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1、 课题名称数字信号频带传输系统设计2、 课程设计的方案和基本原理2.2 数字信号频带传输系统设计在数字信号频带传输系统中最基本的调制和解调方式有 ASK,，FSK, PSK,2DPSK 和 QAM 这几种，下面将依次介绍其调制和解调的过程：2.2.1 振幅键控（ASK）:在振幅键控中载波幅度是随着基带信号的变化而变化的。使载波在二进制基带信号 1 或 0 的控制下通或断，即用载波幅度的有或无来代表信号中的“1”或“0”，这样就可以得到 2ASK 信号，这种二进制振幅键控方式称为通断键控（OOK）。其时域数学表达式为：S2ASK(t)anAcosct （1）式中，A 为未调载波幅度，c 为载波角频率，an 为符合下列关系的二进制序列的第 n 个码元：An=0 出现概率为 P；an=1 出现概率为 1-P （2）综合式 1 和式 2，令 A1，则 2ASK 信号的一般时域表达式为： 1S2ASK(t)ang(tnTs)cosct nS(t)cosct式中，Ts 为码元间隔，g(t)为持续时间 Ts/2，Ts/2 内任意波形形状的脉冲（分析时一般设为归一化矩形脉冲） ，而 S(t)就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。采用相乘电路产生二进制 ASK 信号时，用基带信号 A（t ）与载波 cosw0t 相乘就得到已调信号输出。2ASK 信号解调时可采用相干解调法和包络检波法，包络检波法解调器是用整流器和低通滤波器构成的；相干解调中相乘电路需要有相干载波 cosw0t,它必须从接收信号中提取，并且和接收信号的载波同频同相，所以这种方法比包络检波法要复杂得多。2ASK 信号调制器方框图如下：2ASK 信号的解调原理图如下：2.2.2 频移键控（FSK）:2FSK 信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的，被调载波的频率随二进制序列 0、1 状态而变化，即载频为 f0 时代表传 0，载频为 f1 时代表传 1。显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以 f0 和 f1 为载频、以 an 和 an 为被传二进制序列的两种2ASK 信号的合成。2FSK 信号的典型时域波形如图 15-5 所示，其一般时域数学表达式为S2FSK(t)ang(tnTs)cos0tang(tnTs)cos1t 式中，0 2f0， 12f1，an 是 an 的反码，即An=0 概率为 P an=1 概率为 1P an=1 概率为 P an=0 概率为 1P2FSK 信号的产生是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其能够输出两个不同频率的码元。2FSK 信号的接收也分为相干和非相干两类。采用相干接收法时，接收信号经过并联的两路带通滤波器、与本地相干载波相乘和低通滤波后，进行抽样判决。2PSK 信号是用载波相位的变化表征被传输信息状态的，通常规定 0 相位载波和 相位载波分别代表传 1 和传 0。设二进制单极性码为 an，其对应的双极性二进制码为 bn，则 2PSK 信号的一般时域数学表达式为：S2PSK(t)bng(tnTs)cosct其中：Bn=-1 当 an0 时，概率为 PBn=1 当 an1 时，概率为 1P2PSK 信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在这种绝对移相的方式中，由于发送端是以某一个相位作为基准的，因而在接收系统也必须有这样一个固定基准相位作参考。2.2.3 相移键控（PSK 和 DPSK）:2DPSK 是利用相邻码元载波相位的相对值表示基带信号“0”和“1”的，它的调制原理与 2FSK 的调制原理类似，也是用二进制基带信号作为模拟开关的控制信号轮流选通不同相位的载波，完成 2DPSK 调制，其调制的基带信号和载波信号分别从“PSK 基带输入”和“PSK 载波输入” 输入，差分变换的时钟信号从“PSK-BS 输入”点输入。2DPSK 信号的解调，主要两种方法。第一种方法是直接比较相邻码元的相位，从而判决接收码元是“0”还是“1”。为此，需要将前一码元延迟 1 码元时间，然后将当前码元的相位和前一码元的相位作比较。第二种方法是先把接收信号当做绝对相移信号进行相干解调，解调后的码元序列是相对码；然后将此相对码做逆码变换，还原成绝对码，即原基带信号码元序列。3.2 数字信号频带传输系统的设计步骤3.2.1 振幅键控（ASK ） 、频移键控（ FSK）和相移键控（PSK 和 DPSK）:先用 t=0:0.01:10;y=sin(2*pi*t);语句产生载波信号，然后用 ones 和 zeros 矩阵产生基波信号，最后运用各种键控对载波和基带信号进行处理，画出原始基带信号的波形图和频谱图、各种调制前的波形图和频谱图以及调制后波形图和频谱图。4.2 数字信号频带传输系统设计4.2.1 ASK 调制/解调技术：ASK 调制/解调时，原始信号为1则调制信号为一个完整周期的正弦波，原始信号为0时则调制信号也为0；调制信号经过解调后信号恢复成原始信号，其中数字基带信号为 0100101010。2ASK 调制/相干解调系统设计2ASK 调制/非相干解调系统设计4.2.2 FSK 调制/解调技术：FSK 调制/解调时，原始信号为1时则调制信号为 1.5 个周期的正弦波信号，原始信号为0时则调制信号为一个周期的正弦波信号；调制信号经过解调后信号恢复成原始信号，其中数字基带信号为 0100101010。 4.2.3 PSK 调制/解调技术：PSK 调制/解调时，原始信号为1时则调制信号为一个周期的正弦波信号，原始信号为0时则调制信号为一个周期的正弦波信号，但他们的初始相位相差 180°；调制信号经过解调后信号恢复成原始信号，其中数字基带信号为 0100101010。4.2.4 DPSK 调制/解调技术：其中数字基带信号为 0100101010。5、心得体会这是我们第二次运用 MATLAB 软件做课程设计，第一次是这个学期开学时做的数字信号处理课程设计，由于对 MATLAB 软件的运用有了一定的了解，这次做起课程设计来没有上次那样困难。虽然这次课程设计有两周的时间，但还是感觉时间很紧，因为这次课设要做的事情还是挺多的。老师给我们的课设任务书上要求我们我们每个人至少要做两个题，第一个题“信息论的基本计算”是每个人都必须做的，然后根据我们的学号再分配一个题目，我这次分配的是数字信号频带传输系统设计，这个题目又分为 5 个小题目，所以是挺多的。拿到课程设计任务书后我就开始查找资料。我先阅读了老师发给我们的电子档的MATLAB 通信仿真及应用实例详解，但对着电脑屏幕看这 PDF 格式的电子书实在是费劲。然后我就到图书馆去借来了刘敏编写的MATLAB 通信仿真与应用。通过两天的阅读对通信仿真有了初步的了解后就开始编写程序，开始写的程序老是有错误，通过多次阅读资料和请教老师及同学最后终于得到了符合要求的正确的程序。这次课程设计我感受良多。在这次课设中我遇到了许许多多的问题，有时候还真有放弃的想法，但最终还是没有放弃，因为我知道这些问题正好暴露我学习上存在的知识的积累的不足，通过解决这些问题就能学到很多的东西。这次课程设计也使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能真正锻炼出解决问题的能力。两周的课程设计终于做完了，回想这两周来的虽然很累，但在辛勤的老师的指导下和同学的帮助下顺利的完成了这次课设，我心里还是很开心的。源代码：7、数字信号频带传输系统设计（1）2ASK 调制/相干解调系统设计clc;clear all;close all; %信源a=randint(1,15,2); %随机生成 1 行 15 列不大于 2 的整型矩阵 t=0:0.001:0.999;m=a(ceil(15*t+0.01);subplot(511)plot(t,m);axis(0 1.2 -0.2 1.2);title('信源'); %载波f=150;carry=cos(2*pi*f*t); %2ASK 调制st=m.*carry;subplot(512);plot(t,st)axis(0 1.2 -1.2 1.2)title('2ASK 信号') %加高斯噪声nst=awgn(st,70); %解调部分nst=nst.*carry;subplot(513)plot(t,nst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title('乘以相干载波后的信号') %低通滤波器设计wp=2*pi*2*f*0.5;ws=2*pi*2*f*0.9;Rp=2;As=45;N,wc=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');B,A=butter(N,wc,'s'); %低通滤波h=tf(B,A); %转换为传输函数dst=lsim(h,nst,t); %模拟输入响应subplot(514)plot(t,dst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title('经过低通滤波器后的信号'); %判决器k=0.25;pdst=1*(dst>0.25);subplot(515)plot(t,pdst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title('经过抽样判决后的信号') %频谱观察 %调制信号频谱 T=t(end);df=1/T;N=length(st);f=(-N/2:N/2-1)*df;sf=fftshift(abs(fft(st);figure(2)subplot(412)plot(f,sf)title('调制信号频谱') %信源频谱mf=fftshift(abs(fft(m);subplot(411)plot(f,mf)title('信源频谱') % 乘以相干载波后的频谱mmf=fftshift(abs(fft(nst);subplot(413)plot(f,mmf)title('乘以相干载波后的频谱') %经过低通滤波后的频谱 dmf=fftshift(abs(fft(dst);subplot(414)plot(f,dmf)title('经过低通滤波后的频谱');（2）2ASK 调制/非相干解调系统设计（包络检波法） clc;clear all;close all;%信源a=randint(1,15,2); %随机生成 1 行 15 列不大于 2 的整型矩阵 t=0:0.001:0.999;m=a(ceil(15*t+0.01);subplot(511)plot(t,m);axis(0 1.2 -0.2 1.2);title('信源');%载波f=150;carry=cos(2*pi*f*t);%2ASK 调制st=m.*carry;subplot(512);plot(t,st)axis(0 1.2 -1.2 1.2)title('2ASK 信号')%加高斯噪声nst=awgn(st,70);%解调部分nst=abs(nst);subplot(513)plot(t,nst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title('全波整流后的信号') %低通滤波器设计wp=2*pi*2*f*0.5;ws=2*pi*2*f*0.9;Rp=2;As=45;N,wc=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');B,A=butter(N,wc,'s'); %低通滤波 h=tf(B,A); %转换为传输函数 dst=lsim(h,nst,t); %模拟输入响应 subplot(514)plot(t,dst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title('经过低通滤波器后的信号'); %判决器k=0.25;pd