基于Simulink的数字通信系统的仿真设计.doc

1、课程设计(论文)任务书 信息工程学院 信息工程专业 信息（2） 班一、 一、课程设计(论文)题目基于Simulink的数字通信系统的仿真设计 二、课程设计(论文)工作自2014年 6 月23日起至2014年7月 4日止。三、课程设计(论文) 地点: 4-403，4-404，图书馆 四、课程设计(论文)内容要求：1本课程设计的目的（1）使学生掌握系统各功能模块的基本工作原理； （2）培养学生掌握电路设计的基本思路和方法； （3）能提高学生对所学理论知识的理解能力；（4）能提高和挖掘学生对所学知识的实际应用能力即创新能力；（5）提高学生的科技论文写作能力。2课程设计的任务及要求1）基本要求：（1）

2、学习SystemView或MATLAB/Simulink仿真软件；（2）对需要仿真的通信系统各功能模块的工作原理进行分析；（3）提出系统的设计方案，选用合适的模块； （4）对所设计系统进行仿真；（5）并对仿真结果进行分析。2）创新要求： 在基本要求达到后，可进行创新设计，完善系统的性能。3）课程设计论文编写要求（1）要按照书稿的规格打印誊写课程设计论文（2）论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等（3）课程设计论文装订按学校的统一要求完成4）评分标准： （1）完成原理分析：（20分） （2）系统方案选择：（30分） （3）仿真结果分析：（30分） （4）论文写作：（20分）5）参

3、考文献：（1）孙屹.SystemView通信仿真开发手册 国防工业出版社（2）李东生.SystemView系统设计及仿真入门与应用 电子工业出版社 （3）赵静.基于MATLAB的通信系统仿真 北京航空航天大学出版社 (4 ) 陈萍.现代通信实验系统的计算机仿真 国防工业出版社（5） 刘学勇.详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真电子工业出版社6）课程设计进度安排内容 天数地点构思及收集资料 2图书馆熟悉软件与系统仿真 6 4-403，4-404撰写论文 24-403，4-404学生签名： 2014年6月23日课程设计(论文)评审意见（1）完成原理分析（20分）：优（ ）、良（ ）

4、、中（ ）、一般（ ）、差（ ）； （2）系统方案选择（30分）： 优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）； （3）仿真结果分析（30分）：优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；（4）论文写作（20分）：优（ ）、良（ ）、中（ ）、 一般（ ）、差（ ）；（5）格式规范性及考勤是否降等级：是（）、否（）评阅人： 职称： 讲师 2014年7月 4日目录绪 论1第1章 二进制数字调制解调系统21.1 数字通信系统21.1.1 数字通信系统的优点21.1.2 数字通信系统的缺点31.2 二进制数字调制解调3第2章 Simulink软件介绍42.1 Simulink软件简介

5、42.2 Simulink仿真步骤42.3 Simulink的模块库4第3章 2ASK仿真系统的设计63.1 二进制振幅键控（2ASK）系统的调制与解调原理6 3.2 2ASK的调制解调仿真设计7 3.3 4ASK的仿真结果和分析7 3.3.1 参数设置与分析7 3.3.2 仿真结果图 8第4章 2FSK仿真系统的设计94.1 二进制移频键控（2FSK）的调制与解调原理94.1.1 2FSK调制94.1.2 2FSK解调104.2 2FSK的调制解调仿真设计104.3 2FSK的仿真结果和分析104.3.1 参数设置与分析104.3.2 仿真结果图11第5章 2PSK仿真系统的设计125.1

6、二进制相移键控（2PSK）的调制与解调原理125.1.1 2PSK调制125.1.2 2PSK解调125.2 2PSK的调制解调仿真设计135.2.1 2PSK的调制仿真图135.2.2 2PSK的解调仿真图135.3 2PSK的仿真结果和分析135.3.1 2PSK的调制结果135.3.2 2PSK的调制结果14第6章 2DPSK仿真系统的设计156.1 二进制相移键控（2DPSK）的调制与解调原理156.1.1 2DPSK调制156.1.2 2DPSK的解调166.2 2DPSK的调制解调仿真设计186.3 2DPSK的仿真结果和分析18第7章 QAM仿真系统的设计197.1 正交振幅键控

7、（QAM）的调制与解调原理197.1.1 QAM调制197.1.2 QAM解调207.2 QAM的调制解调仿真设计217.3 QAM的仿真结果和分析22总 结23参考文献23谢 辞 23word文档 可自由复制编辑绪 论本次课程设计的题目是基于Simulink的数字通信系统的仿真设计，用Simulink软件进行仿真实现二进制数字调制解调通信系统，主要有2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK以及QAM。通信系统是完成信息传输过程技术系统的总称。现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现，前者称为无线通信系统，后者称为有线通信系统。现代通信系统主要借助电磁波在自由空

8、间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现，前者称为无线通信系统，后者称为有线通信系统。当电磁波的波长达到光波范围时，这样的电信系统特称为光通信系统，其他电磁波范围的通信系统则称为电磁通信系统，简称为电信系统。由于光的导引媒体采用特制的玻璃纤维，因此有线光通信系统又称光纤通信系统。二进制数字调制，就是利用二进制数字基带信号去调制高频载波的某个参量，如幅度、频率或相位的过程。根据被调参量的不同，二进制数字调制可分为二进制幅度键控（2ASK）、二进制频移键控（2FSK）以及二进制相移键控（2PSK或2DPSK）。也可以把载波的两个参量组合起来进行调制，如把幅度和相位组合起来得到二进制幅相键控（2APK

9、）或它的特殊形式二进制正交幅度调制（QAM）等。本次课程设计是二进制数字调制解调系统的仿真，本课设主要分成五个部分：第一部分主要描述数字通信系统以及二进制数字通信系统的基础知识，数字通信系统的优缺点和二进制的调制解调方式的总体介绍；第二部分主要是对Simulink的介绍，主要包括软件的简介、特点以及仿真的具体步骤和软件中的图标的含义；第三部分是对2ASK的仿真设计的具体介绍，以及仿真结果的分析；第四部分是对2FSK的仿真设计的具体介绍，以及仿真结果的分析；第五部分是对2PSK的仿真设计的具体介绍，以及仿真结果的分析；第六部分是对2DPSK的仿真设计的具体介绍，以及仿真结果的分析；第七部分是对Q

10、AM的仿真设计的具体介绍，以及仿真结果的分析；第一章 二进制数字调制解调系统1.1 数字通信系统 数字通信系统, 按调制方式可以分为基带传输和带通传输。数字基带信号的功率一般处于从零开始到某一频率（如06M）低频段，因而在很多实际的通信（如无线信道）中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移，将数字基带信号变换成适合信道传输的数字频带信号进行传输，这种传输方式，称为数字信号的频带传输或调制传输、载波传输。所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使该参量随基带信号的规律变化从而携带消息。对数字信号进行调制可以便于信号的传输；实现信道复用；改变信号占据的带宽；改善系统的性能。和模

11、拟调制不同的是，由于数字基带信号具有离散取值的特点，所以调制后的载波参量只有有限的几个数值，因而数字调制在实现的过程中常采用键控的方法，就像用数字信息去控制开关一样，从几个不同参量的独立振荡源中选参量，由此产生的三种基本调制方式分别称为振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键(PSK)或差分移相键（DPSK）。数字调制系统的基本结构如图1所示：图1 数字调制系统的基本结构图 在数字调制中，数字基带信号可以是二进制的，也可以是多进制的，对应的就有二进制数字调制和多进制数字调制两种不同的数字调制，最简单的情况即是以二进制数字基带信号作为调制信号的二进制数字调制。1.1.1 数字通信系统的优点

12、（1） 抗干扰能力强由于在数字通信中，传输的信号幅度是离散的，以二进制为例，信号的取值只有两个，这样接收端只需判别两种状态。信号在传输过程中受到噪声的干扰，必然会使波形失真，接收端对其进行抽样判决，以辨别是两种状态中的哪一个。只要噪声的大小不足以影响判决的正确性，就能正确接收（再生）。而在模拟通信中，传输的信号幅度是连续变化的，一旦叠加上噪声，即使噪声很小，也很难消除它。数字通信抗噪声性能好，还表现在微波中继通信时，它可以消除噪声积累。这是因为数字信号在每次再生后，只要不发生错码，它仍然像信源中发出的信号一样，没有噪声叠加在上面。因此中继站再多，数字通信仍具有良好的通信质量。而模拟通信中继时，

13、只能增加信号能量（对信号放大），而不能消除噪声。（2） 差错可控数字信号在传输过程中出现的错误（差错），可通过纠错编码技术来控制，以提高传输的可靠性。（3） 易加密数字信号与模拟信号相比，它容易加密和解密。因此，数字通信保密性好。（4）易于与现代技术相结合由于计算机技术、数字存贮技术、数字交换技术以及数字处理技术等现代技术飞速发展，许多设备、终端接口均是数字信号，因此极易与数字通信系统相连接。1.1.2 数字通信系统的缺点（1） 频带利用率不高系统的频带利用率，可用系统允许最大传输带宽（信道的带宽）与每路信号的有效带宽之比来数字通信中，数字信号占用的频带宽，以电话为例，一路模拟电话通常只占据

14、4kHz 带宽，但一路接近同样话音质量的数字电话可能要占据 20 60kHz 的带宽。因此，如果系统传输带宽一定的话，模拟电话的频带利用率要高出数字电话的 5 15 倍。（2） 系统设备比较复杂数字通信中，要准确地恢复信号，接收端需要严格的同步系统，以保持收端和发端严格的节拍一致、编组一致。因此，数字通信系统及设备一般都比较复杂，体积较大。不过，随着新的宽带传输信道（如光导纤维）的采用、窄带调制技术和超大规模集成电路的发展，数字通信的这些缺点已经弱化。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展和广泛应用，数字通信在今后的通信方式中必将逐步取代模拟通信而占主导地位。 1.2 二进制数字调制解调数字调制

15、就是将数字信号变换成适合于信道的波形。所用的载波一般是余弦波，调制信号为数字基带信号。利用基带信号控制载波的参数，使载波的参数携带基带信息，就完成了调制。由于数字信号是离散的，因此，调制后的载波参数上只有有限个数值，类似于用数字信号控制开关，从几个具有不同参量的独立振荡源中选择参量，故又称键控。所谓二进制数字调制，就是利用二进制数字基带信号去调制高频载波的某个参量，如幅度、频率或相位的过程。根据被调参量的不同，二进制数字调制可分为二进制幅度键控（2ASK）、二进制频移键控（2FSK）以及二进制相移键控（2PSK或2DPSK）。也可以把载波的两个参量组合起来进行调制，如把幅度和相位组合起来得到二

16、进制幅相键控（2APK）或它的特殊形式二进制正交幅度调制（QAM）等。第二章 Simulink软件介绍2.1 Simulink软件简介Simulink是MATLAB重要的组件之一，它能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。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。Simulink软件有丰富的可扩充的预定义模块库,

17、交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理通过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成。使用Embedded MATLAB模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型，图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据模型分析和诊断工具来保证

18、模型的一致性，确定模型中的错误。2.2 Simulink仿真步骤使用Simulink进行系统仿真，一般要经过以下几个步骤：(1)建立系统的数学模型 根据系统的基本工作原理，确定总的系统功能，并将各部分功能模块化，找出各部分的关系，画出系统框图。(2)从各种功能库中选取、拖动可视化图符，组建系统在信号源图符库、算子图符库、函数图符库、信号接受器图符库中选取满足需要的功能模块，将其图符拖到设计窗口，按设计的系统框图组建系统。(3)设置、调整参数，实现系统模拟参数设置包括运行系统参数设置(系统模拟时间，采样速率等)和功能模块运行参数(正弦信号源的频率、幅度、初相，低通滤波器的截止频率、通带增益、阻带

19、衰减等)。(4)设置观察窗口,分析模拟数据和波形 在系统的关键点处设置观察窗口，用于检查、监测模拟系统的运行情况，以便及时调整参数，分析结果。2.3 Simulink的模块库Simulink中常用的模块库包括以下几种。（1）信宿（Sinks）模块库：包括显示或将输出回写的模块。Display显示输入的值。Output创建子系统的输出端口或外部输出端口；Scope、Float Scope显示仿真时产生的信号；StopSimulation当输入不等于零时停止仿真；Terminator将未连接的输出端口作为终端；XY Graph显示XY坐标图。（2）信源（Sources）模块库：包括产生各种信号的模

20、块。BandLimited White Noise为连续系统引入白噪声；Chirp Signal产生一个扫频信号；Clock产生和显示仿真时间；Constant产生一个常量值；Digital Clock在特定的采样间隔产生仿真时间；Ground将未连接的输入端口接地等。（3）连续（Continuous）模块库：包括线性函数模型。包括有微分单元（Derivative）、积分单元（Integrator）、线性状态空间系统单元（StateSpace）、线性传递函数单元（Transfer Fen）、延时单元（Transport Delay）、可变传输延时单元（Variable Transport De

21、lay）、指定零极点输入函数单元（ZeroPole）。（4）数学操作（Simulink Math Operations和FixedPoint Blocket Math）模块库：包含常用的数学函数模块。包括输入信号绝对值单元（Abs），计算一个复位信号幅度与或相位单元（Complex to MagnitudeAngle），计算一个复位信号的实部与虚部单元（Complex to RealImag）等数学函数。（5）通信模块库（Comunications Blockset）信源（Comm Sources）：在这个库中，可以形成随机或伪随机信号，也可以读取文件或模拟压控振荡器（VCO）来产生非随机信号

22、。Bernoulli Random Binary Generator模块：产生伯努利分布的二进制随机数。Binary Vector Noise Generator模块：产生可以控制“1”的个数的二进制随机向量。RandomInteger Generator模块：产生范围在（0M-1）内的随机整数。Poission Int Generator模块：产生洎松分布的随机整数。PN Sequence Generator模块：产生伪随机序列。Gaussian Noise Generator模块：产生离散高斯白噪声。Rayleigh Noise Generator模块：产生瑞利分布的噪声。Uniform

23、Noise Generator模块：产生在一个特定区域内的均匀噪声。Voltage-Controlled Oscillator模块：实现压控振荡器。信宿（Comm Sinks）：此库中提供了信宿和显示的模块，以使对通信系统的分析更加简便。Triggered Write to File模块：在输入信号上升沿向文件写入数据。Enor Rate Calculation模块：计算输入信号的误比特率和误符号率。信源编码（Source Coding）模块库：信源编码分为两个基本步骤：信源编码和信源译码。信源编码用量化的方法将一个源信号转化成一个数字信号。所得信号的符号都是在某个有限范围内的非负整数。信源译

24、码就是从信源编码的信号恢复出原来的信息。信道（Channel）模块库：提供各种通信信道模型，比如高斯白噪声信道等。错误侦测与校验（Enor Detection Correction）模块库：提供用于分析输入输出的模块，比如计算误码率的模块。调制解调（Modulation）模块：分为数字调制解调和模拟调制解调，再细分又可分为幅度调制、相位调制以及频率调制。第3章 2ASK仿真系统的设计3.1 二进制振幅键控（2ASK）系统的调制与解调原理数字幅度调制又称幅度键控（ASK），二进制幅度键控记作2ASK。2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出

25、。有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。根据幅度调制的原理，2ASK信号可表示为： 式中，c为载波角频率， s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列 其中，g(t)是持续时间为Tb、高度为1的矩形脉冲，常称为门函数；n为二进制数字序列。 2ASK信号的产生方法（调制方法）有两种，如下图所示。图（a）是一般的模拟幅度调制方法，这里的由式2规定；图（b）是一种键控方法，这里的开关电路受控制。图（c）给出了及的波形示例。二进制幅度键控信号，由于一个信号状态始终为0，相当于处于断开状态，故又常称为通断键控信号。2ASK信号解调的常用方法主要有两种：包络检波法和相干检测法。 包络检波法的原理

26、方框图如下图2所示。带通滤波器（BPF）恰好使2ASK信号完整地通过，经包络检测后，输出其包络。低通滤波器（LPF）的作用是滤除高频杂波，使基带信号（包络）通过。抽样判决器包括抽样、判决及码元形成器。定时抽样脉冲（位同步信号）是很窄的脉冲，通常位于每个码元的中央位置，其重复周期等于码元的宽度。不计噪声影响时，带通滤波器输出为2ASK信号，即 ，包络检波器输出为s(t)。经抽样、判决后将码元再生，即可恢复出数字序列n。 图2 ASK信号的包络解调3.2 2ASK的调制解调仿真设计3.2.1 系统仿真如下图：该系统将信号通过带通DSB AM调制器进行调制，然后加入高斯白噪声后通过解调器输出，在示波

27、器上可以显示调制前的数字信号、调制后的信号和解调后的信号波形。3.3 4ASK的仿真结果和分析3.3.1 参数设置与分析（1） 伯努利二进制随机数产生器参数设置：采样时间：1/250。（2） AWGN Channel（加性高斯白噪声信道）模拟加性高斯白噪声环境，使传输环境相同。（3）DSB AM Modulator Paseband (通带DSB AM调制器)（4）DSB AM Demodulator Paseband (通带DSB AM解调器)（5）创建完仿真系统后，单击运行按钮，分别由各个波形分析其显示调制信号、已调信号、解调信号、和抽样判决后的时域波形。3.3.2 仿真结果图图中第一个图

28、形显示的是调制信号的时域波形，第二个图形显示的是已调信号的波形，第三个是受信道中噪声干扰的解调信号，第四个是通过抽样判决后的解调信号波形。第四章 2FSK仿真系统的设计4.1 二进制移频键控（2FSK）的调制与解调原理4.1.1 2FSK调制数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK信号便是符号“1”对应于载频f1，而符号“0”对应于载频f2（与f1不同的另一载频）的已调波形，而且f1与f2之间的改变是瞬间完成的。 从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。模拟调频法

29、是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早期采用的实现方法。2FSK键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。键控法的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现，故应用广泛。2FSK信号的产生方法及波形示例如图3所示。图中s(t)为代表信息的二进制矩形脉冲序列，e0(t)即是2FSK信号。 图3 键控法产生2FSK信号的原理图 4.1.2 2FSK解调数字调频信号的解调方法很多，下面仅就包络检波法进行介绍：2FSK信号的包络检波法解调方框图如图4所示，其可视为由两路2ASK解调电路组成。这里，两个带通滤波器（带宽相同，皆为相应的2ASK信号

30、带宽；中心频率不同，分别为f1、f2）起分路作用，用以分开两路2ASK信号，抽样判决器起比较器作用，把两路包络信号同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。若上、下支路s(t)及 的抽样值分别用 表示，则抽样判决器的判决准则为图4 2FSK信号的包络解调 4.2 2FSK的调制解调仿真设计4.3 2FSK的仿真结果和分析4.3.1 参数设置与分析（1） sine wave(正弦波)：幅值1V，频率为100HZ（2） rate transition(速率转换器)：输出端采样频率为1/10000（3） MSK Demodulator Baseband (基带MSK解调器)：频率为500

31、HZ（4） AWGN Channel（加性高斯白噪声信道）模拟加性高斯白噪声环境，使传输环境相同，FSK的信噪比为-3dB。(5) M-FSK Modulator Baseband (基带M-FSK调制器)（6） 创建完仿真系统后，单击运行按钮，分别由各个波形分析其显示调制信号、已调信号、解调信号、和抽样判决后的时域波形。4.3.2 仿真结果图仿真波形图上图中第一张图是调制前原始基带信号的波形，第二张图是调制后通带信号的波形，第三张是解调信号的波形图。2FSK调制前后频谱图第五章 2PSK仿真系统的设计5.1 二进制相移键控（2PSK）的调制与解调原理5.1.1 2PSK调制数字调相：如果两个

32、频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，它们应处于同相状态；如果其中一个开始得迟了一点，就可能不相同了。如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为反相。一般把信号振荡一次（一周）作为360度。如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180度，也就是反相。当传输数字信号时，1码控制发0度相位，0码控制发180度相位。载波的初始相位就有了移动，也就带上了信息。相移键控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和分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为(t)=Ac

33、ost+) 2PSK调制方法主要有两种：模拟调相法和键控法（相位选择法）。模拟调相法原理方框图如下图所示，极性变器将输入的二进制单极性码转换成双极性不归零码，然后与载波直接相乘，以实现2PSK。5.1.2 2PSK解调2PSK信号解调方法为相干解调法，由于PSK信号利用相位传递信息，则在接收端须利用信号的相位信息来解调信号。给出了一种2PSK信号相干接收设备的原理框图。图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0。2PSK信号的解调原理方框图如下：带通滤波相乘低通滤波抽样判决本地载波提取V

34、（t）定时脉冲cost2psk解调器2PSK信号的解调原理框图5.2 2PSK的调制解调仿真设计5.2.1 2PSK的调制仿真图5.2.2 2PSK的解调仿真图5.3 2PSK的仿真结果和分析5.3.1 2PSK的调制结果：上图中第一张图是调制前原始基带信号的波形，第二张图是调制后通带信号的波形，第三张是解调信号的波形图。5.3.2 2PSK的调制结果：2PSK已调制频谱图2PSK解调波形图第一张图是调制信号波形图，第二张图是已调信号波形图，第三张是解调后的波形图。第六章 2DPSK仿真系统的设计6.1 二进制相移键控（2DPSK）的调制与解调原理6.1.1 2DPSK调制众所周知2PSK调制

35、是将传输的数字码元“1”用初始相位为180的正弦波表示，而数字码元“0”用初始相位为0的正弦波表示。若设是传输数字码元的绝对码，则2PSK已调信号在任一个码元时间内的表达式为 若将传输数字码元的绝对码先进行差分编码得相对码，其差分编译码如下：差分编码为 差分译码为 再将相对码进行2PSK调制，则所得到的即是2DPSK已调信号，其在任一码元时间内的表达式为 差分编码移相2DPSK在数字通信系统中是一种重要的调制方式，其抗噪性能和信道频带利用率均优于移幅键控(ASK)和移频键控(FSK)，因而在实际的数据传输系统中得到广泛的应用。2DPSK调制解调系统的原理框图如图差分编码低通滤波调相带通滤波相乘

36、抽样判决差分解码分频晶振+数字信号输入数字信号输出噪声 2DPSK调制解调系统原理框图2DPSK调制原理是指载波的相位受数字信号的控制而改变，通常用相位0来表示“1”，而用180来表示“0”。差分移相键控2DPSK信号的参考相位不是未调波的相位，而是相邻的前一位码元的载波相位。2DPSK信号的产生只需要在2PSK调制前加一套相对码变换电路就可以实现，2DPSK 的调制方框图见图 载波移相差分编码器开关Eo(t)S(t) 键控法6.1.2 2DPSK的解调实际中接收到的2DPSK 信号在经过带通滤波后，由于码元跳变处的高频分量被过滤掉，滤波后的2DPSK信号波形分为稳定区和过渡区，码元中间部分是

37、稳定区，前、后部分为过渡区。稳定区内的信号基本无损失，波形近似为正弦波，而过渡区内的波形则不是正弦波，并且幅度明显降低。调制信息基本上只存在于码元稳定区。从上述分析出发，可以得到基于DFT的数字解调方案。具体解调方法：对每个码元稳定区内的采样点按照公式（5）做DFT： 其中，代表每个载波周期的采样点个数，代表做DFT时使用的稳定区内的采样点个数(通常取多个载波整周期)。然后，提取出前后码元的相位跳变信息来进行解调判决：计算， 并根据和的正负情况确定的取值范围。把本码元的相位记为，前一码元的相位记为，则 其中是进行了位同步点调整时附加的相位。可见，在每个码元周期只需要计算一次相位值即本码元的相位

38、，然后相减得到跳变相位，就可以依据判决条件恢复原始数据，而不需要像文献中所提到的对每个码元要随着窗函数的移动多次计算谱值，因而大大减轻了计算量，非常适合于软件无线电的数字化实时解调。当调频信号不包括载波分量时，必须采用相干解调，2DPSK的解调可采用两种方法。其一是极性比较法，然后再用码变换器变为绝对码。另外还有一种实用的方法叫做差分相干解调法，二者的原理框图分别如下：带通滤波器本地振荡乘法器抽样判决器低通滤波器差分译码器2DPSK数据输出极性比较法解调带通滤波器抽样判决器乘法器低通滤波器码元延迟2DPSK数据输出差分相干解调法相干解调：信号可以采用相干解调方式，其解调原理是：对2DPSK 信

39、号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，若相干载波产生180相位模糊，解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊度的问题。差分相干解调：2DPSK信号也可以采用差分相干解调方式(相位比较法)，其解调原理是：直接比较前、后码元的相位差，从而恢复发送的二进制数字信息。由于解调的同时完成了码反变换作用，故解调器中不需要码反变换器。由于差分相干解调方式不需要专门的相干载波，因此是一种非相干解调方法。6.2 2DPSK的调制解调仿真设计6.3 2DPSK的仿真结果和分析已调

40、信号的频谱图第一张图是调制信号波形图，第二张是已调信号波形图，第三张是解调信号波形图。第七章 QAM仿真系统的设计7.1 正交振幅键控（QAM）的调制与解调原理7.1.1 QAM调制正交幅度调制QAM是数字通信中一种经常利用的数字调制技术，尤其是多进制QAM具有很高的频带利用率，在通信业务日益增多使得频带利用率成为主要矛盾的情况下，正交幅度调制方式是一种比较好的选择。正交幅度调制（QAM）信号采用了两个正交载波，每一个载波都被一个独立的信息比特序列所调制。发送信号波形如图2.1.1所示 式中和是电平集合，这些电平是通过将k比特序列映射为信号振幅而获得的。例如一个16位正交幅度调制信号的星座图如

41、下图所示，该星座是通过用M4PAM信号对每个正交载波进行振幅调制得到的。利用PAM分别调制两个正交载波可得到矩形信号星座。QAM 可以看成是振幅调制和相位调制的结合。因此发送的QAM信号波形可表示为 如果那么QAM方法就可以达到以符号速率同时发送个二进制数据。下图给出了QAM调制器的框图。 QAM调制框图7.1.2 QAM的解调假设在信号传输中存在载波相位偏移和加性高斯噪声。因此r(t)可以表示为其中是载波相位偏移，且将接收信号与下述两个相移函数进行相关如图下图所示，相关器的输出抽样后输入判决器。使用图中所示的锁相环估算接收信号的载波相位偏移，相移和对该相位偏移进行补偿。 QAM信号的解调假设

42、图中所示的时钟与接收信号同步，以使相关器的输出在适当的时刻及时被抽样。在这些条件下两个相关器的输出分别为其中噪声分量是均值为0，方差为的互不相关的高斯随机变量。最佳判决器计算距离量度 7.2 QAM的调制解调仿真设计及设置参数设置与分析基带信号参数设置图：正交振幅调制模块参数设置：正交振幅解调模块参数设置：7.3 QAM的仿真结果及分析基带信号功率谱密度图第一张图是调制信号波形图，第二张图是解调信号波形图。该图中，信号在通过QAM前后没有发生任何变化，因为这是在理想的环境中运行的，如果在该系统中加入噪声，如高斯白噪声，信号调制前后就会发生变化。结束语 为期两周的课程设计就要结束了，本次课程设计

43、我选择基于Simulink的数字通信系统的仿真设计，使用MATLAB中的Simulink软件对数字调制系统进行仿真。通过本次课程设计，我对数字带通传输系统以及多进制数字调制的原理有了更加深入的了解。尤其是对2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK和QAM调制方式，和Simulink软件的使用掌握的更好了。在用Simulink仿真设计的整个过程中，我遇到了一些难题。首先是对Simulink的学习，虽然以前接触过该软件，但是使用时还是有些不熟悉；其次如何设计系统以实现数字调制的目的，我通过网上搜集资料，图书馆查阅书籍找到了符合要求的设计方法，在课设论文中有详细地介绍；第三是怎么设置Simulink软件中的设计参数可以使仿真的效果达到最佳，这个是这里面最繁琐的一项工作，因为输出的解调信号相对于原始信号有延时，怎么设置延迟时间可以使观察的原始信号与解调信号一致，这是通过一遍遍的尝试截图对比之后选出的最好结果，同样后面的定时提取和总体仿真时间的设置等都是经过很久的修改才达到最优结果的。在本次课程设计中收获了很多：(1) 对数字通信系统的用途、发展前景等有了更加深入的了解。(2) 对通信原理课程有了更深入的学习，将很多课上学习到的知识应用于实际，提高了动手实践的能力；(3) 通过验证时候出现的一些问题，学会了一些解决问题的方法；(4) 加强我和同学之间的交流沟通；(5) 保持良好的心态面