通信原理2ask課程設計--數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的設計及仿真

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　題目：數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的設計及仿真</p><p>　　院 系： 光電工程學院 </p><p>　　班 級： </p><p>　　學生姓名： </p>&

2、lt;p>　　學 號： </p><p>　　2012年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1、引 言2</b></p><p>　　2、2ASK數(shù)字傳輸系統(tǒng)設計及參數(shù)計算4</p&

3、gt;<p>　　3、 Matlab/Simulink仿真6</p><p>　　4、 總結(jié)11</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　1.1 語音傳輸現(xiàn)狀</p><p>　　1.1.1 現(xiàn)代通信傳輸介質(zhì)</p><p>　　1、 有線通信介質(zhì)

4、包括架空明線，雙絞線，同軸電纜，光纜等。</p><p>　　（1）架空明線是一種最早發(fā)展和使用的傳輸介質(zhì)，它的通信容量較小而且很容易受外界干擾，線路損耗也大，早期使用的長途電話線就是架空明線。</p><p>　　（2）雙絞線也稱為雙扭線，是最古老但又最常用的傳輸媒體。把兩根互相絕緣的銅導線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法絞合起來而構成雙絞線。在現(xiàn)代家庭通信網(wǎng)絡中，雙絞線又是必不可少的一部

5、分。</p><p>　?。?）由于同軸電纜比雙絞線有優(yōu)越的頻率特性，現(xiàn)已被廣泛用于較高速率和較高頻率的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸中。同軸電纜同雙絞線相比，頻帶寬，傳輸數(shù)據(jù)速率高，傳輸距離大，抗干擾能力強，目前普遍用于長距離的電話或電報傳輸，有線電視，局域網(wǎng)絡和短距離系統(tǒng)連的通信線路。</p><p>　?。?）光纖通信就是利用光導纖維傳遞光脈沖來進行通信，光導纖維是一種能夠傳導光信號的極細（50μm～

6、100μm）而柔軟的介質(zhì)。光纖在任何時間都只能單向傳輸，因此，要實行雙向通信，它必須成對出現(xiàn)。</p><p>　　2、 無線通信包括紅外通信，激光通信和微波通信。</p><p>　　由于它們都是沿直線傳播的，有時也稱它們?yōu)橐暰€媒體，因為這三種技術都需要在發(fā)送方面和接受方面有一條視線通路。紅外通信和激光通信將要傳輸?shù)男盘柗謩e轉(zhuǎn)換成紅外光信號和激光信號，直接在空間傳播。微波的頻率范圍為30

7、0MHz~300GHz，但主要是使用2~40GHz的頻率范圍，在自由空間主要是直線傳播。由于微波會穿透電離層而進入宇宙空間，因此微波通信分為兩種主要方式：地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。</p><p>　　1.1.2 移動通信</p><p>　　移動通信(Mobile communication)是移動體之間的通信，或移動體與固定體之間的通信。移動通信系統(tǒng)由兩部分組成： </p>

8、;<p>　　(1) 空間系統(tǒng)； </p><p>　　(2) 地面系統(tǒng)：①衛(wèi)星移動無線電臺和天線；②關口站、基站。 </p><p>　　移動通信系統(tǒng)從20世紀80年代誕生以來，到2020年將大體經(jīng)過5代的發(fā)展歷程，而且到2010年，將從第3代過渡到第4代(4G)。到4G，除蜂窩電話系統(tǒng)外，寬帶無線接入系統(tǒng)、毫米波LAN、智能傳輸系統(tǒng)(ITS)和同溫層平臺(HAPS)系統(tǒng)將

9、投入使用。未來幾代移動通信系統(tǒng)最明顯的趨勢是要求高數(shù)據(jù)速率、高機動性和無縫隙漫游。實現(xiàn)這些要求在技術上將面臨更大的挑戰(zhàn)。此外，系統(tǒng)性能(如蜂窩規(guī)模和傳輸速率)在很大程度上將取決于頻率的高低。考慮到這些技術問題，有的系統(tǒng)將側(cè)重提供高數(shù)據(jù)速率，有的系統(tǒng)將側(cè)重增強機動性或擴大覆蓋范圍。 </p><p>　　從用戶角度看，可以使用的接入技術包括：蜂窩移動無線系統(tǒng)，如3G；無繩系統(tǒng)，如DECT；近距離通信系統(tǒng)，如藍牙和D

10、ECT數(shù)據(jù)系統(tǒng)；無線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)；固定無線接入或無線本地環(huán)系統(tǒng)；衛(wèi)星系統(tǒng)；廣播系統(tǒng)，如DAB和DVB-T；ADSL和Cable Modem。</p><p>　　1.1.3 通信系統(tǒng)</p><p>　　通信系統(tǒng)是用以完成信息傳輸過程的技術系統(tǒng)的總稱。</p><p>　　現(xiàn)代通信系統(tǒng)主要借助電磁波在自由空間的傳播或在導引媒體中的傳輸機理來實現(xiàn)，前者稱為

11、無線通信系統(tǒng)，后者稱為有線通信系統(tǒng)。當電磁波的波長達到光波范圍時，這樣的電信系統(tǒng)特稱為光通信系統(tǒng)，其他電磁波范圍的通信系統(tǒng)則稱為電磁通信系統(tǒng)，簡稱為電信系統(tǒng)。由于光的導引媒體采用特制的玻璃纖維，因此有線光通信系統(tǒng)又稱光纖通信系統(tǒng)。一般電磁波的導引媒體是導線，按其具體結(jié)構可分為電纜通信系統(tǒng)和明線通信系統(tǒng)；無線電信系統(tǒng)按其電磁波的波長則有微波通信系統(tǒng)與短波通信系統(tǒng)之分。</p><p>　　另一方面，按照通信業(yè)務的不

12、同，通信系統(tǒng)又可分為電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、傳真通信系統(tǒng)和圖像通信系統(tǒng)等。由于人們對通信的容量要求越來越高，對通信的業(yè)務要求越來越多樣化，所以通信系統(tǒng)正迅速向著寬帶化方向發(fā)展，而光纖通信系統(tǒng)將在通信網(wǎng)中發(fā)揮越來越重要的作用。 </p><p>　　1.2 2ASK數(shù)字傳輸系統(tǒng)仿真</p><p>　　用數(shù)字基帶信號控制載波，把數(shù)字基帶信號變?yōu)閿?shù)字帶通信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制與

13、模擬調(diào)制基本原理相同，但數(shù)字信號有離散取值的特點。因此數(shù)字調(diào)制技術有兩種方法：①利用模擬調(diào)制方法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制；②利用數(shù)字信號離散取值特點通過開關鍵控載波，即鍵控法。</p><p>　　1.2.1 數(shù)字通信系統(tǒng)的基本模型</p><p>　　信息源 基帶信號形成器 信道 接收濾波器 受信者</p><p><b>　　噪聲源&

14、lt;/b></p><p>　　從消息傳輸角度看,系統(tǒng)包括了兩個重要交換,即消息與數(shù)字基帶信號之間的交換,數(shù)字基帶信號與信道信號之間的交換，通常前一種交換由發(fā)收端設備完成，而后一種交換則由調(diào)制和解調(diào)完成。</p><p>　　1.2.2 2ASK二進制振幅鍵控</p><p>　　振幅鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，其頻率和初始相位保持不變。在2AS

15、K中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別對應二進制信息“0”或“1”。 二進制振幅鍵控信號由于一個信號狀態(tài)始終為零，故又常稱為通斷鍵控信號（OOK信號）。</p><p>　　2ASK數(shù)字傳輸系統(tǒng)設計及參數(shù)計算</p><p>　　2ASK數(shù)字傳輸系統(tǒng)設計</p><p>　　2.1.1 2ASK調(diào)制原理</p><p>　　數(shù)字調(diào)制技術有兩

16、種方法：①模擬相乘法：通過相乘器直接將載波和數(shù)字信號相乘得到輸出信號，這種直接利用二進制數(shù)字信號的振幅來調(diào)制正弦載波的方式稱為模擬相乘法，如圖1,在該電路中載波信號和二進制數(shù)字信號同時輸入到相乘器中完成調(diào)制。②數(shù)字鍵控法：用開關電路控制輸出調(diào)制信號，當開關接載波就有信號輸出，當開關接地就沒信號輸出，如圖二。</p><p>　　圖 1 模擬相乘法 圖

17、 2 數(shù)字鍵控法</p><p>　　2.1.2 2ASK解調(diào)原理</p><p>　　2ASK/OOK信號有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法），此次設計采用相干解調(diào)，如圖3。與模擬信號的接收系統(tǒng)相比，這里增加了一個“抽樣判決”， 抽樣判決器的作用是：信號經(jīng)過抽樣判決器，即可確定接收碼元是“1”還是“0”。假設抽樣判決門限為b，當信號抽樣值大于b時，判

18、為“1”碼；信號抽樣值小于b時，判為“0”碼。</p><p><b>　　總設計框圖</b></p><p>　　信道帶通濾波器低通濾波器抽樣判決器輸出</p><p>　　↑ ↑ ↑ </p><p>　　cosωct

19、 n(t) cosωct</p><p><b>　　參數(shù)計算</b></p><p>　　振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號而變化的數(shù)字調(diào)制。當數(shù)字基帶信號為二進制時，則為二進制振幅鍵控。 設發(fā)送的二進制符號序列由0、1序列組成，發(fā)送0符號的概率為P，發(fā)送1符號的概率為1-P，且相互獨立。該二進制 符號序列可表示為</p>

20、<p>　　2ASK 信號一般表達式為</p><p>　　e2ASK(t)= Σang(t-nTs)cosωct</p><p><b>　　參數(shù)選擇</b></p><p>　　傳輸數(shù)字語音信號碼元速率RB=4kHz </p><p>　　載波頻率fc =100kHz </p><p

21、>　　噪聲功率譜密度no=2*10-9W/Hz </p><p>　　信號功率Si=8mW </p><p><b>　　2、參數(shù)計算</b></p><p>　　帶寬 B =2RB =8KHz</p><p>　　1 96KHz≤|f|≤104KHz</p><p>　　帶通特性 H

22、(f)=</p><p><b>　　0 其它</b></p><p>　　輸入噪聲功率 Ni = noB=2*10-9*8*103 =1.6*10-5 W</p><p>　　輸入信噪比為 r =Si/Ni = 8Mw/1.6*10-5W =500</p><p><b>　　誤碼率 Pe </b&

23、gt;</p><p>　　當 r>>1時，可近似表示為 ≈0</p><p>　　1 |f|≤4kHz</p><p>　　低通特性 H(f)= </p><p><b>　　0 其它</b></p><p>　　信道容量是指信道能夠傳輸?shù)淖畲笃骄畔⑺俾?，即傳輸速率?/p>

24、信道容量表示</p><p>　　Ct==8*9 = 72 b/s</p><p>　　3、 Matlab/Simulink仿真</p><p>　　3.1 Matlab/Simulink簡介</p><p>　　MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算

25、法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。</p><p><b>　　1、基本功能</b></p><p>　　MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等

26、諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平?！?lt;/p><p>　　2、MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進行以下各種工作：</p><p><b>　　●數(shù)值分析 </b>

27、</p><p><b>　　●數(shù)值和符號計算 </b></p><p><b>　　●工程與科學繪圖 </b></p><p>　　●控制系統(tǒng)的設計與仿真 </p><p>　　●數(shù)字圖像處理技術 </p><p>　　●數(shù)字信號處理技術 </p><p

28、>　　●通訊系統(tǒng)設計與仿真 </p><p><b>　　●財務與金融工程 </b></p><p>　　●管理與調(diào)度優(yōu)化計算（運籌學）</p><p>　　3、Simulink重要功能</p><p>　　Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中

29、，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應面廣、結(jié)構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于Simulink。 </p><p>　　Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的

30、框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，

31、而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)建立及仿真結(jié)果</p><p>　　3.2.1 加帶限白噪聲</p><p><b>　　信道模型 1</b></p><p><b>　　調(diào)制部分波形 1</b></p><p>　　注釋：從上到下，依次

32、為傳輸語音信號波形，載波波形，調(diào)制后波形。</p><p><b>　　解調(diào)部分波形 1</b></p><p>　　注釋：從上到下，依次為調(diào)制信號波形，加帶限白噪聲后波形，通過帶通濾波器后波形，解調(diào)后波形，通過低通濾波器后波形，抽樣判決后波形。</p><p>　　3.2.2 加高斯噪聲</p><p><b&g

33、t;　　信道模型 2</b></p><p>　　注釋：調(diào)制部分波形同上</p><p><b>　　解調(diào)部分波形 2</b></p><p>　　注釋：從上到下，依次為調(diào)制信號波形，加高斯噪聲后波形，通過帶通濾波器后波形，解調(diào)后波形，通過低通濾波器后波形，抽樣判決后波形。</p><p>　　3.3.3

34、部分參數(shù)設置</p><p><b>　　帶通濾波器參數(shù)設置</b></p><p><b>　　低通濾波器參數(shù)設置</b></p><p><b>　　抽樣判決器參數(shù)</b></p><p><b>　　4、 總結(jié) </b></p>&

35、lt;p>　　通過本次課程設計，對Matlab及Simulink有了初步的了解，學會簡單運用Matlab/Simulink進行仿真，將理論在實踐中得到驗證和應用，同時進一步鞏固了課堂所學知識。在此過程中，不斷嘗試，不斷遇見困難，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，培養(yǎng)了獨立學習能力及實踐能力，有效的完善了之前學習過程中的理論不足、實踐不足。</p><p>　　通過這次的課程設計，進一步了解了二進制振幅鍵控即2ASK的基本

36、原理及其解調(diào)方法，主要是相干解調(diào)。在學習過程中，遇到過許多困難，比如參數(shù)設置的不理想，因此總是會出現(xiàn)波形失真的現(xiàn)象；改變輸入信號參數(shù)，尤其是輸入信號頻率，就需要調(diào)試帶通濾波器、低通濾波器，及抽樣判決的參數(shù)等問題，通過不斷嘗試，以及上網(wǎng)查找資料和查詢參考書讓我更好的完成此次設計。</p><p>　　接收濾波器是用來接收信號，盡可能濾除信道噪聲和其它干擾，對信道特性進行均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。抽樣判決

37、器則是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時刻對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復或再生基帶信號。誤碼是由接收端抽樣判決器的錯誤判斷造成的，而造成錯誤判斷的原因主要有兩個：一個是信道加性噪聲的影響，另一個是碼間串擾。無碼間串擾時的基帶傳輸特性，即頻域特性滿足奈奎斯特第一準則，這一過程可以歸述為：一個實際的H(ω)特性若能等效成一個理想低通濾波器，則可實現(xiàn)無碼間串擾。</p><p><b>　　參

38、考文獻</b></p><p>　　[1] 樊昌信，曹麗娜.通信原理（第六版）[m].北京：國防工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[2] 邵玉斌.Matlab/Simulink通信原理建模與仿真實例分析[m].北京：清華大學出版社，2008.</p><p>　　[3] 賈秋玲，袁冬莉，欒云鳳. MATLAB7.X/Simulik/Statef

39、low系統(tǒng)仿真、分析及設計[m].西安：西北工業(yè)大學出版社， 2006.</p><p>　　[4] 張圣勤.MATLAB7.0實用教程[m].北京：機器工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[5] 龐寶茂.移動通信. [m]. 西安電子科技大學出版社，2009.</p><p>　　[6] （加）赫金.通信系統(tǒng). [m]. 電子工業(yè)出版社,2010.<