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基于MATLAB simulink仿真 BPSK调制通信原理课程 设计.doc

发布时间：2022-06-06 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.68M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    信息 课程设计（论文）纸 第一章 绪论 1.1 设计目的意义 本次设计的主要目的是在通信原理、移动通信等理论课程学习的基础上， 通过对通信系统的 MATLAB、simulink 仿真，加深学生对通信原理及仿真实践 的理解。 通过此次设计，使学生更好的理解和掌握，模拟信号的数字传输系统， 数字信号的基带传输系统，载波调制的数字传输系统。 1.2 设计的主要内容 ⑴ 模拟信号的数字传输部分，完成低通抽样定理的 simulink 仿真。 ⑵ 数字信号的基带传输部分，应用 MATLAB 完成 降低码间串扰的脉冲波形的仿真。 ⑶ 载波调制的数字传输部分，对数字载波调制的 相移键控调制方式进行 MATLAB、simulink 仿真， 并比较两种方式。 共 22 页 第 页1
    信息 课程设计（论文）纸 第二章 模拟信号的数字传输 2.1 抽样定理概述 抽样定理告诉我们：如果对某一带宽有限的时间连续信号（模拟信号） 进行抽样，且抽样速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能准确地确 定原始信号。 这就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可能只传输按 抽样定理得到的抽样值。因此，该定理就为模拟信号的数字传输奠定了理论 基础。 抽样信号的波形如图 2-1 所示 冲激抽样： 图 2—1 抽样信号的波形 若抽样脉冲是冲激序列，即 s(t)=δT(t)=∑δ(t-nTs)则此时的抽样过 程称为“冲激抽样”或“理想抽样”。 冲激抽样的时域表达式为 ms(t)=m(t)s(t)=m(t)δT(t) 冲激抽样的频域表达式为 F(ω)=1/Ts· Σ M(ω-nωs) 冲激抽样信号的频谱如图 2-2 所示。 图 2-2 冲激抽样信号的频谱 共 22 页 第 页2
    信息 抽样定理： 课程设计（论文）纸 低通抽样定理是指：一个频带限制在（0， fH ）赫兹内的时间连续信号 m(t) ，如果以 Ts≤1/(2fH)秒的间隔对它进行等间隔抽样，则 m(t)将被所得 到的抽样值完全确定。 最低允许的采样频率 fs=2fH 称为奈奎斯特(Nyquist)频率。 最大允许的采样间隔 Ts=1/(2fH)称为奈奎斯特间隔。 低通抽样的时域、频域对照如图 2-3 所示 抽样定理的三个要求 图 2—3 低通抽样的时域、频域对照 1）信号是严格带限的：否则不管 Ts 怎样小，只要是有限值，频谱混叠 现象就不可避免，混叠误差必然存在。 2）采样用理想冲激序列：实际采样用的是具有一定宽度的采样脉冲。 3）需要理想低通滤波器来恢复原始连续信号：而理想滤波器是物理上不 实现的，实际的滤波器总有一个过渡带，使恢复出的信号中仍保留少 量高于ωH 的频率分量，会产生一定的混叠。 2.2 simulink 简介 Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一，它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、灵活等优点，并基于以上优点 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 是 MATLAB 中的一种可视化仿真工具， 是一种基于 MATLAB 的框 共 22 页 第 页3
    信息 课程设计（论文）纸 徒涉计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于 线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink 可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支 持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态 系统模型，Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个 创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了 的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 Simulink®是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的 设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处 理系统，Simulink 提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、 仿真、执行和测试。. 构架在 Simulink 基础之上的其他产品扩展了 Simulink 多领域建模功能， 也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink 与 MATLAB® 紧密集成，可以直接访问 MATLAB 大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可 视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。 特点： 丰富的可扩充的预定义模块库 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(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)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 为 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 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模型的一致性，确定模型中的错误 2.3 低通抽样定理的仿真 输入信号为一频率为 10Hz 的正弦波，观察对于同一输入信号有不同的抽样 频率时，恢复信号的不同形态。 共 22 页 第 页4
    信息 课程设计（论文）纸 （1）当抽样频率大于信号频率的两倍，各模块设置如图 2-4 所示。 图 2-4 抽样仿真框图 图 2-5 原始信号波形 图 2-6 抽样信号波形 图 2-7 抽样后信号波形 图 2-8 恢复的信号波形 （2）当抽样频率等于信号频率的两倍 抽样频率为 20Hz，恢复信号波形如图 2-9 所示 （3）当抽样频率小于信号频率的两倍 图 2-9 恢复的信号波形 共 22 页 第 页5
    信息 课程设计（论文）纸 抽样频率为 5Hz，恢复信号波形如图 2-10 所示 图 2-10 恢复的信号波形 第三章 数字信号基带传输 共 22 页 第 页6
    信息 课程设计（论文）纸 3.1 基带传输系统模型及码间串扰的定义 3.1.1 数字基带系统原理框图如图 3-1 所示 m'(t) 码型 编码 m(t) 发滤 波器 m1(t) 信道 m2(t) 收滤 波器 r(t) 抽样 判决 m3(t) 码型 译码 m0(t) 信道信号形成器 n(t) cp(t) 位同 步器 图 3—1 数字基带系统原理框图 码型编码：将信源或信源编码输出的码型（通常为单极性不归零码 NRZ） 变为适合于信道传输的码型。 发滤波器：将 m(t)变为适合于信道传输的波形，如将 m(t)中的高频成 分滤掉，限制进入信道信号的带宽。 收滤波器：与发滤波器、信道相配合，使进入抽样判决器的信号无码间 串扰，滤除带外噪声。 位同步器：提取位同步信号，cp(t)的频率等于码速率，上升沿与 r(t) 中信号的最大值对齐。 抽样判决器：再生数字基带信号，m3(t) 一般为 NRZ 码，可能有误码。 码型译码：使输出码型符合收终端的要求。 误码原因： 1）码间串扰 2）噪声 3）位同步信号相位抖动等 各点波形示意图如下图 3-2 所示 0 0 1 1 共 22 页 第 页7 1 Ts τ E m’(t) m (t) τ m1 (t)
    信息 课程设计（论文）纸 图 3—2 各点波形示意图 3.1.2 码间串扰 一、数学模型 原理方框图如图 3-3 所示（不考虑码型变换，因为码型变换与误码率无 关） m(t G’T(ω) c( ω GR(ω) 发滤波器 信道 收滤波器 r(t) 抽样判决 m’(t) n(t) cp(t) 图 3—3 原理方框图 m(t) 一般可表示为 )t(m   n  t(ga n  )nT s 基本波形为 g(t)→Gm(ω) 令 GT(ω)=Gm(ω)•G’T(ω) GT（ω）为进入信道的信号频谱，一般称 GT（ω）为发滤波器的频率特性， 它包含了实际的发滤波器频率特性和基本波形的付氏变换。 令 H(ω)=GT(ω)c(ω)GR(ω) —— 系统的频率特性 二、码间串扰与噪声 有码间串扰雨无码间串扰的各点波形比较如图 3-4 所示 共 22 页 第 页8
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