MATLAB应用于数字通信系统调制解调技术的仿真设.docx

毕业设计（论文）题 目：MATLAB应用于数字通信系统调制解调技术的仿真设计研究如今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支 撑作用而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段因此信号的调制方 式也由模拟方式持续、广泛地向数字方式转换本论文根据当今现代通信技术的 发展，对信号的数字调制方式的一种一MFSK的调制解调原理进行了研究和实 验并用城市地形对设计结果进行了论证关键词：城市地形；通信系统；FSK ； MFSK；仿真AbstractNow it is an information society. In the all of information technologies, transmission and communication of information take an important effect. For the transmission of information, Digital communication has been an important means . So the way of signal modulation is converted from analog to digital continually and widely. This thesis studies the theory of modulation and demodulation of MFSK scheme which is a kind of digital method depending on the development of today's communication technologies. And the result of design has been validated with urban topographic.Key Words: urban topographic; communication system; FSK; MFSK; simulation第一章 绪论 第二章数字通信系统及调制解调 2. 1数字通信系统 2. 2信道编码 2. 3调制解调技术 2. 4程序仿真中相关MATLAB库函数（M函数）的介绍第三章本论 3. 1提出城市地形MFSK技术探析 3. 2MSK 原理 3. 3MSK调制的特点 3. 4模型设计原理 第四章具体设计 4. 1针对城市地形MFSK设计技术方案 4. 2城市地形下MFSK仿真方案设计 4. 3MFSK调制VHDL程序仿真图及注释 第五章 结论 致谢 参考文献 第一章绪论当今，通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂，因此在各种 通信系统的设计研发环节中，软件仿真已成为必不可少的部分。

Matlab语言 的simulink动态系统仿真软件包，是一个常用的电子设计自动化（EDA）软 件，它支持连续、离散两种混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样 速率的多速率系统尤其是它所包含的各种通信仿真模块已作为各种通信系统 分析、设计、仿真和实验的综合平台在频带受限的信道中，总是希望既能 提高频带利用率，又能在不增加信道传输带宽的前提下降低差错率多进制频 移控（MFSK, multiple frequency shift keying）,是一种在各种频率离散音频 脉冲爆发传送数字信息的信号调制方法它原来是欧洲和英国政府机构在20世 纪中叶使用在那时它叫做Piccolo,-种乐器的名字，这种乐器的声音音调很 高，就像一个MFSK信号经过收音机的喇叭时发出的声音MFSK类似频移监控（FSK）,但是使用的频率要至少多两个最常见的MFSK 形式使用16个频率，叫做MFSK16o这些音调一次传送一个每个音调持续时间 不到一秒MFSK中波特（每秒传输的数目）与比特/秒（bps）的比率要比二进 制中小这减少了噪音和对数据传输速率的干扰的错误的产生为了提供更大的 精确性，前向纠错技术（FEC）被使用。

MFSK的缺点包括：给定数据速率的信号带宽比二进制大，接收设备的调 整比较严格为了使MFSK的减少错误的特性发挥作用，接收器必须能够杂长 时间保持固定频率即使MFSK是一个几十年的老方法,一些工程师仍认为它是一种尖端的方法 先在，它的主要使用者是业余无线电试验者带声卡的计算机能够产生、解码和 显示信号使用MFSK16de业余无线电报务员说使用合适的发报机它能够提供可 靠的半双工长距离通信，而且有时在其它方法失败时，它却能够成功随着通信系统的规模和复杂度不断增加，传统的设计方法已经不能适应发展 的需要，通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视传统的通信仿真技术主要分 为手工分析与电路试验两种，可以得到与真实环境十分接近的结果，但耗时长， 方法比较繁杂，而通信系统的计算机模拟仿真技术是介于上述两种方法的一种系 统设计方法，它可以让用户在很短的时间内建立整个通信系统模型，并对其进行 模拟仿真早期，多采用计算机高级程序语言（FORTRAN. PASCAL. C等）进行仿 真，用这些高级程序语言编写系统仿真程序，虽然比上述两种方法更加便捷，但 在程序编写中仍需花费大量时间精力考虑事件的发生、处理以及结果的可视化等 因素。

即使是一个简单系统，程序都十分冗长，难于调试［1］随着计算机仿真 技术的发展，构筑通信系统仿真平台，可以在计算机上显示不同系统的工作原理, 进行波形观察、频谱分析和性能分析等，为通信系统设计和研究提供强有力的指 导多进制频移键控MFSK调制原理：在MFSK方式中，MFSK信号常用频率选择法产生调制器框图如 图1-7所示，先将数据比特流经过一个串/并转换器变成多路并行数据，将这多 路并行数据分别用不同的频率通过线性门进行选择，再将各线性门输出的数据进行叠加，输出的即为MFSK信号线性n她比待流'f2 —挟性门MFSK信号输出T线性门图1-1 MFSK调制器框图解调原理：MFSK的解调方法常用非相干解调，如图1-2所示，将接受到的 MFSK信号通过滤波器进行滤波，然后将滤波后的信号分别送到M个带通滤波器 进行滤波，再将输出信号进行包络检波，最后将这M个信号进行抽样和判决，最后经过一个逻辑电路，将多进制信号转化为二进制信号即可图1-2 MFSK信号非相干解调第二章 数字通信系统及调制解调2. 1数字通信系统最简单的数字通信系统模型由信源、信道和信宿三个基本部分组成实际的 数字通信系统模型要比简单的数字通信系统模型复杂得多。

一般的数字通信系统 模型如图1-1所示图2-1数字通信系统模型2. 2信道编码2. 2. 1信道编码的基本思想和基本方式信道编码的基本思想是：在发端被传输的信息序列上附加一些多余的检验码 元，这些监督码元与信息码元间以某种特定的规则相互关联接收端按照既定的 规则检验信息码元与监督码元间的关系，一但传输出错，则两者间的关系将会受 到破坏，从而可以发现错误，乃至纠正错误信道编码的基本方式是：前向纠错(FEC)、检错重传(ARQ)、混合差错控制 (HEC)和信息反馈(IRQ)2.2.2常用的信道编码(1) 线性分组码在分组码中，编码后的码元序列每n位为一组，其中k是信息码元,r(r=n-k) 个是附加的监督码元如果信息元与监督码元之间呈线性关系，则为线性分组码 奇偶校验码和汉明码是典型的线性分组码循环码是线性分组码，既可纠错又可检错特点是任一码组的每一次循环移 位得到的是码中的另一码组BCH码是一类纠正多个随机错误的循环码2) 卷积码卷积码是另一类信道编码，它也是把k位信息编成n (n大于等于k)位， 但k和n都很小，适于串行传输特点是编码后的n个码元不仅与当前段的k 位信息有关，而且与前NT段的信息有关，编码过程中相互关联的码元有Nn个。

纠错能力随N的增加而增加，而差错率随N的增加而指数下降编码过程可以看 成是输入信息序列与由移位寄存器和模2加连接所决定的的另一序列的卷积，因 此称为卷积没码N称为约束长度，m=NT称为编码存储2. 3调制解调技术调制解调是数字通信系统的重要组成部分调制解调的目的是使已调信号具 有高的频谱利用率和的抗干扰和抗衰落的能力下面就对数字调制解调技术进行 介绍2. 3. 1调制解调的概念所谓调制，就是用调制信号(基带)去控制或改变载波的一个或几个参数, 使调制后的信号(已调信号)含有原来调制信号的全部信息，但载波的某些参数 按调制信号的规律变化调制的目的是使传输的信号与信道相匹配，从而有效传 输信号解调是调制的逆过程，它是从已调信号中恢复出原来调制信号的过程 从广义上讲，调制与解调属于信道编/译码范畴，但调制与解调的目的是实现载 波传输，而信道编/译码的主要目的是实现差错控制2.3. 2数字调制的基本类型数字信号调制的基本类型分振幅键控(ASK),频移键控(FSK)和相移键控 CPSK)O此外，还有许多由基本调制类型改进或综合而获得的新型调制技术表 2-1给出调制方式以及主要用途表2-1调制方式及用途调制方式主要用途振幅键控ASK数据传输频率键控FSK数据传输相位键控PSK、DPSK、QPSK等数据传输、数字微波、空间通信高效数字调制QAM、MSK等(提高频带利用率)数字微波、 空间通信2.3.3在实际应用中，有两类用得最多的数字调制方式(1)线性调制技术这里包括PSK、QPSK、DQPSK、OK-QPSK和多电平的PSK等。

所谓的“线性”, 是指这类调制技术要求设备从频率变换到放大和发射的过程中保持充分的线性 这种要求在制造移动设备中增加了难度和成本，但这种方式可获得较高的频谱利 用率C2)恒定包络调制技术主要包括MSK、GMSK和TFM等这类调制技术的优点是已调信号具有相对窄 的功率谱和对放大设备没有线性要求，不足之处是其频谱利用率通常低于线性调 制技术另一种获得迅速发展的数字调制技术是振幅和相位联合调制(QAM)2. 3. 4几种常见的数字调制方式(1)二进制频移键控(2FSK)调制原理：在二进制移频键控中，调制信号1或0,分别对应载波的两个频 率fi或f2因此，其调制实现方法就是用输入的二进制信号去控制两个独立的 载波发生器，如图2-2所示掀一器 | rn~| 2FSK{I 号二进制信息 (NKZ) r—_ .山 & 彳倒相 [[咽£2[^1 图2-2 2FSK调制解调也有相干和非相干两种更简单的方法是过零检测器法：根据移频键控 的过零率的大小来检测已调信号的频率变化，其组成及各点波形如图2-3所示图2-3 2FSK信号过零检测法解调波形示意图其中a是已调信号，b是限幅后已调信号，c是经过微分的信号，d是整流 后的已调信号，e是经过宽脉冲发生后的已调信号，f是经过低通的输出信号。

2)最小移频键控(MSK)调制原理：MSK是FSK的一种特殊情况，其特殊之处在于MSK在相邻符号交 界处相位保持连续，是一种连续相位FSK若FSK看作非正交2FSK,则MSK调制 方法如图2-4 o>2(t)图2-4 MSK非正交调制式解调原理：MSK可用2FSK方法进行相干解调，并每隔Tb时刻作出判决；也 可用鉴频器的方法进行非相干解调3) 二进制移相键控(BPSK)调制原理：载波的相位(通常为0°或180°)随调制信号“1”或“0”而改 变，这种调制称为二进制移频键控BPSK信号是双极性非归零码的双边带调制。