通信系统中数字调制技术的研究与仿真本科毕业论文设计.docx

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1、通信系统中数字调制技术的研究与仿真本科毕业论文设计 通信系统中数字调制技术的研究与仿真 摘要 在日常的生活中，通信是人们用来传递信息的方式。随着数字系统的飞速发展，对数字系统的性能和调制解调技术要求也越来越高。同时，由于计算技术的发展，通信系统的仿真已日益普遍，已逐渐成为今天设计和分析通信系统的主要工具。 本次设计将使用MATLAB软件设计函数和Simulink建模对数字调相技术进行仿真和研究。 本文在第一章中介绍了通信系统的组成、MATLAB的使用以及Simulink模块的组建。第二章深入分析了2ASK、2PSK、2FSK的调制解调原理理论知识，熟悉了原理后，在第三章中用MATLAB编程和S

2、imulink对它们进行仿真和研究。本设计主要实现2ASK、2PSK、2FSK调制解调过程的仿真，并分析它们的性能差异。最后一章对数字调制与解调作了一个总结。 关键词：MATLAB调制解调2ASK 2PSK 2FSK Research and Simulation of Digital Modulation Technology in Communication System Major: communication engineering Student: Qin Kai Supervisor: Tang Quan Abstract In day-to-day life，communicat

3、ion is used to convey information. With the rapid development of digital systems，digital system for modem performance and the technical requirements of increasingly high. At the same time，the development of computing technology，simulation of communication systems have become increasingly common，have

4、 gradually become the design and analysis of todays main tool for communication systems. In chapter 1, this paper introduces the composition of the communication system, the use of MATLAB and Simulink module is established. The second chapter in-depth analysis of the 2 ASK, 2 PSK, 2 FSK of demodulat

5、ion principle theory knowledge, be familiar with the theory, in the third chapter using MATLAB programming and Simulink simulation and research on them. This design mainly realizes 2 ASK, 2 PSK, 2 FSK demodulation process Simulink, and analyzes the performance of their differences. The last chapter

6、of digital modulation and demodulation made a summary. Key words：MATLAB modem 2ASK 2PSK 2FSK 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日

7、期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期： 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意

8、识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日 指导教师评阅书 指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优良中及格不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优良中及格不及格 3

9、、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优良中及格不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优良中及格不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优良中及格不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优良中及格不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优良中及格不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优良中及格不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优良中及格不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优良中及格不及格 建议成绩：优良中及格

10、不及格 （在所选等级前的内画“”） 指导教师：（签名）单位：（盖章） 年月日 评阅教师评阅书 评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优良中及格不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优良中及格不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优良中及格不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优良中及格不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优良中及格不及格 建议成绩：优良中及格不及格 （在所选等级前的内画“”） 评阅教师：（签名）单位：（盖章） 年月日 教研室（或答辩小组

11、）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优良中及格不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优良中及格不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 优良中及格不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优良中及格不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优良中及格不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优良中及格不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优良中及格不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优良中及格不及格

12、 评定成绩：优良中及格不及格 （在所选等级前的内画“”） 教研室主任（或答辩小组组长）：（签名） 年月日 教学系意见： 系主任：（签名） 年月日 目录 1 绪论 (1) 1.1 数字调制的简介 (1) 1.1.1 键控 (1) 1.1.2 解调 (1) 1.1.3 实用数字调制 (1) 1.2 MATLAB/Simulink的简介 (2) 1.2.1 MATLAB (2) 1.2.2 Simulink (2) 1.3 通信技术的历史 (3) 1.3.1 通信的概念 (3) 1.3.2 通信的发展史简介 (5) 1.4 通信技术的发展现状和趋势 (5) 2 数字频带传输系统 (6) 2.1 二进

13、制振幅键控(2ASK) (6) 2.2 二进制移频键控(2FSK) (9) 2.3 二进制移相键控(2PSK) (12) 2.4 二进制数字信号的功率谱密度 (14) 2.4.1 2ASK 信号的功率谱密度 (14) 2.4.2 2FSK 信号的功率谱密度 (15) 2.4.3 2PSK 的功率谱密度 (16) 3 调制与解调仿真 (17) 3.1 2ASK的调制与解调仿真 (17) 3.2 2FSK的调制与解调仿真 (21) 3.3 2PSK的调制与解调仿真 (30) 3.4 二进制数字调制系统的性能比较 (35) 3.4.1 带宽比较 (35) 3.4.2 对信道特性变化的敏感性比较 (3

14、5) 3.4.3 误码率比较 (36) 4总结 (36) 参考文献 (38) 致谢 (39) 1 绪论 1.1 数字调制的简介 以数字信号作为调制信号的调制技术。一般采用正弦波作为载波，这种数字调制 又称为载波键控。在发射端需将数字基带信号对高频载波进行调制得到高频已调信 号，高频已调信号经信道传输后，在接收端经解调后恢复为数字基带信号。基带信号 不适合直接在带通型信道上传输，需要将其进行调制，使传输频带适合信道的通频带。 1.1.1 键控 用电键对载波进行控制，这是借用了电报传输中的一个术语。载波键控是以数字信号作为电码，用它对正弦载波进行控制，使载波的某个参数随电码变化。 根据正弦波受控参

15、数的不同，载波键控可以分为三大类：移幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)。它们分别是控制正弦波的幅度、频率、相位随着数字信号变化而变化。 单位时间内的键控次数称为键控速率（又称符号速率或传输码元速率），其单位为波特(baud)。单位时间内所传输的信息量，称为信息速率(又称比特速率)，其单位为比特秒(bit/s)，信息速率等于键控速率乘以键控信号所携带的平均信息量。 1.1.2 解调 最常用的解调方式是相干解调，它按以下几个步骤进行：参考载波与键控信号相乘，得到基带信号；通过低通滤波器（或积分器）对此基带信号过滤，以便最大限度地集中信号能量并滤除噪声；对过滤后的基带信号进行采

16、样和判决，并还原出形状规则的数字信号脉冲，这个过程也称为信号再生，适当选择低通滤波器的传输特性，使收信端的综合频域响应和发送信号的频谱满足共轭匹配关系，就可以在加性高斯白噪声信道上获得最小误码性能，这种解调称为最佳相干检测。在选择滤波器的响应时，应使收发综合响应满足奈奎斯特准则，或采取必要的均衡措施，以消除或克服码间干扰的带来的误差或影响。 数字信号在传输过程中由于干扰、噪声和波形畸变的影响，可能产生误码。二进制数字信号在加性高斯白噪声信道上通过载波键控方式传输时，如果收信端采用最佳相干检测并消除码间干扰，则平均误码率和归一化信噪比的关系可以表示为 （1-1） 式中为单位码元的平均信号能量，为

17、噪声谱密度，为互补误差函数，为键控波形的互相关系数。对于移相键控， =-1；对于移幅键控和移频键控， =0。可以看出，为达到同样的误码率，移幅键控和移频键控所需的归一化信噪比等于移相键控的两倍。 1.1.3 实用数字调制 通信系统中采用的数字调制技术有以下四种。四相移相键控(QPSK)：采用四个对称的相位来传送两个二进制码元。它的频谱效率较高、抗干扰性较强，是数字卫星、数字微波和有线数传中的一种主要调制方式。参差四相移相键控 (OQPSK)和最小移频键控 (MFSK)：前者是将四相键控的两个调制码元偏移半个码长，后者是将连续相位移频键控的移频指数定为0.5，它们是四相键控的派生形式。它们具有包

18、络较恒定、非线性信道引起的频谱展宽较小等优点，比较适用于卫星信道。八相移相键控(8PSK)、正交部分响应调制(QPRS)、16状态和64状态正交调幅（16QAM和64QAM）：这是一些频谱效率很高、误码性能也较好的数字调制技术，它们主要用于中、大容量的数字微波接力通信系统。连续相位调制(CPM)、受控调频(TFM)和高斯预滤波最小移频键控 (GMFSK)：这是一些具有较好频谱效率和误码性能的数字调制技术，其主要特点是包络恒定，旁瓣很低，非线性信道引起的频谱展宽很小，可用于移动通信和卫星通信。 1.2 MATLAB/Simulink的简介 1.2.1 MATLAB （缩写为Matlab）美国Ma

19、thworks公司于1967年推出了矩阵实验室“Matrix Laboratory” 这就是Matlab最早的雏形。开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。MATLAB是目前国际上流行的进行科学研究、工程计算的软件，是当今最优秀的科技应用软件之一，它以强大的科学计算与可视化功能、简单易用、开放式可扩展环境。特别是所附带的30多种面向不同领域的工具箱支持，使得它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。MATLAB具有其他高级语言难以比拟的一些优点，如编写简单、变成效率高、易学易懂等，因此MATLAB语言也被通俗地称为演算纸式科学算法语言，

20、用MATLAB来解决运算问题要比用C、Fortran等语言完成相同的事情方便得多。MATLAB广泛应用于控制、通信、信号处理及科学计算等领域，并且已经被认可为能够有效提高工作效率、改善设计手段的工具。在通信领域MATLAB 更是优势明显，因为通信领域中很多问题是研究系统性能的，传统的方法只有构建一个实验系统，采用各种方法进行测量，才能得到所需的数据，这样不仅需要话费大量的资金用于实验系统的构建，而且系统构建周期长，系统参数的调整也十分困难。而MATLAB的出现使得通信系统的仿真能够用计算机模拟实现，免去构建实验系统的不便，而且操作十分简便，只需要输入不同的参数就能得到不同情况下系统的性能，而且

21、在结构的观测和数据的存储方面也比传统的方式有很多优势。因而MATLAB在通信仿真领域得到越来越多的应用，掌握了MATLAB就好比掌握了开启这个专业领域大门的钥匙。 1.2.2 Simulink Simulink是MATLAB提供的用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包。Simulink 提供了专门用于显示输出信号的模块，可以在仿真的过程中随时观察仿真结果。同时，通过Simulink的存储模块，仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作空间或文件夹中，以供用户在仿真结束后对数据进行分析和处理。另外，Simulink把具有特定功能的代码组织成模块的方式，并且这些模块可以组织成具有等级结构的子系统，

22、因此具有内在的模块化设计要求。基于一下有点，Simulink作为一种通信的仿真建模工具，广泛应用于通信仿真、 数字信号处理、模糊逻辑、神经网络、机械控制和虚拟实现等领域中。 作为一款专业仿真软件，Simulink具有一下特点： 1）基于矩阵的数值计算； 2）高级编程语言以及可视化的图形操作界面； 3）包含各领域的仿真工具箱，使用方便快捷并可以扩展； 4）丰富的数据I/O接口； 5）提供与其他高级语言的接口； 6）运行多平台（PC/UNIX）。 根据输出信号与输入信号的关系，Simulink提供3种类型的模块：连续模块、离散模块和混合模块。连续模块是指输出信号发生连续变化的模块；离散模块则是输出

23、信号固定间隔变化的模块。对于连续模块，Simulink采用积分方式计算输出信号的数值，因此，连续模块主要涉及数值的计算及积分。离散模块的输出信号在下一个采样到来之前保持恒定，这个时候，Simulink只需要以一定的间隔计算输出信号的数值。混合模块是根据输入信号的类型来确定信号类型的，它既能产生连续输出信号，也能够产生离散输出信号。 如果一个仿真模型中只包含离散模块，这个时候，Simulink采用固定步长的方式进行仿真（即每隔一定的间隔计算一次输出信号）。当所有的离散模块都有相同的采样间隔时，Simulink只需要按照这个间隔实施仿真；否则，Simulink采用多速率方式进行仿真。多速率仿真模式

24、的一种方案是选取一个最大的可用间隔，使之适用于所有的离散模块。这个间隔一般是各个离散模块采样间隔的最大公约数。对于可变步长方式，多速率仿真模型按照各个模块的采样间隔列出系统可能那个的仿真时刻，在仿真时刻到来的时候，只对相应的离散模块实施仿真，从而在一定程度上提高了仿真的效率。 如果仿真模型中包含了连续模块，Simulink将采用连续方式对模块进行仿真。如果模块中既包括连续模块，又包含离散模块，Simulink采用两种仿真步长进行仿真。对于其中的离散模块，Simulink可以按照离散模块的方式进行仿真，这个仿真步长称为主步长。每个步长中，Simulink使用小步长间隔，通过积分运算得到连续状态的

25、当前输出信号。 1.3 通信技术的历史 1.3.1 通信的概念 通信可定义为信息的传输和交换，或者定义为信息的传送（transfer）。这种广义的定义，并未限制传输和交换的方式、手段等，而电信（telecommunication）则定义为借助电信号来实现信息的传输和交换。尽管现在已广泛地利用光信号实现信息的传输（特别是在长途干线上），但从整体而言还是以电传输和交换为主，所以人们仍称目前的通信为电信。 信息是消息中包含的新的、有意义的且可被理解的、不可压缩的东西。这是信息的严格定义，信息的这些特征是最本质的、缺一不可的。通信系统所传送的消息不一定都是具有上述特征，因此消息是信息与某种沉余成分之和，或者说消息是信息的载体。