基于matlab的数字通信系统

1、目录第一章绪论3.1.1 什么是数字通信系统？3.1.2 数字通信系统的基本组成31.3 数字通信系统的特点4.第二章MATLA咪件6.2.1 MATLAB软件介绍6.2.2 MATLAB软件的应用6.第三章2ASK仿真设计和运行结果8.3.1 2ASK调制和解调原理8.3.2 主要程序的介绍 基带信号的产生 载波的产生 噪声的产生.103.2.4 2ASK的调制1.03.2.5 2ASK的解调1.03.2.6 判决输出1.13.3 仿真结果1.1第四章2FSK&真设计和运行结果124.1 2FSK调制和解调原理124.2 主要程序的介绍1.3

2、4.2.1 基带信号和的产生134.2.2 两种不同频率载波的产生 2FSKH制.144.2.4 2FSKW调.154.2.5 判决输出1.54.3 仿真结果1.6第五章2PSK仿真设计和运行结果1.75.1 2PSK勺调制和解调原理1.75.2 主要程序的介绍 基带信号的产生.185.2.2 双极型码的产生185.2.3 载波信号的产生185.2.4 2PSKM制 2PSK勺解调.195.2.6 判决输出1.95.3 仿真结果20第六章2DPSK勺仿真设计和运行结果2.16.1 2DPSK勺调制与解调原理216.2 主要程序的介绍226.2.1

3、 基带信号（绝又t码）的产生226.2.2 相对码及其反码的产生236.2.3 载波信号的产生236.2.4 2DPSKM制246.2.5 2DPSKS调246.2.6 判决输出256.2.7 码反变换256.3 仿真结果25第七章GUI界面仿真设计及结果277.1 GUI界面设计277.2 仿真结果27第八章总结和体会30第一章绪论1.1 什么是数字通信系统？数字通信系统是利用数字信号传输信息的系统，是构成现代通信网的基础。1.2 数字通信系统的基本组成通信的基本功能是传递信息，即由信源产生的信息，通过一定的媒介（即信道）传输，最后被信宿（收信暂）接收。一个数字通信系统的基本任务就是把信源产

4、生的信息变换成一定格式的数字信号，迩过信道传输，到达接收端后，再变换为适宜于信宿接受的信息形式送至信宿。图1是实现这个过程的数字通信系统的基本框图。倒睇入晒帽出修f信/4码H+与淘删-A发P1机有师图陪落,能推轴入祖第时出彳现事甲国器-丹坤解砒器倍谓伴鹤易强却圜工煞（D信息源信源是发出信息的源，其作用是把各种可能消息转换成原始电信号。信源可分为模拟信源和数字信源。模拟信源（如电话机、电视摄像机）输出连续幅度的模拟信号;数字信源（如电传机、计算机等各种数字终端设备）输出离散的数字信号。(2)变换器因语声、图像等原始的消息不能以电磁波来传送，所以需要通过变换器将原始的非电消息变换成电信号，并再对这

5、种电信号进一步转换，使其变换成适合某种具体信道传输的电信号。这种电信号同样载有原有的信息。例如电话机的送话器，就是将语声变换成幅度连续变化的电话信号，再进一步转换后送到信道上去。(3)信道信道是指传输信号的通道，可以是有线的，也可以是无线的，有线和无线均有多种传输媒质。信道既给信号以通路，也对信号产生各种干扰和噪声。传输媒质的固有特性和干扰直接关系到通信的质量。(4)反变换器反变换器的基本功能是完成变换器的反变换，即进行解调、译码、解码等等。它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始信号来。对于多路复用信号，接收设备还具有解除多路复用和实现正确分路的功能。(5)信宿信宿是传输信息的归

6、宿，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。(6)噪声源噪声源是信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。1.3 数字通信系统的特点数字通信系统的优点如下：1、抗干扰能力强由于在数字通信中，传输的信号幅度是离散的，以二进制为例，信号的取值只有两个，这样接收端只需判别两种状态。信号在传输过程中受到噪声的干扰，必然会使波形失真，接收端对其进行抽样判决，以辨别是两种状态中的哪一个。只要噪声的大小不足以影响判决的正确性，就能正确接收(再生)。而在模拟通信中，传输的信号幅度是连续变化的，一旦叠加上噪声，即使噪声很小，也很难消除它。2、差错可控数字信号在传输过程中出现的错误（差错），可通过

7、纠错编码技术来控制，以提高传输的可靠性。3、易加密数字信号与模拟信号相比，它容易加密和解密。因此，数字通信保密性好。4、易于与现代技术相结合由于计算机技术、数字存贮技术、数字交换技术以及数字处理技术等现代技术飞速发展，许多设备、终端接口均是数字信号，因此极易与数字通信系统相连接。第二章MATLAB软件2.1 MATLAB软件介绍MATLAB1是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂

8、（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、

9、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C+,JAVA的支持。2.2 MATLAB软件的应用MATLAB产品族可以用来进行以下各种工作: 数值分析 数值和符号计算 工程与科学绘图 控制系统的设计与仿真 数字图像处理技

10、术 数字信号处理技术MATLAB在通讯系统设计与仿真的应用 !讯系统设计与仿真务与金融工程 管理与调度优化计算（运筹学）MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。第三章2ASK仿真设计和运行结果3.1 2ASK调制和解调原理(1)调制振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而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”。一种常用的、也是最简单的二

11、进制振幅键控方式称为通一断键控(OOK)。其表达式为Acoswcteook(t)°以概率P发送“1”时以概率1P发送“0”时2ASK信号的一般表达式为e2ASK(t)s(t)coswct其中s(t)ang(taTs)n二进制振幅键控信号的产生通常有两种：模拟调制法和键控法，相应的调制器如图3-1-1所示。图(a)就是一般的模拟幅度调制的方法，用乘法器实现；图(b)是一种数字键控法，其中的开关电路受s(t)控制。本次课设采用数字键控法。二£E制不归零管号工旺.小架的k橐后我1S£Dzcoswct(即集强相靠法图3-1-12ASK/OOK信号调制器原理框图(2)解调本

12、次课设用的是相干解调。ASK信号有两种基本的解调方法：非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)。与模拟信号的接收系统相比，这里增加了一个“抽样判决器”方框，这对提高数字信号的接收性能是必要的。3.2 主要程序的介绍3.2.1 基带信号的产生st=t:forn-1:10ifa(n);forin-j/i*(n-1)1-1:j/.i*nst;endelsefcre=j/1*(n-1)+1:j/1st(11)=1：endend因为a(n)的产生是在x=(rand(1,i)产生0-1之间的随机数，然后a=round(x)取最接近的自然数。相当于在(0,1)中任意取0和1'。n代表取随机数

13、的个数。上面代码意思是当a(n)小于1时，则令信号为1,否则为0。3.2.2 载波的产生sl-cosc*t);subplot(422);plot(si);titleC载豉信号mV):由程序可知y=cos(2*pi*fc*t),fc是该函数的频率，我们可以通过修改fc的值来改变载波信号的频率。3.2.3 噪声的产生4_2askst.*eL：subplot(423);plot(t,e_2ask)；titleC已调信号;noise?二tand(Lj);j2a号k=日_2a5kHioi转：%加入啤击subplot(424):plot(t,e_2ask);±itle("加入噪声的信号

14、)：iMib因为噪声是随机的，所以在加上噪声时，可以用随机函数来产生随机数，用于现实中噪声干扰。3.2.4 2ASK的调制e_2ask=st.*sl;subplot(4Z3)：plotitTe_2a.sk)：titleC已调信号已;将基带信号和载波相乘，就可以得到调制波3.2.5 2ASK的解调at=e_2ask.*cdec*t：gt)：，因为是单极性疲形，还有直流分量，应去掉subplot(426);plot(tTat):titkC与载波相乘后信号')；f,afJ=T2F(t,it)：Lt.dt=Ijif(f.af.2吐n)遢过低通遮波器subplot(426);plot(3atJ:

15、titleCSTffi调后技巧)j因为我们用的是相干解调，而且通过书本知识可知当基带信号和载波相乘后，再通过低通滤波器就可以得出解调波形3.2.6 判决输出form=0:i-l:ifat(L.*500250)+0.5<0.5；forj-H*500Fl:*500;at(1j)=0；endelseforj=m*oOD+l：m+1)*50(i.at(Lj)=l:endendend由可知at（1,m*500+250）是在解调波形中取点，当值在（0,0.5）之间时,就判决输出为0,当值为（0.5,1）之间时判决输出为13.3 仿真结果基带信号S1210-1-112-102345已调信号0戟据信号S

16、10020004Mo相干解调后波形QQ1-0010026210j抽样判决后波形012345第四章2FSKW真设计和运行结果4.12FSK调制和解调原理(1)调制频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在fl和f2两个频率点间变化。故其表达式为1”时0”时Acos(w1t)发送e2FSK(t)Acos(w2t)发送2FSK信号的产生方法主要有两种。一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用键控法实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一，如图4-1-1所示。

17、本次课设用的是键控法实现。图4-1-12FSK信号调制器原理框图(2)解调2FSK信号的常用解调方法是采用如图4-1-2所示的非相干解调(包络检波)和相干解调。其解调原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调，然后进行判决。这里的抽样判决时直接比较两路信号抽样值得大小，可以不专门设置门限。判决规则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率f1,则接收时上支路的样值较大，应判为“1”；反之则判为“0”。图4-1-22FSK信号相干解调解调原理图输入图4-1-32FSK信号相干解调解调原理图4.2主要程序的介绍4.2.1 基带信号和的产生5tl=t；forn=l：10i

18、fa(n)<l;fortr=ji/i,(n-I)+1:j/inud号15Gfari-ji/i1(n-l)-l-l:;/i"n(m=1endforre=l:j'ifstl(n)>1:st2(u)=0;elsest2n)=l:endend:figure(l)；subplot(411):plot(t,stl)：eni图1是FSK的基带信号产生和ASK的基带信号产生的原理是一样的，都是产生0到1之间的10个数。然后大于0.5的为1，小于0.5的为0图2是求基带信号的反码。它是通过判断基带信号是否小于1,如果小于1则为1,如果不小于1则为004.2.2 两种不同频率载波的产

19、生sl-cas'2*pi*fL*t)£2=cos(2*pi*f2*t)subplot(413),plot,al):载唠信号吕1,)；subplat(414),plot(k2：titleC载波信号$2');因为FSK的调制方法是数字键控法需要两个不同频率的信号，在该程序里我们可以通过修改f1和f2的值得到两个频率不同的载波信号。4.2.3 2FSKM制FF=tL*式:“加入辨皮IF2-雀岛加入颤波2figure2):subplot(411):plot(tFFl);titl*fFl=sl*£tr):subplot(4123;pl&t(tTF2):titl

20、ef*F2=s2*st2,):e_f51t-=Fl+F2;subplot(413】：plot(t,e_fsk)；将载波1和载波2分别和基带信号和基带信号反码相乘，再相加，就可以得到调制信号。4.2.4 2FSK#调stl=fsk,*sl:4与裁强1相乘f,sf1-T2FCu5tl)、通对低通速豉署Ctrffil=Ipf%s£1t2*fm);fi£ure；subplot311:plot(tTstl);titlef与E相乘后波相)§t2=fak.*s2;*与载波。相乘Zf,sf2=TZFCt,st2)坐通过低jft速装器t,st2=Ipf(fPsf2,2*fm);su

21、bplot<312);plotIt.st2):title。与二2相熏后波影)；上面程序写的是相干解调的方法，解调原理是将FSK分解为上下两路信号分别进行解调，然后判决。也就是将上下路分别和相应载波相乘，再判决。4.2.5 判决输出fotm=0i-1:ifst1(1,m*530+25OJ<st2(1Ta*500+250):forj=m*a30+l-(ml)*5C0;<1Tj)=0;endforj=m*5O0+l:(n*l)*500：at(11j)=1;它ndend根据解调原理，判断若规定“1”符号对应载波频率fl,则接受时上支路的样值较大，则判为“1”；反之为“0”4.3仿真结

22、果与S1相乘后波形与袁相乘后液形抽样判决后波形210-100.611.522.633.644.SS第五章2PSK仿真设计和运行结果5.1 2PSK勺调制和解调原理(1)调制相移键控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2PSK中，通常用初始相位0和冗分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为e2PSKAcos(Wct)2PSK信号的调制原理框图如图5-1-1所示。与2ASK信号的产生方法相比较，只是对s的要求不同，在2ASK中s是单极性的，而在2PSK中s是双(a)模推调制方法(to键控法极性的基带信号。图5-1-12PSK信号的调制原理框图(2)解调

23、2PSK信号的解调通常采用相干解调法：解调器原理框图如图5-1-2所示:的求(工)厂带通流波器相乘器cm低逋滤波器定时际神抽样判法器图5-1-22PSK信号的解调原理框图5.2 主要程序的介绍5.2.1 基带信号的产生Stl=t；st2=t:fcrk=l.j.ifstl(k)>=l；st2(k)=0;els*st2(k)=l.endendsubplot.412),uloift,st?);forn=l10i£a(n)1;form-j/i*j/i*nstlU)-0：1 endelseformrj/i,tn-l+l:j/i*nstl(m)-l;endendend图1基带信号图2基带信

24、号反码由于PSK中的是双极性信号，因此对上面所求单极性信号取反来与之一起构成双极性码，所以这里需要求出基带信号及其反码，为后面求双极型码做准备1.2.2 双极型码的产生st3-stl-st2;subplot(413)*plot(tTst3)：titleC改极性甚带信等日3)将基带信号减去基带信号反码，就可以得出双极型码1.2.3 载波信号的产生sl-sin(2*pi*fc*t);vbplot(414)；plotisL)：titleC载迪信号工1');载波信号的产生原理ASK一样，可以通过改变fc的值来改变载波的频率1.2.4 2PSK调制e_2ask-st.*sl;subplot（42

25、3）:plot4t,e_2asls）;tie（已调信号）;2PSK勺调制原理和2ASKM制原理一致，都是基带信号和载波相乘。1.2.5 2PSK的解调psk”sk-鼻乳:与教我相相subp1ot(913)：pl6t(t,psk)：title与载波51相乘后避刑,)；fja£=TSFCt川ak)、%啜通道保通滤波器t,pO=Lpf(f.aftB)：subplot(oli):plott3psk).title低逋通波后茨度);因为我们用的是相干解调，所以需要已调波和载波相乘，再经过低通滤波器1.2.6 判决输出form=0-i-1;ifpsk(13m+o00+-250)<0；forj

26、500+1:(a+l)*G0O;psk(lTj)=0：endelseforj-B*500+l:：psk(L,j)=1:endenden.d判决规则为当已调小于0时为'0',否则为1'。5.3仿真结果e2psK00.511.522.5335加噪后波形4.55丈fWVWWWWAWWWVVAillI00.51T522.533544.55与载波31相乘后波形:仲讣丑小4小Z中97小小讨瓜C0.511.5?2.S33544.S5x103低通遁波后波形i5IIII*10051T522533.S抽样判决后波形4.5500.511.522.533.544.55第六章2DPSK勺仿真设计

27、和运行结果6.1 2DPSK勺调制与解调原理（1）调制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，所以又称相对相移键控。2DPSK信号的产生方法：先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把数字信息序列的绝对码变换成相对码（差分码），然后再根据相对码进行绝对调相，从而产生二进制差分相移键控信号。2DPSK信号调制器原理框图如图6-1-1所图6-1-12DPSK信号调制器原理框图（2）解调2DPSK信号的解调方法之一是相干解调（极性比较法）加码反变换法，其解调原理是：对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，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。在解调中，由于

28、载波相位模糊性的的影响，使得解调出的相对码也可能是“1”和“0”倒置，但经差分译码（码反变换）从而解决了载波相位模糊性带来的问题。2DPSK的相干解调原理框图如图6-1-2所示图6-1-22DPSK的相干解调原理框图2DPSK信号的另一种解调方法是差分相干解调（相位比较法），其原理框图如图6-1-3所示。用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需要由收到的2DPSK信号延时一个码元间隔T,然后与2DPSK信号本身相乘。相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波器后再抽样判决，即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中不需要码反变换器。2DPSK的差分相干解调器原理框图如图

29、6-1-2所示：图6-1-32DPSK的差分相干解调器原理框图6.2 主要程序的介绍6.2.1 基带信号(绝又t码)的产生a»round<rand(l,i)：figmeC4);stem(a)：stl=t:forn-L.10ifa(n)<1;fcrnrj/i*(n-l)+l:j/itnst1(n,=0;endelsefornrj/i*(n-l)+l:j/i,nstKnL：先是产生（0,1）的随机数，再取最接近的整数，然后将加其10等分的码中。即可得到基带信号。6.2.2 相对码及其反码的产生Etl-t:forn-2:10ifa(n>>1:ifh(ft-l)>

30、;=lb(n)=0;elseb(n)=l;endtlseb(n)=b(nrl)；endendfar11=111。ifttnXl：foxm=j/i*:j/i*nStl(M)-0：endelsefcrm=j/i*(n-l)+l:j/i+nstlendend图2反码由班日图1相对码相对码产生需要和基带信号相比较，由图1和基带信号程序可知，图1的起始码是2,基带信号的起始码是1,然后再进行前后对比，相同为0,不同为1。就产生来相对码。反码则是由相对码判决得出，判决规则为，若相对码为1,则为0;否则为1。6.2.3载波信号的产生slsin(2*pi*fc*t):subplot(325);titlaC载波

31、信号si');s2«sin.(2*pi*fc*t+pi)：subplot(32u):plot(s2);titlsC1SES信号与2):因为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，所以需要两个频率相同但香味相差pi的载波6.2.42DPSKM制dl=stL*sl;d2«st2.*e2：figwro(2);subplot(411):plot(t.dO;title('stl*slh);subplot141Zj:plot(t,d2);title(7st2*s2?):e_dp3k=dl+ci：subplot(413):plot(t,edpak)：通

32、过相对码及其反码分别和载波1,2相乘，再相加，就可以得到已调波。6.2.52DPSK®调dp5k=dps>.*sl;%与载波si相乘figure(3)：subplQt(411);plot(tndpsk)；titLN'与薪波相乘后波中')；Eaf=T2F(t,邺:5。通过低逋速疲告Ctdpskl=lpf(f.if.E>：s'-ibplct(-12);plot(t,dpsk):titlN'低通逑波后疲形);通过和载波1相乘，通过低通滤波器后得到了解调后的波形6.2.6判决输出st=zeros(1,i)：、*全零矩网for皿叩：.iT:ifdpsk(13m*500+2501<0:stforj=<*600+l：(>+1)*500;dpek(Lj)=0.endelseforj-m*500+1:(1+1)*500：sti01-+1J=1;d