带通传输系统的设计及性能分析

1、带通传输系统的设计及性能分析 姓名：李魁英 学号：7 班级：信息与通信工程摘要数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。然而，实际中的大多数信道因具有带通特性而不能直接传送基带信号，这是因为数字基带信号往往具有丰富的低频分量。为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使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。在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调，通常把包括调制和解调过程的数字传输系统叫做数字带通传输系统。数字调制技术有两种，模拟调制法和键控法，相应的有振幅键控（ASK）、频移键

2、控（FSK）、相移键控（PSK）。数字调制有二进制和多进制，本文主要讲二进制数字调制系统的原理及其比较它的抗噪性能，并且只介绍ASK和PSK,并用MATLAB实现,并比较二者抗性能。二进制数字调制原理1.1 二进制振幅键控（2ASK）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”和“1”。2ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法和键控法，也有两种基本的解调方法：非相干解调和相干解调，相应的接收系统组成框图如下图（a）和（b）：1.2 二进制相移键控（2PSK） 相移键控是利用载波的相位变化来传递数字

3、信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中通常用初始相位0和 分别表示二进制“1”和“0”。2PSK信号的解调通常采用相干解调法。解调器原理框图如下 二 数字调制技术的仿真实现2.1 2ASK的实现2.1.1 2ASK的设计思路1. 随机信源：产生一千个二进制数作为信号源；2. 载波信号：频率为150Hz的余弦函数作为载波；3. 对信号进行制2ASK调制；4. 加入高斯噪声；5. 对信号进行解调；6. 通过低通滤波器和判别器产生接收信号2.1.2 2ASK的程序clc; clear all; close all; %信源a=randint(1,15,2); t=0:0.001:0.999; m=

4、a(ceil(15*t+0.01); subplot(511);plot(t,m);axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(信源);%载波f=150;carry=cos(2*pi*f*t);%2ASK调制st=m.*carry;subplot(512);plot(t,st);axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(2ASK信号);%加高斯噪声nst=awgn(st,70);%解调部分nst=nst.*carry;subplot(513);plot(t,nst) ; axis(0 1.2 -0.2 1.2); title(乘以相干载波后的信号) %低通滤波器设计 wp

5、=2*pi*2*f*0.5; ws=2*pi*2*f*0.9; Rp=2; As=45; N,wc=buttord(wp,ws,Rp,As,s); B,A=butter(N,wc,s); %低通滤波h=tf(B,A); %转换为传输函数dst=lsim(h,nst,t); subplot(514) ;plot(t,dst) ;axis(0 1.2 -0.2 1.2); title(经过低通滤波器后的信号);%判决器 k=0.25; pdst=1*(dst0.25); subplot(515) plot(t,pdst) axis(0 1.2 -0.2 1.2); title(经过抽样判决后的信号

6、) %频谱观察2.1.3 2ASK的运行结果如下 （C）2.2 2PSK的实现2.2.1 2PSK设计思路1. 随机信源：产生十个随机数，每个马元宽度为200；2. 2PSK调制：将信源成语载波乘于载波；3. 加入高斯白噪声：是调制后的信号经过带有高斯白噪声的信道4. 2PSK解调：经过相乘器、低通滤波器、抽样判决器2.2.2 2PSK程序clear all; close all;clc;max=10;g=zeros(1,max);g=randint(1,max);%长度为max的随机二进制序列cp=;mod1=;f=2*2*pi;t=0:2*pi/199:2*pi;for n=1:lengt

7、h(g); if g(n)=0; A=zeros(1,200);%每个值200个点 else g(n)=1; A=ones(1,200); end cp=cp A; %s(t),码元宽度200 c=cos(f*t);%载波信号 mod1=mod1 c;%与s(t)等长的载波信号,变为矩阵形式endfigure(1);subplot(4,2,1);plot(cp);grid on;axis(0 200*length(g) -2 2);title(二进制信号序列);cm=;mod=;for n=1:length(g); if g(n)=0; B=ones(1,200);%每个值200个点 c=co

8、s(f*t); %载波信号 else g(n)=1; B=ones(1,200); c=cos(f*t+pi); %载波信号 end cm=cm B; %s(t),码元宽度200 mod=mod c; %与s(t)等长的载波信号endtiaoz=cm.*mod;%e(t)调制figure(1);subplot(4,2,2);plot(tiaoz);grid on;axis(0 200*length(g) -2 2);title(2PSK调制信号);%带有高斯白噪声的信道tz=awgn(tiaoz,10);%信号tiaoz中加入白噪声，信噪比为10figure(1);subplot(4,2,3)

9、;plot(tz);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title(通过高斯白噪声信道后的信号);jiet=2*mod1.*tz;%同步解调figure(1);subplot(4,2,4);plot(jiet);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title(相乘后信号波形)%低通滤波器fp=500;fs=700;rp=3;rs=20;fn=11025;ws=fs/(fn/2); wp=fp/(fn/2);%计算归一化角频率n,wn=buttord(wp,ws,rp,rs);%计算阶数和截止频率b,a=butter(n,wn);%

10、计算H(z）jt=filter(b,a,jiet);figure(1);subplot(4,2,5);plot(jt);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title(经低通滤波器后信号波形)%抽样判决for m=1:200*length(g); if jt(m)=0; jt(m)=0; endendfigure(1);subplot(4,2,6);plot(jt);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title(经抽样判决后信号s(t)波形)2.2.3 2PSK实现波形如下（d） 二进制数字调制系统的性能比较衡量一个数字通信系统

11、性能好坏的指标有多种，但最为主要的是有效性和可靠性。而误码率是衡量一个数字通信系统性能的重要指标。在信道高斯白噪声的干扰下，各种二进制数字调制系统的误码率取决于解调器输入信噪比，而误码率表达式的形式则取决于解调方式：相干解调时为互补误差函数形式，非相干解调时为指数函数形式。如下表所示。调制方式Pe解调方式相干解调 非相干解调2ASK 2FSK 2PSK3.1 程序如下clear all;a=0.001 %信号幅度SNR_dB=0:0.3:20; %信噪比范围（单位分贝）SNR=10.(SNR_dB./10); %信噪比（由分贝转化而来 10lg(SNR)=SNR_dB）SNR2=a.2./(2

12、*SNR); %信号幅度为a时的噪声功率for i=1:length(SNR_dB) ask_pe1=0.5*erfc(sqrt(a.2./(8*SNR2); %ASK相关解调时的误码率（给定信号幅度a和噪声方差2时的信噪比r=a2/2*2，而%这里的噪声功率是SNR2）ask_pe2=0.25*erfc(sqrt(a.2./(8*SNR2)+0.5*exp(-a.2./(8*SNR2); %ASK非相干解调时的误码率 fsk_pe1=0.5*erfc(sqrt(a.2./(4*SNR2); %FSK相关解调时的误码率 fsk_pe2=0.5*exp(-0.25*a.2./SNR2); %FS

13、K非相干解调时的误码率 psk_pe=0.5*erfc(sqrt(0.5*a.2./SNR2); %PSK解调时的误码率 endsemilogy(SNR_dB,ask_pe1,*r); %这些都是绘制信噪比误码率曲线hold onsemilogy(SNR_dB,ask_pe2,-.r);hold onsemilogy(SNR_dB,fsk_pe1,*g);hold on;semilogy(SNR_dB,fsk_pe2,-.g);hold on;semilogy(SNR_dB,psk_pe,om);hold on;legend(相干2ASK, . 非相干2ASK,相干2FSK,. 非相干2FSK,2PSK);grid on;axis(0,20,1/1e7,1); xlabel(SNR_dB);ylabel(Pe);3.2 实验结果如下 三种数字调制系统的误码率与信噪比的关系（e）结果分析4.1 2ASK和2PSK的分析通过比较（c）和（d）发现，2ASK和2PSK解调前和解调后图形一样，这与理论相符合，