通信系统课程设计-基于matlab的数字基带传输系统及数字调制的仿真(编辑修改稿)

通信系统课程设计-基于matlab的数字基带传输系统及数字调制的仿真(编辑修改稿)内容摘要：

原理 数字通信系统模型 数字基带传输系统模型 数字通信系统模型 信源 信 源 编码器 信道 编码器 数字 调制器 数字 解调器 信道 译码器 信 源 译码器 信宿 信道 噪声 数字信源 数字信宿 编码信道 )()()()(  RT GCGH )()()( tnnTtgatr RsRn n   deHtg jw tR  )(21)( 13 实验内容 余弦滚降基带传输系统 升余弦滚降传输特性 H(ω )可表示为 )()()( 10  HHH  H(ω )是对截止频率 ω b的理想低通特性 H0(ω )按 H１ (ω )的滚降特性进行 “圆滑 ”得到的， H1(ω )对于 ω b具有奇对称的幅度特性，其上、下截止角频率分别为 ωb+ω ω bω 1。 它的选取可根据需要选择 ，升余弦滚降传输特性 H1(ω )采用余弦函数， 此时 H(ω )为 a 称为滚降系数。 余弦滚降系统基于 matlab仿真源程序如下 : % 数字基带信号传输 码间串扰 升余弦滚降系统的频谱及其时域波形 % 文件名 Ts=1。 N=17。 dt=Ts/N。 df=(*Ts)。 t=10*Ts:dt:10*Ts。 f=2/Ts:df:2/Ts。 a=[0,1]。 for n=1:length(a) for k=1:length(f) if abs(f(k))*(1+a(n))/Ts Xf(n,k)=0。 elseif abs(f(k))*(1a(n))/Ts Xf(n,k)=Ts。 else Xf(n,k)=*Ts*(1+cos(pi*Ts/(a(n)+eps)*(abs(f(k))*(1a(n))/Ts)))。 end。 end。 xt(n,:)=sinc(t/Ts).*(cos(a(n)*pi*t/Ts))./(14*a(n)^2*t.^2/Ts^2+eps)。 end 14 subplot(211)。 plot(f,Xf)。 axis([1 1 0 ])。 xlabel(39。 f/Ts39。 )。 ylabel(39。 升余弦滚降系统的频谱 39。 )。 legend(39。 α=039。 ,39。 α=39。 ,39。 α=139。 )。 subplot(212)。 plot(t,xt)。 axis([10 10 ])。 xlabel(39。 t39。 )。 ylabel(39。 升余弦滚降系统的时域波形 39。 )。 legend(39。 α=039。 ,39。 α=39。 ,39。 α=139。 )。 程序运行结果如下图所示： 在上述运行结果中我们可以看出，频域波形在滚降段中心频率处呈奇对称特性，满足奈奎斯特第一准则。 图可证明，滚降系数越大，超出奈奎斯特带宽的扩展量越大，要求带宽增大。 时域波形中，滚降系数越大，波形的拖尾衰减越快，对位定时精度要求越低。 眼图 眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过 调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。 观察眼图的方法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周 15 期同步，这时示波器屏幕上看到的图形像人的眼睛，故称 为 “眼图 ”。 从 “眼图 ”上可 以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。 另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。 眼图 的 “眼睛 ” 张开的大小反映着码间串扰的强弱。 “眼睛 ”张的 越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。 当存在噪声时，噪声将叠加在信号上，观察到的眼图的线迹会变得模糊不清。 若同时存在码间串扰 ， “眼睛 ”将 张开得更小。 与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端正。 噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。 眼图对于展示数字信号传输系统的性能提供了很多有用的信息：可以从中看出码间串扰的大小和噪声的强弱，有助于直观地了解码间串扰和噪声的影响，评价一个基带系统的性能优劣；可以指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰。 （ 1 ）最佳抽样时刻应 在 “眼睛 ” 张开最大 的时刻。 （ 2 ）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。 斜率越大，对定时误差就越灵敏。 （ 3 ）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。 （ 4 ）眼图中央的横轴位置应对应判决门限电平。 （ 5 ）在抽样时刻上，上下两分支离门限最近的一根线迹至门限的距离表示各相应电平的噪声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决。 （ 6 ）对于利用信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围，这个变动范围的大小对提取定时信息有重要 的影响。 升余弦滚降系统眼图程序段如下： % 数字基带信号波形及其眼图 % 文件名： Ts=1。 N=15。 eye_num=6。 a=1。 N_data=1000。 dt=Ts/N。 t=3*Ts:dt:3*Ts。 % 产生双极性数字信号 d=sign(randn(1,N_data))。 dd=sigexpand(d,N)。 % % 基带系统冲击响应 （ 升余弦 ） ht=sinc(t/Ts).*(cos(a*pi*t/Ts))./(14*a^2*t.^2/Ts^2+eps)。 st=conv(dd,ht)。 tt=3*Ts:dt:(N_data+3)*N*dtdt。 subplot(211) plot(tt,st)。 16 axis([0 20 ])。 xlabel(39。 t/Ts39。 )。 ylabel(39。 基带信号 39。 )。 subplot(212) % 画眼图 ss=zeros(1,eye_num*N)。 ttt=0:dt:eye_num*N*dtdt。 for k=3:50 ss=st(k*N+1:(k+eye_num)*N)。 drawnow。 plot(ttt,ss)。 hold on。 end。 xlabel(39。 t/Ts39。 )。 ylabel(39。 基带信号眼图 39。 )。 % 将输入的序列扩成间隔为 N1 个 0 的序列 function[out]=sigexpand(d,M) N=length(d)。 out=zeros(M,N)。 out(1,:)=d。 out=reshape(out,1,M*N)。 程序运行后仿真结果如下： 如图，波形幅度没有衰减，无码间串扰。 可通过抽样判决后还原接收信号。 若干段数字基带波形叠加后形成眼图形状。 眼图“眼睛” 张开越大，眼图越端正，表示码间串扰越小。 上图为理想状态下的眼图，不存在码间串扰。 17 总结 本次实验主要是利用 MATLAB软件来进行数字基带通信系统的仿真。 在整个实验过程中，存在着以下几个问题。 刚开始对系统的整体构成不是很熟悉，思维比较模糊，后来和其他小组同学进行了交流，明白了整个系统的构成。 知道了程序设计的步骤和流程。 由于是对于 Matlab软件使用不熟练，所以没有过多采用老师建议的simulink仿真，这个在下次实验中我们会继续研究和努力。 鉴于我们是一个大程序的书写，在运行中总会存在问题，是 结果运行不出来。 我们刚开始是采用分部运行，逐次更改错误，后来经过同学们共同的努力，我们学会了使用断点来查找错误和单步运行程序，这对我们以后的实验有很大的帮助。 我们对整个实验的结果在仿真前没有大体的概念，导致我们面对仿真结果也难以判断正误。 由于知识掌握的不牢固，使我们在编程过程中存在了理解的偏差。 今后我们要扎实基础，对于系统的过程了如指掌。 遇到不会的，先查书自己解决，实在不行，再互相讨论。 前言 数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输 ,在实际应用中 ,大多数信道具有带 通特性而不能直接传输基带 信号。 为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输，必须对数字信号进行载波调制 ,以使信号与信道的特性相匹配。 这种用数字基带信号控制载波 ,把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。 如同传输模拟信号时一样，传输数字信号时也有三种基本的调制方式：幅移键控 (ASK)、频移键控 (FSK)和相移键控 (PSK)。 它们分别对应于用载波（正弦波）的幅度、频率和相位来传递数字基带信号，可以看成是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。 理论上，数字调制与模拟调制在本质上没有什么不同，它们都是属正弦波调制。 但是，数字调制是调制信 号为数字型的正弦波调制，而模拟调制则是调制信号为连续型的正弦波调制。 在数字通信的三种调制方式（ ASK、 FSK、 PSK)中，就频带利用率和抗噪声性能（或功率利用率）两个方面来看，一般而言，都是 PSK 系统最佳。 所以 PSK 在中、高速数据传输中得到了广泛的应用。 数字调制系统仿真 二进制频移键控（ 2FSK） 2FSK信号的产生 : 2FSK 是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。 例如， 1 码用频率 f1 来传输， 0 码用频率 f2 来传输，而其振幅和初始相位不变。 故其表示式为  )c o s( )c o s(2 1122)(    tA tAFSK t 时发送 时发送 1 0 18 式中，假设码元的初始相位分别为 1 和 2 ； 11 2 fπ 和 22 2 fπ 为两个不同的码元的角频率；幅度为 A 为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。 2FSK 信号的产生方法有两种： （ 1） 模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。 如图 11（ a）所示。 （ 2） 键控法，用数字基带信号 )(tg 及其反 )(tg 相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。 如图 11（ b）所示。 这两种方法 产生的 2FSK 信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的 2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的 2FSK 信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。 (a) (b) 2FSK 信号产生原理图 由 键控法产生原理可知，一位相位离散的 2FSK 信号可看成不同频率交替发送的两个 2ASK 信号之和，即 )c o s (])([)c o s (])([)c o s ()()c o s ()()(221122112 tnTtgatnTtgattgttgtnsnnsnF SK 其中 )(tg 是脉宽为 sT 的矩形脉冲表示的 NRZ 数字基带信号。  P,0 P11 概率，概率 na  P1,0 P1  概率，概率na 其中， na 为 na 的反码，即若 1na ，则 0na ；若 0na ，则 1na。 19 2FSK 信号的频谱特性： 由于相位离散的 2FSK 信号可看成是两个 2ASK 信号之和，所以，这里可以直接应用 2ASK 信号的频谱分析结果，比较方便，即 )]()()()([]|)(||)(||)(||)([|)()()(22111612222212116222 21ffffffffTffSaTffSaTffSaTffSafSfSfSSSSSTA S KA S KF S KS 2FSK 信号带宽为 ssF S K RfffffB 2||2|| 21212  式中， ss fR 是基带信号的带宽。 2FSK解调原理： 仿真是基于非相干解 调进 行的，即不要求 载 波相位知 识 的解 调 和 检测 方法。 其非相干 检测 解 调 框 图 如下 M信号非相干 检测 解 调 框 图。