对2PSK和QPSK通信信号的干扰仿真本科毕业论文.doc

对2PSK和QPSK通信信号的干扰仿真摘要：在通信信号干扰的设计试验过程中，通信信号干扰的仿真设计具有灵活性好、经济等优点，为对通信信号的干扰研究工作带来了很大的便利。本文以MATLBA为实现工具，*（做了什么），*（结论）。本通信干扰系统主要针对二进制相移键控、正交相移键控这两种通信信号的调制解调进行了干扰仿真和建模。实现了两种信号的时域和频域图形的绘制，以及在各种噪声干扰情况下的误码率分析。根据仿真过程中的数据信息，分析了不同调制样式和不同噪声大小以及调制解调过程中各种参数对通信信号性能的影响。完成两种信号的通信建模计算，得到调制和解调过程中的时域波形和频谱，直观显示出各种参数对通信的影响。主要设计一个通信平台，能模拟这两种通信信号的调制和解调，实现在平台上进行参数的输入和输出等交互功能。关键词：二进制相移键控； 正交相移键控； 调制； 解调； 仿真； MATLAB； 误码率The interference of simulation and implementation of 2PSK and QPSK communication signalsSimulation of the Interference Impact on 2PSK and QPSK SignalsAbstract：In the design and test of the communication signal interference,simulation of communication signal interference have many advantages,such as good flexibilities, economy e.g. and it takes great convenience to the research of communication signal interference.This communication jamming system is mainly with simulation and modelling to mo- dulation and demodulation of two kinds of signals:2PSK,QPSK. It realizes graphics protr- action of time and frequency domain,and BER(Bit Error Rate) analysis in various noise circumstance.According to the simulation process data information,we analyzed the effects of different modulation pattern, noise level and modulating parameters to communication.Complete two signal communication model calculation, to get the time domain waveform and spectrum in modulation and demodulation process.through these,it's convenient to vis- ual display the effects of parameters to modulation modes.Design a communication plat- form,simulating modulation and demodulation of two kinds of signals based on the MATLAB.Key words: 2PSK, QPSK, Modulation, Demodulation, Simulation, MATLAB, BER目 录第1章 绪 论11.1 引言11.2 通信对抗的含义和任务11.3 无线电通信对抗及其发展趋势21.3.1 无线电通信的发展历史21.3.2 无线电通信的发展趋势31.4 本课题任务31.5 设计应用领域31.6 论文章节安排3第2章 2PSK和QPSK的调制解调模型52.1 概述52.2 数字通信系统的模型52.3 数字信号调制解调原理62.3.1 2PSK信号的调制与解调62.3.2 QPSK信号的调制与解调82.4 本章小结11第3章 数字信号的通信干扰原理123.1 通信干扰的基本概念123.2 数字通信干扰特点及一般过程133.2.1 数字信号通信干扰的特点133.2.2 数字信号通信干扰的一般过程133.2.3 影响干扰效果的因素153.3 数字通信干扰的基本原理和干扰样式153.3.1 数字通信干扰的基本原理153.3.2 通信干扰样式163.4 本章小结18第4章 2PSK和QPSK信号的平台仿真194.1 概述194.2 GUI程序设计194.2.1 GUI简介194.2.2 GUI设计原则和步骤194.2.3 设计中所用控件204.3 仿真平台的主要功能214.4 界面显示和用户控制224.5 2PSK和QPSK信号的调制解调264.6 仿真实验304.6.1 2PSK仿真实验304.6.2 QPSK仿真实验334.7 本章小结37第5章 2PSK和QPSK信号的噪声性能分析385.1 概述385.2 对2PSK信号的干扰效果仿真分析385.2.1 对2PSK的单音信号干扰仿真385.2.2 对2PSK的窄带噪声干扰仿真415.3 对QPSK信号的干扰效果仿真分析455.3.1 对QPSK的单音信号干扰仿真455.3.2 对QPSK的窄带噪声干扰仿真465.4 分析2PSK和QPSK在不同干扰样式下的噪声性能475.5 本章小结48结 论49致 谢50参考文献51附录1 外文文献的中文翻译53附录2 外文复印件58附录3 设计中的相关程序60第1章 绪 论1.1 引言军事思想和通信技术的不断发展和变革，使得通信对抗的作用和地位越来越突出。现代战争中，为了保证在恶劣的电子环境中，我方能集中力量获取电磁优势，就需要在保证己方通信系统正常工作的前提下，对敌方无线电通信系统实施电子干扰，降低其通信传输效率，扰乱或破坏敌方的信息传输过程，从而迫使敌方通信系统无法正常工作。通信对抗是最早使用的电子战手段，早期随着无线电电报在军事通信中应用，迄今为止，已伴随人类战争史走过了一个多世纪。回眸百年，从1905年日俄战争首次使用通信侦查开始，到最近二十多年来的历次高技术局部战争中美军大量使用的各种先进的通信对抗装备，通信对抗经历了从无到有，由弱变强，从支援保障手段发展成为主动进攻性武器的历程。在现代信息化战场上，1系统及其运行环境全球信息栅格（GIG）等信息网络体系是建立在通信网络基础上的。而无线电通信，如卫星通信，指挥和协同通信，数据链通信等战场通信网历来都是战争中指挥、控制和信息沟通的主要手段。通信对抗已构成现代战争中信息网络对抗的主要内容，对获取电磁优势取得战争胜利有着举足轻重的作用。1.2 通信对抗的含义和任务无线电通信对抗是为消弱、破坏敌方无线电通信系统的使用效能和保护己方无线电通信系统使用效能正常发挥所采取的措施和行动的总称。因此，通信对抗是敌我双方在军事领域进行的、为作战行动直接服务的电子对抗活动。其实质是敌我双方在通信领域内为争夺电磁频谱的使用权和控制权而展开的争斗。通信对抗包括通信侦查和通信干扰。通信侦查的目的一方面在于获取敌方通信情报，以了解敌方的军事意图和无线电设备的技术水平，为本方的军事决策和制定相应的通信对抗装备提供依据；另一方面在于根据所截获的信号信息分析对方的通信信号工作频率、调制方式、调制参数和对通信设备的定位，了解战场的电子态势，引导干扰机对关键节点实施有效干扰。通信干扰则是人为的使用辐射电磁能量的办法，对对方无线电通信过程进行压制和破坏，消弱或阻断敌方信息网络信息的“神经”和“血管”（如指挥通信、情报通信等）2。通信对抗的基本任务3是：通过陆、海、空等各种电子平台的电子侦察装备，搜索和截获、检测处理、测向定位、分类识别和记录存储敌方的无线电通信信息，获取与之相关的战术、技术特征和参数以及兵力部署和作战意图等军事情报，为我方决策和部署作战行动提供支援；在关键时刻和重点区域运用电子攻击手段，对敌指挥系统、通信和控制系统进行电子干扰，破坏和扰乱其在整个信息网络体系中对信息的获取、传输、交换和利用，消弱其作战指挥、相互协同和武器控制能力，造成其通信中端，指挥混乱，从整体上瓦解敌方的战斗力，确保己方顺利完成作战任务。1.3 无线电通信对抗及其发展趋势1.3.1 无线电通信的发展历史20世纪初，无线电通信接收机被用来作通信以外的目的截获敌方无线电通信信号以获取情报。1905年的日俄战争中，双方均对敌方的舰舰和岸舰间的无线电通信进行侦听。一战初期，发明了对无线电台进行测向和定位的无线电测向技术并用于作战。当时主要对无线电通信进行侦察、测向和定位。二战中，无线电通信干扰开始有组织的被用于作战。1941年9月，英国第8军在利比亚战场的大规模进攻中，利用装在轰炸机上的通信干扰机，对德国隆美尔装甲纵队司令部与坦克群之间的无线电通信进行干扰，一度使德军的装甲纵队产生混乱。1942年12月，英国皇家空军夜袭德国城市曼海姆和柏林的战斗中，对德国引导其夜间歼击机的通信实施干扰，延误和迷惑了德军对夜间歼击机的引导，有效地减少了英军轰炸机的损失。战后，无线电通信干扰在技术装备和军事应用方面都有了进一步的发展。在相当长的一段时间内，一些大国长期十分重视侦察敌方的无线电通信，从中获取军事和技术情报。他们认为从敌方通信信号中获取情报比干扰敌方地方通信更为有利，并且担心在对敌方通信进行干扰时可能会影响己方的无线电通信指挥与协同作战，因而无线电干扰在这一段时间发展缓慢。80年代以后，各国专家认识到：在以合同作战为主要作战形式的现代战争中，指挥控制系统中的通信链路一旦中断或被破坏，将严重影响部队的整体作战能力；由于无线电通信保密技术的改善，想及时有效的获取地方情报已经变得十分困难。因此，无线电干扰的研究和发展也加强了。总之，在最近二十多年来，通信对抗已受到各国青睐，得到了长久进步和快速发展4。1.3.2 无线电通信的发展趋势 与通信系统的发展相适应，通信对抗设备也朝着频谱更宽、搜索速度更快以及多平台、一体化的方向发展。归纳来说，无线电通信对抗的发展趋势是：1） 在跳频、扩频通信领域，发展宽频带、高搜索跟踪速度与超大干扰功率的新一代侦察、测向与干扰设备，发展新体制通信对抗设备；2） 通信对抗设备朝着多平台、一体化的方向发展；3） 多功能、模块化电子设备中的部件朝着小型化、模块化、标准化、系列化方向发展，电子设备的功能也向多元化发展；4） 通信对抗向数字化、软件化方向发展。通信对抗系统作为信息化部队的神经网络，是集侦察、测向、干扰等设备于一体的有机组合，能发挥出单机无法实现的优越对抗功能，其发展受到各国军界的普遍重视。1.4 本课题任务完成对数字通信系统和GUI的理论介绍，建立2PSK和QPSK的调制解调仿真平台模型。仿真产生音频干扰信号、窄带噪声干扰信号。将生成的干扰信号加载到不同的数字调制模型中去，计算其解调后的传输误码率，通过大量的仿真和数据计算，分析两种干扰对2PSK和QPSK信号的传输误码率的影响。利用MATLAB完成设计。1.5 设计应用领域设计主要用于实验室建设，由于现阶段学院实验室在MPSK数字信号干扰方面的软件和硬件平台不够完善，缺少这一部分的软件仿真平台，给正常的教学授课带来不便。因此，本设计主要用于以后教师在MPSK主要针对2PSK和QPSK的信号形成、干扰效果仿真和误码率分析等方面的教学工作的展开。1.6 论文章节安排论文共分为五个章节，以下是各个章节的内容安排：第一章 ：绪论。主要介绍通信对抗的发展历史和发展趋势，介绍了通信对抗的基本任务以及本设计的设计任务和应用领域，并对章节安排做简要概述。第二章 ：2PSK和QPSK的调制解调模型。主要介绍了数字通信系统的模型。针对2PSK和QPSK，分析了其调制解调模型。第三章 ：数字信号的通信干扰原理。主要介绍通信干扰的一般过程和干扰特点以及干扰原理。对设计中用到的单音干扰信号和窄带高斯噪声信号作了理论分析和给出了相应波形。第四章 ：2PSK和QPSK信号的平台仿真。主要利用GUI程序设计，建立2PSK和QPSK的仿真界面，并对2PSK和QPSK进行仿真试验。第五章 ：2PSK和QPSK进行噪声性能分析。主要分析通信过程中在不同噪声情况下的误码率。第2章 2PSK和QPSK的调制解调模型2.1 概述 本章主要分析2PSK和QPSK基本理论和调制解调模型。首先简单介绍了数字通信系统的一般模型，然后讨论2PSK和QPSK的基本调制方式以及调制解调的实现方法，并给出仿真波形。2.2 数字通信系统的模型 19世纪开始发展电通信以来，通信技术发展的很快，特别是20世纪50年代以后发展更为迅速。从最早的语言通信方式到信息时代的高速通信网络的建立。现代通信已经成为支撑现代经济、政治最重要的基础结构之一。传递信息所需的一切技术设备的总和称为通信系统。通信系统的一般模型5如图2-1所示。图2-1 通信系统的一般模型对于数字通信系统来说，发送设备可以分为信道编码与信源编码两部分；接收设备可以分为信道解码和信源解码两部分，如图2-25所示。图2-2 数字通信系统的组成信源编码是把连续消息变换为数字信号；而信道编码则是使数字信号与传输媒介匹配，提高传输的可靠性和有效性。一个典型的数字通信系统可能包含三种基本的信息变换过程，即编码/解码、加密/解谜、调制/解调处理。三种处理可以根据系统要求进行选择。1) 编码/解码变换通信系统中的编码/解码变换按照其目的分为信源编码和信道编码，信源编码的任务是把信源发出的信息转换为二进制信息流，以提高通信系统的传输速率。而信道编码是为了减少传输过程中的错误而采取的编码措施，是为了提高通信系统传输信息的可靠性。2) 加密/解密当需要保密通信时，可以对所传输的信息进行人为“扰乱”，以满足要求。3) 调制/解调调制在通信系统中有两种重要作用，调制的主要作用是将基带信号的频谱搬移到射频上去，使信号变换为适合于信道传输或者实现信道复用的频带信号；其次，它可以提高系统传输的可靠性和有效性。在通信系统中，发送设备通常需要调制过程，而接收设备中需要解调过程，调制和解调两者是互逆的。2.3 数字信号调制解调原理数字基带信号在无线信道中并不能直接进行基带传输将编码后的数字脉冲信号直接送入传输媒介中进行传输。必须用数字信号对载波进行调制，即把数字基带信号的功率谱搬移到载频附近，从而形成数字频带调制信号。如同传输模拟信号时一样，传输数字基带信号时也有三种基本的调制方式：幅度键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。其分别通过控制载波的幅度，频率和相位，从而产生数字调制信号。数字基带信号可以是二进制的，也可以是多进制的，因此，又可以分为二进制数字调制和多进制数字调制。本文主要研究二进制相移键控（2PSK）和四进制相移键控（QPSK）。2.3.1 2PSK信号的调制与解调在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制相移键控（2PSK）信号。在二进制相移键控中，载波的相位随调制信号1或0而变化，通常用相位和来分别表示1或0。二进制相移键控已调信号的时域表达式6为 （2-1）式（2-1）中，与2ASK及2FSK时的不同，在2PSK调制中应选择双极性。即： （2-2）因此，在某个信号间隔内观察2PSK已调信号时，若是幅度为1宽度为的矩形脉冲，则有 （2-3） 式（2-3）中可以看出，当发送二进制符号为1时，此时已调制信号取0相位；当发送二进制符号为0时，此时已调制信号取相位。当数字信号传输速率与载波频率间有确定的倍数关系时，典型的波形如图2-3所示。图2-3 2PSK信号的时域波形和功率谱（双边带）一般情况下二进制相移键控信号的功率谱密度由离散谱和连续谱组成，其结构与二进制幅度键控信号的功率谱密度类似，带宽是基带信号带宽的两倍。当0与1出现概率相等时，不存在离散谱。2PSK信号的调制原理图7如图2-4所示。其中图2-4（a）是采用模拟调制的方式产生2PSK信号，图2-4（b）是采用数字键控的方法产生2PSK信号。设计中主要利用模拟调制的方式形成2PSK通信信号。在产生2PSK信号时应该注意，2PSK是双极性非归零码的双边带调制。 （a） 相乘法 （b）相位选择法图2-4 2PSK调制原理图2PSK信号可以看做是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。因此，它的解调必须采用相干解调。其相干解调器模型如图2-5所示。2PSK信号的相干解调实际上是输入已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程。由于2PSK信号实际上是以一个固定初相的未调载波为参考，因此，解调时如何得到同频同相的同步载波尤为重要。如果同步载波的相位发生变化，如0相位变为相位或相位变为0相位，则恢复的数字信息就会发生“0”变“1”或“1”变“0”，从而造成错误的恢复。这种因为本地参考载波倒相，而在接收端发生错误恢复的现象称为“倒”现象或“反向工作”现象。由于绝对相移容易产生相位模糊。因此，在实际应用中应用较少，但并不影响我们对其理论研究。图2-5 2PSK信号的相干解调模型2.3.2 QPSK信号的调制与解调M进制相位调制的一般表达式为： （2-4）式中，是受信息调制限制的相位参数，它将取可能的M种相位（）之一。在多进制相移键控中，最常用的是四进制的相移键控，也称为正交相移键控，其频带利用率是2PSK的两倍，因为在单个的调制码中有2个比特被发射。载波的相位取值共4个，它们的间隔相等。QPSK利用载波的四种不同相位来表示数字信息。其中每一种载波相位代表两个比特信息，因此每个载波相位都可以用两个二进制码元的组合来表示。例如载波相位取,和四种，它们分别对应于信息10、00、01和11，也可以采用,，和四种相位。两种情况下的QPSK信号的二维星座图如2-6所示。图2-6 QPSK二维星座图 QPSK正交调制器方框图5如图2-7所示：图2-7 QPSK正交调制器它可以看成由两个2PSK调制器构成。输入的串行二进制信息序列经串并变换，分成两路速率减半的序列，再由电平发生器分别产生双极性二电平信号和，它们分别用作同相和正交基带信号，然后对和进行调制，相加后即可得到QPSK信号。图2-8画出了典型波形。（a）两路2PSK信号及合成的QPSK信号（b）QPSK信号频谱 图2-8 QPSK的典型波形由图2-8（a）可见，QPSK信号可以看作两个载波正交2PSK信号合成行成的，因此，它可以采用和2PSK信号类似的方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，解调原理如图2-9所示。同相支路和正交支路分别优胜相干解调方式解调，并行得到和，经过抽样判决和并/串变换，将上下两支路的得到的并行数据恢复成串行数据。假设不考虑噪声和传输中的相位模糊情况下，输入到调制器的QPSK信号可以表示为： （2-5）图2-9 QPSK信号正交解调器其中，。上下两支路，两路相乘器输出分别为： （2-6）经过低通滤波输出分别为： （2-7）抽样判决其的判决准则如表2-17所示。表2-1 相干正交解调的判决准则符号相位的极性的极性判决器输出A判决器输出B可见，判决器是按极性来判决的。即正取样值为1，负取样值为0。两路抽样判决器输出A、B，再经过并/串变换器就可恢复串行数据信息。2.4 本章小结本章主要介绍了数字通信系统模型，讨论分析了2PSK和QPSK的调制解调原理。给出了2PSK和QPSK信号的时域波形和频谱。分析了其时域和频域特征。为后期工作提供理论依据。第3章 数字信号的通信干扰原理3.1 通信干扰的基本概念 通信干扰是以破坏或者扰乱敌方通信系统的信息传输为目的，而采取的电子攻击行动的总称。通信干扰系统通过发射与敌方通信信号相关联的一些特定形式的电磁信号，破坏或者扰乱敌方无线电通信过程，导致敌方信息网络体系中“神经”和“血管”的信息传输能力消弱或者瘫痪。信息时代的今天，由于军事信息在现代战争中的作用越来越大，从而使以破坏和攻击敌方信息传输为目的的通信干扰在现代战争中的地位和作用也日益重要。下面介绍通信干扰技术常见的几个基本概念8：1) 信号和信息数字信号在传输过程中传递的并非信息，而是信号。信号是信息的载体，信息是信号的一种属性，信号内容不确定性的统计量度，信号内容不确定性程度越高，其所含的信息量也就越大。2) 干扰目标通信干扰的对象是敌方的通信接收系统，目的在于消弱和破坏其通信接收系统对信号的感知、截获以及信息的传输和交换能力，但它并不消弱或破坏发送信号的设备。3) 有效干扰目前为止，还没有找到任何一种有效的方法能阻止信号传送的接收方，唯一可行性的办法就是在通信信号到达通信接收机时在其中加入干扰信号，这样在解调过程中所形成的干扰信号以及杂散分量会对敌方采集正确的信息形成干扰。通信干扰的有效性一般表现为：通信压制即干扰完全压制有用信息，使得敌方接收的有用信息几乎为零或者完全接收不到信息；通信破坏即干扰没有完全压制有用信息，但会造成敌方在解调信息时出现大量的误码，通信效能降低；通信阻滞和通信欺骗。3.2 数字通信干扰特点及一般过程3.2.1 数字信号通信干扰的特点对无线数字通信过程的干扰是在无线电通信技术诞生时就已经客观存在了，如天电干扰、工业干扰，但是人为有意的无线电干扰却是在无线数字通信技术成功应用于军事战争之后才研究发展起来的。所以无线数字通信干扰从其诞生之日起就具有十分明显的特点。通信干扰具一般有以下特点1,9：1) 主动进攻性通信干扰的目的不在于传送某种信息，而是为了扰乱和破坏敌方的军事通信过程。通信干扰是以敌方的通信接收系统为直接攻击目标，千方百计地侵入到敌方通信系统内部去。因此，无线电通信干扰是有源的、积极的、永远是主动的进攻的。2) 先进性、灵活性和预见性通信干扰每时每刻都以敌方为对象，因此它必须跟踪敌方通信技术的最新发展，并且要设法超过它，只有这样才能开发出克制敌方的通信干扰设备来。所以无线电通信干扰是一项技术含量非常高的，在无线电通信领域高科技技术顶峰上进行较量的、十分艰巨而困难的工作。作为对抗性武器，通信干扰技术必须具备敌变我变的能力，现代战场情况瞬息万变，为了长期立于不败之地，通信干扰系统的开发和研究必须注重功能的灵活性和发展的预见性。3) 技术和战术综合性信息技术的发展和现代化战争的需要，军事通信已经从过去单独的、分散的、局部的点对点的树形结构，发展成为联合的、一体的、全局的以数字技术为核心的通信指挥系统。因此通信对抗已经不再是局部的、个别的、点对点的行动了，它已是合同作战的一员，是综合电子战系统中不可缺少的组成部分，是实施体系对抗的主力。3.2.2 数字信号通信干扰的一般过程通信干扰系统由通信侦察引导设备、干扰控制和管理设备、干扰信号产生设备、功率放大器、天线等组成。通信干扰系统的组成框图4如图3-1所示。Ø 通信侦察引导设备主要用于侦察截获目标信号，分析其信号参数，为干扰产生设备提供被干扰对象的信号参数、干扰样式和干扰参数，还可以进行方位引导和干扰功率管理支持。它的另外一个作用是对被干扰的目标信号进行监视，检测其信号参数和工作状态的变化，即时调整干扰策略和参数。图3-1 通信干扰系统组成框图Ø 干扰控制和管理设备该设备是侦察引导和干扰产生之间的纽带。它管理和控制整个干扰系统的工作，并且根据侦察引导设备提供的被干扰目标的参数，进行分析形成干扰决策，对干扰资源进行优化和配置，选择最佳干扰样式、控制干扰功率和方向，以最大限度地发挥干扰机的性能。Ø 干扰信号产生设备该设备主要根据干扰引导参数产生干扰激励信号，形成有效的干扰样式。Ø 功率放大器该设备是干扰系统中的大功率设备，其作用是把小功率的干扰激励信号放大到足够大的电平。Ø 发射天线发射天线是干扰设备的能量转换器，它把功率放大器输出的电信号转换为电磁波能量，并且向指定空域辐射。由上所述可以知道，无线电数字通信干扰的一般过程如下：1) 侦察接收敌方无线电数字通信信号，分析其技术参数，测定要干扰的目标方向和位置，从而确定合适的干扰样式和参数。2) 由干扰管理和控制设备根据引导设备提供的引导参数，形成干扰决策，按照既定的干扰样式启动干扰。3) 实施一段时间干扰后，暂时停止干扰，对被干扰信号进行检测，判断其状态。在干扰过程中不断检验干扰效果，使干扰参数保持在干扰效果最佳的参数上。3.2.3 影响干扰效果的因素在干扰过程中，敌方一定会采取一些技术或战术上的抗干扰措施，我方则应根据“敌变我变”的原则，采取相应的措施和对策。因此，通信干扰的过程是一个尖锐复杂的斗争过程。而影响干扰效过的因素总结起来有以下几点10：Ø 干扰发射机的功率及天线的增益、效率和方向性对干扰效果的影响至关重要。Ø 干扰频率与目标信号频率的重合度对干扰效果的影响也是非常重要的。Ø 发射的干扰信号的样式以及参数的影响主要表现在干扰的效率上。Ø 敌方接收机的形式以及技术性能对干扰效果的影响也很大。3.3 数字通信干扰的基本原理和干扰样式3.3.1 数字通信干扰的基本原理因本设计主要针对数字通信中的2PSK和QPSK信号的干扰仿真研究，因此在论述通信干扰的基本原理时，只对通信干扰作用于数字通信系统作分析，而略去了通信干扰对模拟通信系统的原理论述。1) 数字通信的基本形式及弱点4,11数字通信系统是一种断续信息传输系统，是传输二进制比特信号的数据传输系统。如图3-2所示。而数字通信系统传输的数据信息实际上是一个编码的脉冲序列，在这个序列中，通常包含前、后保护间隔（保护段）及同步段和信息段。 任何一个与信号功率相近的干扰脉冲进入数字接收系统都可以搅乱原来的编码体系，从而有效地增加误码率。图3-2 对数字通信系统的脉冲干扰2) 干扰数字通信的可行途径干扰数字通信的可行途径一般有两种：其一是扰乱其接收的信息，使传输误码率增加到不能容忍的程度。其二是破坏数字通信系统中接收设备与发信设备之间的同步。传输误码率的增加意味着正确传输的信息量减少和通信线路的效能降低，当误码率达到某一值时，我们就认为通信已被破坏，干扰有效。破坏同步则会使数字通信中断，虽然多数系统在丢失同步后，可以在短时间内恢复，但有效干扰造成的持续或反复失步仍可使数字通信系统瘫痪。3.3.2 通信干扰样式1、 单音干扰信号12单音干扰就是干扰信号只发射一个正弦波，因此，它是一个单频连续波。单音干扰又叫做点频干扰。单音干扰时域表达式为： （3-1）式中，是干扰角频率，通常它与被干扰信号的载波角频率相同。单音信号的功率谱是在干扰频率处的单根谱线。其时域波形和频谱如图3-3所示。图3-3 单音干扰的时域波形和频谱2、 窄带高斯噪声信号13窄带高斯噪声是指高斯白噪声通过以为中心的窄带系统时所形成的噪声形式。随机包络和随机相位都是相对于缓慢变化的余弦波，若用表示窄带高斯噪声，则 （3-2）将式（3-2）展开，则有 （3-3）其中 （3-4）式（3-3）表明，窄带高斯噪声可以用两个正交载波分量组合来表示。其中是同相分量，是正交分量。其时域和频域波形如图3-4所示。窄带高斯噪声的特点是频谱局限在附近很窄的频率范围内，其包络和相位都在作缓慢随机变化。（a）窄带高斯噪声的频谱 （b）窄带高斯噪声时域波形图3-4 窄带高斯噪声的频谱及波形图3-5 窄带高斯噪声的产生模型和都是低通型的噪声，窄带高斯噪声的产生模型如图3-5所示。由模型（3-5）可知，当噪声信号和正交载波分量相乘后可得到： （3-5） 经过低通滤波器后得到正交分量，同理也可以得到同相分量。将同相分量和正向分量相加后就可以得到窄带高斯噪声。3.4 本章小结本章前面主要介绍了通信干扰的一些基本概念，就通信干扰的特点、通信干扰的一般过程和影响干扰效果的因素等方面做了简要说明。介绍了数字信号的干扰原理以及设计中所用的单音信号和窄带高斯信号的形成原理和方法，为后面的设计提供理论依据。第4章 2PSK和QPSK信号的平台仿真4.1 概述现代无线电技术尤其在数字通信方面的快速发展，使得数字通信系统的研究经费越来越高，对通信系统各部分的研究也变得更加困难。如果对通信系统的研究全部用实际设备来完成的话，所带来的人力、物力、财力的花费都是巨大的且研究周期增加，不利于科学研究的进行。模拟仿真所具有的经济、灵活等特点使得其逐渐成为通信系统设计、分析过程中不可或缺的重要手段。本章利用MATLAB仿真软件，进行2PSK和QPSK的仿真平台设计14，并对这两种数字信号进行仿真试验。4.2 GUI程序设计4.2.1 GUI简介GUI（Graphical User Interfaces ）即程序的图形化界面，由各种图形对象组成。在这种用户界面下，用户的命令和对程序的控制是通过“选择”各种图形对象来实现。其编辑方法一般有两种：一种是直接用程序编写；另外一种利用图形界面设计工具设计出图形界面。其难点在于图形界面的编写和部分函数的回调，但可以方便用户对程序设计的关键步骤进行理解。创建MATLAB 图形用户界面必须具由以下三个基本元素15：组件、图象窗口以及事件发生时的回应。4.2.2 GUI设计原则和步骤所谓GUI程序设计，简单地说就是使应用程序具有图形用户界面，以方便用操作。GUI设计原则和一般步骤为16：简单的说，一个好的界面应遵循以下3个原则：简单性即设计的界面力求简化，去除不必要的功能，能直观显示出程序所具有的功能；一致性即设计的界面风格应与之前设计的保持一致；习常性即新界面设计时采用人们熟悉的标志和符号，便于用户操作。其一般制作步骤为17：a. 分析界面所要求实现的主要功能，明确设计任务；b. 在稿纸上绘出界面草图，并站在使用者的角度来审查草图；c. 按构思的草图，上机编写或制作界面，并检查之；d. 编写界面动态功能的程序，对功能进行逐项检查。4.2.3 设计中所用控件本文主要通过程序设计，来实现两种数字信号的GUI仿真平台搭建，以下主要介绍设计中所用的用户控件。用户控件18,19主要用了单功能按键（pushbutton）、无线电选择按钮（radiobutton）、双位按键（togglebutton）、可编辑文本框（edit text）、静态文本框（static text）。单功能按键：属性值为pushbutton，其作用为上带文字标示的矩形；“按”“放”操作时会引起凹凸变化。单功能选择时用。其典型的调用格式为：hpush=uicontrol(gcf,'style','push',.'unit','normalized','position', , , ,'string',' '); %按键的位置，大小和名称set(hpush,'callback','回调的语句')； %按键引起的回调无线电选择按钮：属性值为radiobutton，带文字标示的小圆圈；“开”“关”状态用圈内黑白点表示。多项“互斥”功能选择时用。其典型的调用格式为：hr=uicontrol(gcf,'style','radio',. 'string',' （文字标识） ',. %按键的名称 'position', , , , ); %按键的位置和大小set(hr,'value',get(hr,'Max'); %方括号中是回调的语句 set(hr,'callback',. 'set(hr1,''value'',get(hr,''max''),',. . ');双位按键：属性值为togglebutton，上带文字标示的矩形；“开”“关”状态用凹凸表示。两状态切换选择用。其调用格式为：ht=uicontrol(gcf,'style','toggle',. %制作双位按键 'string',' ',. %按键的名称 'position