通信系統課程設計-基于matlab的數字基帶傳輸系統及數字調制的仿真畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 （ 3 ）在抽樣時刻上，眼圖上下兩分支陰影區的垂直高度，表示最大信號畸變。 （ 4 ）眼圖中央的橫軸位置應對應判決門限電平。（ 5 ）在抽樣時刻上，上下兩分支離門限最近的一根線跡至門限的距離表示各相應電平的噪聲容限，噪聲瞬時值超過它就可能發生錯誤判決。（ 6 ）對于利用信號過零點取平均來得到定時信息的接收系統，眼圖傾斜分支與橫軸相交的區域的大小，表示零點位置的變動范圍，這個變動范圍的大小對提取定時信息有重要的影響。升余弦滾降系統眼圖程序段如下：% 數字基帶信號波形及其眼圖% 文件名：Ts=1。N=15。eye_num=6。a=1。N_data=1000。dt=Ts/N。t=3*Ts:dt:3*Ts。% 產生雙極性數字信號d=sign(randn(1,N_data))。dd=sigexpand(d,N)。 %% 基帶系統沖擊響應（升余弦）ht=sinc(t/Ts).*(cos(a*pi*t/Ts))./(14*a^2*t.^2/Ts^2+eps)。st=conv(dd,ht)。tt=3*Ts:dt:(N_data+3)*N*dtdt。subplot(211)plot(tt,st)。axis([0 20 ])。xlabel(39。t/Ts39。)。ylabel(39。基帶信號39。)。subplot(212)% 畫眼圖ss=zeros(1,eye_num*N)。ttt=0:dt:eye_num*N*dtdt。for k=3:50 ss=st(k*N+1:(k+eye_num)*N)。 drawnow。 plot(ttt,ss)。 hold on。end。xlabel(39。t/Ts39。)。ylabel(39?；鶐盘栄蹐D39。)。% 將輸入的序列擴成間隔為N1個0的序列function[out]=sigexpand(d,M)N=length(d)。out=zeros(M,N)。out(1,:)=d。out=reshape(out,1,M*N)。程序運行后仿真結果如下： 如圖，波形幅度沒有衰減，無碼間串擾?？赏ㄟ^抽樣判決后還原接收信號。若干段數字基帶波形疊加后形成眼圖形狀。眼圖“眼睛”張開越大，眼圖越端正，表示碼間串擾越小。上圖為理想狀態下的眼圖，不存在碼間串擾。本次實驗主要是利用MATLAB軟件來進行數字基帶通信系統的仿真。在整個實驗過程中，存在著以下幾個問題。 剛開始對系統的整體構成不是很熟悉，思維比較模糊，后來和其他小組同學進行了交流，明白了整個系統的構成。知道了程序設計的步驟和流程。 由于是對于Matlab軟件使用不熟練，所以沒有過多采用老師建議的simulink仿真，這個在下次實驗中我們會繼續研究和努力。 鑒于我們是一個大程序的書寫，在運行中總會存在問題，是結果運行不出來。我們剛開始是采用分部運行，逐次更改錯誤，后來經過同學們共同的努力，我們學會了使用斷點來查找錯誤和單步運行程序，這對我們以后的實驗有很大的幫助。 我們對整個實驗的結果在仿真前沒有大體的概念，導致我們面對仿真結果也難以判斷正誤。由于知識掌握的不牢固，使我們在編程過程中存在了理解的偏差。今后我們要扎實基礎，對于系統的過程了如指掌。遇到不會的，先查書自己解決，實在不行，再互相討論。前言 數字信號的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸,在實際應用中,大多數信道具有帶 通特性而不能直接傳輸基帶信號。為了使數字信號在有限帶寬的高頻信道中傳輸，必須對數字信號進行載波調制,以使信號與信道的特性相匹配。這種用數字基帶信號控制載波,把數字基帶信號變換為數字帶通信號的過程稱為數字調制。如同傳輸模擬信號時一樣，傳輸數字信號時也有三種基本的調制方式：幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。它們分別對應于用載波（正弦波）的幅度、頻率和相位來傳遞數字基帶信號，可以看成是模擬線性調制和角度調制的特殊情況。理論上，數字調制與模擬調制在本質上沒有什么不同，它們都是屬正弦波調制。但是，數字調制是調制信號為數字型的正弦波調制，而模擬調制則是調制信號為連續型的正弦波調制。在數字通信的三種調制方式（ASK、FSK、PSK)中，就頻帶利用率和抗噪聲性能（或功率利用率）兩個方面來看，一般而言，都是PSK系統最佳。所以PSK在中、高速數據傳輸中得到了廣泛的應用。 數字調制系統仿真（2FSK）2FSK信號的產生: 2FSK是利用數字基帶信號控制在波的頻率來傳送信息。例如，1碼用頻率f1來傳輸，0碼用頻率f2來傳輸，而其振幅和初始相位不變。故其表示式為 式中，假設碼元的初始相位分別為和；和為兩個不同的碼元的角頻率；幅度為A為一常數，表示碼元的包絡為矩形脈沖。 2FSK信號的產生方法有兩種：（1） 模擬法，即用數字基帶信號作為調制信號進行調頻。如圖11（a）所示。（2） 鍵控法，用數字基帶信號及其反相分別控制兩個開關門電路，以此對兩個載波發生器進行選通。如圖11（b）所示。這兩種方法產生的2FSK信號的波形基本相同，只有一點差異，即由調頻器產生的2FSK信號在相鄰碼元之間的相位是連續的，而鍵控法產生的2FSK信號，則分別有兩個獨立的頻率源產生兩個不同頻率的信號，故相鄰碼元的相位不一定是連續的。(a) (b) 2FSK信號產生原理圖 由鍵控法產生原理可知，一位相位離散的2FSK信號可看成不同頻率交替發送的兩個2ASK信號之和，即 其中是脈寬為的矩形脈沖表示的NRZ數字基帶信號。 其中，為的反碼，即若，則；若，則。2FSK信號的頻譜特性： 由于相位離散的2FSK信號可看成是兩個2ASK信號之和，所以，這里可以直接應用2ASK信號的頻譜分析結果，比較方便，即 2FSK信號帶寬為 式中，是基帶信號的帶寬。2FSK解調原理：仿真是基于非相干解調進行的，即不要求載波相位知識的解調和檢測方法。其非相干檢測解調框圖如下 M信號非相干檢測解調框圖當k=m時檢測器采樣值為：當k≠m時在樣本和中的信號分量將是0，只要相繼頻率之間的頻率間隔是,就與相移值無關了，于是其余相關器的輸出僅有噪聲組成。其中噪聲樣本{}和{}都是零均值，具有相等的方差對于平方律檢測器而言，即先計算平方包絡并取其最大值信號。二進制FSK系統的理論誤碼率與信噪比的關系給出如下2FSK調制與解調基于MATLAB仿真:2FSK基于MATLAB的程序2FSK基于MATLAB的程序代碼fs=2000。 %采樣頻率dt=1/fs。f1=20。f2=120。 %兩個信號的頻率a=round(rand(1,10))。 %隨機信號g1=ag2=~a。 %信號反轉，和g1反向g11=(ones(1,2000))39。*g1。 %抽樣g1a=g11(:)39。g21=(ones(1,2000))39。*g2。g2a=g21(:)39。t=0:dt:10dt。t1=length(t)。fsk1=g1a.*cos(2*pi*f1.*t)。fsk2=g2a.*cos(2*pi*f2.*t)。fsk=fsk1+fsk2。 %產生的信號no=*randn(1,t1)。 %噪聲sn=fsk+no。subplot(311)。plot(t,no)。 %噪聲波形title(39。噪聲波形39。)ylabel(39。幅度39。)subplot(312)。plot(t,fsk)。title(39。產生的波形39。)ylabel(39。幅度39。)subplot(313)。plot(t,sn)。title(39。將要通過濾波器的波形39。)ylabel(39。幅度的大小39。)xlabel(39。t39。)figure(2) %FSK解調 b1=fir1(101,[10/800 20/800])。b2=fir1(101,[90/800 110/800])。 %設置帶通參數H1=filter(b1,1,sn)。H2=filter(b2,1,sn)。 %經過帶通濾波器后的信號subplot(211)。plot(t,H1)。title(39。經過帶通濾波器f1后的波形39。)ylabel(39。幅度39。)subplot(212)。plot(t,H2)。title(39。經過帶通濾波器f2后的波形39。)ylabel(39。幅度39。)xlabel(39。t39。)sw1=H1.*H1。sw2=H2.*H2。 %經過相乘器figure(3)subplot(211)。plot(t,sw1)。title(39。經過相乘器h1后的波形39。)ylabel(39。幅度39。)subplot(212)。plot(t,sw2)。title(39。經過相乘器h2后的波形39。)ylabel(39。?幅度39。)xlabel(39。t39。)bn=fir1(101,[2/800 ,10/800])。 %經過低通濾波器figure(4)st1=filter(bn,1,sw1)。st2=filter(bn,1,sw2)。subplot(211)。plot(t,st1)。title(39。經過低通濾波器sw1后的波形39。)ylabel(39。幅度39。)subplot(212)。plot(t,st2)。title(39。經過低通濾波器sw2后的波形39。)ylabel(39。幅度39。)xlabel(39。t39。)%判決figure(5)st=st1+st2。subplot(211)。plot(t,st)。title(39。經過抽樣判決器后的波形39。)ylabel(39。幅度39。)subplot(212)。plot(t,sn)。title(39。原始的波形39。)ylabel(39。幅度39。)xlabel(39。t39。)for i=1:length(t) if(st1(i)=st2(i)) st(i)=0。 else st(i)=st2(i)。 endend 仿真結果1仿真結果2 仿真結果3 仿真結果4 仿真結果5 (2ASK）數字幅度調制又稱幅度鍵控（ASK），二進制幅度鍵控記作2ASK。2ASK是利用代表數字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個連續的載波，使載波時斷時續地輸出。有載波輸出時表示發送“1”，無載波輸出時表示發送“0”。借助于第3章幅度調制的原理，2ASK信號可表示為 （81）式中，為載波角頻率，為單極性NRZ矩形脈沖序列 （82）其中，是持續時間為、高度為1的矩形脈沖，常稱為門函數；為二進制數字 （83）2ASK信號的產生方法（調制方法）有兩種，如圖81所示。圖（a）是一般的模擬幅度調制方法，不過這里的由式（82）規定；圖（b）是一種鍵控方法，這里的開關電路受控制。圖（c）給出了及的波形示例。二進制幅度鍵控信號，由于一個信號狀態始終為0，相當于處于斷開狀態，故又常稱為通斷鍵控信號（OOK信號）。圖81 2ASK產生原理框圖和示意波形2ASK信號解調的常用方法主要有兩種：包絡檢波法和相干檢測法。包絡檢波法的原理方框圖如圖82所示。帶通濾波器（BPF）恰好使2ASK信號完整地通過，經包絡檢測后，輸出其包絡。低通濾波器（LPF）的作用是濾除高頻雜波，使基帶信號（包絡）通過。抽樣判決器包括抽樣、判決及碼元形成器。定時抽樣脈沖（位同步信號）是很窄的脈沖，通常位于每個碼元的中央位置，其重復周期等于碼元的寬度。不計噪聲影響時，帶通濾波器輸出為2ASK信號，即，包絡檢波器輸出為。經抽樣、判決后將碼元再生，即可恢復出數字序列。圖82 2ASK的包絡（非相干）解調原理框圖相干檢測法原理方框圖如圖83所示。相干檢測就是同步解調，要求接收機產生一個與發送載波同頻同相的本地載波信號，稱其為同步載波或相干載波。利用此載波與收到的已調信號相乘，輸出為圖83 2ASK的相干解調原理框圖經低通濾波濾除第二項高頻分量后，即可輸出信號。低通濾波器的截止頻率與基帶數字信號的最高頻率相等。由于噪聲影響及傳輸特性的不理想，低通濾波器輸出波形有失真，經抽樣判決、整形后再生數字基帶脈沖。雖然2ASK信號中確實存在著載波分量，原則上可以通過窄帶濾波器或鎖相環來提取同步載波，但這會給接收設備增加復雜性。因此，實際中很少采用相干解調法來解調2ASK信號。2AS