精品通信系统中数字调制技术的研究与仿真本科毕业论文设计文档格式.docx
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毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
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使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；
学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；
学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；
在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
导师签名：
日期：
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性；
技术线路的可行性；
设计方案的合理性
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
建议成绩：
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
二、论文（设计）水平
评阅教师：
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩：
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
教学系意见：
系主任：
1绪论1
1.1数字调制的简介1
1.1.1键控1
1.1.2解调1
1.1.3实用数字调制1
1.2MATLAB/Simulink的简介2
1.2.1MATLAB2
1.2.2Simulink2
1.3通信技术的历史3
1.3.1通信的概念3
1.3.2通信的发展史简介5
1.4通信技术的发展现状和趋势5
2数字频带传输系统6
2.1二进制振幅键控（2ASK）6
2.2二进制移频键控（2FSK）9
2.3二进制移相键控（2PSK）12
2.4二进制数字信号的功率谱密度14
2.4.12ASK信号的功率谱密度14
2.4.22FSK信号的功率谱密度15
2.4.32PSK的功率谱密度16
3调制与解调仿真17
3.12ASK的调制与解调仿真17
3.22FSK的调制与解调仿真21
3.32PSK的调制与解调仿真30
3.4二进制数字调制系统的性能比较35
3.4.1带宽比较35
3.4.2对信道特性变化的敏感性比较35
3.4.3误码率比较36
4总结36
参考文献38
致谢39
1绪论
1.1数字调制的简介
以数字信号作为调制信号的调制技术。
一般采用正弦波作为载波，这种数字调制又称为载波键控。
在发射端需将数字基带信号对高频载波进行调制得到高频已调信号，高频已调信号经信道传输后，在接收端经解调后恢复为数字基带信号。
基带信号不适合直接在带通型信道上传输，需要将其进行调制，使传输频带适合信道的通频带。
1.1.1键控
用电键对载波进行控制，这是借用了电报传输中的一个术语。
载波键控是以数字信号作为电码，用它对正弦载波进行控制，使载波的某个参数随电码变化。
根据正弦波受控参数的不同，载波键控可以分为三大类：
移幅键控（ASK）、移频键控（FSK）、移相键控（PSK）。
它们分别是控制正弦波的幅度、频率、相位随着数字信号变化而变化。
单位时间内的键控次数称为键控速率（又称符号速率或传输码元速率），其单位为波特（baud）。
单位时间内所传输的信息量，称为信息速率（又称比特速率），其单位为比特／秒（bit/s），信息速率等于键控速率乘以键控信号所携带的平均信息量。
1.1.2解调
最常用的解调方式是相干解调，它按以下几个步骤进行：
①参考载波与键控信号相乘，得到基带信号；
②通过低通滤波器（或积分器）对此基带信号过滤，以便最大限度地集中信号能量并滤除噪声；
③对过滤后的基带信号进行采样和判决，并还原出形状规则的数字信号脉冲，这个过程也称为信号再生，适当选择低通滤波器的传输特性，使收信端的综合频域响应和发送信号的频谱满足共轭匹配关系，就可以在加性高斯白噪声信道上获得最小误码性能，这种解调称为最佳相干检测。
在选择滤波器的响应时，应使收发综合响应满足奈奎斯特准则，或采取必要的均衡措施，以消除或克服码间干扰的带来的误差或影响。
数字信号在传输过程中由于干扰、噪声和波形畸变的影响，可能产生误码。
二进制数字信号在加性高斯白噪声信道上通过载波键控方式传输时，如果收信端采用最佳相干检测并消除码间干扰，则平均误码率和归一化信噪比的关系可以表示为
（1-1）
式中为单位码元的平均信号能量，为噪声谱密度，为互补误差函数，为键控波形的互相关系数。
对于移相键控，=-1；
对于移幅键控和移频键控，=0。
可以看出，为达到同样的误码率，移幅键控和移频键控所需的归一化信噪比等于移相键控的两倍。
1.1.3实用数字调制
通信系统中采用的数字调制技术有以下四种。
①四相移相键控（QPSK）：
采用四个对称的相位来传送两个二进制码元。
它的频谱效率较高、抗干扰性较强，是数字卫星、数字微波和有线数传中的一种主要调制方式。
②参差四相移相键控（OQPSK）和最小移频键控（MFSK）：
前者是将四相键控的两个调制码元偏移半个码长，后者是将连续相位移频键控的移频指数定为0.5，它们是四相键控的派生形式。
它们具有包络较恒定、非线性信道引起的频谱展宽较小等优点，比较适用于卫星信道。
③八相移相键控（8PSK）、正交部分响应调制（QPRS）、16状态和64状态正交调幅（16QAM和64QAM）：
这是一些频谱效率很高、误码性能也较好的数字调制技术，它们主要用于中、大容量的数字微波接力通信系统。
④连续相位调制（CPM）、受控调频（TFM）和高斯预滤波最小移频键控（GMFSK）：
这是一些具有较好频谱效率和误码性能的数字调制技术，其主要特点是包络恒定，旁瓣很低，非线性信道引起的频谱展宽很小，可用于移动通信和卫星通信。
1.2MATLAB/Simulink的简介
1.2.1MATLAB
美国Mathworks公司于1967年推出了矩阵实验室“MatrixLaboratory”（缩写为Matlab）这就是Matlab最早的雏形。
开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。
MATLAB是目前国际上流行的进行科学研究、工程计算的软件，是当今最优秀的科技应用软件之一，它以强大的科学计算与可视化功能、简单易用、开放式可扩展环境。
特别是所附带的30多种面向不同领域的工具箱支持，使得它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。
MATLAB具有其他高级语言难以比拟的一些优点，如编写简单、变成效率高、易学易懂等，因此MATLAB语言也被通俗地称为演算纸式科学算法语言，用MATLAB来解决运算问题要比用C、Fortran等语言完成相同的事情方便得多。
MATLAB广泛应用于控制、通信、信号处理及科学计算等领域，并且已经被认可为能够有效提高工作效率、改善设计手段的工具。
在通信领域MATLAB更是优势明显，因为通信领域中很多问题是研究系统性能的，传统的方法只有构建一个实验系统，采用各种方法进行测量，才能得到所需的数据，这样不仅需要话费大量的资金用于实验系统的构建，而且系统构建周期长，系统参数的调整也十分困难。
而MATLAB的出现使得通信系统的仿真能够用计算机模拟实现，免去构建实验系统的不便，而且操作十分简便，只需要输入不同的参数就能得到不同情况下系统的性能，而且在结构的观测和数据的存储方面也比传统的方式有很多优势。
因而MATLAB在通信仿真领域得到越来越多的应用，掌握了MATLAB就好比掌握了开启这个专业领域大门的钥匙。
1.2.2Simulink
Simulink是MATLAB提供的用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包。
Simulink提供了专门用于显示输出信号的模块，可以在仿真的过程中随时观察仿真结果。
同时，通过Simulink的存储模块，仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作空间或文件夹中，以供用户在仿真结束后对数据进行分析和处理。
另外，Simulink把具有特定功能的代码组织成模块的方式，并且这些模块可以组织成具有等级结构的子系统，因此具有内在的模块化设计要求。
基于一下有点，Simulink作为一种通信的仿真建模工具，广泛应用于通信仿真、数字信号处理、模糊逻辑、神经网络、机械控制和虚拟实现等领域中。
作为一款专业仿真软件，Simulink具有一下特点：
1）基于矩阵的数值计算；
2）高级编程语言以及可视化的图形操作界面；
3）包含各领域的仿真工具箱，使用方便快捷并可以扩展；
4）丰富的数据I/O接口；
5）提供与其他高级语言的接口；
6）运行多平台（PC/UNIX）。
根据输出信号与输入信号的关系，Simulink提供3种类型的模块：
连续模块、离散模块和混合模块。
连续模块是指输出信号发生连续变化的模块；
离散模块则是输出信号固定间隔变化的模块。
对于连续模块，Simulink采用积分方式计算输出信号的数值，因此，连续模块主要涉及数值的计算及积分。
离散模块的输出信号在下一个采样到来之前保持恒定，这个时候，Simulink只需要以一定的间隔计算输出信号的数值。
混合模块是根据输入信号的类型来确定信号类型的，它既能产生连续输出信号，也能够产生离散输出信号。
如果一个仿真模型中只包含离散模块，这个时候，Simulink采用固定步长的方式进行仿真（即每隔一定的间隔计算一次输出信号）。
当所有的离散模块都有相同的采样间隔时，Simulink只需要按照这个间隔实施仿真；
否则，Simulink采用多速率方式进行仿真。
多速率仿真模式的一种方案是选取一个最大的可用间隔，使之适用于所有的离散模块。
这个间隔一般是各个离散模块采样间隔的最大公约数。
对于可变步长方式，多速率仿真模型按照各个模块的采样间隔列出系统可能那个的仿真时刻，在仿真时刻到来的时候，只对相应的离散模块实施仿真，从而在一定程度上提高了仿真的效率。
如果仿真模型中包含了连续模块，Simulink将采用连续方式对模块进行仿真。
如果模块中既包括连续模块，又包含离散模块，Simulink采用两种仿真步长进行仿真。
对于其中的离散模块，Simulink可以按照离散模块的方式进行仿真，这个仿真步长称为主步长。
每个步长中，Simulink使用小步长间隔，通过积分运算得到连续状态的当前输出信号。
1.3通信技术的历史
1.3.1通信的概念
通信可定义为信息的传输和交换，或者定义为信息的传送（transfer）。
这种广义的定义，并未限制传输和交换的方式、手段等，而电信（telecommunication）则定义为借助电信号来实现信息的传输和交换。
尽管现在已广泛地利用光信号实现信息的传输（特别是在长途干线上），但从整体而言还是以电传输和交换为主，所以人们仍称目前的通信为电信。
信息是消息中包含的新的、有意义的且可被理解的、不可压缩的东西。
这是信息的严格定义，信息的这些特征是最本质的、缺一不可的。
通信系统所传送的消息不一定都是具有上述特征，因此消息是信息与某种沉余成分之和，或者说消息是信息的载体。
通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。
通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。
当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。
通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿（受信者），它的一般模型如图1所示。
图1:
通信系统一般模型
通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。
数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图2所示。
图2:
数字通信系统模型
模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图3所示。
图3:
模拟通信系统模型
数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。
因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。
近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。
1.3.2通信的发展史简介
远古时代，远距离的传递消息是以书信的形式来完成的，这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。
为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息，人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。
1837年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开始，之后利用电进行通信的研究取得了长足的进步。
1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。
1876年贝尔发明了电话，利用电信号实现了语音信号的有线传递，使信息的传递变的既迅速又准确，这标志着模拟通信的开始，由于它比电报更便于交流使用，所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的电话通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的发展。
1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。
20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现，使得数字通信迅速发展。
在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替，现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。
数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途。
1.4通信技术的发展现状和趋势
进入20世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。
特别是在20世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。
（1）微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。
（2）移动通信和卫星通信的出现，使人们随时随地可通信的愿望可以实现。
（3）光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。
（4）电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和计算机的融合，人们将世界变成了地球村。
（5）微电子技术的发展，使通信终端的体积越来越小，成本越来越低，范围越来越广。
例如，2003年我国的移动电话用户首次超过了固定电话用户。
根据国家信息产业部的统计数据，到2005年底移动电话用户近4亿。
随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。
随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将被不断地开发出来。
到那个时候人们的生活将越来越离不开通信。
2数字频带传输系统
2.1二进制振幅键控（2ASK）
振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。
当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。
设发送的二进制符号序列由0，1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。
该二进制符号序列可表示为
（2-1）
其中:
（2-2）
Ts是二进制基带信号时间间隔，g（t）是持续时间为Ts的矩形脉冲：
（2-3）
则二进制振幅键控信号可表示为
（2-4）
二进制振幅键控信号时间波型如图4所示。
由图4可以看出，2ASK信号的时间波形随二进制基带信号s（t）通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK信号）。
二进制振幅键控信号的产生方法如图5所示，图（a）是采用模拟相乘的方法实现，图（b）是采用数字键控的方法实现。
由图4可以看出，2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。
所以，对2ASK信号也能够采用非相干
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