道输出的信号，基本滤去与所需信号不相关的杂波信号，然后通过相乘器 product将带通输出的信号与调制时所用的正弦 波信号进行相乘，是信号波形产生变化，并进行频谱搬移，所得的信号含高频和低频部分，再 经过analog filter design模块设计的低通滤波器，将高频信号过滤，同时达到对波形整形的目的。pulsegenerator,triggered subsystem 和relay三个模块构成抽样判决器，对低通输出的信号

21、进行抽样成都学院（成都大学）课程设计报告判决，还原出差分变换得到的相对码，最后通过由 logical operator 和unit delay 模块构成的逆 差分变换模块组，将判决出的相对码变换出和基带信号相同的绝对码。data type conversion为一功能模块，作用是对模块输出的数字类型进行转换，使变换成simulink仿真时能识别的double类型。参数设置（没提及的都默认）：anglog filter design带通模块-filter type:bandpass lower:8*pi upper:8000*pianglog filter design低通模块-filter t

22、ype:lowpass passban:3000*pipulse generator模块-period : 0.001 pulse:5logical operator模块-simple time:0.001unit delay 模块-simple time:0.001data type conversion模块-output data type:double3.4.5 相位比较法模块模块功能：analog filter design模块设计为一个带通滤波器，接受信道输出的信号，基本滤去与所需信号不相关的杂波信号，transport delay模块的作用是对带通输出的信号进行延时一个周期，得到差

23、分波形，然后与延时前的波形相乘，形成差分相干过程，之后通过低通和进行抽样判决器,将高频信号过滤，同时达到对波形整形的目的。pulse generator,triggered subsystem 和relay三个模块构成抽样判决器。通过相位比较法抽样判决出的码型即为绝对码，无需进行码反变换过程。如图3-8所示。21transportrelay图3-8相位比较法解调模块参数设置（没提及的都默认）：anglog filter design带通模块-filter type:bandpass lower:8*pi upper:8000*pianglog filter design低通模块-filter

24、type:lowpass passban:3000*pipulse generator模块-period : 0.001 pulse:5transport delay模块-time delay:0.0013.4.6 误码率模块如图3-9所示。zero-order hold图3-9误码率模块模块功能：zero-order-hold模块对采样时间进行零阶保持，对输入进行固定频率取样,输出离散信号。error-rate calculation是误码率计算模块，计算的误码率显示在display模块上。3.4.7延时器和观测模块如图3-10所示。unit oeilayw mlpower spectral

25、 density图3-10延迟器和观测模块power spectral density 模块模块功能：unit delay 为延迟器模块，scope2为示波器模块, 用来观测信号功率在频谱上的分布。3.4.8眼图模块如图3-11所示。discrete-time eye diagram scope图3-11眼图模块模块功能：输出代观测点信号的眼图参数设置：由最佳观测条件决定，在调试中设置。3.5模块调试3.5.1 模拟调制法极性调解法仿真图3-12调制过程波形图3-14解调过程波形图3-15输入输出波形比较-1mkf isqutncy liadml)富1q+time holorypumir sf

26、d/jl daftsiypmwi spectral 0elyle*i35?l醯6 o.n d 切2 o fh。口期1p一二卫- 15 0pswtr sfnciiai dtnsiiy &115 s 鼻与braqumcy e口由闻 10 powsptrji densityijpham-)3i 1.5225fe 串 mty卜图3-16调制过程功率谱变化。英6 0 硒 o.m m32 mmtime 4fke|k 也看po*ei spectral dqnmiy1142ff4jeik iradsfi吟fuvtf印mu 口白曲面神jo.s 1!14221 mf-imutncy iradusmlj元/powu

27、r spirjl mi.iyi声3钟-100bfpqu?ncy jisdvw)fguecy lied或)q.s 11 2 2s 3rnatyjancy 2uwt卜徜 对r?t5eh%hw图3-17解调过程功率谱变化10d珈7d0砸图3-18没失真眼图图3-19有失真眼图3.5.2模拟调制法极性调解法仿真分析图3-12波形表示基带信号经过差分编码再经过极性变换然后与载波相乘得到2dpsk言号。图3-13波形表示2dpsk言号经过信道再经过带通滤波器然后与载波相乘得到相乘后的信号。图3-14波形表示相乘后的信号经低通滤波器经过判决器后得到解调差分信号再得到解调输出信号。图3-15波形是基带信号和系

28、统输出信号的对比，考虑到有延时情况，从波形可以看出系统解调出了原基带信号，所以系统设计成功。图3-16从左到右分别表示基带信号功率谱、2dpsk言号功率谱和信道输出信号功率谱。图3-17从左到右分别表示信道输出信号经过带通滤波器后的功率谱、低通滤波器输出信号功率谱、系统解调输出信号功率谱。从功率谱变化可以看出幸好从低频搬移到高频传输然后又从高频搬移到低频，这些完全符合数字信号的调制解调原理。图3-18表示在噪声simpletime为1时低通滤波器输出的眼图。图3-19表示在噪声simpletime为0.001时低通滤波器输出的眼图。成都学院(成都大学)课程设计报告第4章2dpsk系统程序设计仿

29、真4.1 matlab 程序clear,close allbit=1000;n=16;p=0.6；signal=rand(1,n)=p;% receive=0; % j=1； while j0);endjudge=judge bridge;end m=0:1/bit:(n-1)/bit;%judge=1*low-pass0);%& 绘制输入输出码型图以比较&figuer(3)subplot(4,1,1)stairs(m,signal,r ).axis(0,n/bit,-1.5,1.5);title( 基带原码),xlabel( time/sec ),ylabel( 幅值)；grid onsub

30、plot(4,1,2)stairs(m,difference,r ).axis(0,n/bit,-1.5,1.5);title( 差分码),xlabel( time/sec ),ylabel( 幅值);grid onsubplot(4,1,3)stairs(m,judge, r ).axis(0,n/bit,-1.5,1.5);title( 抽样判决),xlabel( time/sec ),ylabel( 幅值)； grid on%& 码型差分逆变换 & change=0;brid=; for k=2:16if judge(k)=judge(k-1);brid=1; else brid=0; end change=change brid;endsubplot(4,1,4)stairs(m,change, r ).axis(0,n/bit,-1.5,1.5);title( 解调输出),xlabel( time/sec ),ylabel( 幅值);grid on4.2 仿真波形图4-1调制过程输出波形成都学院（成都大学）课程设计报告图4-2信道及解调过程输出波形图4-3基带输入波形系统输出波形比较4.3 波形分析图4-1波形从上到下分别是基带信号波形、差分码波形和2dpsk1号波形。图4-