二进制数字调制技术以及扩频通信系统的仿真研究

1、长 沙 学 院课程设计说明书题目二进制数字调制技术以及扩频通信系统的仿真研究系(部)电子与通信工程系专业(班级)通信04班姓名廖善得学号2011025413指导教师刘光灿、张刚林陈威兵、黄飞江起止日期2013.12.232014.1.3长沙学院课程设计鉴定表姓名廖善得学号2011025413专业通信工程班级通信04设计题目二进制数字调制技术以及扩频通信系统的仿真研究指导教师刘光灿、张刚林、陈威兵、黄飞江指导教师意见：评定成绩： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定成绩：答辩小组长签名：日期：教研室意见：最终评定等级：教研室主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“中等”、“及格

2、”、“不及格”五等。课程设计任务书系(部)：电子与通信工程系 专业：通信工程 课题名称二进制数字调制技术以及扩频通信系统的仿真研究设计要求1、掌握二进制数字调制技术及扩频通信系统原理。2、设计二进制数字带通传输系统及扩频通信系统。3、利用matlab仿真软件对所设计系统进行仿真。4、验证系统完整性，并输出系统各点波形、频谱图、误码率分析图。5、利用仿真结果，分析系统性能。6、按照老师给定的要求，撰写课程设计报告。设计工作量1. 学生通过自学和老师指导，理解matlab仿真软件的使用。2. 学生通过查阅资料理解带通数字传输系统及扩频通信系统的设计方法。3. 学生在完成系统框架设计后，利用仿真软件

3、，搭建仿真环境，对所设计的系统进行仿真，并通过仿真结果分析其系统性能。4. 完成之后参加课程设计答辩任务。工作计划起止日期工作内容2013.12.23课程设计任务说明及动员，查找相关资料，讨论实现方案2013.12.24-2013.12.27完成二进制数字调制系统设计及matlab仿真程序编译2013.12.302014.1.2完成扩频通信系统的simulink搭建，整理定稿设计文件。2014.1.3课程设计答辩指导老师： 年 月 日 教研室主任： 年 月 日目录概述11. 课程设计任务12. 二进制数字调制技术22.1 二进制振幅键控（ask）原理22.2 二进制频率键控（fsk）原理22.

4、3 二进制相移键控（psk）原理33. 扩频通信系统33.1 概述33.2 扩频通信系统34. 数字调制技术仿真44.1 2ask 仿真44.2 2fsk仿真64.3 2psk仿真84.4 仿真结果分析105. 直接序列扩频通信系统仿真115.1 simulink简介115.2 基于simulink的直接序列扩频通信系统搭建115.3 仿真结果分析12参考文献15致谢!16一 概述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、扩频通信技术的理解和运用。学生通过自学和老师指导，理解matlab仿真软件的使用。并通过查阅资料理解带通数字传输系统及扩频

5、通信系统的设计方法。在完成系统框架设计后，利用仿真软件，搭建仿真环境，对所设计的系统进行仿真，并通过仿真结果分析其系统性能。二 课程设计任务通过学习掌握二进制数字调制技术及扩频通信系统原理。查阅资料了解和掌握matlab软件的使用，并利用matlab软件编写程序。设计二进制数字带通传输系统，用simulink设计扩频通信系统模型。然后利用matlab仿真软件对所设计系统进行仿真。验证系统完整性，并输出系统各点波形、频谱图、误码率分析图。利用仿真结果，分析系统性能。最后能够按照老师给定的要求，撰写课程设计报告。二 二进制数字调制技术2.1 二进制振幅键控（ask）原理振幅键控是利用载波的幅度变化

6、来传递数字信息，其频率和初始相位保持不变。在2ask中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。二进制振幅键控信号由于一个信号状态始终为零，故又常称为通断键控信号（ook信号）。振幅键控实现简单，但抗干扰能力差。图1-1 2ask原理图2.2 二进制频率键控（fsk）原理数字频率调制又称频移键控（fsk），二进制频移键控记作2fsk。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2fsk信号便是符号“1”对应于载频，而符号“0”对应于载频（与不同的另一载频）的已调波形，而且与之间的改变是瞬间完成的。图1-2 2fsk原理图下图给出的是用键控

7、法实现2fsk信号的电路框图，两个独立的载波发生器的输出受控于输入的二进制信号，按“1”或“0”分别选择一个载波作为输出。图1-3 实现2fsk信号的电路框图2.3 二进制相移键控（psk）原理相移键控(2psk)是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变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。如下图所示：图1-4 2psk原理图三 扩频通信系统3.1 概述扩频是指将信号的频谱扩展至占用很宽的频带。扩展频谱通信系统是将基带信号的频谱通过某

8、种调制扩展到远大于原基带信号带宽的系统。3.2 扩频通信系统3.2.1基本原理由直扩序列扩频系统原理图可以看出，在发射端，信源输出的信号与伪随机码产生器产生的伪随机码进行模2加，产生一速率与伪随机码速率相同的扩频序列，然后再用扩频序列去调制载波，这样得到已扩频调制的射频信号。在接收端，接收到的扩频信号经高放和混频后，用与发射端同步的伪随机序列对扩频调制信号进行相关解扩，将信号的频带恢复为信息序列的频带，然后进行解调，恢复出所传输的信息。图1 直接序列扩频通信原理3.2.2基本特点扩频通信的基本特点，是传输信号所占用的频带宽度（w）远大于原始信息本身实际所需的最小带宽（b），其比值称为处理增益（

9、gp）。总之，我们用扩展频谱的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据3.2.3扩频通信系统分类扩频技术分为三类：（1）直接序列扩频，通常采用一段伪随机序列表示一个信息码元，对载波进行调制。（2）跳频扩频，它使发射机的载频在一个信息码元的时间内，按照预定的规律，离散地快速跳变。（3）线性调制，载频在一个信息码元时间内在一个宽的频段中线性地变化。四 数字调制技术仿真4.1 2ask 仿真4.1.1 2ask仿真程序编写clcclear;figure(1)s=round(rand(1,10);t=0:2*pi/99

10、:2*pi;m1=;c1=;for n=1:length(s) if s(n)=0 ; m=zeros(1,100); else %s(n)=1; m=ones(1,100); end c=sin(2*t); m1=m1 m; c1=c1 c;end a=c1.*m1;subplot(4,2,1);plot(m1)title (原始二进制信号);subplot(4,2,2);plot(c1)title (载波信号);axis(0 100*length(s) -1.1 1.1);subplot(4,2,3);plot (a);title (2ask调制信号);%加入高斯噪声y=0.125;%no

11、ise 系数，控制噪声功率noise=y*(2*rand(1,100*length(s)-1);a=a+noise;ba=fft(a,512);ba=abs(ba);subplot(4,2,4)plot(a);title(加入高斯噪声后波形)z3=abs(fft(a,512);subplot(4,2,6);plot(z3);axis(0, 50,-1, 300);title(频谱图);grid on z=a.*c1;subplot(4,2,5);plot(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w,q=butte

12、r(n,wn);y1=filter(w,q,z);subplot(4,2,7);plot(y1); title(滤波后信号);for i=0:9 if y1(i*100+60)0.4 for j=1:100 out(100*i+j)=1; end else for j=1:100 out(100*i+j)=0; end endendsubplot(4,2,8);plot(out);title(抽样判决(恢复出原始信号);4.1.2 仿真结果图4.2 2fsk仿真4.2.1 2fsk仿真程序编写clcclear;figure(2)s=round(rand(1,10);t=0:2*pi/99:2*

13、pi;m1=;c1=;b1=;x1=;for n=1:length(s) if s(n)=0 ; m=ones(1,100); c=sin(8*t); b=zeros(1,100); x=sin(2*t); else s(n)=1; m=ones(1,100); c=sin(2*t); b=ones(1,100); x=sin(2*t); end x1=x1 x; m1=m1 m; c1=c1 c; b1=b1,b;end f=c1.*m1;subplot(4,2,1);plot(b1)title (原始二进制信号);subplot(4,2,2);plot(c1)title (载波信号);ax

14、is(0 100*length(s) -1.1 1.1);subplot(4,2,3);plot (f);title (2fsk调制信号);%加入高斯噪声y=0.125;%noise 系数，控制噪声功率noise=y*(2*rand(1,100*length(s)-1);a=f+noise;ba=fft(a,512);ba=abs(ba);subplot(4,2,4)plot(a);title(加入高斯噪声)z3=abs(fft(a,512);subplot(4,2,6);plot(z3);axis(0, 50,-1, 300);title(频谱图);grid on z=a.*x1;subpl

15、ot(4,2,5);plot(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w,q=butter(n,wn);y1=filter(w,q,z);subplot(4,2,7);plot(y1); title(滤波后信号);for i=0:9 if y1(i*100+60)0.4 for j=1:100 out(100*i+j)=1; end else for j=1:100 out(100*i+j)=0; end endendsubplot(4,2,8);plot(out);title(抽样判决（恢复信号）);4.2.2

16、 仿真结果图4.3 2psk仿真4.3.1 仿真程序clcclear;figure(3)s=round(rand(1,10);t=0:2*pi/99:2*pi;m1=;c1=;b1=;for n=1:length(s) if s(n)=0 ; m= -ones(1,100); b=zeros(1,100); else s(n)=1; m=ones(1,100); b=ones(1,100); end c=sin(2*t); m1=m1 m; c1=c1 c; b1=b1,b;end p=c1.*m1;subplot(4,2,1);plot(b1)title (原始信号);subplot(4,2

17、,2);plot(c1)title (载波信号);axis(0 100*length(s) -1.1 1.1);subplot(4,2,3);plot (p);title (2psk调制信号);%加入高斯噪声y=0.125;%noise 系数，控制噪声功率noise=y*(2*rand(1,100*length(s)-1);a=p+noise;ba=fft(a,512);ba=abs(ba);subplot(4,2,4)plot(a);title(加入高斯噪声)z3=abs(fft(a,512);subplot(4,2,6);plot(z3);axis(0, 50,-1, 300);title

18、(频谱图);grid on z=a.*c1;subplot(4,2,5);plot(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w,q=butter(n,wn);y1=filter(w,q,z);subplot(4,2,7);plot(y1); title(滤波后信号);for i=0:9 if y1(i*100+60)0.4 for j=1:100 out(100*i+j)=1; end else for j=1:100 out(100*i+j)=0; end endendsubplot(4,2,8);plot(o

19、ut);title(抽样判决（恢复原信号）);4.3.2 2psk仿真结果图4.4 仿真结果分析误码率分析从图形可以看出，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。五 直接序列扩频通信系统仿真5.1 simulink简介matlab最初是mathworks公司推出的一种数学应用软件，经过多年的发展，开发了包括通信系统在内的多个工具箱，从而成为目前科学研究和工程应用的最流行的软件包之一。simulink是matlab中的一种可视化仿真工具，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个集成环境，广泛运用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。它包括一个

20、复杂的接收器、信号源、线性和非线性组件以及连接组建的模块库，用户也可以根据需要定制或者创建自己的模块。simulink的主要特点在于使用户可以通过简单的鼠标操作和拷贝等命令建立起直观的系统框图模型，用户可以很随意地改变模型中的参数，并可以马上看到改变参数后的结果，从而达到方便、快捷地建模和仿真的目的。5.2 基于simulink的直接序列扩频通信系统搭建5.3 仿真结果分析（1）扩频前序列(2)扩频后序列（3）恢复后序列（5）扩频通信系统分析random integer generator数据输入源：用于产生数据流，采样时间0.01s。pn sequence generator伪码产生器： 用

21、于产生伪随机扩频序列，其采样频率为0.0005s。rate transition 升速处理器：用于做升速处理，使扩频模块上的数据采样速率相同。输出速率为2000chip/s。rate transition1和rate transition2的输出速率为8000 chip/s。unipolar to bipolar converter单双极转换器： 用于完成数据和扩频的单双极变换。product乘法器：用于完成输入信号与扩频码的模2加1.3。其输出就是扩频输出，其码速率等于采样速率，即每个采样点代表一个码片。bipolar to unipolar converter双单极转换器：完成扩频输出由双极性到单极性转换。 qpsk调制器：用于将扩频信号调制到中频。调制输出信号是复信号，采样率为2000次/s。scope波形观测器：用于观测输入输出信号