通信仿真课程设计-matlab-simulink

成都理工大学工程技术学院《通信仿真课程设计》报告班级：信息工程1班姓名：寇路军学号：201620101133指导教师：周玲成绩：2019年3月23日1目录通信仿真课程设计报告.........................................................................................................................2一.绪论...................................................................................................................................................2二．课程设计的目的.............................................................................................................................2三．模拟调制系统的设计...................................................................................................................33.1二进制相移键控调制基本原理............................................................................................33.22PSK信号的调制..................................................................................................................33.2.1模拟调制的方法.........................................................................................................33.32PSK信号的解调..................................................................................................................43.42PSK的“倒∏现象”或“反向工作”...............................................................................53.5功率谱密度.............................................................................................................................5四．数字调制技术设计.........................................................................................................................74.12PSK的仿真..........................................................................................................................74.1.1仿真原理图................................................................................................................74.1.2仿真数据....................................................................................................................74.1.3输出结果....................................................................................................................9总结.......................................................................................................................................................10参考文献...............................................................................................................................................112通信仿真课程设计报告一.绪论随着社会的快速发展，通信系统在社会上表现出越来越重要的作用。目前，我们生活中使用的手机，电话，Internet，ATM机等通信设备都离不开通信系统。随着通信系统与我们生活越来越密切，使用越来越广泛，对社会对通信系统的性能也越高。另外，随着人们对通信设备更新换代速度越来越快。不得不缩短通信系统的开发周期以及提高系统性能。针对这两方面的要求，必需要通过强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。自从现代以来，计算机科技走上了快速发展道路，实现了可视化的仿真软件。通信系统仿真，在目前的通信系统工程设计当中。已成为了不可替代的一部分。它表现出很强的灵活性和适应性。为我们更好地研究通信系统性能带来了很大的帮助。本论文主要针对模拟调制系统中的二进制相移键控调制技术进行设计和基于Simulink进行仿真。通过系统仿真验证理论中的结论。本论文设计的目的之一是进一步加强理论知识，熟悉Matlab软件。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。二．课程设计的目的1.掌握模拟系统2PSK调制和解调原理及设计方法。2.熟悉基于Simulink的通信系统仿真。3三．模拟调制系统的设计3.1二进制相移键控调制基本原理相移键是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位0和π分别表示二进制“0”和“1”。因此，2PSK信号的时域表达式)cos(A)(2PSKncttS式中，n表示第n个符号的绝对相位：”时发送“”时发送“，01,0n因此，上式可以改写为:图1PPtttScc1,cosA,cosA)(2PSK概率为概率为由于两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘：ttftSccos)(2PSK式中:nsnnTtgatf)()(这里，g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而an的统计特性为:PPna1,1,1概率为概率为即发送二进制符号“1”时（an取+1），S2PSK(t)取0相位；发送二进制符号“0”时（an取-1），S2PSK(t)取相位。这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。3.22PSK信号的调制3.2.1模拟调制的方法图2图30010t1sTs乘法器)(2tSPSK双极性不归零t0cos)(tf码型变换单/双43.2.2键控法图43.32PSK信号的解调2PSK只能采用相干解调,因为发”0”或发”1”时,其采用相位变化携带信息。具体地说：其振幅不变(无法提取不同的包络);频率也不变(无法用滤波器分开)。图5图6图7tccos)(tf)(2tSPSK开关电路移相018000101sTtabcd0tttte00110带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2tSPSKtccosabcde0101sTtabcd0tttte0011053.42PSK的“倒∏现象”或“反向工作”图8图9波形图中，假设相干载波的基准相位与2PSK信号的调制载波的基准相位一致（通常默认为0相位）。但是，由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着的相位模糊，即恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“1”变为“0”，“0”变为“1”，判决器输出数字信号全部出错。这种现象称为2PSK方式的“倒π”现象或“反相工作”。这也是2PSK方式在实际中很少采用的主要原因。另外，在随机信号码元序列中，信号波形有可能出现长时间连续的正弦波形，致使在接收端无法辨认信号码元的起止时刻。3.5功率谱密度比较2ASK信号的表达式和2PSK信号的表达式：2ASK：ttftSccos)(2ASK2PSK：PPtttScc1,cosA,cosA)(2PSK概率为概率为可知，两者的表示形式完全一样，区别仅在于基带信号f(t)不同（an不同），前者为单极性，后者为双极性。因此，我们可以直接引用2ASK信号功率谱密度的公式来表述2PSK信号的功率谱，即：{an}10112PSK信号本地载波z(t)tttttx(t)ttt1000定时脉冲抽样值10112PSK信号本地载波z(t)tttttx(t)ttt1011定时脉冲抽样值(b)(c)}{na}{na{an}6)()(41)(2cscsPSKffPffPfP应当注意，这里的Ps(f)是双极性矩形脉冲序列的功率谱。双极性的全占空矩形随机脉冲序列的功率谱密度为：)()0()21()()1(42222fGPffGPPffPsss将其代入上式，得：)()()0()21(41)()()1(222222PSKccsccsffffGPfffGffGPPfP若P=1/2，并考虑到矩形脉冲的频谱：)()(SSTfSaTfGSTG)0(则2PSK信号的功率谱密度为：222)()(sin)()(sin4)(scscscscsPSKTffTffTffTffTfP功率谱密度曲线图10图11从以上分析可见，二进制相移键控信号的频谱特性与2ASK的十分相似，带宽也是基带信号带宽的两倍。区别仅在于当P=1/2时，其谱中无离散谱（即载波分量），此时2PSK信号实际上相当于抑制载波的双边带信号。因此，它可以看作是双极性基带信号作用下的调幅信号。2PSKPffcfcfcsffcsff7四．数字调制技术设计数字信号在信号处理、传输、再生、交换、加密、信号质量等许多方面比模拟信号优越，因此数字通信发展很快，而且在许多领域取代了模拟通信。数字调制是数字通信中的重要部分。数字调制又可分成基带调制和频带调制。把频谱从零开始而未经调制的数字信号所占用的频率范围叫基带频带，简称基带。利用基带信号直接传输的方式称为频带传输。4.12PSK的仿真4.1.1仿真原理图图12