1、長 沙 學 院課程設計說明書題目二進制數字調制技術以及擴頻通信系統的仿真研究系(部)電子與通信工程系專業(班級)通信04班姓名廖善得學號2011025413指導教師劉光燦、張剛林陳威兵、黃飛江起止日期2013.12.232014.1.3長沙學院課程設計鑒定表姓名廖善得學號2011025413專業通信工程班級通信04設計題目二進制數字調制技術以及擴頻通信系統的仿真研究指導教師劉光燦、張剛林、陳威兵、黃飛江指導教師意見：評定成績： 教師簽名： 日期： 答辯小組意見：評定成績：答辯小組長簽名：日期：教研室意見：最終評定等級：教研室主任簽名：日期：說明課程設計成績分“優秀”、“良好”、“中等”、“及格

2、”、“不及格”五等。課程設計任務書系(部)：電子與通信工程系 專業：通信工程 課題名稱二進制數字調制技術以及擴頻通信系統的仿真研究設計要求1、掌握二進制數字調制技術及擴頻通信系統原理。2、設計二進制數字帶通傳輸系統及擴頻通信系統。3、利用matlab仿真軟件對所設計系統進行仿真。4、驗證系統完整性，并輸出系統各點波形、頻譜圖、誤碼率分析圖。5、利用仿真結果，分析系統性能。6、按照老師給定的要求，撰寫課程設計報告。設計工作量1. 學生通過自學和老師指導，理解matlab仿真軟件的使用。2. 學生通過查閱資料理解帶通數字傳輸系統及擴頻通信系統的設計方法。3. 學生在完成系統框架設計后，利用仿真軟件

3、，搭建仿真環境，對所設計的系統進行仿真，并通過仿真結果分析其系統性能。4. 完成之后參加課程設計答辯任務。工作計劃起止日期工作內容2013.12.23課程設計任務說明及動員，查找相關資料，討論實現方案2013.12.24-2013.12.27完成二進制數字調制系統設計及matlab仿真程序編譯2013.12.302014.1.2完成擴頻通信系統的simulink搭建，整理定稿設計文件。2014.1.3課程設計答辯指導老師： 年 月 日 教研室主任： 年 月 日目錄概述11. 課程設計任務12. 二進制數字調制技術22.1 二進制振幅鍵控（ask）原理22.2 二進制頻率鍵控（fsk）原理22.

4、3 二進制相移鍵控（psk）原理33. 擴頻通信系統33.1 概述33.2 擴頻通信系統34. 數字調制技術仿真44.1 2ask 仿真44.2 2fsk仿真64.3 2psk仿真84.4 仿真結果分析105. 直接序列擴頻通信系統仿真115.1 simulink簡介115.2 基于simulink的直接序列擴頻通信系統搭建115.3 仿真結果分析12參考文獻15致謝!16一 概述本課程設計重點是使學生掌握運用matlab軟件進行通信仿真的方法，并且加深通信原理中數字調制、擴頻通信技術的理解和運用。學生通過自學和老師指導，理解matlab仿真軟件的使用。并通過查閱資料理解帶通數字傳輸系統及擴頻

5、通信系統的設計方法。在完成系統框架設計后，利用仿真軟件，搭建仿真環境，對所設計的系統進行仿真，并通過仿真結果分析其系統性能。二 課程設計任務通過學習掌握二進制數字調制技術及擴頻通信系統原理。查閱資料了解和掌握matlab軟件的使用，并利用matlab軟件編寫程序。設計二進制數字帶通傳輸系統，用simulink設計擴頻通信系統模型。然后利用matlab仿真軟件對所設計系統進行仿真。驗證系統完整性，并輸出系統各點波形、頻譜圖、誤碼率分析圖。利用仿真結果，分析系統性能。最后能夠按照老師給定的要求，撰寫課程設計報告。二 二進制數字調制技術2.1 二進制振幅鍵控（ask）原理振幅鍵控是利用載波的幅度變化

6、來傳遞數字信息，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，分別對應二進制信息“0”或“1”。二進制振幅鍵控信號由于一個信號狀態始終為零，故又常稱為通斷鍵控信號（ook信號）。振幅鍵控實現簡單，但抗干擾能力差。圖1-1 2ask原理圖2.2 二進制頻率鍵控（fsk）原理數字頻率調制又稱頻移鍵控（fsk），二進制頻移鍵控記作2fsk。數字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數字消息，即用所傳送的數字消息控制載波的頻率。2fsk信號便是符號“1”對應于載頻，而符號“0”對應于載頻（與不同的另一載頻）的已調波形，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、法實現2fsk信號的電路框圖，兩個獨立的載波發生器的輸出受控于輸入的二進制信號，按“1”或“0”分別選擇一個載波作為輸出。圖1-3 實現2fsk信號的電路框圖2.3 二進制相移鍵控（psk）原理相移鍵控(2psk)是利用載波的相位變化來傳遞數字信息，而振幅和頻率保持不變在二進制數字調制中,當正弦載波的相位隨二進制數字基帶信號離散變化時,則產生二進制移相鍵控(2psk)信號. 通常用已調信號載波的 0和 180分別表示二進制數字基帶信號的 1 和 0。如下圖所示：圖1-4 2psk原理圖三 擴頻通信系統3.1 概述擴頻是指將信號的頻譜擴展至占用很寬的頻帶。擴展頻譜通信系統是將基帶信號的頻譜通過某

8、種調制擴展到遠大于原基帶信號帶寬的系統。3.2 擴頻通信系統3.2.1基本原理由直擴序列擴頻系統原理圖可以看出，在發射端，信源輸出的信號與偽隨機碼產生器產生的偽隨機碼進行模2加，產生一速率與偽隨機碼速率相同的擴頻序列，然后再用擴頻序列去調制載波，這樣得到已擴頻調制的射頻信號。在接收端，接收到的擴頻信號經高放和混頻后，用與發射端同步的偽隨機序列對擴頻調制信號進行相關解擴，將信號的頻帶恢復為信息序列的頻帶，然后進行解調，恢復出所傳輸的信息。圖1 直接序列擴頻通信原理3.2.2基本特點擴頻通信的基本特點，是傳輸信號所占用的頻帶寬度（w）遠大于原始信息本身實際所需的最小帶寬（b），其比值稱為處理增益（

9、gp）。總之，我們用擴展頻譜的寬帶信號來傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強干擾條件下保證可靠安全地通信。這就是擴展頻譜通信的基本思想和理論依據3.2.3擴頻通信系統分類擴頻技術分為三類：（1）直接序列擴頻，通常采用一段偽隨機序列表示一個信息碼元，對載波進行調制。（2）跳頻擴頻，它使發射機的載頻在一個信息碼元的時間內，按照預定的規律，離散地快速跳變。（3）線性調制，載頻在一個信息碼元時間內在一個寬的頻段中線性地變化。四 數字調制技術仿真4.1 2ask 仿真4.1.1 2ask仿真程序編寫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 (原始二進制信號);subplot(4,2,2);plot(c1)title (載波信號);axis(0 100*length(s) -1.1 1.1);subplot(4,2,3);plot (a);title (2ask調制信號);%加入高斯噪聲y=0.125;%no

11、ise 系數，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);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);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(恢復出原始信號);4.1.2 仿真結果圖4.2 2fsk仿真4.2.1 2fsk仿真程序編寫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 (原始二進制信號);subplot(4,2,2);plot(c1)title (載波信號);ax

14、is(0 100*length(s) -1.1 1.1);subplot(4,2,3);plot (f);title (2fsk調制信號);%加入高斯噪聲y=0.125;%noise 系數，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);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);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（恢復信號）);4.2.2

16、 仿真結果圖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);subplot(4,2

17、,2);plot(c1)title (載波信號);axis(0 100*length(s) -1.1 1.1);subplot(4,2,3);plot (p);title (2psk調制信號);%加入高斯噪聲y=0.125;%noise 系數，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);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);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（恢復原信號）);4.3.2 2psk仿真結果圖4.4 仿真結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2psk的誤碼率最小，2ask的誤碼率最大。五 直接序列擴頻通信系統仿真5.1 simulink簡介matlab最初是mathworks公司推出的一種數學應用軟件，經過多年的發展，開發了包括通信系統在內的多個工具箱，從而成為目前科學研究和工程應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，是實現動態系統建模、仿真和分析的一個集成環境，廣泛運用于線性系統、非線性系統、數字控制及數字信號處理的建模和仿真中。它包括一個

20、復雜的接收器、信號源、線性和非線性組件以及連接組建的模塊庫，用戶也可以根據需要定制或者創建自己的模塊。simulink的主要特點在于使用戶可以通過簡單的鼠標操作和拷貝等命令建立起直觀的系統框圖模型，用戶可以很隨意地改變模型中的參數，并可以馬上看到改變參數后的結果，從而達到方便、快捷地建模和仿真的目的。5.2 基于simulink的直接序列擴頻通信系統搭建5.3 仿真結果分析（1）擴頻前序列(2)擴頻后序列（3）恢復后序列（5）擴頻通信系統分析random integer generator數據輸入源：用于產生數據流，采樣時間0.01s。pn sequence generator偽碼產生器： 用

21、于產生偽隨機擴頻序列，其采樣頻率為0.0005s。rate transition 升速處理器：用于做升速處理，使擴頻模塊上的數據采樣速率相同。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單雙極轉換器： 用于完成數據和擴頻的單雙極變換。product乘法器：用于完成輸入信號與擴頻碼的模2加1.3。其輸出就是擴頻輸出，其碼速率等于采樣速率，即每個采樣點代表一個碼片。bipolar to unipolar converter雙單極轉換器：完成擴頻輸出由雙極性到單極性轉換。 qpsk調制器：用于將擴頻信號調制到中頻。調制輸出信號是復信號，采樣率為2000次/s。scope波形觀測器：用于觀測輸入輸出信號