通信原理2ask課程設(shè)計(jì)--數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　題目：數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真</p><p>　　院 系： 光電工程學(xué)院 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p>&

2、lt;p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　2012年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1、引 言2</b></p><p>　　2、2ASK數(shù)字傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算4</p&

3、gt;<p>　　3、 Matlab/Simulink仿真6</p><p>　　4、 總結(jié)11</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　1.1 語(yǔ)音傳輸現(xiàn)狀</p><p>　　1.1.1 現(xiàn)代通信傳輸介質(zhì)</p><p>　　1、 有線通信介質(zhì)

4、包括架空明線，雙絞線，同軸電纜，光纜等。</p><p>　?。?）架空明線是一種最早發(fā)展和使用的傳輸介質(zhì)，它的通信容量較小而且很容易受外界干擾，線路損耗也大，早期使用的長(zhǎng)途電話線就是架空明線。</p><p>　?。?）雙絞線也稱為雙扭線，是最古老但又最常用的傳輸媒體。把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法絞合起來而構(gòu)成雙絞線。在現(xiàn)代家庭通信網(wǎng)絡(luò)中，雙絞線又是必不可少的一部

5、分。</p><p>　?。?）由于同軸電纜比雙絞線有優(yōu)越的頻率特性，現(xiàn)已被廣泛用于較高速率和較高頻率的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸中。同軸電纜同雙絞線相比，頻帶寬，傳輸數(shù)據(jù)速率高，傳輸距離大，抗干擾能力強(qiáng)，目前普遍用于長(zhǎng)距離的電話或電報(bào)傳輸，有線電視，局域網(wǎng)絡(luò)和短距離系統(tǒng)連的通信線路。</p><p>　?。?）光纖通信就是利用光導(dǎo)纖維傳遞光脈沖來進(jìn)行通信，光導(dǎo)纖維是一種能夠傳導(dǎo)光信號(hào)的極細(xì)（50μm～

6、100μm）而柔軟的介質(zhì)。光纖在任何時(shí)間都只能單向傳輸，因此，要實(shí)行雙向通信，它必須成對(duì)出現(xiàn)。</p><p>　　2、 無線通信包括紅外通信，激光通信和微波通信。</p><p>　　由于它們都是沿直線傳播的，有時(shí)也稱它們?yōu)橐暰€媒體，因?yàn)檫@三種技術(shù)都需要在發(fā)送方面和接受方面有一條視線通路。紅外通信和激光通信將要傳輸?shù)男盘?hào)分別轉(zhuǎn)換成紅外光信號(hào)和激光信號(hào)，直接在空間傳播。微波的頻率范圍為30

7、0MHz~300GHz，但主要是使用2~40GHz的頻率范圍，在自由空間主要是直線傳播。由于微波會(huì)穿透電離層而進(jìn)入宇宙空間，因此微波通信分為兩種主要方式：地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。</p><p>　　1.1.2 移動(dòng)通信</p><p>　　移動(dòng)通信(Mobile communication)是移動(dòng)體之間的通信，或移動(dòng)體與固定體之間的通信。移動(dòng)通信系統(tǒng)由兩部分組成： </p>

8、;<p>　　(1) 空間系統(tǒng)； </p><p>　　(2) 地面系統(tǒng)：①衛(wèi)星移動(dòng)無線電臺(tái)和天線；②關(guān)口站、基站。 </p><p>　　移動(dòng)通信系統(tǒng)從20世紀(jì)80年代誕生以來，到2020年將大體經(jīng)過5代的發(fā)展歷程，而且到2010年，將從第3代過渡到第4代(4G)。到4G，除蜂窩電話系統(tǒng)外，寬帶無線接入系統(tǒng)、毫米波LAN、智能傳輸系統(tǒng)(ITS)和同溫層平臺(tái)(HAPS)系統(tǒng)將

9、投入使用。未來幾代移動(dòng)通信系統(tǒng)最明顯的趨勢(shì)是要求高數(shù)據(jù)速率、高機(jī)動(dòng)性和無縫隙漫游。實(shí)現(xiàn)這些要求在技術(shù)上將面臨更大的挑戰(zhàn)。此外，系統(tǒng)性能(如蜂窩規(guī)模和傳輸速率)在很大程度上將取決于頻率的高低?？紤]到這些技術(shù)問題，有的系統(tǒng)將側(cè)重提供高數(shù)據(jù)速率，有的系統(tǒng)將側(cè)重增強(qiáng)機(jī)動(dòng)性或擴(kuò)大覆蓋范圍。 </p><p>　　從用戶角度看，可以使用的接入技術(shù)包括：蜂窩移動(dòng)無線系統(tǒng)，如3G；無繩系統(tǒng)，如DECT；近距離通信系統(tǒng)，如藍(lán)牙和D

10、ECT數(shù)據(jù)系統(tǒng)；無線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)；固定無線接入或無線本地環(huán)系統(tǒng)；衛(wèi)星系統(tǒng)；廣播系統(tǒng)，如DAB和DVB-T；ADSL和Cable Modem。</p><p>　　1.1.3 通信系統(tǒng)</p><p>　　通信系統(tǒng)是用以完成信息傳輸過程的技術(shù)系統(tǒng)的總稱。</p><p>　　現(xiàn)代通信系統(tǒng)主要借助電磁波在自由空間的傳播或在導(dǎo)引媒體中的傳輸機(jī)理來實(shí)現(xiàn)，前者稱為

11、無線通信系統(tǒng)，后者稱為有線通信系統(tǒng)。當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)達(dá)到光波范圍時(shí)，這樣的電信系統(tǒng)特稱為光通信系統(tǒng)，其他電磁波范圍的通信系統(tǒng)則稱為電磁通信系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為電信系統(tǒng)。由于光的導(dǎo)引媒體采用特制的玻璃纖維，因此有線光通信系統(tǒng)又稱光纖通信系統(tǒng)。一般電磁波的導(dǎo)引媒體是導(dǎo)線，按其具體結(jié)構(gòu)可分為電纜通信系統(tǒng)和明線通信系統(tǒng)；無線電信系統(tǒng)按其電磁波的波長(zhǎng)則有微波通信系統(tǒng)與短波通信系統(tǒng)之分。</p><p>　　另一方面，按照通信業(yè)務(wù)的不

12、同，通信系統(tǒng)又可分為電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、傳真通信系統(tǒng)和圖像通信系統(tǒng)等。由于人們對(duì)通信的容量要求越來越高，對(duì)通信的業(yè)務(wù)要求越來越多樣化，所以通信系統(tǒng)正迅速向著寬帶化方向發(fā)展，而光纖通信系統(tǒng)將在通信網(wǎng)中發(fā)揮越來越重要的作用。 </p><p>　　1.2 2ASK數(shù)字傳輸系統(tǒng)仿真</p><p>　　用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變?yōu)閿?shù)字帶通信號(hào)的過程稱為數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制與

13、模擬調(diào)制基本原理相同，但數(shù)字信號(hào)有離散取值的特點(diǎn)。因此數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：①利用模擬調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制；②利用數(shù)字信號(hào)離散取值特點(diǎn)通過開關(guān)鍵控載波，即鍵控法。</p><p>　　1.2.1 數(shù)字通信系統(tǒng)的基本模型</p><p>　　信息源 基帶信號(hào)形成器 信道 接收濾波器 受信者</p><p><b>　　噪聲源&

14、lt;/b></p><p>　　從消息傳輸角度看,系統(tǒng)包括了兩個(gè)重要交換,即消息與數(shù)字基帶信號(hào)之間的交換,數(shù)字基帶信號(hào)與信道信號(hào)之間的交換，通常前一種交換由發(fā)收端設(shè)備完成，而后一種交換則由調(diào)制和解調(diào)完成。</p><p>　　1.2.2 2ASK二進(jìn)制振幅鍵控</p><p>　　振幅鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，其頻率和初始相位保持不變。在2AS

15、K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)）。</p><p>　　2ASK數(shù)字傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算</p><p>　　2ASK數(shù)字傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.1 2ASK調(diào)制原理</p><p>　　數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩

16、種方法：①模擬相乘法：通過相乘器直接將載波和數(shù)字信號(hào)相乘得到輸出信號(hào)，這種直接利用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的振幅來調(diào)制正弦載波的方式稱為模擬相乘法，如圖1,在該電路中載波信號(hào)和二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)同時(shí)輸入到相乘器中完成調(diào)制。②數(shù)字鍵控法：用開關(guān)電路控制輸出調(diào)制信號(hào)，當(dāng)開關(guān)接載波就有信號(hào)輸出，當(dāng)開關(guān)接地就沒信號(hào)輸出，如圖二。</p><p>　　圖 1 模擬相乘法 圖

17、 2 數(shù)字鍵控法</p><p>　　2.1.2 2ASK解調(diào)原理</p><p>　　2ASK/OOK信號(hào)有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測(cè)法），此次設(shè)計(jì)采用相干解調(diào)，如圖3。與模擬信號(hào)的接收系統(tǒng)相比，這里增加了一個(gè)“抽樣判決”， 抽樣判決器的作用是：信號(hào)經(jīng)過抽樣判決器，即可確定接收碼元是“1”還是“0”。假設(shè)抽樣判決門限為b，當(dāng)信號(hào)抽樣值大于b時(shí)，判

18、為“1”碼；信號(hào)抽樣值小于b時(shí)，判為“0”碼。</p><p><b>　　總設(shè)計(jì)框圖</b></p><p>　　信道帶通濾波器低通濾波器抽樣判決器輸出</p><p>　　↑ ↑ ↑ </p><p>　　cosωct

19、 n(t) cosωct</p><p><b>　　參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制。當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控。 設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)序列由0、1序列組成，發(fā)送0符號(hào)的概率為P，發(fā)送1符號(hào)的概率為1-P，且相互獨(dú)立。該二進(jìn)制 符號(hào)序列可表示為</p>

20、<p>　　2ASK 信號(hào)一般表達(dá)式為</p><p>　　e2ASK(t)= Σang(t-nTs)cosωct</p><p><b>　　參數(shù)選擇</b></p><p>　　傳輸數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)碼元速率RB=4kHz </p><p>　　載波頻率fc =100kHz </p><p

21、>　　噪聲功率譜密度no=2*10-9W/Hz </p><p>　　信號(hào)功率Si=8mW </p><p><b>　　2、參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　帶寬 B =2RB =8KHz</p><p>　　1 96KHz≤|f|≤104KHz</p><p>　　帶通特性 H

22、(f)=</p><p><b>　　0 其它</b></p><p>　　輸入噪聲功率 Ni = noB=2*10-9*8*103 =1.6*10-5 W</p><p>　　輸入信噪比為 r =Si/Ni = 8Mw/1.6*10-5W =500</p><p><b>　　誤碼率 Pe </b&

23、gt;</p><p>　　當(dāng) r>>1時(shí)，可近似表示為 ≈0</p><p>　　1 |f|≤4kHz</p><p>　　低通特性 H(f)= </p><p><b>　　0 其它</b></p><p>　　信道容量是指信道能夠傳輸?shù)淖畲笃骄畔⑺俾?，即傳輸速率?/p>

24、信道容量表示</p><p>　　Ct==8*9 = 72 b/s</p><p>　　3、 Matlab/Simulink仿真</p><p>　　3.1 Matlab/Simulink簡(jiǎn)介</p><p>　　MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算

25、法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。</p><p><b>　　1、基本功能</b></p><p>　　MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等

26、諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平?！?lt;/p><p>　　2、MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進(jìn)行以下各種工作：</p><p><b>　　●數(shù)值分析 </b>

27、</p><p><b>　　●數(shù)值和符號(hào)計(jì)算 </b></p><p><b>　　●工程與科學(xué)繪圖 </b></p><p>　　●控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 </p><p>　　●數(shù)字圖像處理技術(shù) </p><p>　　●數(shù)字信號(hào)處理技術(shù) </p><p

28、>　　●通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 </p><p><b>　　●財(cái)務(wù)與金融工程 </b></p><p>　　●管理與調(diào)度優(yōu)化計(jì)算（運(yùn)籌學(xué)）</p><p>　　3、Simulink重要功能</p><p>　　Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中

29、，無需大量書寫程序，而只需要通過簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。 </p><p>　　Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的

30、框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)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。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，

31、而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)建立及仿真結(jié)果</p><p>　　3.2.1 加帶限白噪聲</p><p><b>　　信道模型 1</b></p><p><b>　　調(diào)制部分波形 1</b></p><p>　　注釋：從上到下，依次

32、為傳輸語(yǔ)音信號(hào)波形，載波波形，調(diào)制后波形。</p><p><b>　　解調(diào)部分波形 1</b></p><p>　　注釋：從上到下，依次為調(diào)制信號(hào)波形，加帶限白噪聲后波形，通過帶通濾波器后波形，解調(diào)后波形，通過低通濾波器后波形，抽樣判決后波形。</p><p>　　3.2.2 加高斯噪聲</p><p><b&g

33、t;　　信道模型 2</b></p><p>　　注釋：調(diào)制部分波形同上</p><p><b>　　解調(diào)部分波形 2</b></p><p>　　注釋：從上到下，依次為調(diào)制信號(hào)波形，加高斯噪聲后波形，通過帶通濾波器后波形，解調(diào)后波形，通過低通濾波器后波形，抽樣判決后波形。</p><p>　　3.3.3

34、部分參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　帶通濾波器參數(shù)設(shè)置</b></p><p><b>　　低通濾波器參數(shù)設(shè)置</b></p><p><b>　　抽樣判決器參數(shù)</b></p><p><b>　　4、 總結(jié) </b></p>&

35、lt;p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，對(duì)Matlab及Simulink有了初步的了解，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單運(yùn)用Matlab/Simulink進(jìn)行仿真，將理論在實(shí)踐中得到驗(yàn)證和應(yīng)用，同時(shí)進(jìn)一步鞏固了課堂所學(xué)知識(shí)。在此過程中，不斷嘗試，不斷遇見困難，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，培養(yǎng)了獨(dú)立學(xué)習(xí)能力及實(shí)踐能力，有效的完善了之前學(xué)習(xí)過程中的理論不足、實(shí)踐不足。</p><p>　　通過這次的課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步了解了二進(jìn)制振幅鍵控即2ASK的基本

36、原理及其解調(diào)方法，主要是相干解調(diào)。在學(xué)習(xí)過程中，遇到過許多困難，比如參數(shù)設(shè)置的不理想，因此總是會(huì)出現(xiàn)波形失真的現(xiàn)象；改變輸入信號(hào)參數(shù)，尤其是輸入信號(hào)頻率，就需要調(diào)試帶通濾波器、低通濾波器，及抽樣判決的參數(shù)等問題，通過不斷嘗試，以及上網(wǎng)查找資料和查詢參考書讓我更好的完成此次設(shè)計(jì)。</p><p>　　接收濾波器是用來接收信號(hào)，盡可能濾除信道噪聲和其它干擾，對(duì)信道特性進(jìn)行均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。抽樣判決

37、器則是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時(shí)刻對(duì)接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號(hào)。誤碼是由接收端抽樣判決器的錯(cuò)誤判斷造成的，而造成錯(cuò)誤判斷的原因主要有兩個(gè)：一個(gè)是信道加性噪聲的影響，另一個(gè)是碼間串?dāng)_。無碼間串?dāng)_時(shí)的基帶傳輸特性，即頻域特性滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則，這一過程可以歸述為：一個(gè)實(shí)際的H(ω)特性若能等效成一個(gè)理想低通濾波器，則可實(shí)現(xiàn)無碼間串?dāng)_。</p><p><b>　　參

38、考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 樊昌信，曹麗娜.通信原理（第六版）[m].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[2] 邵玉斌.Matlab/Simulink通信原理建模與仿真實(shí)例分析[m].北京：清華大學(xué)出版社，2008.</p><p>　　[3] 賈秋玲，袁冬莉，欒云鳳. MATLAB7.X/Simulik/Statef

39、low系統(tǒng)仿真、分析及設(shè)計(jì)[m].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社， 2006.</p><p>　　[4] 張圣勤.MATLAB7.0實(shí)用教程[m].北京：機(jī)器工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[5] 龐寶茂.移動(dòng)通信. [m]. 西安電子科技大學(xué)出版社，2009.</p><p>　　[6] （加）赫金.通信系統(tǒng). [m]. 電子工業(yè)出版社,2010.<