1、長(zhǎng) 沙 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)以及擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真研究系(部)電子與通信工程系專業(yè)(班級(jí))通信04班姓名廖善得學(xué)號(hào)2011025413指導(dǎo)教師劉光燦、張剛林陳威兵、黃飛江起止日期2013.12.232014.1.3長(zhǎng)沙學(xué)院課程設(shè)計(jì)鑒定表姓名廖善得學(xué)號(hào)2011025413專業(yè)通信工程班級(jí)通信04設(shè)計(jì)題目二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)以及擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真研究指導(dǎo)教師劉光燦、張剛林、陳威兵、黃飛江指導(dǎo)教師意見(jiàn)：評(píng)定成績(jī)： 教師簽名： 日期： 答辯小組意見(jiàn)：評(píng)定成績(jī)：答辯小組長(zhǎng)簽名：日期：教研室意見(jiàn)：最終評(píng)定等級(jí)：教研室主任簽名：日期：說(shuō)明課程設(shè)計(jì)成績(jī)分“優(yōu)秀”、“良好”、“中等”、“及格

2、”、“不及格”五等。課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)系(部)：電子與通信工程系 專業(yè)：通信工程 課題名稱二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)以及擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真研究設(shè)計(jì)要求1、掌握二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)及擴(kuò)頻通信系統(tǒng)原理。2、設(shè)計(jì)二進(jìn)制數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)及擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。3、利用matlab仿真軟件對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。4、驗(yàn)證系統(tǒng)完整性，并輸出系統(tǒng)各點(diǎn)波形、頻譜圖、誤碼率分析圖。5、利用仿真結(jié)果，分析系統(tǒng)性能。6、按照老師給定的要求，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)工作量1. 學(xué)生通過(guò)自學(xué)和老師指導(dǎo)，理解matlab仿真軟件的使用。2. 學(xué)生通過(guò)查閱資料理解帶通數(shù)字傳輸系統(tǒng)及擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。3. 學(xué)生在完成系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)后，利用仿真軟件

3、，搭建仿真環(huán)境，對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并通過(guò)仿真結(jié)果分析其系統(tǒng)性能。4. 完成之后參加課程設(shè)計(jì)答辯任務(wù)。工作計(jì)劃起止日期工作內(nèi)容2013.12.23課程設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明及動(dòng)員，查找相關(guān)資料，討論實(shí)現(xiàn)方案2013.12.24-2013.12.27完成二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及matlab仿真程序編譯2013.12.302014.1.2完成擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的simulink搭建，整理定稿設(shè)計(jì)文件。2014.1.3課程設(shè)計(jì)答辯指導(dǎo)老師： 年 月 日 教研室主任： 年 月 日目錄概述11. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)12. 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)22.1 二進(jìn)制振幅鍵控（ask）原理22.2 二進(jìn)制頻率鍵控（fsk）原理22.

4、3 二進(jìn)制相移鍵控（psk）原理33. 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)33.1 概述33.2 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)34. 數(shù)字調(diào)制技術(shù)仿真44.1 2ask 仿真44.2 2fsk仿真64.3 2psk仿真84.4 仿真結(jié)果分析105. 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真115.1 simulink簡(jiǎn)介115.2 基于simulink的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)搭建115.3 仿真結(jié)果分析12參考文獻(xiàn)15致謝!16一 概述本課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)是使學(xué)生掌握運(yùn)用matlab軟件進(jìn)行通信仿真的方法，并且加深通信原理中數(shù)字調(diào)制、擴(kuò)頻通信技術(shù)的理解和運(yùn)用。學(xué)生通過(guò)自學(xué)和老師指導(dǎo)，理解matlab仿真軟件的使用。并通過(guò)查閱資料理解帶通數(shù)字傳輸系統(tǒng)及擴(kuò)頻

5、通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。在完成系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)后，利用仿真軟件，搭建仿真環(huán)境，對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并通過(guò)仿真結(jié)果分析其系統(tǒng)性能。二 課程設(shè)計(jì)任務(wù)通過(guò)學(xué)習(xí)掌握二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)及擴(kuò)頻通信系統(tǒng)原理。查閱資料了解和掌握matlab軟件的使用，并利用matlab軟件編寫(xiě)程序。設(shè)計(jì)二進(jìn)制數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)，用simulink設(shè)計(jì)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型。然后利用matlab仿真軟件對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。驗(yàn)證系統(tǒng)完整性，并輸出系統(tǒng)各點(diǎn)波形、頻譜圖、誤碼率分析圖。利用仿真結(jié)果，分析系統(tǒng)性能。最后能夠按照老師給定的要求，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。二 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)2.1 二進(jìn)制振幅鍵控（ask）原理振幅鍵控是利用載波的幅度變化

6、來(lái)傳遞數(shù)字信息，其頻率和初始相位保持不變。在2ask中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息“0”或“1”。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)由于一個(gè)信號(hào)狀態(tài)始終為零，故又常稱為通斷鍵控信號(hào)（ook信號(hào)）。振幅鍵控實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但抗干擾能力差。圖1-1 2ask原理圖2.2 二進(jìn)制頻率鍵控（fsk）原理數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（fsk），二進(jìn)制頻移鍵控記作2fsk。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來(lái)傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。2fsk信號(hào)便是符號(hào)“1”對(duì)應(yīng)于載頻，而符號(hào)“0”對(duì)應(yīng)于載頻（與不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且與之間的改變是瞬間完成的。圖1-2 2fsk原理圖下圖給出的是用鍵控

7、法實(shí)現(xiàn)2fsk信號(hào)的電路框圖，兩個(gè)獨(dú)立的載波發(fā)生器的輸出受控于輸入的二進(jìn)制信號(hào)，按“1”或“0”分別選擇一個(gè)載波作為輸出。圖1-3 實(shí)現(xiàn)2fsk信號(hào)的電路框圖2.3 二進(jìn)制相移鍵控（psk）原理相移鍵控(2psk)是利用載波的相位變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變?cè)诙M(jìn)制數(shù)字調(diào)制中,當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí),則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2psk)信號(hào). 通常用已調(diào)信號(hào)載波的 0和 180分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的 1 和 0。如下圖所示：圖1-4 2psk原理圖三 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)3.1 概述擴(kuò)頻是指將信號(hào)的頻譜擴(kuò)展至占用很寬的頻帶。擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)是將基帶信號(hào)的頻譜通過(guò)某

8、種調(diào)制擴(kuò)展到遠(yuǎn)大于原基帶信號(hào)帶寬的系統(tǒng)。3.2 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)3.2.1基本原理由直擴(kuò)序列擴(kuò)頻系統(tǒng)原理圖可以看出，在發(fā)射端，信源輸出的信號(hào)與偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼進(jìn)行模2加，產(chǎn)生一速率與偽隨機(jī)碼速率相同的擴(kuò)頻序列，然后再用擴(kuò)頻序列去調(diào)制載波，這樣得到已擴(kuò)頻調(diào)制的射頻信號(hào)。在接收端，接收到的擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)高放和混頻后，用與發(fā)射端同步的偽隨機(jī)序列對(duì)擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，將信號(hào)的頻帶恢復(fù)為信息序列的頻帶，然后進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔ⅰD1 直接序列擴(kuò)頻通信原理3.2.2基本特點(diǎn)擴(kuò)頻通信的基本特點(diǎn)，是傳輸信號(hào)所占用的頻帶寬度（w）遠(yuǎn)大于原始信息本身實(shí)際所需的最小帶寬（b），其比值稱為處理增益（

9、gp）。總之，我們用擴(kuò)展頻譜的寬帶信號(hào)來(lái)傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強(qiáng)干擾條件下保證可靠安全地通信。這就是擴(kuò)展頻譜通信的基本思想和理論依據(jù)3.2.3擴(kuò)頻通信系統(tǒng)分類擴(kuò)頻技術(shù)分為三類：（1）直接序列擴(kuò)頻，通常采用一段偽隨機(jī)序列表示一個(gè)信息碼元，對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。（2）跳頻擴(kuò)頻，它使發(fā)射機(jī)的載頻在一個(gè)信息碼元的時(shí)間內(nèi)，按照預(yù)定的規(guī)律，離散地快速跳變。（3）線性調(diào)制，載頻在一個(gè)信息碼元時(shí)間內(nèi)在一個(gè)寬的頻段中線性地變化。四 數(shù)字調(diào)制技術(shù)仿真4.1 2ask 仿真4.1.1 2ask仿真程序編寫(xiě)clcclear;figure(1)s=round(rand(1,10);t=0:2*pi/99

10、:2*pi;m1=;c1=;for n=1:length(s) if s(n)=0 ; m=zeros(1,100); else %s(n)=1; m=ones(1,100); end c=sin(2*t); m1=m1 m; c1=c1 c;end a=c1.*m1;subplot(4,2,1);plot(m1)title (原始二進(jìn)制信號(hào));subplot(4,2,2);plot(c1)title (載波信號(hào));axis(0 100*length(s) -1.1 1.1);subplot(4,2,3);plot (a);title (2ask調(diào)制信號(hào));%加入高斯噪聲y=0.125;%no

11、ise 系數(shù)，控制噪聲功率noise=y*(2*rand(1,100*length(s)-1);a=a+noise;ba=fft(a,512);ba=abs(ba);subplot(4,2,4)plot(a);title(加入高斯噪聲后波形)z3=abs(fft(a,512);subplot(4,2,6);plot(z3);axis(0, 50,-1, 300);title(頻譜圖);grid on z=a.*c1;subplot(4,2,5);plot(z);title(相乘后信號(hào));n,wn = buttord(0.01,0.1,0.5,40); %臨界頻率采用角頻率表示w,q=butte

12、r(n,wn);y1=filter(w,q,z);subplot(4,2,7);plot(y1); title(濾波后信號(hào));for i=0:9 if y1(i*100+60)0.4 for j=1:100 out(100*i+j)=1; end else for j=1:100 out(100*i+j)=0; end endendsubplot(4,2,8);plot(out);title(抽樣判決(恢復(fù)出原始信號(hào));4.1.2 仿真結(jié)果圖4.2 2fsk仿真4.2.1 2fsk仿真程序編寫(xiě)clcclear;figure(2)s=round(rand(1,10);t=0:2*pi/99:2*

13、pi;m1=;c1=;b1=;x1=;for n=1:length(s) if s(n)=0 ; m=ones(1,100); c=sin(8*t); b=zeros(1,100); x=sin(2*t); else s(n)=1; m=ones(1,100); c=sin(2*t); b=ones(1,100); x=sin(2*t); end x1=x1 x; m1=m1 m; c1=c1 c; b1=b1,b;end f=c1.*m1;subplot(4,2,1);plot(b1)title (原始二進(jìn)制信號(hào));subplot(4,2,2);plot(c1)title (載波信號(hào));ax

14、is(0 100*length(s) -1.1 1.1);subplot(4,2,3);plot (f);title (2fsk調(diào)制信號(hào));%加入高斯噪聲y=0.125;%noise 系數(shù)，控制噪聲功率noise=y*(2*rand(1,100*length(s)-1);a=f+noise;ba=fft(a,512);ba=abs(ba);subplot(4,2,4)plot(a);title(加入高斯噪聲)z3=abs(fft(a,512);subplot(4,2,6);plot(z3);axis(0, 50,-1, 300);title(頻譜圖);grid on z=a.*x1;subpl

15、ot(4,2,5);plot(z);title(相乘后信號(hào));n,wn = buttord(0.01,0.1,0.5,40); %臨界頻率采用角頻率表示w,q=butter(n,wn);y1=filter(w,q,z);subplot(4,2,7);plot(y1); title(濾波后信號(hào));for i=0:9 if y1(i*100+60)0.4 for j=1:100 out(100*i+j)=1; end else for j=1:100 out(100*i+j)=0; end endendsubplot(4,2,8);plot(out);title(抽樣判決（恢復(fù)信號(hào)）);4.2.2

16、 仿真結(jié)果圖4.3 2psk仿真4.3.1 仿真程序clcclear;figure(3)s=round(rand(1,10);t=0:2*pi/99:2*pi;m1=;c1=;b1=;for n=1:length(s) if s(n)=0 ; m= -ones(1,100); b=zeros(1,100); else s(n)=1; m=ones(1,100); b=ones(1,100); end c=sin(2*t); m1=m1 m; c1=c1 c; b1=b1,b;end p=c1.*m1;subplot(4,2,1);plot(b1)title (原始信號(hào));subplot(4,2

17、,2);plot(c1)title (載波信號(hào));axis(0 100*length(s) -1.1 1.1);subplot(4,2,3);plot (p);title (2psk調(diào)制信號(hào));%加入高斯噪聲y=0.125;%noise 系數(shù)，控制噪聲功率noise=y*(2*rand(1,100*length(s)-1);a=p+noise;ba=fft(a,512);ba=abs(ba);subplot(4,2,4)plot(a);title(加入高斯噪聲)z3=abs(fft(a,512);subplot(4,2,6);plot(z3);axis(0, 50,-1, 300);title

18、(頻譜圖);grid on z=a.*c1;subplot(4,2,5);plot(z);title(相乘后信號(hào));n,wn = buttord(0.01,0.1,0.5,40); %臨界頻率采用角頻率表示w,q=butter(n,wn);y1=filter(w,q,z);subplot(4,2,7);plot(y1); title(濾波后信號(hào));for i=0:9 if y1(i*100+60)0.4 for j=1:100 out(100*i+j)=1; end else for j=1:100 out(100*i+j)=0; end endendsubplot(4,2,8);plot(o

19、ut);title(抽樣判決（恢復(fù)原信號(hào)）);4.3.2 2psk仿真結(jié)果圖4.4 仿真結(jié)果分析誤碼率分析從圖形可以看出，在相同的信噪比的情況下相干解調(diào)2psk的誤碼率最小，2ask的誤碼率最大。五 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真5.1 simulink簡(jiǎn)介matlab最初是mathworks公司推出的一種數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，開(kāi)發(fā)了包括通信系統(tǒng)在內(nèi)的多個(gè)工具箱，從而成為目前科學(xué)研究和工程應(yīng)用的最流行的軟件包之一。simulink是matlab中的一種可視化仿真工具，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)集成環(huán)境，廣泛運(yùn)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。它包括一個(gè)

20、復(fù)雜的接收器、信號(hào)源、線性和非線性組件以及連接組建的模塊庫(kù)，用戶也可以根據(jù)需要定制或者創(chuàng)建自己的模塊。simulink的主要特點(diǎn)在于使用戶可以通過(guò)簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)操作和拷貝等命令建立起直觀的系統(tǒng)框圖模型，用戶可以很隨意地改變模型中的參數(shù)，并可以馬上看到改變參數(shù)后的結(jié)果，從而達(dá)到方便、快捷地建模和仿真的目的。5.2 基于simulink的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)搭建5.3 仿真結(jié)果分析（1）擴(kuò)頻前序列(2)擴(kuò)頻后序列（3）恢復(fù)后序列（5）擴(kuò)頻通信系統(tǒng)分析random integer generator數(shù)據(jù)輸入源：用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)流，采樣時(shí)間0.01s。pn sequence generator偽碼產(chǎn)生器： 用

21、于產(chǎn)生偽隨機(jī)擴(kuò)頻序列，其采樣頻率為0.0005s。rate transition 升速處理器：用于做升速處理，使擴(kuò)頻模塊上的數(shù)據(jù)采樣速率相同。輸出速率為2000chip/s。rate transition1和rate transition2的輸出速率為8000 chip/s。unipolar to bipolar converter單雙極轉(zhuǎn)換器： 用于完成數(shù)據(jù)和擴(kuò)頻的單雙極變換。product乘法器：用于完成輸入信號(hào)與擴(kuò)頻碼的模2加1.3。其輸出就是擴(kuò)頻輸出，其碼速率等于采樣速率，即每個(gè)采樣點(diǎn)代表一個(gè)碼片。bipolar to unipolar converter雙單極轉(zhuǎn)換器：完成擴(kuò)頻輸出由雙極性到單極性轉(zhuǎn)換。 qpsk調(diào)制器：用于將擴(kuò)頻信號(hào)調(diào)制到中頻。調(diào)制輸出信號(hào)是復(fù)信號(hào)，采樣率為2000次/s。scope波形觀測(cè)器：用于觀測(cè)輸入輸出信號(hào)