數(shù)字通信課程設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、課程設(shè)計目的2</p><p><b>　　二、設(shè)計任務(wù)書2</b></p><p><b>　　三、進度安排3</b></p><p><b>　　四、具體要求3</b><

2、/p><p>　　五、課程設(shè)計內(nèi)容3</p><p>　　5.1數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)3</p><p>　　5.2二進制振幅鍵控(2ASK)4</p><p>　　5.2.1調(diào)制實驗原理框圖：4</p><p>　　5.2.2 調(diào)制實驗步驟5</p><p>　　5.2.3 解調(diào)的原理框圖8

3、</p><p>　　5.3二進制頻移鍵控(2FSK)9</p><p>　　5.3.1 2FSK調(diào)制原理9</p><p>　　5.3.2 調(diào)制實驗步驟9</p><p>　　5.3.3 2FSK解調(diào)的原理框圖：13</p><p>　　5.4二進制移相鍵控(2PSK)13</p>

4、<p>　　5.4.1 2PSK調(diào)制原理13</p><p>　　5.4.2 2PSK調(diào)制的實驗步驟14</p><p>　　5.4.3 2PSK解調(diào)的原理框圖17</p><p>　　5.5二進制差分相位鍵控(2DPSK)18</p><p>　　5.5.1 2DPSK調(diào)制原理18</p><

5、p>　　5.5.2 2DPSK調(diào)制的實驗步驟18</p><p>　　5.5.3 2DPSK的解調(diào)原理框圖22</p><p>　　5.6 二進制數(shù)字信號的功率譜密度22</p><p>　　5.6.1．2ASK 信號的功率譜密度22</p><p>　　5.6.2 2FSK 信號的功率譜密度23</p>

6、;<p>　　5.6.3 2PSK 及 2DPSK信號的功率譜密度23</p><p>　　六、運行程序過程中產(chǎn)生的問題及采取的措施24</p><p>　　七、總結(jié)和展望24</p><p><b>　　八、參考文獻25</b></p><p><b>　　一、課程設(shè)計目的 <

7、/b></p><p>　　本課程是為通信工程專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)必修課，結(jié)合學(xué)生的專業(yè)方向的理論課程，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，使學(xué)生掌握應(yīng)用MATLAB或者SYSTEMVIEW等仿真軟件建立通信系統(tǒng)，鞏固理論課程內(nèi)容，規(guī)范文檔的建立，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，并能夠運用其所學(xué)知識進行綜合的設(shè)計。</p><p>　　通信系統(tǒng)原理的課程設(shè)計是對通信系統(tǒng)仿真軟件、課程學(xué)習(xí)的綜合檢驗，配合理論課

8、的教學(xué)，讓學(xué)生親自參加設(shè)計、仿真、驗證通信系統(tǒng)的一般原理、調(diào)制解調(diào)原理、信號傳輸及受噪聲影響等方面的知識點。</p><p><b>　　二、設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計選題：數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　a．利用所學(xué)的《通信原理及應(yīng)用》的基礎(chǔ)知識，分別設(shè)計2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK數(shù)字調(diào)制器。完成對

9、各種二進制數(shù)字已調(diào)信號的的調(diào)制器與解調(diào)器的電路設(shè)計與程序仿真，并對其仿真結(jié)果進行分析。要求理解2ASK信號的產(chǎn)生，掌握2ASK信號的調(diào)制原理和實現(xiàn)方法并畫出實現(xiàn)框圖。</p><p>　　b．利用MATLAB、SystemView、C等語言進行，軟件不限。要求給出2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK 各種已調(diào)信號的調(diào)制、解調(diào)的原理框圖、仿真電路圖，給出信號的頻譜圖、調(diào)制前與解調(diào)后數(shù)據(jù)波形比較覆蓋圖，加噪前后相

10、關(guān)波形。</p><p><b>　　三、進度安排</b></p><p><b>　　四、具體要求</b></p><p>　　1.設(shè)計2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK數(shù)字調(diào)制器。完成對各種二進制數(shù)字已調(diào)信號的調(diào)制器與解調(diào)器的電路設(shè)計與程序仿真，給出系統(tǒng)框圖，并對各個模塊的波形進行仿真和結(jié)果分析。其中數(shù)字基帶信號

11、為0110110，載波信號為2cos8000πt，傳碼率為2000B。在2FSK中載頻2為2cos4000πt。</p><p>　　2.2DPSK數(shù)字調(diào)制器設(shè)計中，參考相位為0相位。并求出相對碼序列。</p><p>　　3.要求給出2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK 各種已調(diào)信號的調(diào)制、解調(diào)的原理框圖、仿真電路圖，給出信號的頻譜圖、基帶信號與解調(diào)后還原的信號進行，如出現(xiàn)誤碼分析原

12、因。</p><p>　　4.加噪前后相關(guān)波形對比。如何去除噪？</p><p><b>　　五、課程設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　5.1數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)</p><p>　　在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號能夠在信道中傳輸，要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性。然而，在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性

13、，數(shù)字基帶信號不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號。 </p><p>　　圖 5-1 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，一般可以采用模擬調(diào)制的方法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。但是，數(shù)字基帶信號具有與模擬基帶信號不同的特點，其取值是有限的離散狀態(tài)。這樣，可以用載波的某些離散狀態(tài)來表示數(shù)

14、字基帶信號的離散狀態(tài)?；镜娜N數(shù)字調(diào)制方式是：振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK 或DPSK)。</p><p>　　5.2二進制振幅鍵控(2ASK) </p><p>　　5.2.1調(diào)制實驗原理框圖：</p><p>　　圖 5 – 2 二進制振幅鍵控信號時間波型</p><p>　　圖5-3 二進制振幅鍵控信號調(diào)制

15、器原理框圖</p><p>　　5.2.2 調(diào)制實驗步驟</p><p>　　模擬相乘法matlab中框圖</p><p><b>　　相關(guān)參數(shù)設(shè)置：</b></p><p><b>　　圖2.1</b></p><p>　　圖2.1是對載波信號的設(shè)置，幅度為2，頻率為400

16、0Hz，取樣時間為1/500。</p><p><b>　　圖2.2</b></p><p>　　圖2.2是對數(shù)字基帶信號的設(shè)置，基帶信號為0110110，采樣時間為0.5。</p><p>　　2ASK調(diào)制實驗仿真結(jié)果：</p><p>　　仿真波形中，第一個是載波波形，第二個是2ASK波形，第三個是基帶信號波形?？梢?/p>

17、觀察到，當(dāng)碼元為1時，對應(yīng)的是兩個周期的正弦波形圖，這是因為給出的傳碼率是2000B，而載波的頻率為8000*pi/2*pi=4000,剛好是兩個周期。2ASK相當(dāng)于通斷鍵控，碼元相當(dāng)于開關(guān)，當(dāng)碼元為1時，允許載波通過。</p><p><b>　　加入噪聲：</b></p><p>　　加噪聲后的仿真結(jié)果：</p><p>　　圖中，第一個是

18、載波波形，第二個是基帶信號的波形，第三個是加入噪聲后2ASK的波形。</p><p>　　去除噪聲：接收的信號線前接入一個帶通濾波器，此帶通濾波器的帶寬恰好使信號的有用頻譜通過并阻止帶外的噪聲通過。</p><p>　　5.2.3 解調(diào)的原理框圖</p><p>　　5.3二進制頻移鍵控(2FSK)</p><p>　　5.3.1 2FS

19、K調(diào)制原理</p><p>　　在二進制數(shù)字調(diào)制中,若正弦載波的頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化,則產(chǎn)生二進制移頻鍵控信號(2FSK信號).二進制移頻鍵控信號的時間波形如圖5- 4 所示,圖中波形g可分解為波形e和波形f,即二進制移頻鍵控信號可以看成是兩個不同載波的二進制振幅鍵控信號的疊加. 若二進制基帶信號的1符號對應(yīng)于載波頻率f1,0符號對應(yīng)于載波頻率f2,則二進制移頻鍵控信號的時域表達式為

20、 </p><p>　　圖 5- 4 2FSK信號的時間波形 圖 5-5數(shù)字鍵控法2FSK信號的原理圖</p><p>　　5.3.2 調(diào)制實驗步驟</p><p>　　鍵控法實現(xiàn)2FSK 的matlab框圖</p><p><b>　　相關(guān)參數(shù)設(shè)置：</b></p><p>&

21、lt;b>　　圖3.1</b></p><p>　　圖3.1是對載波信號的設(shè)置，幅度為2，頻率為4000Hz，取樣時間為1/500。</p><p><b>　　圖3.1</b></p><p>　　圖3.2是對數(shù)字基帶信號的設(shè)置，基帶信號為0110110，采樣時間為0.5。</p><p><b

22、>　　圖3.3</b></p><p>　　圖3.3是對載波信號的設(shè)置，幅度為2，頻率為2000Hz，取樣時間為1/500。</p><p><b>　　圖3.4</b></p><p>　　圖3.4是對鍵控開關(guān)的參數(shù)設(shè)置，criteria for passing first input 為u2~=0</p>&

23、lt;p><b>　　2FSK仿真結(jié)果：</b></p><p>　　圖中第一個是頻率是4000Hz的載波的波形，第二的是基帶信號的波形，第三個是頻率為2000Hz的載波，第四個為2FSK的波形。</p><p>　　從仿真波形中可以觀察到，當(dāng)碼元為1時，對應(yīng)的是兩個周期的2cos8000πt的波形；當(dāng)碼元為0時，對應(yīng)的是一個周期2cos4000πt的波形。&l

24、t;/p><p>　　5.3.3 2FSK解調(diào)的原理框圖：</p><p>　　5.4二進制移相鍵控(2PSK)</p><p>　　5.4.1 2PSK調(diào)制原理</p><p>　　在二進制數(shù)字調(diào)制中,當(dāng)正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時,則產(chǎn)生二進制移相鍵控(2PSK)信號. 通常用已調(diào)信號載波的 0°和 180&

25、#176;分別表示二進制數(shù)字基帶信號的 1 和 0. 二進制移相鍵控信號的時域表達式為e2PSK(t)= g(t-nTs)]cosωct ， 其中, an與2ASK和2FSK時的不同,在2PSK調(diào)制中,an應(yīng)選擇雙極性,即</p><p>　　圖 5–6二進制移相鍵控信號的時間波形</p><p

26、>　　二進制移相鍵控信號的調(diào)制原理圖如圖 5 - 7 所示. 其中圖(a)是采用模擬調(diào)制的方法產(chǎn)生2PSK信號,圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生2PSK信號.</p><p>　　圖 5-7 2PSK信號的調(diào)制原理圖</p><p>　　5.4.2 2PSK調(diào)制的實驗步驟</p><p>　　鍵控法實現(xiàn)2PSK 的matlab框圖</p>&

27、lt;p><b>　　相關(guān)參數(shù)設(shè)置：</b></p><p><b>　　圖4.1</b></p><p>　　圖4.1是對載波信號的設(shè)置，幅度為2，頻率為4000Hz，取樣時間為1/500。</p><p><b>　　圖4.2</b></p><p>　　圖4.2是對

28、載波信號的設(shè)置，幅度為2，初始相位為π，頻率為4000Hz，取樣時間為1/500。</p><p><b>　　仿真的結(jié)果：</b></p><p>　　圖中，第一個是頻率為4000Hz ，初始相位為π的載波波形；第二個是基帶信號的波形；第三個是頻率為4000Hz ，初始相位為0的載波波形；第四個是2PSK的波形。</p><p>　　從仿真圖

29、中可以觀察到，當(dāng)碼元為1時，通過的波形是相位為π的載波；當(dāng)碼元為1時，通過的是相位為0的載波?？芍c2FSK的應(yīng)有的調(diào)制結(jié)果一致。在0,1變換的瞬間，波形并不能十分準確的連接，這是由于兩個波形獨立工作互不影響。</p><p>　　5.4.3 2PSK解調(diào)的原理框圖</p><p>　　5.5二進制差分相位鍵控(2DPSK)</p><p>　　5.5.1 2

30、DPSK調(diào)制原理</p><p>　　在2PSK信號中,信號相位的變化是以未調(diào)正弦載波的相位作為參考,本次參考相位為0。用載波相位的絕對數(shù)值表示數(shù)字信息的,所以稱為絕對移相。為了解決2PSK信號解調(diào)過程的反向工作問題, 提出了二進制差分相位鍵控(2DPSK)。2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表示數(shù)字信息.假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為Δφ,可定義一種數(shù)字信息與Δφ之間的關(guān)系為

31、 </p><p>　　圖 5-82DPSK信號調(diào)制過程波形圖 圖 5-9 2DPSK信號調(diào)制器原理圖</p><p>　　5.5.2 2DPSK調(diào)制的實驗步驟</p><p>　　鍵控

32、法實現(xiàn)2DPSK 的matlab框圖</p><p><b>　　相關(guān)的參數(shù)設(shè)置</b></p><p><b>　　圖5.1</b></p><p>　　圖5.1是對數(shù)字基帶信號的設(shè)置，基帶信號為0110110，采樣時間為0.5。</p><p><b>　　圖5.2</b>

33、</p><p>　　圖5.2是對載波信號的設(shè)置，幅度為2，初始相位為0，頻率為4000Hz，取樣時間為1/500。</p><p><b>　　圖5.3</b></p><p>　　圖5.3是對載波信號的設(shè)置，幅度為2，初始相位為π，頻率為4000Hz，取樣時間為1/500。</p><p><b>　　圖5

34、.4</b></p><p>　　圖5.4是對鍵控開關(guān)的參數(shù)設(shè)置，criteria for passing first input 為u2~=0</p><p>　　2DPSK 實驗仿真結(jié)果</p><p>　　圖中，第一個為基帶信號（絕對碼）；第二個為相對碼；第三個為載波信號；第四個為2DPSK。圖中2DPSK是根據(jù)相對碼，畫2PSK得到的。</

35、p><p>　　從仿真波形可以觀察到，當(dāng)碼元為0時，后一波形的相位與前一波形的相位保持一致；當(dāng)碼元為1時，后一碼元的波形與前一碼元的波形相位相差Pi。</p><p>　　2DPSK數(shù)字調(diào)制器設(shè)計中，參考相位為0相位。其相對碼序列為：0 1 0 1 1 0 1。</p><p>　　5.5.3 2DPSK的解調(diào)原理框圖</p><p>　　5

36、.6 二進制數(shù)字信號的功率譜密度</p><p>　　5.6.1．2ASK 信號的功率譜密度</p><p>　　二進制振幅鍵控信號的功率譜密度如圖5-10所示，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。續(xù)譜兩部分組成。離散譜由載波分量確定，連續(xù)譜由基帶信號波形g(t)確定，二進制振幅鍵控信號的帶寬 B2AS是基帶信號波形帶寬B 的兩倍,即B2ASK=2B

37、 </p><p>　　圖5-10 二進制振幅鍵控信號的功率譜密度</p><p>　　5.6.2 2FSK 信號的功率譜密度</p><p>　

38、　相位不連續(xù)的二進制移頻鍵控信號的功率譜密度可以近似表示成兩個不同載波的二進制振幅鍵控信號功率譜密度的疊加。 相位不連續(xù)的二進制移頻鍵控信號的功率譜由離散譜和連續(xù)譜所組成，其中，離散譜位于兩個載頻 f1和 f2處；連續(xù)譜由兩個中心位于 f1和 f2處的雙邊譜疊加形成；若兩個載波頻差小于 fs ，則連續(xù)譜在 fc 處出現(xiàn)單峰；若載頻差大于 fs ，則連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰。若以二進制

39、移頻鍵控信號功率譜第一個零點之間的頻率間隔計算二進制移頻鍵控信號的帶寬，則該二進制移頻鍵控信號的帶寬B2FSK為 </p><p>　　圖5-11相位不連續(xù)二進制頻移鍵控信號的功率譜示意圖</p><p>　　5.6.3 2PSK 及 2DPSK信號的功率譜密度</p><p>　　2PSK 與 2D

40、PSK 信號有相同的功率譜。一般情況下二進制頻移鍵控信號的功率譜密度由離散譜和連續(xù)譜組成，其結(jié)構(gòu)與二進制振幅鍵控信號的功率譜密度相類似，帶寬也是基帶信號帶寬的兩倍。當(dāng)二進制基帶信號的“1”符號和“0”符號出現(xiàn)概率相等時，則不存在離散譜。</p><p>　　圖5-12 2PSK 及 2DPSK信號的功率譜密度</p><p>　　六、運行程序過程中產(chǎn)生的問題及采取的措施</p>

41、;<p>　　1、不會生成老師所給的固定基帶信號0110110。一開始從網(wǎng)上查找資料，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)上都是使用產(chǎn)生的隨機碼，后來經(jīng)過同學(xué)的幫助和自己不斷的嘗試，終于</p><p>　　發(fā)現(xiàn)可以使用Repeating Sequence Stair產(chǎn)生固定的基帶信號。</p><p>　　4、在進行2FSK調(diào)制時，出來的波形與載波相同。經(jīng)過上網(wǎng)查詢資料，知道了應(yīng)該把 Criteria

42、for passing first input選擇u2~=o.</p><p>　　2、對于2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的調(diào)制解調(diào)原理不是特別清楚。通過看書和查看網(wǎng)上的相關(guān)資料，對于相關(guān)的原理有了近一步的理解，就可以開始進行matlab的仿真了。</p><p>　　3、不會加入高斯白噪聲。經(jīng)過查找相關(guān)資料，在simulink的模塊中找到Gaussian Noise Gener

43、ator，添加進相應(yīng)的模塊即可。</p><p><b>　　七、總結(jié)和展望</b></p><p>　　為期一周半的通信原理的課程設(shè)計結(jié)束了，回想這一周半以來的學(xué)習(xí)過程，我覺得我收獲頗多。</p><p>　　這次課程設(shè)計我是使用simulink對2ASK等系統(tǒng)建模仿真，使我對數(shù)字鍵控的概念又有了更深的了解，而且也熟悉了simulink軟件的

44、操作。剛拿到題目的時候，我腦子里是一片空白的，雖然學(xué)習(xí)了通信原理這門課程，但運用到實踐中對于我來說，還是有一定差距的。在查閱了相關(guān)資料后，我決定采用simulink的方法來實現(xiàn)本次課程設(shè)計，從調(diào)制的原理框圖來構(gòu)建simulink模型，得到的結(jié)果直觀易懂。這次課程設(shè)計讓我再次感受到matlab這個軟件的強大，它不僅可以實現(xiàn)代碼的功能，也可以通過框圖來實現(xiàn)仿真，而且每個模塊的內(nèi)容都很豐富，所以我很快就找到了本次設(shè)計所需的模塊。在設(shè)計的過程中

45、，我也遇到過很多的困難，但在老師和同學(xué)的幫助下都得到了解決，真的很感謝他們無怨無回的付出和幫助。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計，我也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，理論知識不夠扎實，聯(lián)系實踐能力不強。在今后的學(xué)習(xí)中，我會在學(xué)好理論知識的同時，更加注重理論與實際的相結(jié)合，從而達到學(xué)以致用的最終目的。最后再次感謝在這次通信課程設(shè)計中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)。</p><p><b>　　

46、八、參考文獻</b></p><p>　　[1]李建學(xué)等著.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計案例精編.清華大學(xué)出版社，2007</p><p>　　[2]唐寧九等主編.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法（C++版）實驗和課程設(shè)計教程. 清華大學(xué)出版社，2008</p><p>　　[3]孫屹吳磊編著.Simulink通信仿真開發(fā)手冊.國防工業(yè)出版社,2003</p><