(完整word版)基于matlab的数字通信系统

目录
第一章绪论 (3)
1.1什么是数字通信系统？ (3)
1.2数字通信系统的基本组成 (3)
1.3 数字通信系统的特点 (4)
第二章MATLAB软件 (6)
2.1 MATLAB软件介绍 (6)
2.2 MATLAB软件的应用 (6)
第三章2ASK仿真设计和运行结果 (8)
3.1 2ASK调制和解调原理 (8)
3.2主要程序的介绍 (9)
3.2.1基带信号的产生 (9)
3.2.2 载波的产生 (9)
3.2.3 噪声的产生 (10)
3.2.4 2ASK的调制 (10)
3.2.5 2ASK的解调 (10)
3.2.6 判决输出 (11)
3.3仿真结果 (11)
第四章2FSK仿真设计和运行结果 (12)
4.1 2FSK调制和解调原理 (12)
4.2主要程序的介绍 (13)
4.2.1基带信号和的产生 (13)
4.2.2两种不同频率载波的产生 (14)
4.2.3 2FSK调制 (14)
4.2.4 2FSK解调 (15)
4.2.5判决输出 (15)
4.3 仿真结果 (16)
第五章2PSK仿真设计和运行结果 (17)
5.1 2PSK的调制和解调原理 (17)
5.2主要程序的介绍 (18)
5.2.1基带信号的产生 (18)
5.2.2双极型码的产生 (18)
5.2.3载波信号的产生 (18)
5.2.4 2PSK调制 (19)
5.2.5 2PSK的解调 (19)
5.2.6判决输出 (19)
5.3 仿真结果 (20)
第六章2DPSK的仿真设计和运行结果 (21)
6.1 2DPSK的调制与解调原理 (21)
6.2主要程序的介绍 (22)
6.2.1基带信号(绝对码)的产生 (22)
6.2.2相对码及其反码的产生 (23)
6.2.3载波信号的产生 (23)
6.2.4 2DPSK调制 (24)
6.2.5 2DPSK解调 (24)
6.2.6判决输出 (25)
6.2.7码反变换 (25)
6.3 仿真结果 (25)
第七章GUI界面仿真设计及结果 (27)
7.1 GUI界面设计 (27)
7.2 仿真结果 (27)
第八章总结和体会 (30)
第一章绪论
1.1什么是数字通信系统？
数字通信系统是利用数字信号传输信息的系统，是构成现代通信网的基础。

1.2数字通信系统的基本组成
通信的基本功能是传递信息，即由信源产生的信息，通过一定的媒介(即信道)传输，最后被信宿(收信暂)接收。

一个数字通信系统的基本任务就是把信源产生的信息变换成一定格式的数字信号，迩过信道传输，到达接收端后，再变换为适宜于信宿接受的信息形式送至信宿。

图1是实现这个过程的数字通信系统的基本框图。

（1）信息源
信源是发出信息的源，其作用是把各种可能消息转换成原始电信号。

信源可分为模拟信源和数字信源。

模拟信源(如电话机、电视摄像机)输出连续幅度的模拟信号;数字信源(如电传机、计算机等各种数字终端设备)输出离散的数字信号。

（2）变换器
因语声、图像等原始的消息不能以电磁波来传送，所以需要通过变换器将原始的非电消息变换成电信号，并再对这种电信号进一步转换，使其变换成适合某种具体信道传输的电信号。

这种电信号同样载有原有的信息。

例如电话机的送话器，就是将语声变换成幅度连续变化的电话信号，再进一步转换后送到信道上去。

（3）信道
信道是指传输信号的通道，可以是有线的，也可以是无线的，有线和无线均有多种传输媒质。

信道既给信号以通路，也对信号产生各种干扰和噪声。

传输媒质的固有特性和干扰直接关系到通信的质量。

（4）反变换器
反变换器的基本功能是完成变换器的反变换，即进行解调、译码、解码等等。

它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始信号来。

对于多路复用信号，接收设备还具有解除多路复用和实现正确分路的功能。

（5）信宿
信宿是传输信息的归宿，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。

（6）噪声源
噪声源是信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。

1.3 数字通信系统的特点
数字通信系统的优点如下：
1、抗干扰能力强
由于在数字通信中，传输的信号幅度是离散的，以二进制为例，信号的取值只有两个，这样接收端只需判别两种状态。

信号在传输过程中受到噪声的干扰，必然会使波形失真，接收端对其进行抽样判决，以辨别是两种状态中的哪一个。

只要噪声的大小不足以影响判决的正确性，就能正确接收（再生）。

而在模拟通信中，传输的信号幅度是连续变化的，一旦叠加上噪声，即使噪声很小，也很难消除它。

2、差错可控
数字信号在传输过程中出现的错误（差错），可通过纠错编码技术来控制，以提高传输的可靠性。

3、易加密
数字信号与模拟信号相比，它容易加密和解密。

因此，数字通信保密性好。

4、易于与现代技术相结合
由于计算机技术、数字存贮技术、数字交换技术以及数字处理技术等现代技术飞速发展，许多设备、终端接口均是数字信号，因此极易与数字通信系统相连接。

第二章MATLAB软件
2.1 MATLAB软件介绍
MATLAB[1]是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。

是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。

它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。

MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB 成为一个强大的数学软件。

在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JA V A 的支持。

2.2 MATLAB软件的应用
MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作：
●数值分析
●数值和符号计算
●工程与科学绘图
●控制系统的设计与仿真
●数字图像处理技术
●数字信号处理技术
MATLAB在通讯系统设计与仿真的应用
●通讯系统设计与仿真
●财务与金融工程
●管理与调度优化计算（运筹学）
MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。

附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。

第三章2ASK 仿真设计和运行结果
3.1 2ASK 调制和解调原理
（1）调制
振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。

在2ASK 中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。

一种常用的、也是最简单的二进制振幅键控方式称为通—断键控（OOK ）。

其表达式为
⎩
⎨⎧-=”时发送“以概率”时发送“以概率0101cos )(P P t w A t e c ook
2ASK 信号的一般表达式为 t w t s t e c ASK cos )()(2=
其中
∑-=n
S n nT t g a t s )()(
二进制振幅键控信号的产生通常有两种：模拟调制法和键控法，相应的调制器如图3-1-1所示。

图（a ）就是一般的模拟幅度调制的方法，用乘法器实现； 图（b ）是一种数字键控法，其中的开关电路受s （t ）控制。

本次课设采用数字键控法。

图3-1-1 2ASK/OOK 信号调制器原理框图
（2）解调
本次课设用的是相干解调。

ASK信号有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）。

与模拟信号的接收系统相比，这里增加了一个“抽样判决器”方框，这对提高数字信号的接收性能是必要的。

3.2主要程序的介绍
3.2.1基带信号的产生
因为a（n）的产生是在x=(rand(1,i) 产生0-1之间的随机数，然后a=round(x)取最接近的自然数。

相当于在（0，1）中任意取‘0’和‘1’。

n代表取随机数的个数。

上面代码意思是当a（n）小于1时，则令信号为1，否则为0。

3.2.2 载波的产生
由程序可知y=cos（2*pi*fc*t），fc是该函数的频率，我们可以通过修改fc的值来改变载波信号的频率。

3.2.3 噪声的产生
因为噪声是随机的，所以在加上噪声时，可以用随机函数来产生随机数，用于现实中噪声干扰。

3.2.4 2ASK的调制
将基带信号和载波相乘，就可以得到调制波。

3.2.5 2ASK的解调
因为我们用的是相干解调，而且通过书本知识可知当基带信号和载波相乘后，再通过低通滤波器就可以得出解调波形
3.2.6 判决输出
由可知at（1，m*500+250）是在解调波形中取点，当值在（0，0.5）之间时，就判决输出为0，当值为（0.5，1）之间时判决输出为1
3.3仿真结果
第四章2FSK 仿真设计和运行结果
4.1 2FSK 调制和解调原理
（1）调制
频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。

在2FSK 中，载波的频率随二 进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。

故其表达式为
⎩⎨
⎧++=”时
发送“”时发送“0)
cos(1)
cos()(212θϕt w A t w A t e FSK
2FSK 信号的产生方法主要有两种。

一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用键控法实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元Ts 期间输出f1或f2两个载波之一，如图4-1-1所示。

本次课设用的是键控法实现。

图4-1-1 2FSK 信号调制器原理框图
（2）解调
2FSK 信号的常用解调方法是采用如图4-1-2所示的非相干解调（包络检波）和相干解调。

其解调原理是将2FSK 信号分解为上下两路2ASK 信号分别进行解调， 然后进行判决。

这里的抽样判决时直接比较两路信号抽样值得大小，可以不专门设置门限。

判决规则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波 频率f1，则接收时上支路的样值较大，应判为“1”；反之则判为“0”。

图4-1-2 2FSK信号相干解调解调原理图
图4-1-3 2FSK信号相干解调解调原理图
4.2主要程序的介绍
4.2.1基带信号和的产生
图1 图2图1是FSK的基带信号产生和ASK的基带信号产生的原理是一样的，都是产生0到1之间的10个数。

然后大于0.5的为1，小于0.5的为0图2是求基带信号的反码。

它是通过判断基带信号是否小于1，如果小于1则为1，如果不小于1则为0。

4.2.2两种不同频率载波的产生
因为FSK的调制方法是数字键控法需要两个不同频率的信号，在该程序里我们可以通过修改f1和f2的值得到两个频率不同的载波信号。

4.2.3 2FSK调制
将载波1和载波2分别和基带信号和基带信号反码相乘，再相加，就可以得到调制信号。

4.2.4 2FSK解调
上面程序写的是相干解调的方法，解调原理是将FSK分解为上下两路信号分别进行解调，然后判决。

也就是将上下路分别和相应载波相乘，再判决。

4.2.5判决输出
根据解调原理，判断若规定“1”符号对应载波频率f1，则接受时上支路的样值较大，则判为“1”；反之为“0”。

4.3 仿真结果
第五章2PSK 仿真设计和运行结果
5.1 2PSK 的调制和解调原理
（1）调制
相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。

在2PSK 中，通常用初始相位0和 π分别表示二进制“1”和“0”。

因此，2PSK 信号的时域表达式为
)cos()(2ϕ+=t w A t e c PSK
2PSK 信号的调制原理框图如图5-1-1所示。

与2ASK 信号的产生方法相比较，只是对s(t)的要求不同，在2ASK 中s(t)是单极性的，而在2PSK 中s(t)是双极性的基带信号。

图5-1-1 2PSK 信号的调制原理框图
（2）解调
2PSK 信号的解调通常采用相干解调法：解调器原理框图如图5-1-2所示：
图5-1-2 2PSK 信号的解调原理框图
5.2主要程序的介绍
5.2.1基带信号的产生
图1基带信号图2基带信号反码
由于PSK中的是双极性信号，因此对上面所求单极性信号取反来与之一起构成双极性码，所以这里需要求出基带信号及其反码，为后面求双极型码做准备。

5.2.2双极型码的产生
将基带信号减去基带信号反码，就可以得出双极型码。

5.2.3载波信号的产生
载波信号的产生原理ASK一样，可以通过改变fc的值来改变载波的频率
5.2.4 2PSK调制
2PSK的调制原理和2ASK调制原理一致，都是基带信号和载波相乘。

5.2.5 2PSK的解调
因为我们用的是相干解调，所以需要已调波和载波相乘，再经过低通滤波器。

5.2.6判决输出
判决规则为当已调小于‘0’时为‘0’，否则为‘1’。

5.3 仿真结果
第六章2DPSK的仿真设计和运行结果
6.1 2DPSK的调制与解调原理
（1）调制
2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。

2DPSK信号的产生方法：先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把数字信息序列的绝对码变换成相对码（差分码），然后再根据相对码进行绝对调相，从而产生二进制差分相移键控信号。

2DPSK信号调制器原理框图如图6-1-1所示：
图6-1-1 2DPSK信号调制器原理框图
（2）解调
2DPSK信号的解调方法之一是相干解调（极性比较法）加码反变换法，其解调原理是：对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。

在解调中，由于载波相位模糊性的的影响，使得解调出的相对码也可能是“1”和“0”倒置，但经差分译码（码反变换）从而解决了载波相位模糊性带来的问题。

2DPSK的相干解调原理框图如图6-1-2所示
图6-1-2 2DPSK的相干解调原理框图
2DPSK信号的另一种解调方法是差分相干解调（相位比较法），其原理框图如图6-1-3所示。

用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需要由收到的2DPSK信号延时一个码元间隔T，然后与2DPSK信号本身相乘。

相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波器后再抽样判决，即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中不需要码反变换器。

2DPSK的差分相干解调器原理框图如图6-1-2所示：
图6-1-3 2DPSK的差分相干解调器原理框图
6.2主要程序的介绍
6.2.1基带信号(绝对码)的产生
先是产生（0，1）的随机数，再取最接近的整数，然后将加其10等分的码中。

即可得到基带信号。

6.2.2相对码及其反码的产生
图1相对码图2反码
相对码产生需要和基带信号相比较，由图1和基带信号程序可知，图1的起始码是2，基带信号的起始码是1，然后再进行前后对比，相同为0，不同为1。

就产生来相对码。

反码则是由相对码判决得出，判决规则为，若相对码为1，则为0；否则为1。

6.2.3载波信号的产生
因为2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以需要两个频率相同但香味相差pi的载波。

6.2.4 2DPSK调制
通过相对码及其反码分别和载波1，2相乘，再相加，就可以得到已调波。

6.2.5 2DPSK解调
通过和载波1相乘，通过低通滤波器后得到了解调后的波形。

6.2.6判决输出
判决规则是:小于0为0，否则为1。

而且上面的全零矩阵st将DPSK的状态记忆下来，在接下来的码反变换上有作用。

6.2.7码反变换
这个时候，st记忆的矩阵在这里可以排上用场了。

由程序可以得知当st(n)-st(n-1))<=0&&(st(n)-st(n-1))>-1时为0，否则为1。

简单来说，这个和相对码的产生原理一样，当前后码型相同时为0，不同为1。

6.3 仿真结果
第七章GUI界面仿真设计及结果7.1 GUI界面设计
7.2 仿真结果
图1 初始图
图2 2ASK GUI界面
图3 2FSK GUI界面
图4 2PSK GUI界面
图4 2DPSK GUI界面
第八章总结和体会
首先感谢邹丹老师在这几天对我的指导。

正因为有老师的帮助，这次课程设计才可以顺利进行下去。

在一开始时，我想的是实验4的软件是自己用过的，设计起来可能会更简单一点，但现实却和预期相反，刚做设计时毫无头绪，后面经过老师指导后，才渐渐对设计有来明确的目标，但过程却相对来说比较痛苦。

不同于书本上的知识，通过实际的动手操作，能够将理论知识与实际联系起来。

自己了解了通信专业的基础知识，开阔了眼界，增加了见闻，明白了一些通信设备的简单原理，也明白了目前该行业的最新发展，把平时书本的知识应用在了实践中，自己得到了很多宝贵的知识财富，另一面自己也看见了自己的不足，还需要努力学习，了解更多相关知识。

这次课程设计主要是在培养自己解决问题的能力和复习我们曾经学习到的基础知识。

不但知道来如何解决一些课程设计上的问题，还将理论和实践相结合，加深对数字通信系统的理解。