1、基于MATLAB的基本數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任命書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)標(biāo)題：基于MATLAB的基本數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)(論文)的基本內(nèi)容：(1)研究了數(shù)字通信系統(tǒng)的原理。掌握數(shù)字調(diào)制解調(diào)的基本原理和MATLAB軟件應(yīng)用。熟練的SIMULINK建模設(shè)計(jì)，使用軟件進(jìn)行模擬；(2)對(duì)數(shù)字調(diào)制解調(diào)進(jìn)行了仿真，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了性能分析，得出了最佳系統(tǒng)。(3)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行可行性論證，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)論文。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)主題部分：標(biāo)題：設(shè)計(jì)或論文主題的基本內(nèi)容：學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)標(biāo)題日期。我的州地圖教師簽名：年月日基于MATLAB的基本數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要信息現(xiàn)代通信系統(tǒng)通信距離遠(yuǎn)，通信

2、容量大，傳輸質(zhì)量好，其關(guān)鍵技術(shù)之一調(diào)制和解調(diào)技術(shù)一直是研究的重要方向。本文以MATLAB為軟件平臺(tái)，充分利用所提供的通信工具箱和信號(hào)處理工具箱的模塊，進(jìn)行數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的Simulink設(shè)計(jì)仿真和錯(cuò)誤分析。調(diào)制解調(diào)是通信系統(tǒng)中非常重要的一部分，它有效地提高了通信系統(tǒng)的頻帶利用率，提高了接收信號(hào)的誤碼率，為不同的信道環(huán)境選擇了不同的調(diào)制解調(diào)方法。該設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于使用Simulink模擬軟件構(gòu)建二進(jìn)制調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的模型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模擬演示、結(jié)果顯示、錯(cuò)誤分析和綜合性能分析、BASK、BFSK、BPSK的性能比較和錯(cuò)誤分析。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)情況選擇最佳調(diào)制方法。本文首先介紹了主題研究的背景，然后

3、介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的Simulink仿真軟件，接著介紹了載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的原理，根據(jù)原理構(gòu)建了仿真模型，進(jìn)行了數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真，然后總結(jié)了設(shè)計(jì)，總結(jié)了使用Simulink軟件時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。本文的主要目的是通過(guò)對(duì)Simulink的學(xué)習(xí)和數(shù)字調(diào)制及解調(diào)理論的掌握和深化，為以后在通信領(lǐng)域繼續(xù)學(xué)習(xí)和研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。關(guān)鍵字：通信系統(tǒng)；Simulink模擬；數(shù)字調(diào)制和解調(diào)；BASK；BFSK；BPSK目錄畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任命書(shū)I摘要IIAbstractIII第一章簡(jiǎn)介11.1主題研究背景11.2通信系統(tǒng)配置1第二章模擬軟件簡(jiǎn)介72.1模擬軟件MATLAB簡(jiǎn)介72.2 Simulink簡(jiǎn)介82.3本

4、章摘要9第三章數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)113.1數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)113.2二進(jìn)制振幅鍵控113.3二進(jìn)制頻移鍵控133.4二進(jìn)制相移鍵控163.5二進(jìn)制差分相位鍵控183.6二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的功率譜密度203.6.1 2ASK信號(hào)的功率譜密度203.6.2 2FSK信號(hào)的功率譜密度213.6.3 2PSK和2DPSK信號(hào)的功率譜密度223.7本章摘要23第四章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真254.1 2ASK信號(hào)調(diào)制和解調(diào)254.1.1 2ASK信號(hào)調(diào)制模擬254.1.2 2ASK信號(hào)解調(diào)模擬274.2 2FSK信號(hào)調(diào)制和解調(diào)294.2.1 2FSK信號(hào)調(diào)制模擬294.2.2 2FSK信號(hào)解調(diào)模擬314.3 2PSK信號(hào)調(diào)

5、制和解調(diào)344.3.1 2PSK信號(hào)調(diào)制模擬344.3.2 2PSK信號(hào)解調(diào)模擬364.4本章摘要38第五章結(jié)論39參考文獻(xiàn)43謝謝，45第一章簡(jiǎn)介1.1主題研究背景進(jìn)入20世紀(jì)，晶體管、集成電路的出現(xiàn)和普及，無(wú)線通信得到了迅速發(fā)展。特別是20世紀(jì)下半葉，隨著人造衛(wèi)星的發(fā)射，大規(guī)模集成電路、電子計(jì)算機(jī)、光纖等現(xiàn)代技術(shù)成就的出現(xiàn)，通信技術(shù)在以下幾個(gè)方向取得了巨大成功。(1)微波中繼通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量通信；(2)移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地進(jìn)行通信的愿望；(3)光纖的出現(xiàn)是將通信容量增加到以前無(wú)法想象的地步；(4)電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)將通信技術(shù)提升到了一個(gè)新的水平，現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)的

6、融合使人們把世界變成了地球村；(5)通信終端體積越來(lái)越小、成本越來(lái)越低、范圍越來(lái)越廣的微電子技術(shù)的發(fā)展。例如，2003年我國(guó)移動(dòng)電話用戶首次超過(guò)固定電話用戶。據(jù)國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部的統(tǒng)計(jì)，到目前為止手機(jī)用戶已超過(guò)6億人。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、寬帶化的方向發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)通信的要求越來(lái)越高，各種技術(shù)將持續(xù)應(yīng)用于通信領(lǐng)域，各種新的通信事業(yè)將持續(xù)發(fā)展。到那時(shí)，人們的生活將越來(lái)越疏遠(yuǎn)溝通。調(diào)制解調(diào)器技術(shù)作為現(xiàn)代通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一將成為研究的重要方向。1.2配置通信系統(tǒng)通信是克服距離的障礙，從一個(gè)地方向另一個(gè)地方傳遞和交換信息。消息是從信息源中生成的，是信息

7、(如語(yǔ)音、文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像等)的物理表示和消息。消息包括模擬消息(如語(yǔ)音、圖像等)和數(shù)字消息(如數(shù)據(jù)、文本等)。所有消息只有轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(通常稱為信號(hào))后，才能在通信系統(tǒng)中發(fā)送。所以信號(hào)是傳輸信息的手段，信號(hào)是信息的物質(zhì)載體。所述信號(hào)可以分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)的參數(shù)可以是連續(xù)的或不連續(xù)的，但是寬度是連續(xù)的(例如，電話、電視攝像機(jī)的輸出信號(hào)是模擬信號(hào))。數(shù)字信號(hào)的參數(shù)可以是連續(xù)的，也可以是離散的，但范圍是離散的。例如，從電器、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備輸出的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。通信的目的是傳遞消息，但對(duì)收件人有用的是消息中包含的有效內(nèi)容，即信息。消息是具體的、表面的，信息是抽象的，本質(zhì)

8、上可以用信息量來(lái)衡量消息中包含的信息量。通信系統(tǒng)如圖1.1所示，是傳送信息來(lái)源、傳輸設(shè)備、信道、接收設(shè)備、新股(接收人)等所需的所有技術(shù)設(shè)備和傳輸介質(zhì)的總和。發(fā)送設(shè)備收信人接收設(shè)備頻道噪聲源線人圖1.1通信系統(tǒng)通用模型模擬通信系統(tǒng)是使用模擬信號(hào)傳遞消息的通信系統(tǒng)，如圖1.2所示。收信人解調(diào)器頻道噪聲源調(diào)制器線人圖1.2模擬通信系統(tǒng)模型通信是一種本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)信息傳遞功能的科學(xué)技術(shù)，在有效地傳輸大量有用信息的同時(shí)，必須抑制傳輸過(guò)程中無(wú)用和有害的信息。今天的通信不僅需要有效地傳達(dá)信息，而且還需要具備存儲(chǔ)、處理、收集和顯示功能，因此，通信已經(jīng)成為信息科學(xué)技術(shù)的重要組成部分。通信系統(tǒng)可分為數(shù)字通信系統(tǒng)和模

9、擬通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)是使用數(shù)字信號(hào)傳遞消息的通信系統(tǒng)，如圖1.3所示。收信人破譯器解碼器解調(diào)器頻道調(diào)制器編碼器線人密使噪聲源圖1.3數(shù)字通信系統(tǒng)模型自20世紀(jì)60年代以來(lái)，數(shù)字通信日益繁榮，甚至出現(xiàn)了代替模擬通信的數(shù)字通信。除了計(jì)算機(jī)廣泛的應(yīng)用需要傳輸大量數(shù)字信息的客觀要求外，數(shù)字通信快速發(fā)展的基本原因是對(duì)通信技術(shù)的要求比模擬通信接受得越來(lái)越多。首先，數(shù)字傳輸?shù)目垢蓴_能力很強(qiáng)。特別是使用繼電器時(shí)，數(shù)字信號(hào)可以再生，消除噪音積累。其次，可以控制數(shù)字傳輸錯(cuò)誤，提高傳輸質(zhì)量。第三，使用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，輕松處理數(shù)字信息。第四，數(shù)字信息易于進(jìn)行高度保密的加密處理。第五，數(shù)字通信可以綜合傳遞各種

10、信息，提高通信系統(tǒng)功能。但是，數(shù)字通信存在以下重要問(wèn)題：第一，在發(fā)送數(shù)字信號(hào)時(shí)，由信道噪聲或干擾引起的錯(cuò)誤原則上可以控制。這是通過(guò)錯(cuò)誤控制編碼和其他方法實(shí)現(xiàn)的。為此，在發(fā)射器上添加一個(gè)編碼器，接收端需要一個(gè)編解碼器。第二，如果需要保密，可以人為地“置亂”基帶信號(hào)。也就是說(shuō)，添加密碼稱為加密，此時(shí)接收端需要解密密碼。第三，數(shù)字通信傳輸代碼元素，即按比特傳送的一個(gè)數(shù)字信號(hào)單元，因此，接收部必須以發(fā)射器的相同比特接收。否則，發(fā)送和接收節(jié)拍不一致，會(huì)產(chǎn)生混亂，從而導(dǎo)致接收性能下降。在數(shù)字通信中，通常將位一致地稱為“位同步”或“代碼元素同步”，將組一致性稱為“組同步”或“代碼組同步”。數(shù)字通信還必須有同

11、步問(wèn)題。通常，數(shù)字通信的很多點(diǎn)被比模擬通信更寬的系統(tǒng)頻帶代替。對(duì)于電話，單方向模擬電話通常只占用4kHz帶寬，單方向傳輸質(zhì)量相同的數(shù)字電話可能占用數(shù)十kHz帶寬。數(shù)字通信的缺點(diǎn)在系統(tǒng)頻帶緊張的情況下很明顯。但是如果毫米波通信、光通信等系統(tǒng)頻帶豐富，數(shù)字通信幾乎是唯一的選擇?？紤]到現(xiàn)有的眾多模擬通信系統(tǒng)的事實(shí)，很多時(shí)候還需要利用它來(lái)傳輸數(shù)字信號(hào)。為此，需要轉(zhuǎn)換或添加數(shù)字終端設(shè)備。通信系統(tǒng)有不同的分類方法，這里從通信系統(tǒng)模型的角度討論分類。(1)根據(jù)郵件的物理特性進(jìn)行分類。根據(jù)消息的物理特征，通信系統(tǒng)可以分為電信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)等。由于電話通信網(wǎng)最發(fā)達(dá)，其他消息也通過(guò)

12、公用電話通信網(wǎng)傳達(dá)。例如，電報(bào)經(jīng)常通過(guò)電話通道發(fā)送。在統(tǒng)一業(yè)務(wù)通信網(wǎng)上，各種類型的消息發(fā)送到統(tǒng)一通信網(wǎng)。(2)根據(jù)調(diào)制分類。通信系統(tǒng)可以根據(jù)是否調(diào)制而分為基帶傳輸和頻帶傳輸。基帶傳輸是直接傳輸未調(diào)制的信號(hào)，如音頻市內(nèi)電話。頻帶傳輸是各種信號(hào)調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q。(3)根據(jù)信號(hào)特性分類。在按通道傳輸模擬或數(shù)字信號(hào)的情況下，相應(yīng)地，通信系統(tǒng)可以分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)兩類。(4)按傳輸介質(zhì)分類。通信系統(tǒng)可以根據(jù)傳輸媒體分為有線和無(wú)線。(5)根據(jù)信號(hào)復(fù)用進(jìn)行分類。有三種多路復(fù)用方法：多路復(fù)用、時(shí)分多路復(fù)用和碼分多路復(fù)用。分頻多路復(fù)用是使用頻譜移動(dòng)方法，使不同的信號(hào)占據(jù)不同的頻率范圍。時(shí)分多路復(fù)用是

13、使用采樣或脈沖調(diào)制，使不同的信號(hào)占據(jù)不同的時(shí)間間隔。代碼拆分多路復(fù)用是一種多通道信號(hào)，必須由包含相互正交的代碼詞的代碼組攜帶。傳統(tǒng)的模擬通信大多使用分頻多路復(fù)用。隨著數(shù)字通信的發(fā)展，時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。碼分復(fù)用主要用于空間擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，目前開(kāi)始在移動(dòng)通信中再次使用。對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，消息傳遞方向和時(shí)間關(guān)系分為單任務(wù)通信、半雙工通信和全雙工通信。單個(gè)通信是指消息僅以單個(gè)方向發(fā)送的工作方式，如圖1.4(a)所示，遠(yuǎn)程測(cè)量遠(yuǎn)程控制。半雙工通信是指通信方可以發(fā)送和接收消息，但不能同時(shí)發(fā)送和接收消息的工作方式，如圖1.4(b)所示。例如，使用相同載波頻率的無(wú)線對(duì)講機(jī)以這種通信方式工作。全雙工

14、通信是指通信當(dāng)事人可以同時(shí)發(fā)送和接收消息的工作方式。例如，典型電話是典型的全雙工通信方法，如圖1.4(c)所示。(a)(b)(c)圖1.4通信模式圖(a)信函方法；(b)半雙工通信方法；(c)全雙工通信方法。在數(shù)字通信中，如果按照數(shù)字信號(hào)的代碼元素排列的方法不同，則存在串行和并行傳輸?shù)姆謹(jǐn)?shù)。串行傳輸是如圖1.5(a)所示，按時(shí)間順序逐個(gè)在通道上傳輸數(shù)字信號(hào)代碼元素序列。如圖1.5(b)所示，將數(shù)字信號(hào)代碼元素序列分割為兩個(gè)或多個(gè)數(shù)字信號(hào)代碼元素序列，在同時(shí)從通道傳輸?shù)那闆r下，稱為并行傳輸。一般來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)距離數(shù)字通信只占用一個(gè)通道，所以大部分使用串行傳輸方法。近距離數(shù)字通信也可能發(fā)生并行傳輸。必須

15、使用多個(gè)路徑，例如多條導(dǎo)線傳輸。實(shí)際通信系統(tǒng)分為專線和通信網(wǎng)兩類。兩點(diǎn)之間傳輸線的通信，稱為專用線路通信，也稱為點(diǎn)到點(diǎn)通信。多點(diǎn)通信屬于網(wǎng)絡(luò)通信。顯然，網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)是點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信。設(shè)計(jì)或?qū)彶橥ㄐ畔到y(tǒng)時(shí)，經(jīng)常伴隨著通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)。否則，無(wú)法衡量質(zhì)量的優(yōu)缺點(diǎn)。性能指標(biāo)，也稱為質(zhì)量指標(biāo)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合提出或規(guī)定。(a)(b)圖1.5串行和并行傳輸(a)串行傳輸；(b)并行傳輸通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括有效性、可靠性、適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)用途。對(duì)通信系統(tǒng)可能有很多實(shí)際要求，但在研究信息傳輸中，通信的效果和可靠性將成為主要矛盾。這里說(shuō)的有效性主要是指消息傳輸?shù)乃俣葐?wèn)題，可靠性主要是指消息的質(zhì)量問(wèn)題。顯然，這是兩個(gè)互相矛盾的問(wèn)題，這通常只是根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行的相對(duì)統(tǒng)一。例如，如果滿足特定的可靠性指標(biāo)，則可以最大限度地提高消息發(fā)送速度?；蛘咴诒３忠欢ㄓ行缘那闆r下，最大限度地提高消息傳輸質(zhì)量2-11。在模擬通信系統(tǒng)中，消息的傳輸速度主要取決于消息中包含的信息量和連續(xù)消息的處理。處理的目的是在單位時(shí)間內(nèi)傳遞更多的消息。從信息論的角度來(lái)看，消息傳送速度可以測(cè)量為單位時(shí)間內(nèi)傳送的信息量。在模擬通信中，還有更重要的性能指標(biāo)平均平方誤差。測(cè)量