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数字调制2psk的实现及SIMULINK的模型建立和仿真.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.05M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    第一章 课程设计的任务说明
    1.1 课程设计的目的
    1.2 课程设计的要求
    第二章 MATLAB/SIMULINK简介
    3.1通信的概念
    3.2 通信的发展史简介
    3.3通信技术的发展现状和趋势
    第四章 2PSK的基本原理和实现
    4.1 2PSK的产生
    4.2 2PSK信号的功率谱示意图如图所示：
    4.3 2PSK信号的解调及抗噪声性能的分析
    第五章 Smulink的模型建立和仿真
    5.1 建立模型方框图
    5.2 参数设置
    5.3 波形仿真图
    5.4 不同信噪比下的误码率
    总结
    参考文献
    附录
    通信原理 课程设计报告 题 目 数字调制 2PSK 的实现及 SIMULINK 的模型建立和仿真 学院(部) 专 业 学生姓名 学 号 指导教师 年级 职称 二 O 一 0 年 十二
    目录 第一章 课程设计的任务说明 ..........................................................................................................2 1.1 课程设计的目的................................................................................................................ 2 1.2 课程设计的要求................................................................................................................ 2 第二章 MATLAB/SIMULINK 简介 .......................................................................................................3 第三章 通信技术的历史和发展 ......................................................................................................4 3.1 通信的概念......................................................................................................................... 4 3.2 通信的发展史简介 ............................................................................................................ 5 3.3 通信技术的发展现状和趋势 .............................................................................................5 第四章 2PSK 的基本原理和实现 .....................................................................................................6 2PSK 的产生................................................................................................................... 6 4.1 4.2 2PSK 信号的功率谱示意图如图所示： ........................................................................ 7 4.3 2PSK 信号的解调及抗噪声性能的分析...........................................................................7 第五章 Smulink 的模型建立和仿真 ............................................................................................. 11 5.1 建立模型方框图.............................................................................................................. 11 5.2 参数设置 .......................................................................................................................... 11 5.3 波形仿真图...................................................................................................................... 16 5.4 不同信噪比下的误码率 ..................................................................................................18 总结 .................................................................................................................................................. 19 参考文献 .......................................................................................................................................... 20 附录 .................................................................................................................................................. 21 1
    第一章 课程设计的任务说明 1.1 课程设计的目的 （1）通过利用 matlab simulink，熟悉 matlab simulink 仿真工具。 （2）通过课程设计来更好的掌握课本相关知识，熟悉 2PSK 的调制与解调。 （3）更好的了解通信原理的相关知识，磨练自己分析问题、查阅资料、巩固知识、创新等 各方面能力。 1.2 课程设计的要求 （1）掌握课程设计涉汲到的相关知识，相关概念、原理清晰，明了。 （2）仿真图设计合理、能够正确运行。 （3）按照要求撰写课程设计报告。 2
    第二章 MATLAB/SIMULINK 简介 美国 Mathworks 公司于 1967 年推出了矩阵实验室“Matrix Laboratory”（缩写为 Matlab） 这就是 Matlab 最早的雏形。开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。 从 Matlab 诞生开始，由于其高度的集成性及应用的方便性，在高校中受到了极大的欢迎。 由于它使用方便，能非常快的实现科研人员的设想，极大的节约了科研人员的时间，受到了 大多数科研人员的支持，经过一代代人的努力，目前已发展到了 7.X 版本。 Matlab 是一 种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。由于它使用简单，扩充方便，尤 其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充 Matlab 的 功能，使其成为了巨大的知识宝库。可以毫不夸张的说，哪怕是你真正理解了一个工具箱， 那么就是理解了一门非常重要的科学知识。科研工作者通常可以通过 Matlab 来学习某个领 域的科学知识，这就是 Matlab 真正在全世界推广开来的原因。目前的 Matlab 版本已经可以 方便的设计漂亮的界面，它可以像 VB 等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰富 的函数库（工具箱），所以计算的功能实现也很简单，进一步受到了科研工作者的欢迎。另 外，,Matlab 和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程， 进一步拓宽了 Matlab 的应用潜力。可以说，Matlab 已经也很有必要成为大学生的必修课之 一，掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。 Simulink 是 MATLAB 中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模和仿真等方 面应用最广泛的工具之一 。确切的说，Simulink 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和 分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模型，或者是两者的混合。系统 还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。Simulink 工作环境进过几年的 发展，已经成为学术和工业界用来建模和仿真的主流工具包。在 Simulink 环境中，它为用 户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样 自如、方便，故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模，并可直接进行系统的仿真， 快速的得到仿真结果。它的主要特点在于：1、建模方便、快捷；2、易于进行模型分析；3、 优越的仿真性能。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、 灵活的优点。Simulink 模块库（或函数库）包含有 Sinks（输出方式）、Sources（输入源）、 Linear（线性环节）、Nonlinear（非线性环节）、Connection（连接与接口）和 Extra（其 他环节）等具有不同功能或函数运算的 Simulink 库模块（或库函数），而且每个子模型库中 包含有相应的功能模块，用户还可以根据需要定制和创建自己的模块。用 Simulink 创建的 模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。用户可以 从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此 类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。 在定义完一个模型后，用户可以通过 Simulink 的菜单或 MATLAB 的命令窗口键入命令来对它 进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行仿真的批处理非常有用。 采用 Scope 模块和其他的显示模块，可以在仿真进行的同时就可立即观看到仿真结果，若改 变模块的参数并再次运行即可观察到相应的结果，这适用于因果关系的问题研究。仿真的结 果还可以存放到 MATLAB 的工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和整理工具， MATLAB 的所有工具及 Simulink 本身的应用工具箱都包含这些工具。由于 MATLAB 和 SIMULINK 的集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改模型。 但是 Simulink 不能脱离 MATLAB 而独立工作。 3
    第三章 通信技术的历史和发展 3.1 通信的概念 通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的， 是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(Message)。消息有 模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换 成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号（Signal）是传输消息 的手段，信号是消息的物质载体。 相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但 幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是 连续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就 是数字信号。 通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息 (Information) 。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息 的多少可以用信息量来度量。 通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本 质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地 进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地 传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要 组成部分。 通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设 备、信道、接收设备和信宿(受信者) ，它的一般模型如图 3-1-2 所示。 信 息 源  发 送 设 备  信 道  接 收 设 备  受 信 者 ↑ 噪 声 源 图 3.1.1 通信系统一般模型 通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消 息的通信系统，其模型如图 3-1-2 所示， 信 息 源  信 源 编 码 器  信 道 编 码 器  数 字 调 制 器  ↑ 信 道  数 字 解 调 器  信 道 译 码 器  信 源 译 码 器  受 信 者 噪 声 源 图 3.1.2 数字通信系统模型 模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图 3-1-3 所示。 4
    信 息 源  调 制 器  信 道  解 调 器  受 信 者 ↑ 噪 声 源 图 3.1.3 模拟通信系统模型 数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、 便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十 年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中 已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。 3.2 通信的发展史简介 远古时代,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的,这种通信方式明显具有传递时 间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息,人们不断地尝试所能找到的各种最 新技术手段。1837 年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开始,之后，利用电进行通 信的研究取得了长足的进步。1866 年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876 年贝尔发明了电话,利用电信号实现了语音信号的有线传递，使信息的传递变的既迅速又准 确，这标志着模拟通信的开始，由于它比电报更便于交流使用，所以直到 20 世纪前半叶这 种采用模拟技术的电话通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的发展。1937 年瑞威斯发明 的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20 世纪 60 年代以后集成电路、电子计算机的出现， 使得数字通信迅速发展。在 70 年代末在全球发展起来的模拟移动电话在 90 年代中期被数字 移动电话所代替，现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。数字通信的高速率和大容量等 各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途。 3.3 通信技术的发展现状和趋势 进入 20 世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。特别是 在 20 世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等 现代技术成果的问世，通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。 （1）微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。 （2）移动通信和卫星通信的出现，使人们随时随地可通信的愿望可以实现。 （3）光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。 （4）电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和计算机的融合， 人们将世界变成了地球村。 （5）微电子技术的发展，使通信终端的体积越来越小，成本越来越低，范围越来越广。 例如，2003 年我国的移动电话用户首次超过了固定电话用户。根据国家信息产业部的 统计数据，到 2005 年底移动电话用户近 4 亿。 随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发 展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域， 各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。 5
    第四章 2PSK 的基本原理和实现 4.1 2PSK 的产生 二进制相位调制就是用二进制数字信息控制正弦载波的相位，使正弦载波的相位随着 二进制数字信息的变化而变化。二进制绝对调相就是用数字信息直接控制载波的相位。例如， 当数字信息为‘1’时，使载波反相；当数字信息为‘0’时，载波相位不变。图 4.1.1 为 2PSK 波形图（为方便作图，在一个码元周期内画两个周期的载波）。 图 4.1.1 2PSK 信号波形图 从图中可以看出，2PSK 信号可以看成是双极性基带信号乘以载波而产生的。 必须强调的是：2PSK 波形相位是相对于载波相位而言的。因此，画 2PSK 波形时必须先把载 波画好，然后根据数字信息与载波相位的对应关系，画出 2PSK 波形。 下面介绍产生 2PSK 信号的部件，即 2PSK 调制器。由以上分析可知，2PSK 可以采用相 乘器来实现，其框图如下; 二进制信息  ( ) s t 电平交换器 ( ) s t ’   已调信号 2PSK  A cos 2 f t c 图 4.1.2 2PSK 调制器 电平变换器的作用是将输入的数字信息变成双极性全占空数字基带信号，需注意的是相同的 数字信息可以变换成两种极性相反的全占空数自己带信号，至于采用哪一种完全由调制规则 决定如 6
    图 4.1.3 电平变换器输入＼输出波形 （a）采用‘1’变‘0’不变 (b)采用‘0’变‘1’不变。在本次课程设计中采用‘1’变‘0’ 不变的准则。 4.2 2PSK 信号的功率谱示意图如图所示： 由图可知，2PSK 信号的功率谱是基带信号功率谱的线性搬移其频谱的主要带宽是二进制基 图 4.2.1 2PSK 信号的功率谱 带信号频谱主瓣宽度的两倍，即 B 2 PSK 2 f s 4.3 2PSK 信号的解调及抗噪声性能的分析 由于 2PSK 信号的频谱中无载波分量，所以 2PSK 信号的解调只有相干解调，这种相干 解调又称极性比较法。2PSK 解调框图为： 7
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