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通信仿真平台设计学士学位论文.doc
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沈阳理工大学学士学位论文
摘 要
通信系统的设计、实验过程中,通信信号仿真具有灵活性好、经济等诸多优点,为
通信系统研究工作带来了极大的方便。本通信仿真平台的任务是对调幅、双边带、单边
带、调频、调相五种模拟通信信号的调制和解调进行建模和计算,以及对 2ASK,
2FSK,2PSK,2DPSK 四种数字通信信号的调制和解调进行建模和计算。该仿真平台实
现了不同设计参数下各个信号的时域和频域图形的绘制,从而很好的为教学提供了帮助。
通信仿真充分考虑了调制样式和噪声大小以及在调制过程中的各种参数对通信信号性
能的影响,完成了对模拟以及数字信号建模计算,得到了时域波形和频谱,能够直观的
显示各种参数对各种调制样式的通信的影响。
本文做了以下工作:以 MATLAB 为工具,主要应用 MATLAB 中的 GUI(图形用
户接口)程序设计,设计实现了一个通信平台,能模拟九种调制信号的产生,传输以及
解调接收,实现了在平台上进行参数输入和图形输出的交互功能。
关键词:调制;解调;仿真;MATLAB;GUI
沈阳理工大学学士学位论文
I
Abstract
In the design and test of the communication system, communicating signal simulation
possesses many advantages, such as good flexibilities, economy e.g. And it takes great
convenience to the research of communication system. The target of the communication
system flat is modeling and calculating to modulation and demodulation of five kinds of
signals: AM,DSB,SSB,FM,PM.The task of the communication simulation platform for
modeling and calculation of 2ASK, 2FSK, 2PSK, 2DPSK four digital communications signal
modulation and demodulation. The simulation platform realized the drawing of time domain
graphics and frequency domain graphics to the different design parameters of each
signal .Communicating simulation considers the effects of modulation mode, noise level and
modulating parameters to communication, modeling calculation, creation of the four time
periods waveform and spectrum deeply and widely. It’s convenient to display intuitionisticly
the effects of parameters to modulation modes.
This paper made the following job: by using MATLAB, mainly using the tool of the
MATLAB graphical user interface (GUI) program design, designed a communication
platform, which can simulate the eight kinds of modulation signal’s generation, transmission
and demodulation and realized the input of the parameters and the output of the graphics.
Keywords: modulation; demodulation ; simulation; MATLAB; GUI
沈阳理工大学学士学位论文
II
目 录
1 绪 论.....................................................................................................................................1
2 模拟通信系统基础理论.......................................................................................................3
2.1 模拟通信系统概述.....................................................................................................3
2.2 模拟通信系统中的线性调制.....................................................................................4
2.2.1 普通幅度调制(AM) ....................................................................................4
2.2.2 双边带幅度调制(DSB)...............................................................................8
2.2.3 单边带调制(SSB) .....................................................................................10
2.3 模拟通信系统中的非线性调制...............................................................................13
2.3.1 频率调制(FM)...........................................................................................13
2.3.2 相位调制(PM)...........................................................................................16
3 数字通信系统基础理论.....................................................................................................17
3.1 数字通信系统概述...................................................................................................17
3.2 数字通信系统调制解调原理...................................................................................18
3.2.1 二进制幅度键控(2ASK)................................................................................18
3.2.2 二进制频移键控(2FSK).................................................................................21
3.2.3 二进制相移键控(2PSK).................................................................................23
3.2.4 二进制差分相移键控(2DPSK)......................................................................26
4 模拟通信系统仿真平台总体设计.....................................................................................28
4.1 模拟通信系统仿真平台的功能...............................................................................28
4.2 系统总体设计...........................................................................................................28
4.3 总体设计参数...........................................................................................................29
4.4 模拟通信系统仿真实现...........................................................................................30
4.4.1 信号调制解调程序流程图.............................................................................30
4.4.2 普通调幅(AM)信号仿真 ..........................................................................31
4.4.3 双边带调幅(DSB)信号仿真.....................................................................33
4.4.4 单边带调幅(SSB)信号仿真 .....................................................................35
4.4.5 调频(FM)信号仿真...................................................................................37
4.4.6 调相(PM)信号仿真...................................................................................39
4.5 仿真结果分析...........................................................................................................41
沈阳理工大学学士学位论文
III
5 数字通信系统仿真实现.....................................................................................................42
5.1 仿真平台功能...........................................................................................................42
5.2 总体设计方案...........................................................................................................42
5.3 总体设计参数...........................................................................................................43
5.4 仿真实现...................................................................................................................44
5.4.1 信号调制解调程序流程图.............................................................................44
5.4.2 二进制幅度键控(2ASK)信号仿真................................................................44
5.4.3 二进制频移键控(2FSK)信号仿真.................................................................46
5.4.4 二进制相移键控(2PSK)信号仿真.................................................................48
5.4.5 二进制差分相移键控(2DPSK)信号仿真......................................................50
5.5 仿真结果及分析.......................................................................................................51
结 论.........................................................................................................................................52
致 谢.........................................................................................................................................53
参考文献...................................................................................................................................54
附录 A 英文原文...................................................................................................................57
附录 B 汉语翻译...................................................................................................................63
附录 C 部分程序...................................................................................................................67
C.1 AM 程序 ..................................................................................................................67
C.2 DSB 调制函数 .........................................................................................................68
C.3 FM 调制函数 ...........................................................................................................69
C.4 “画图”按钮的回调函数 ..........................................................................................70
C.5 2ASK 程序...............................................................................................................72
C.6 2FSK 程序................................................................................................................76
C.7 2PSK 程序................................................................................................................80
沈阳理工大学学士学位论文
0
1 绪 论
随着技术的发展,现代无线通信系统功能日趋强大;性能指标越来越高;无线通信
系统越来越复杂;其工作的过程描述又很抽象。与此相对应的是,研制费用不断上升,
对各部分及系统的研究变得更加困难。如果无线通信系统的研究全部用实际设备来实现,
人力、物力、财力花费都是巨大的,而且研制周期也会增加,此外有的研究实际的设备
也不一定能有效地实现。
回顾数字通信的发展历程,调制解调技术和个人通信的移动性以及无缝隙覆盖多媒
体综合业务需求将愈来愈突出。频谱延伸至毫米波、亚毫米波的电磁“无线光纤”乃至激
光与粒子通信范畴的无线通信将有愈来愈广阔的活动舞台及光明的发展前景。市场是发
展的驱动力。尽管我国的数字通信和互联网发展十分迅速,但面对我国 13 亿人口,我
国在网络规模和容量方面有很大的发展空间。同时竞争局面的形成,促使运营企业积极
拓展新业务、新应用,向用户提供丰富的选择,以满足用户多方面、多层次的需求。因
此,在数字通信和互联网上的应用开发也有很大的发展潜力。我们要积极促进无线领域
的科技进步、技术创新,为实现科教兴国战略,增强中华民族的综合国力,为全球信息
化及经济全球化环境下的国际社会与全人类的发展而积极贡献力量
[1]
。
通信技术的发展日新月异,通信系统也日趋复杂,现代通信系统要求通信距离远、
通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个
重要方向。从最早的模拟调幅调频技术的日臻完善,到现在数字调制技术的广泛运用,
使得信息的传输更为有效和可靠。二进制数字振幅键控是一种古老的调制方式,也是各
种数字调制的基础。通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视。因此,在通信系统的设
计研发环节中,在进行实际硬件系统试验之前,软件仿真已成为必不可少的一部分。
因此,通信信号模拟仿真以其经济、灵活和逼真等特点逐渐成为通信系统的设计、
分析过程中不可或缺的手段。通信信号模拟仿真是系统模拟仿真技术与通信技术相结合
的产物,它模拟的对象是各种通信信号的调制和解调以及通信的环境,模拟的结果蕴含
通信系统的各种参数和环境噪声对通信信号的影响。所以,通信信号模拟系统具有很高
的实用价值和战略意义
[2]
。
随着通信系统复杂性的增加,传统的手工分析与电路板试验等分析设计方法已经不
能适应发展的需要,通信系统计算机模拟仿真技术日益显示出其巨大的优越性。计算机
仿真是根据被研究的真实系统的模型,利用计算机进行实验研究的一种方法。它具有利
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