电子信息系统仿真（课程设计）-数字调制系统仿真及调制性能分析.doc

郑州航空工业管理学院电子信息系统仿真（课程设计） 二八 届 电子信息工程 专业 0813083 班级题 目 数字调制系统仿真及调制性能分析 姓 名 学号 081308303 指导教师 职称 讲师 二一年 十二 月 十二 日内 容 摘 要利用Matlab作为编程工具，通过对数字调制系统进行程序编写，对数字调制系统原理进行了分析，设计了二进制数字调制系统模型，并对模型的仿真流程以及仿真结果进行具体分析，通过比较三种数字调制方式，总结三种数字调制方式的优缺点，便于以后工作学习中的应用，同时加强了对理论知识的学习和掌握。关键词：振幅键控ASK，频率键控FSK，相位键控Psk目 录内容摘要··················································· 1第一章 绪论······················· ·················· 3第二章 课程设计目的·······································4 第三章 数字调制系统原理分析······························ 4第四章 数字调制系统仿真过程······························ 81 、应用MATLAB进行数字调制系统仿真实验过程2 、应用MATLAB进行编写的程序实现数字调制系统的程序段和仿真图像第五章 仿真结果分析·····································14第六章 参考文献·········································15第一章 绪论通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(Message)。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号（Signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息(Information) 。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。第二章 课程设计目的通过这次课程设计我亲手设计数字调制系统仿真程序，得出调制后仿真波形，进一步理解数字调制系统调制的原理，进一步掌握MATLAB的用法。提高自己的动手能力和实验操作能力，为以后工作学习夯实基础。第三章 数字调制系统原理分析在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。 图3-1数字调制系统的基本结构二进制数字调制系统原理分析 二进制振幅键控（ASK）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、也是最简单的二进制振幅键控方式称为通-断键控（On Off Keying，OOK），其表达式为二进制振幅键控信号时间波型图3-2调制方式：图3-3 二进制频率键控（FSK） 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f1和f2两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（2FSK信号）。图3-4调制方式：图3-5二进制移频键控信号解调器原理图图3-6二进制移频键控信号非相干解调器原理图图3-7二进制移频键控信号相干解调器原理图二进制相移键控（PSK）在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。 通常用已调信号载波的 0°和 180°分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0 。 二进制移相键控信号的时域表达式为 图3-8调制方式：图3-9第四章 数字调制系统仿真过程1 、应用MATLAB进行数字调制系统仿真实验过程a.对实验原理进行分析，选择调制的方式。b.根据调制方式和调制原理图编写MATLAB程序，并运行得出调制仿真的图像。c.根据实验程序和仿真图像对数字调制系统仿真性能进行分析。2 、应用MATLAB进行编写的程序实现数字调制系统的程序段和仿真图像【A】二进制振幅监控（ASK）s=1 0 1 1 0 0 1 0;t=0:2*pi/99:2*pi;m1=;c1=;for n=1:length(s) if s(n)=0 ; m=zeros(1,100); else %s(n)=1; m=ones(1,100); end c=sin(2*t); m1=m1 m;c1=c1 c;end a=c1.*m1;subplot(3,1,1);plot(m1)title ('原始信号');subplot(3,1,2);plot(c1)title ('载波信号');axis(0 100*length(s) -0.1 1.1);subplot(3,1,3);plot (a);title ('ASK已调信号');图4-1【B】二进制频率键控（FSK）s=1 0 1 1 0 1 0 1;t=0:2*pi/99:2*pi;m1=;c1=;b1=;for n=1:length(s) if s(n)=0 ; m=ones(1,100); c=sin(5*t); b=zeros(1,100); else s(n)=1; m=ones(1,100); c=sin(2*t); b=ones(1,100); end m1=m1 m; c1=c1 c; b1=b1,b;end f=c1.*m1;subplot(3,1,1);plot(b1)title ('原始信号');subplot(3,1,2);plot(c1)title ('载波信号c1');axis(0 100*length(s) -0.1 1.1);subplot(3,1,3);plot (f);title ('fSK已调信号');图4-2【C】二进制相移键控（PSK）s=0 1 1 0 1 0 0 1 1 0;t=0:2*pi/99:2*pi;m1=;c1=;b1=;for n=1:length(s) if s(n)=0 ; m= -ones(1,100); b=zeros(1,100); else s(n)=1; m=ones(1,100); b=ones(1,100); end c=sin(2*t); m1=m1 m; c1=c1 c; b1=b1,b;end p=c1.*m1;subplot(3,1,1);plot(b1)title ('原始信号');subplot(3,1,2);plot(c1)title ('载波信号c1');axis(0 100*length(s) -0.1 1.1);subplot(3,1,3);plot (p);title ('pSK已调信号');图4-4第五章 仿真结果分析二进制振幅键控（ASK）采用模拟相乘的方法来实现的，通过模拟幅度调制来实现。通过数字基带信号和正弦载波信号相乘得出载波。仿真结果与原理相符。在二进制数字调制中每个符号只能表示0和1(+1或-1)。但在许多实际的数字传输系统中却往往采用多进制的数字调制方式。与二进制数字调制系统相比，多进制数字调制系统具有如下两个特点： 第一：在相同的信道码源调制中，每个符号可以携带log2M比特信息，因此，当信道频带受限时可以使信息传输率增加，提高了频带利用率。但由此付出的代价是增加信号功率和实现上的复杂性。 第二，在相同的信息速率下，由于多进制方式的信道传输速率可以比二进制的低，因而多进制信号码源的持续时间要比二进制的宽。加宽码元宽度，就会增加信号码元的能量，也能减小由于信道特性引起的码间干扰的影响等。二进制频率键控（2FSK）的产生方法主要有两种。一种可以采用模拟调制电路来实现；另一种是采用键控法来实现。这两种方法的主要区别在于：由调制法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。而键控法产生的2FSK信号，是由电子开关在两个独立的频率源之间的转换形成的，故相邻码元之间的相位不一定连续。本次实验采用的是模拟电路来实现。所谓FSK就是用数字信号去调制载波的频率。实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。二进制相移键控（2PSK）根据数字基带信号的两个电平使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。实验所得仿真波形与理论相符。它的优点是幅度恒定，传播速率快，抗噪声和抗衰减能力较好。在中高速数据传输中用到。三种调制方式相比，从数据传播速率来说PSK>FSK>ASK。ASK抗噪声性能最差，抗衰落能力不强，因而一般适宜在恒参信道中使用。比如：电话传输。FSK抗噪声能力较强，抗衰减能力，实现起来容易，适合中低输数据传输。PSK在有线信道上能实现高速传播，但要求接收机上有稳定的参考相位来分辨所使用各种相位。抗噪声性能最好，抗衰减能力也强。实现起来较为复杂。第六章 参考文献【1】樊昌信 曹丽娜 编著，通信原理，国防工业出版社，2004【2】 徐明远 邵玉斌 编著，MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用，西安电子科技大学出版社，2005【3】Stephen J.Chapman 编著，MATLAB Programming for Engineers(Second Edition),科学出版社，2003- 16 -