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2DPSK调制解调系统的仿真设计.rar

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    DPSK 调制 解调 系统 仿真 设计
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    科技学院 2011 届本科毕业论文2DPSK 调制解调系统的仿真设计专 业: 通信工程 指导教师: 刘 洪 学生姓名: 简 璟 学生学号: 072004111476 中国﹒贵州﹒ 贵阳2011 年 5 月贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 I 页目 录摘要 ....................................................................IIIAbstract ..................................................................IV第一章 绪 论 .............................................................1第二章 基于 MATLAB 的系统仿真(SIMULINK) ...............................22.1 MATLAB 概述 .......................................................22.2 Simulink 概述 ........................................................22.2.1 Simulink 介绍 ....................................................22.2.2 Simulink 工作环境及过程 ..........................................32.3 S-函数 ..............................................................32.4 建立子系统 ..........................................................42.5 封装子系统 ..........................................................52.6 Simulink 设计仿真模型 ................................................6第三章 二进制数字系统概述 ................................................83.1 通信原理概述 ........................................................83.2 调制解调原理 ........................................................93.2.1 调制原理 ........................................................93.2.2 解调原理 .......................................................123.3 正弦载波数字调制系统 ...............................................143.3.1 二进制振幅键控(2ASK) ..........................................143.3.2 二进制移频键控(2FSK) ...........................................163.3.3 二进制移相键控(2PSK) ...........................................193.3.4 二进制数字调制系统的性能比较 ...................................203.4 二进制差分相位键控 2DPSK ..........................................22第四章 2DPSK 调制解调系统仿真设计方案 ..................................26贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 II 页4.1 2DPSK 调制解调系统概述 ............................................264.2 2DPSK 调制解调系统仿真设计方案 ....................................274.2.1 设计仿真模型 ...................................................274.2.2 仿真参数设置 ...................................................284.3 运行仿真 ...........................................................36总 结 ....................................................................38参 考 文 献 ..............................................................39致 谢 ....................................................................40贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 III 页2DPSK 调制解调系统的仿真设计摘要Simulink 是 MATLAB 中的一种可视化仿真工具, 是一种基于 MATLAB 的设计环境,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于数字信号处理的复杂仿真和设计。利用Simulink 仿真工具,设计二进制差分编码移相键控( 2DPSK)调制解调系统。数字通信系统中 2DPSK 是一种重要的的数字调制方式,其抗噪声性能、频带利用率和功率利用率均优于 2ASK 和 2FSK,主要用于高速数据传输。本设计采用相干解调的方式,在无噪声的环境情形下设计的。 2DPSK 方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。基带信号进行差分编码,将绝对码变换为相对码,再进行绝对调相,从而产生 2DPSK 信号。对信号进行相干解调,与相干载波进行比较,然后经过低通滤波器滤出基带信号,将其送入抽样判决器中进行抽样比较、判决,得到相对码信号,差分解码把相对码转换成绝对码,从而完成仿真设计。关键词:差分移相编码;调制;解调;仿真贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 IV 页Simulative Design of Modem System on 2DPSKAbstractSimulink is one of the MATLAB simulation tools, is a visual based on MATLAB design environment, it provides a dynamic system modeling, simulation and comprehensive analysis of integrated environment. Is to realize dynamic system modeling, simulation and analysis of a software package that is widely used in digital signal processing complex simulation and design. Simulink tool designed for binary difference coding phase shifting keying (2DPSK) demodulation system. Digital communication system 2DPSK is a kind of important digital modulation mode, its anti-noise performance, band utilization efficiency and power efficiency are better than 2ASK and 2FSK, mainly used for high speed data transmission. This design USES the coherent demodulation way, in without noise environment case design. 2DPSK method, namely is using the before and after adjacent code yuan relative phase values to say a way of digital information. Baseband signal difference coding, will absolutely code transformation for relative yards, then absolutely phase-modulation, resulting in 2DPSK signal. The signal is coherent demodulation, and coherent carrier to compare, and then after a low-pass filter out baseband signal sampling, will it into judgment implement in sampling comparison, judgment, get relatively yards signal decoding relative yards, difference, thus converting the absolute yards complete simulation design.Keywords: Differential Phase Shift Keying (DPSK),Modem,Demodulation,Simulation 贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 1 页第一章 绪 论在现在通信工程领域中,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,在进行实际硬件系统实验之前,系统仿真已成为必不可少的部分。系统仿真技术一直是进行新型通信系统设计、通信协议研发、通信信号处理、通信体制的性能研究、算法分析和改进的重要手段。传统的仿真技术基于C 语言、汇编语言等计算机专业编程技术,编程的工作量大,仿真程序的可读性、可视性、可靠性都很难适应大型复杂系统仿真的需要。运用 MATLAB 的 Simulink 建模和仿真软件就是为了适应这一需求而产生的优秀仿真平台,被广泛应用于现代数字通信信号处理的建模和仿真中,并已成为通信业内工作者共同的学术交流工具以及仿真界事实上的工业标准。现在,在我国教育科研部门,MATLAB 的地位和重要作用愈来愈高,也逐渐达成共识,尤其是在硬件设备有限、科研经费不足的情况下,MATLAB的仿真必将广泛应用,并大大提升我国科研事业的基础研究水平。在通信系统中,原始信号由于所占的有效频带是频率较低的的频谱分量,所以这信号在信道中进行传播时,往往是经济性、可靠性和有效性大打折扣,严重影响信息传输。随着社会、现代科学科学技术和现代经济的发展,人类进入了信息时代,通信的容量飞速增长,如何有效的利用现有信道资源成为了通信技术发展的重点。在现在的通信系统中,数字通信也成为了当前通信技术的主流,而且数字通信具有抗干扰能力强、可消除噪声积累、数字处理灵活等优点,可以提高通信的可靠性和有效性。因此对原始信号进行数字调制和解调也成为了一种重要的技术,二进制差分编码移相键控(2DPSK)作为其中一种宽带和功率相对高效率的信道调制技术,更是得到了更多的应用。利用 MATLAB 集成环境下的 Simulink 仿真平台进行 2DPSK 的调制解调的仿真就具有了重要的现实意义,并能高效、直观和便捷的设计仿真 2DPSK 技术。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 2 页第二章 基于 MATLAB 的系统仿真(Simulink)2.1 MATLAB 概述MATLAB 是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,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,经过多年的逐步发展与不断的完善,现已成为国际公认的优秀的科学技术与数学应用软件之一。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。附加的工具箱扩展了 MATLAB 环境,以解决这些应用领域内特定类型的问题。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的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB 的特点 [1]:(1)语言简洁,编程效率高;(2)交互性好,使用方便;(3)强大的绘图能力,便于数据可视;(4)学科众多、领域广泛的工具箱;(5)开放性好,易于扩充;(6)与 C 语言和 Fortran 语言有良好的接口 ;(7)高质量、强大的数值计算能力。2.2 Simulink 概述2.2.1 Simulink 介绍Simulink 是 MATLAB 的工具箱之一,提供交互式动态系统建模、仿真和分析的图形环境。它可以针对控制系统、信号处理及通信系统等进行系统的建模、仿真、分析等工作。它可以处理的系统包括:线性、非线性系统;离散、连续及混合系统;单贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 3 页任务、多任务离散事件系统。利用 Simulink 进行系统的建模仿真,最大的优点就是易学、易用,同时可以利用 MATLAB 提供的丰富的仿真资源 [1]。Simulink 提供了一种函数规则——S 函数。S 函数可以是一个 C 语言程序、其它高级语言程序或者 M 文件。Simulink 模块可以通过一定的语法规则来调用 S 函数,这样S 函数的引入使得 Simulink 处理能力更加强大和充实。另外 Simulink 的开放性和易扩充性,使用户可以随意编写和修改自己所需要的专业工具。2.2.2 Simulink 工作环境及过程Simulink 的工作环境是由库浏览器(Simulink Library Browser)与模型窗口组成的,库浏览器为用户提供了进行 Simulink 建模与仿真的标准模块库与专业工具箱,而模型窗口是用户创建模型的主要场所。在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。当采用 Simulink 进行建模时,从Simulink 模型库中提供的模块出发,通过组合各种模块来完成模块设计。 创建系统模型及利用所创建的系统模型对其进行仿真是 Simulink 仿真的两个最基本的步骤 [1]:(1)创建系统模型创建系统模型是用 Simulink 进行动态系统仿真的第一个环节,它是进行系统仿真的前提。模块是创建 Simulink 模型的基本单元,通过适当的模块操作及信号线操作就能完成系统模型的创建。为了达到理想的仿真效果,在建模后仿真前必须对各个仿真参数进行配置。(2)利用模型对系统仿真在完成了系统模型的创建及合理的设置仿真参数后,就可以进行第二个步骤——利用模型对系统仿真。运行仿真的方法包括使用窗口菜单和命令运行两种;对仿真结果的分析是进行系统建模与仿真的重要环节,因为仿真的主要目的就是通过创建系统模型以得到某种运算结果。2.3 S-函数S-函数是一种描述 Simulink 模块的计算机语言,是系统函数(System Function)的简称,S- 函数通过一种特殊的调用规则,使得用户可以与 Simulink 解算器进行交互 [2]。用户可以采用 MATLAB 代码,C,C++,FORTRAM 或 Ada 等语言编写 S-函数。M 文贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 4 页件虽然能够用来写 MATLAB 函数代码,但是它不具备与 Simulink 的接口,因此难以与 Simulink 其他模块一起使用。S-函数则提供了函数代码与 Simulink 之间的接口,使得用户编写的代码能够像 Simulink 模型库中的模块那样具有统一的仿真接口,同时能够实现各种灵活的计算功能。在初始化阶段,Simulink 把各个模块写入内存,检查模块的长度和数据类型,设置仿真时间间隔和仿真模块的执行顺序。在仿真循环阶段,Simulink 按照初始化阶段制定的顺序依次执行各个模块,计算当前时刻的离散状态和输出信号,计算各个连续状态的数值以及由此产生的输出。这个过程一直到仿真过程结束,然后 Simulink 进入仿真结束阶段,清理还原各种已经分配的资源,同时保存仿真过程中产生的数据。对应于仿真流程中的每一个步骤,由 S-函数调用预先设定的函数来实现相应的功能。2.4 建立子系统随着模型越来越大、越来越复杂,人们很难轻易的读懂它们。在这种情况下,子系统通过把大的模型分割成几个小的模型系统以使得整个系统模型更简捷、可读性更高,而且这种操作并不复杂。建立子系统有以下几个优点:(1)可以减少明显的模型窗口的模块数,这样用户的模型窗口就会很整齐,而且条理清晰、层次分明,也方便用户连线;(2)可以将功能相关的模块放在一起,用户可以用建立子系统创建自己的模块库;(3)可以生成层次化的模型图表,即子系统在一层,组成子系统的模块在另一层。这样用户在设计模型时,用户可以采用自上而下或自下而上的的设计方法。用户可以通过以下两种方法建立子系统 [2]:1.组合已有的模块建立子系统如果用户创建完了一些模块,又想把这些模块组合成子系统,其操作步骤如下所示。(1)用方框同时选中待组合的模块或者按住【Shift】键逐个选中。(2)选择【Edit】菜单或单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中执行【Create 贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 5 页Subsystem】 命令,子系统就创建成功了。2.用空白的 Subsystem 的模块建立子系统如果需要在模型中新建立一个子系统,模型本身不包含组成子系统的模块,可以按下列步骤进行:(1)在“Simulik Library Brower”中打开 Simulik 库,从其中的 Ports&Subsystems库中选取合适的 Subsystems,并拖至模型窗口中。(2)双击 Subsystems 模块,打开 Subsystems 窗口。(3)把要组合的模块拖到 Subsystems 窗口中,然后在该窗口中加入 Inport 模块表示从子系统外部到内部的输入,加入 Outport 模块表示从子系统内部到外部的输出,并把这些模块按顺序连接起来,子系统就建立成功了。2.5 封装子系统封装技术是将 Simulink 子系统 “包装”成一个模块,并可以如同使用 Simulink 内部模块一样使用的一种技术。封装技术是 Simulink 的一大特色,可以帮助用户为子系统制定对话框和图标,使模型层次清晰,调试方便,运行可靠 [3]。总体来说,采用封装子系统的方法有以下几点好处 [2]:(1)可以将子系统内众多的模块参数对话框集成为一个单独的对话框。用户可以在该对话框内输入相同子系统中不同模块的参数值。(2)可以将个别模块的描述或者帮助集成在一起,这样能有效地帮助用户了解该 定制的模块(子系统) 。(3)可以制作该子系统的 Icon 图标,来表示改模块的用途。(4)使用定制的参数对话框,可以避免由于不小心修改了不可以改变的参数。子系统封装的步骤:1.图标页 Icon 编辑器的图标页它是用来给封装模块设计自定义图标的。2.初始化页 Initialization初始化页是用来设置封装模块参数项的。此页也包括三个区域。
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