2022年基于MATLAB的数字通信系统仿真设计.docx

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1、精品学习资源安康学院学年论文设计题 目 基于 MA TLAB 地数字通信系统仿真设计同学姓名学号所在院 系专业班级指导老师2021 年 6 月 23 日欢迎下载精品学习资源基于 MATLAB地模拟通信系统仿真设计（作者：张小文）（安康学院电子与信息工程系电子信息工程专业10 级，陕西 安康 725000）指导老师：朱燕【摘要】通信是通过某种媒体进行地信息传递，目地是传输信息，通信系统是用以完成信息传输过程地技术系统地总称，作用是将信息从信源发送到一个或多个目地地.调制与解调在信息地传 输 过 程 中 占 据 着 重 要 地 地 位 ， 是 不行 或 缺 地 ， 因 此 研 究 系 统 地 调

2、制 和解 调 过 程 就 极 为 重要.MA TLAB是集数值运算、图形绘制、图像处理及系统仿真等强大功能于一体地科学运算语言，它强大地矩阵运算和图形可视化地功能以及丰富地工具箱，为通信系统地调制和解调过程地分析供应了极大地便利 .本论文第一介绍了通信系统地概念，进而引出调制和解调，然后介绍了我们常用地几种调制和解调地方法 .由于 MATLAB具有地强大功能所以具体介绍了MA TLAB通信系统工具箱，并给出了基于 MA TLAB 地通信系统地调制与解调地实现，运用MATLAB仿真软件进行仿真.【关键词】通信系统；调制与解调；MA TLAB ； 2FSK ； 2ASK ； 2PSK ； 2DPS

3、KDigital Communication System Simulation Based On MATLABAuthor: Zhang Xiaowen（ Grade10,Class2, Electronic and Information Engineering，Department of electronics and InformationEngineering . ， Ankang University ， Ankang 725000 ， Shaanxi） Tutor： Zhu YanAbstract ： Communicationis through a media for tra

4、nsportation. Communicationsystemwhichis欢迎下载精品学习资源used to complete the process of information transmission systems ,in general, is to send the information from the source to one or more destinations.Modulation and demodulation occupied an important position in the transmission of information whichis

5、essential, so the research about the modulation and demodulation process in the communication system is extremely important. MATLABis a numerical computation, graphics rendering, image processing and system simulation and other powerful features in one of the scientific computing language, it is a p

6、owerful matrix calculation and graphical visualization features and a rich toolbox provides a great convenience forthe communication system of modulation and demodulation process.This paper introduces the concept of the communicationsystem, and then leads to modulationand demodulation, and then intr

7、oduced several of our commonly used method of modulation and demodulation.As the power of MATLAB so we introduced the communication system toolbox in the MATLAB. We gives several examples about the communication system based on MATLAB modulation and demodulation anduse the software of MA TLAB to sim

8、ulate them.Keywords ： CommunicationSystems； Modulationand demodulation ； MA TLAB ； 2FSK ；2ASK ；2PSK； 2DPSK0 引言通信依据传统地懂得就是信息地传输，在当今高度信息化得社会，信息和通信已经成为现代社会地 “命脉 ”信.息作为一种资源，只有通过广泛地传播与沟通，才能产生利用价值，促进社会成员之间地合作，推动社会生产力地进展，制造出庞大地经济效益.而通信作为传输信息地手段或方式，与传感技术、运算机技术相互融合，已经成为21 世纪国际社会和世界经济进展地强大推动力，所以将来地通信对人们地生活方式和

9、社会地进展将会产生更加重大和意义深远地影响.在信息传输过程中，要求天线地尺寸要和信号地波长相比拟，信号才能有效地被辐射. 对于语欢迎下载精品学习资源音信号来说，相应地天线尺寸要在几十公里以上，实际上不行能实现，所以需要经过调制将信号频谱搬移到较高地频率范畴，假如不进行调制就把信号直接辐射出去，那么各电台所发出信号地频率就会相同 .调制作用地实质就是使相同频率范畴地信号分别依靠于不同频率地载波上，接收机就可以分别出所需地频率信号，不致相互干扰 .有时信号过于复杂，人工运算其调制和解调过程较难实现，对其结果地分析又缺乏可视化地直观表现，影响了所得结果在实际生活中地应用，美国MathWorks 公司

10、开发地 MATLAB解决了这一问题 .它应用于自动掌握、数学运算、信号分析、信号处理等诸多领域,也是国内高校和讨论部门进 行很多科学讨论地重要工具.MA TLAB 地显现给通信系统地分析供应了极大地便利.欢迎下载精品学习资源1 MATLAB简介美国 Mathworks公司于 1967 年推出了矩阵试验室 “ Matrix Laboratory（”缩写为 Matlab ）这就是欢迎下载精品学习资源Matlab 最早地雏形 .开发地最早地目地是帮忙学校地老师和同学更好地授课和学习.Matlab 是一种说明性执行语言，具有强大地运算、仿真、绘图等功能.Simulink是 MATLAB中地一种可视化仿

11、真工具，也是目前在动态系统地建模和仿真等方面应用最广泛地工具之一. 准确地说， Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析地软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模型，或者是两者地混合.系统仍可以使多种采样频率地系统，而且系统可以是多进程地.在 Simulink环境中，它为用户供应了方框图进行建模地图形接口，采纳这种结构画模型图就犹如用手在纸上画模型一样自如、便利，故用户只需进行简洁地点击和拖动就能完成建模，并可直接进行系统地仿 真，快速地得到仿真结果.但是 Simulink 不能脱离 MATLAB而独立工作 .Matlab 将高性能地数值运算和可视化集成在一起，并供应了

12、大量地内置函数，从而被广泛地应用于科学运算、掌握系统、信息处理等领域地分析、仿真和设计工作，而且利用Matlab 产品地开放式结构，可以特别简洁地对Matlab 地功能进行扩充，从而在不断深化对问题熟识地同时，不断完善 Matlab 产品以提高产品自身地竞争才能.利用 M 语言仍开发了相应地Matlab 专业工具箱函数供用户直接使用.这些工具箱应用地算法是开放地可扩展地，用户不仅可以查看其中地算法，仍可以针对一些算法进行修改，甚至答应开发自己地算法扩充工具箱地功能.目前 Matlab 产品地工具箱有四十多个，分别涵盖了数据猎取、科学运算、掌握系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、金融财务

13、分析以及生物遗传工程等专业领域 .2 二进制数字调制系统地原理及实现数字通信系统 , 按调制方式可以分为基带传输和带通传输.数字基带信号地功率一般处于从零开头欢迎下载精品学习资源到某一频率（如 0 6M ）低频段，因而在很多实际地通信（如无线信道）中就不能直接进行传输， 需要借助载波调制进行频谱搬移，将数字基带信号变换成适合信道传输地数字频带信号进行传输，这种传输方式，称为数字信号地频带传输或调制传输、载波传输.所谓调制，是用基带信号对载波波形地某参量进行掌握，使该参量随基带信号地规律变化从而携带消息.对数字信号进行调制可以便于信号地传输；实现信道复用；转变信号占据地带宽；改善系统地性能.数

14、字 基 带 通 信 系 统 中 四 种 基 本 地 调 制 方 式 分 别 称 为 振 幅 键 控 （ ASK ， Amplitude-Shiftkeying ）、移频键控（FSK， Frequency-Shiftkeying ）、移相键控 PSK， Phase-Shift keying 和差分移相键（ DPSK ， Different Phase-Shift keying ） .本次课程设计对这四种调制方式进行了仿真.2.1 二进制振幅键控采纳地流程图如图2-1 所示 :欢迎下载精品学习资源st 乘法器cos c t+nt乘法器cosct低通滤波器抽样判决器欢迎下载精品学习资源图 2-1 2

15、ASK 调制解调框图2.1.1 ASK 调制原理2ASK二进制振幅调制就是用二进制数字基带信号掌握正弦载波地幅度，使载波振幅随着二进制数字基带信号而变化，而其频率和初始相位保持不变.信息比特是通过载波地幅度来传递地.其信欢迎下载精品学习资源号表达式为：e0 t St cosct ， St 为单极性数字基带信号.由于调制信号只有0 或 1 两个电欢迎下载精品学习资源平，相乘地结果相当于将载频或者关断，或者接通，它地实际意义是当调制地数字信号“1”时，传输载波；当调制地数字信号为“0时”，不传输载波 .2ASK信号地时间波形e2ASKt 随二进制基带信号 St 通断变化 .所以又被称为通断键控信号

16、.典型波形如图 2-2 所示 .图 2-2 典型 2ASK 波形e2ASKt 为已调信号，它地幅度受st掌握，也就是说它地幅度上携带有st地信息 .2ASK 信号地产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法.模拟调制法就是用基带信号与载波相乘，进而把基带信号调制到载波上进行传输.键控法由 st来掌握电路地开关进而进行调制.两种方法欢迎下载精品学习资源地调制如图 2-3 和图 2-4 所示.图 2-3 模拟调制法（相乘器法）图 2-4 键控法2.1.2 ASK 解调原理2ASK 有两种基本解调方法：相干解调法（同步检测法）和非相干解调法（包络检波法） .相干解调需要将载频位置地已调信号频

17、谱重新搬回原始基带位置，因此用相乘器与载波相乘来实现. 相乘后地信号只要滤除高频部分就可以了 .为确保无失真仍原信号，必需在接收端供应一个与调制载波严格同步地本地载波，这是整个解调过程能否顺当完好进行地关键 .本次设计采纳相干解调法 .两种解调原理图如图 2-5 和图 2-6 所示 .图 2-5 相干解调法（同步检测法）图 2-6 非相干解调法（包络检波法）欢迎下载精品学习资源2.1.3 仿真结果及分析通过编写M 文件程序（见附录），产生随机信号，按图2-1 次序对每一模块编程后.程序中注有需留意语句及说明 .运行程序，实现2ASK地调制与解调过程 .本次设计采纳模拟调制法（相乘器法）和相干解

18、调法.仿真后调制过程及解调过程地图形分别如图2-7 和图 2-8 所示 .图 2-7 2ASK 调制过程仿真图图 2-8 2ASK 解调过程仿真图由图可以看出，产生地数字随机信号为“0100100001”，经载波调制后信号为“1地”时间内有正弦波形，信号为“0”地时间内无波形.经过加随机噪声，相干解调后，复原出原始信号，与基带信号一样，因此达到本次设计目地.2.2 二进制移频键控所用流程图如图 2-9 所示 :欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源st 键控法FSK发生器乘法器低通滤波器抽样判决器欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源n t cosc t欢迎下载精品学习资源图 2-9 2F

19、SK 调制解调框图2.2.1 FSK 调制原理一个 FSK 信号可以看成是两个不同载波地2ASK信号地叠加 .其解调和解调方法和FSK 差不多.2FSK 信号地频谱可以看成是f1 和 f2 地两个 2ASK 频谱地组合 .频移键控是利用载波地频率来传递数字信号，在2FSK 中，载波地频率随着二进制基带信号在f1 和 f2 两个频率点间变化，频移键控是利用载波地频移变化来传递数字信息地.在 2FSK 中，载波地频率随基带信号在f1 和 f2 两个频率点间变化.故其表达式为：欢迎下载精品学习资源e2 FSK tAcos 1tn Acos 2tn 欢迎下载精品学习资源典型波形如图 2-10 所示:欢

20、迎下载精品学习资源aks 1 t1011001t欢迎下载精品学习资源s 2 ttcos w1 t+ n tcos w2 t+ nts 1t co sw1t +n tts 2 t cos w2 t+ n2 FSK 信号t图 2-10 2FSK 典型波形图2FSK 地调制方式有两种，即模拟调频法和键控法.本次设计采纳键控法 .键控法中可以用二进制 “1来”对应于载频 f1，而“0用”来对应于另一频率 f2，而这个可以用受矩形脉冲序列掌握地开关电路对两个不同地独立地频率源f1、f2 进行挑选通 .键控法原理图如图 2-11 示欢迎下载精品学习资源载波 f12FSK输出信号载波 f2二进制数据2FSK

21、的调制原理 图图 2-11 2FSK 键控法原理图2.2.2 FSK 解调原理2FSK 地解调方式有两种：相干解调方式和非相干解调方式.非相干解调是经过调制后地2FSK 数字信号通过两个频率不同地带通滤波器f1 、f2 滤出不需要地信号，然后再将这两种经过滤波地信号分别通过包络检波器检波，最终将两种信号同时输入到抽样 判决器同时外欢迎下载精品学习资源加 抽后 解输入带通滤波器F1包络检波器抽样脉冲输出抽样判决器样脉冲，最调出来地信欢迎下载精品学习资源号 就是调制前地输 入信 号 . 其 原带通滤波器F2包络检波器理 图如 图 2-12所示 .非相干方式原理图图 2-12 2FSK 非相干解调原

22、理图相干解调是依据已调信号由两个载波f1 、f2 调制而成，就先用两个分别对f1 、f2 带通地滤波器对已调信号进行滤波，然后再分别将滤波后地信号与相应地载波f1 、f2 相乘进行相干解调，再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可.原理图如图 3-14 所示.欢迎下载精品学习资源图 2-13 2FSK 相干解调原理图2.2.3 仿真结果及分析通过编写 M 文件程序（见附录），产生随机信号，按流程图2.2.1 次序对每一模块编程后.程序中注有需留意语句及说明.运行程序，实现 2FSK 地调制与解调过程 .本次设计中采纳键控法调制法和相干解调法 .仿真后调制过程及解调过程地图形分别如图2-14

23、、图 2-15 和图 2-16 所示 .cos2 f1t带通滤波 器 F1相乘器低通滤波 器输入抽样脉冲抽样判决 器输出带通滤波 器 F2相乘器低通滤波 器cos2 f2t相干方式 原理图由图可以看出，产生地随机信号为“1011001001”，经过反相产生反码，并分别与两个载波相乘，经 过加入随机噪声后波形如图2-15 所示.在解调时，分别与对应地载波相乘.解调出基带信号，可以看出实现了本次设计目地.图 2-142FSK 键控法调制过程仿真图欢迎下载精品学习资源图 2-15 2FSK 键控法调制过程仿真图图 2-16 2FSK 相干解调过程仿真图2.3 二进制相移键控所用流程图如图 2-17

24、所示 :欢迎下载精品学习资源st乘法器cosct+nt乘法器cosct低通滤波器抽样判决器欢迎下载精品学习资源图 2-17 2PSK 调制解调框图2.3.1 PSK 调制原理欢迎下载精品学习资源在二进制数字调制中，当正弦载波地相位随二进制数字基带信号离散变化时，就产生二进制移相键控 2PSK信号 .2PSK 信号调制有两种方法，即模拟调制法和键控法.通常用已调信号载波地 0 和 180 分别表示二进制数字基带信号地1 和 0，模拟调制法用两个反相地载波信号进行调制 .2PSK 以载波地相位变化作为参考基准地，当基带信号为0 时相位相对于初始相位为0，当基带信号为1 时相对于初始相位为180 .

25、键控法，是用载波地相 位 来 携 带二进制信息地调制方式 .通常用 0和 180来分别代表 0 和 1.其 时 域 表 达 式为：欢迎下载精品学习资源e2PSKangtnnTscosct欢迎下载精品学习资源其中， 2PSK 地调制中 an 必需为双极性码 .本次设计中采纳模拟调制法.两种方法原理图分别如图 2-18 和图 2-19 所示 .图 2-18 模拟调制法原理图欢迎下载精品学习资源图 2-19 键控法原理图2.3.2 PSK 解调原理由于 2PSK 地幅度是恒定地，必需进行相干解调.经过带通滤波地信号在相乘器中与本地载波相 乘，然后用低通滤波器滤除高频重量，在进行抽样判决.判决器是按极

26、性来判决地.即正抽样值判为1，负抽样值判为 0.2PSK 信号地相干解调原理图如图2-20 所示，各点地波形如图2-21 所示.由于 2PSK 信号地载波回复过程中存在着180地相位模糊，即复原地本地载波与所需相干载波可能相同，也可能相反，这种相位关系地不确定性将会造成解调出地数字基带信号与发送地基带信号正好相反，即 “1变”成 “0吗”“0”变成 “1”，判决器输出数字信号全部出错.这种现象称为2PSK 方式地“倒 ”现象或 “反相工作 ”但.在本次仿真中是直接给其同频同相地载波信号，所以不存在此问题.图 2-20 2PSK 地相干解调原理图10011欢迎下载精品学习资源e2PSK a t带

27、通滤波器a相乘器c 滤波器d 抽样 e判决器t 输出欢迎下载精品学习资源Tscosctb定时脉冲btctd t10011e t欢迎下载精品学习资源图 2-21 相干解调中各点波形图2.3.3 仿真结果及分析通过编写 M 文件程序（见附录），产生随机信号，按流程图2-17 所示次序对每一模块编程后.程序中注有需留意语句及说明.运行程序，实现2PSK 地调制与解调过程 .本次设计采纳模拟调制法和相干解调法 .仿真后调制过程及解调过程地图形分别如图2-22 和图 2-23 示.图 2-22 2PSK 模拟调制方法过程仿真图图 2-23 2PSK 相干解调过程仿真图由图可以看出，产生地随机信号为“00

28、11001100”，经过反相产生反码，并将原码跟反码一起合欢迎下载精品学习资源成双极性码，与载波相乘后加入随机噪声.在解调时，与对应地载波相乘经过低通滤波、抽样判决后，解调出基带信号与原基带信号一样，可以看出实现了本次设计目地.2.4 二进制差分相移键控所用流程图如图 2-24 所示 :st 绝相变换乘法器+乘法器低通滤波器抽样判决器cosc tnt cosct图 2-24 2DPSK 调制解调框图2.4.1 DPSK 调制原理二进制差分相移键控 .2DPSK方式是用前后相邻码元地载波相对相位变化来表示数字信息前后相邻码元地载波相位差为，可定义一种数字信息与之间地关系为：0 （数字信息 “0”

29、）（数字信息 “ 1. ）为前一码元地相位.假设实现二进制差分相移键控地最常用地方法是：先对二进制数字基带信号进行差分编码，然后对变换出地差分码进行肯定调相即可.2DPSK 调制原理图如图 2-25 所示 .图 2-25 2DPSK 调制原理框图欢迎下载精品学习资源2.4.2 DPSK 解调原理2DPSK 信号解调有相干解调方式和差分相干解调.用差分相干解调这种方法解调时不需要复原本 地载波，只要将DPSK 信号精确地推迟一个码元时间间隔，然后与DPSK 信号相乘，相乘地结果就反映了前后码元地相对相位关系，经低通滤波后直接抽样判决即可复原出原始地数字信息，而不需要在进行差分解码.相干解调码变换

30、法及相干解调法地解调原理是，先对2DPSK 信号进行相干解调，复原出相对码，再通过码反变换器变换为肯定码，从而复原动身送地二进制数字信息.在解调过程中，如相干载波产生180 相位模糊，解调出地相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出地肯定码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊地问题.本次设计采纳相干解调 .两种解调方式地原理图如图2-26 和图 2-27 所示.图 2-26 2DPSK 差分相干解调原理图欢迎下载精品学习资源调原理图2DPSK 相干解调各点波形图如图2-28 所示.图 2-27 2DPSK相 干 解欢迎下载精品学习资源图 2-282DPSK 相干解调各点波形图2

31、.4.3 仿真结果及分析通过编写 M 文件程序（见附录），产生随机信号，按流程图2-24 所示次序对每一模块编程后.程序中注有需留意语句及说明.本次设计采纳相干解调法.运行程序，实现2DPSK 地调制与解调过程 . 仿真后调制过程及解调过程地图形分别如图2-29、图 2-30 和图 2-31 所示 .由图可以看出，产生地肯定随机码为 “0100111010”，经码差分变化产生相对码，经反相产生相对码反码，分别与两个载波相乘后加入随机噪声 .在解调时，分别与对应地载波相乘经过低通滤波、抽样判决后，解调出基带信号与原基带信号一样，可以看出实现了本次设计目地.图 2-29 2DPSK 调制过程仿真图

32、欢迎下载精品学习资源图 2-30 2DPSK 调制过程仿真图图 2-31 2DPSK 相干解调过程仿真图3 总结与体会通过本次课程设计，我对课本上数字通信传输系统特殊是二进制频移键控（2FSK ）有了重新地熟识 .对 2FSK 调制数字基带信号加深了懂得.对于使用键控法产生2FSK 信号、添加高斯白噪声、使用相干解调、抽样判决等，我比较系统地熟识了数字通信传输系统.本课程设计使用地MATLAB 仿真软件和Simulink 仿真环境，通过写其源程序代码，加深了我对每一步进行地懂得，即要明白每一步都是怎么来地 .通过使用 Simulink仿真环境，我可以直观地放置相应地模块，搭建通信系统， 并能够

33、动态地显示仿真结果，使学习设计不再枯燥3.1 程序设计与系统实施 .欢迎下载精品学习资源MATLAB供应了程序设计仿真环境，可以通过编写代码完成某些模块地仿真.同时利用其供应地画图功能，可以使人直观地观看程序设计及调试地结果.每一步都得特别细心，需要具体到一个小小地标点符号，否就程序就会在调试中出错. 本设计中，依据设计规划包括基带信号地产生和调制、加入高斯白噪声、带通滤波和低通滤波、相干解调、运算误码率等.本过程使我将学习过但并不娴熟地 MA TLAB软件重新学习和使用了一下，并通过查阅和引用相关资料学习使用其相关地函数功能 .MA TLAB 中地画图功能是本课程设计地亮点，将结果直观地表现

34、出来.3.2 理论模糊造成设计困难.通过进行设计我发觉，没有熟识地理论学问搞设计是困难地.在设计每一步时，必需搞清晰每一步是干什么地，怎么进行，这些都需要理论进行指导.当哪一步不会弄时，我就去查书，将书中地理论细细研读，这样通过本课程设计我又把书中相关地部分细细看了几遍，对书中地理论有了更深地熟识 .由于多次调试，结果越来越接近理论情形下地结果，可见试验其实就是对理论地验证.所以，清晰地把握理论是进行设计地关键步骤.参考文献欢迎下载精品学习资源1 樊昌信，詹道庸，徐炳祥，吴成柯通信原理M 北京：国防工业出版社，1980： 1712602 薛鹏骞电子与通信电路运算机仿真M 北京：煤炭工业出版社，

35、2003：1131443 邓华 MA TLAB通信仿真及应用实例详解M 北京：人民邮电出版社，2003： 991154 陈怀琛 MATLAB及其在理工课程中地应用指南M 西安：西安电子科技高校出版社，2002： 1461805 张谦通信系统中MA TLAB基础与仿真应用M 西安：西安电子科技高校出版社，2021： 851096 孙屹 MA TLAB通信仿真开发手册 M 北京：国防工业出版社，2005：138168 7 王立宁，乐光新，詹菲MA TLAB与通信仿真 M 北京：人民邮电出版社，2000：74868 约翰 G普罗克斯现代通信系统地使用MA TLABM西安：西安交通学出版社，2001：

36、 951219 陈萍现代通信试验系统地运算机仿真M 北京：国防工业出版社，2003： 17126010 孙亮 MATLAB语言与掌握系统仿真 M 北京：北京工业高校出版社，2001： 648311 William A Shay Understanding Data Communications and NetworksM：Wadsworth Publishing Company ，1998： 16216412 WilliamStallings Data and Computer Communications ， Seventh EditionM:Prentice Hall ，2003： 201207欢迎下载