畢業(yè)設計（論文）基于matlab的通信系統(tǒng)的仿真與實現(xiàn)

1、摘 要數(shù)字調(diào)制是通信系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，數(shù)字調(diào)制技術(shù)的改進也是通信系統(tǒng)性能提高的重要途徑之一。本文對simulink的簡單介紹和通信技術(shù)的目前發(fā)展和未來展望，重點分析了數(shù)字調(diào)制的幾種基本調(diào)制方式，然后運用matlab及附帶的圖形仿真工具simulink設計了2ask和2psk調(diào)制解調(diào)的仿真模型。通過仿真，觀察了解調(diào)制解調(diào)過程中個環(huán)節(jié)時域和頻域的波形，并結(jié)合這兩種調(diào)制方法的調(diào)制原理，跟蹤分析了各個環(huán)節(jié)對調(diào)制性能的影響及仿真模型的可靠性。最后，在仿真的基礎上分析比較2ask和2fsk的誤碼率，綜合衡量各系統(tǒng)的性能指標，通過比較仿真結(jié)果及理論計算，證明fsk系統(tǒng)的誤碼率小于ask系統(tǒng)。關鍵詞：

2、數(shù)字調(diào)制；仿真；調(diào)制解調(diào)；matlab/simulink；2ask;2fskabstractdigital modulation is one of the most important part of modern communication systems. the improvement of communication system performance depends on progress of the digital modulation techniques. in this paper, several methods of digital modulations are

3、introduced firstly. then their simulation models are built by using matlabs simulation tool, simulink. through observing the results of simulation, the factors that affect the capability of the digital modulation system and the reliability of the simulation models are analyzed. and then, the capabil

4、ity of two digital modulation simulation models, 2ask, 2fsk, have been compared, as well as comparing the results of simulation and theory. at last, the conclusion is gotten: the simulation models are reasonable.keywords: digital modulation; simulation; modem; matlab/simulink; 2ask; 2fsk;目 錄摘 要1abst

5、ract2第一章 緒論41.1引言41.2 數(shù)字調(diào)制及其意義51.3 matlab/simulink的簡介61.4 通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢7第二章 數(shù)字調(diào)制解調(diào)的基本原理92.1 2ask的基本原理及其調(diào)制解調(diào)92.2 2fsk的基本原理及其調(diào)制解調(diào)112.3 2ask、2fsk信號的功率譜密度分析122.3.1 2ask 信號的功率譜密度122.3.2 2fsk信號的功率譜密度132.4 2psk的基本原理及其調(diào)制解調(diào)152.4 2dpsk的基本原理162.5 多進制數(shù)字調(diào)制簡介16第三章 數(shù)字調(diào)制的仿真及結(jié)果分析183.1 2ask的調(diào)制與解調(diào)仿真183.1.1 2ask的調(diào)制仿真183.

6、1.2 2ask的解調(diào)仿真213.2 2fsk的調(diào)制與解調(diào)仿真233.2.1 2fsk的調(diào)制仿真233.2.2 2fsk的解調(diào)仿真273.3 2ask、2fsk性能分析31總 結(jié)32參考文獻33附 錄 a 外文原文34附錄b 外文譯文37致 謝39第一章 緒論1.1引言通信就是克服距離上的障礙，從一地向另一地傳遞和交換消息。消息是信息源所產(chǎn)生的，是信息的物理表現(xiàn)，例如，語音、文字、數(shù)據(jù)、圖形和圖像等都是消息(message)。消息有模擬消息（如語音、圖像等）以及數(shù)字消息（如數(shù)據(jù)、文字等）之分。所有消息必須在轉(zhuǎn)換成電信號（通常簡稱為信號）后才能在通信系統(tǒng)中傳輸。所以，信號（signal）是傳輸消

7、息的手段，信號是消息的物質(zhì)載體。相應的信號可分為模擬信號和數(shù)字信號，模擬信號的自變量可以是連續(xù)的或離散的，但幅度是連續(xù)的，如電話機、電視攝像機輸出的信號就是模擬信號。數(shù)字信號的自變量可以是連續(xù)的或離散的，但幅度是離散的，如電船傳機、計算機等各種數(shù)字終端設備輸出的信號就是數(shù)字信號。通信的目的是傳遞消息，但對受信者有用的是消息中包含的有效內(nèi)容，也即信息(information) 。消息是具體的、表面的，而信息是抽象的、本質(zhì)的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量來度量。通信技術(shù)，特別是數(shù)字通信技術(shù)近年來發(fā)展非常迅速，它的應用越來越廣泛。通信從本質(zhì)上來講就是實現(xiàn)信息傳遞功能的一門科學技術(shù)，它要將大量

8、有用的信息無失真，高效率地進行傳輸，同時還要在傳輸過程中將無用信息和有害信息抑制掉。當今的通信不僅要有效地傳遞信息，而且還有儲存、處理、采集及顯示等功能，通信已成為信息科學技術(shù)的一個重要組成部分。通信系統(tǒng)就是傳遞信息所需要的一切技術(shù)設備和傳輸媒質(zhì)的總和，包括信息源、發(fā)送設備、信道、接收設備和信宿(受信者) ，它的一般模型如圖1-1所示。圖1-1通信系統(tǒng)一般模型通信系統(tǒng)可分為數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖1-2所示， 圖1-2 數(shù)字通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖1-3所示。圖1-3 模擬通信系統(tǒng)模型數(shù)

9、字通信系統(tǒng)較模擬通信系統(tǒng)而言，具有抗干擾能力強、便于加密、易于實現(xiàn)集成化、便于與計算機連接等優(yōu)點。因而，數(shù)字通信更能適應對通信技術(shù)的越來越高的要求。近二十年來，數(shù)字通信發(fā)展十分迅速，在整個通信領域中所占比重日益增長，在大多數(shù)通信系統(tǒng)中已代替模擬通信，成為當代通信系統(tǒng)的主流。1.2 數(shù)字調(diào)制及其意義現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，數(shù)字調(diào)制技術(shù)應用越來越廣泛，現(xiàn)有的通信系統(tǒng)都在由模擬方式向數(shù)字方式過渡。數(shù)字通信技術(shù)采用數(shù)字技術(shù)進行加密和差錯控制，便于集成，因此數(shù)字通信具有模擬通信不可比擬的優(yōu)勢。數(shù)字調(diào)制一般指調(diào)制信號是離散的，而載波是連續(xù)波的調(diào)制方式。它有四種基本形式：振幅鍵控、頻移鍵控、相移鍵控和差分移相鍵控。

10、振幅鍵控 (ask)：用數(shù)字調(diào)制信號控制載波的通斷。如在二進制中,發(fā)0時不發(fā)送載波,發(fā)1時發(fā)送載波。有時也把代表多個符號的多電平振幅調(diào)制稱為振幅鍵控。振幅鍵控實現(xiàn)簡單，但抗干擾能力差。 移頻鍵控 (fsk)：用數(shù)字調(diào)制信號的正負控制載波的頻率。當數(shù)字信號的振幅為正時載波頻率為f1，當數(shù)字信號的振幅為負時載波頻率為 f2。有時也把代表兩個以上符號的多進制頻率調(diào)制稱為移頻鍵控。移頻鍵控能區(qū)分通路，但抗干擾能力不如移相鍵控和差分移相鍵控。 移相鍵控(psk)：用數(shù)字調(diào)制信號的正負控制載波的相位。當數(shù)字信號的振幅為正時，載波起始相位取0；當數(shù)字信號的振幅為負時,載波起始相位取180。有時也把代表兩個以

11、上符號的多相制相位調(diào)制稱為移相鍵控。移相鍵控抗干擾能力強，但在解調(diào)時需要有一個正確的參考相位，即需要相干解調(diào)。差分移相鍵控(dpsk)：利用調(diào)制信號前后碼元之間載波相對相位的變化來傳遞信息。1.3 matlab/simulink的簡介 美國mathworks公司于1967年推出了矩陣實驗室“matrix laboratory”（縮寫為matlab）這就是matlab最早的雛形。開發(fā)的最早的目的是幫助學校的老師和學生更好的授課和學習。從matlab誕生開始，由于其高度的集成性及應用的方便性，在高校中受到了極大的歡迎。由于它使用方便，能非?？斓膶崿F(xiàn)科研人員的設想，極大的節(jié)約了科研人員的時間，受到了

12、大多數(shù)科研人員的支持，經(jīng)過一代代人的努力，目前已發(fā)展到了7.x版本。 matlab是一種解釋性執(zhí)行語言，具有強大的計算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡單，擴充便，尤其是世界上有成千上萬的不同領域的科研工作者不停的在自己的科研過程中擴充matlab的功能，使其成為了巨大的知識寶庫?？梢院敛豢鋸埖恼f，哪怕是你真正理解了一個工具箱，那么就是理解了一門非常重要的科學知識?？蒲泄ぷ髡咄ǔ？梢酝ㄟ^matlab來學習某個領域的科學知識，這就是matlab真正在全世界推廣開來的原因。目前的matlab版本已經(jīng)可以方便的設計漂亮的界面，它可以像vb等語言一樣設計漂亮的用戶接口，同時因為有最豐富的函數(shù)庫（工具箱）

13、，所以計算的功能實現(xiàn)也很簡單，進一步受到了科研工作者的歡迎。另外，,matlab和其他高級語言也具有良好的接口，可以方便的實現(xiàn)與其他語言的混合編程，進一步拓寬了matlab的應用潛力?？梢哉f，matlab已經(jīng)也很有必要成為大學生的必修課之一，掌握這門工具對學習各門學科有非常重要的推進作用。隨著通信系統(tǒng)復雜性的增加,傳統(tǒng)的手工分析與電路板試驗等分析設計方法已經(jīng)不能適應發(fā)展的需要,通信系統(tǒng)計算機模擬仿真技術(shù)日益顯示出其巨大的優(yōu)越性.。計算機仿真是根據(jù)被研究的真實系統(tǒng)的模型,利用計算機進行實驗研究的一種方法.它具有利用模型進行仿真的一系列優(yōu)點,如費用低,易于進行真實系統(tǒng)難于實現(xiàn)的各種試驗,以及易于實

14、現(xiàn)完全相同條件下的重復試驗等。matlab仿真軟件就是分析通信系統(tǒng)常用的工具之一。matlab是一種交互式的、以矩陣為基礎的軟件開發(fā)環(huán)境,它用于科學和工程的計算與可視化。matlab的編程功能簡單,并且很容易擴展和創(chuàng)造新的命令與函數(shù)。應用matlab可方便地解決復雜數(shù)值計算問題。matlab具有強大的simulink動態(tài)仿真環(huán)境,可以實現(xiàn)可視化建模和多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。simulink支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng),也支持多種采樣速率的多速率系統(tǒng);simulink為用戶提供了用方框圖進行建模的圖形接口,它與傳統(tǒng)的仿真軟件包用差分方程和微分方程建模相比,更直觀、方便和靈活

15、。用戶可以在matlab和simulink兩種環(huán)境下對自己的模型進行仿真、分析和修改。用于實現(xiàn)通信仿真的通信工具包(communication toolbox,也叫commlib,通信工具箱)是matlab語言中的一個科學性工具包,提供通信領域中計算、研究模擬發(fā)展、系統(tǒng)設計和分析的功能,可以在matlab環(huán)境下獨立使用,也可以配合simulink使用。另外，matlab的圖形界面功能gui（graphical user interface）能為仿真系統(tǒng)生成一個人機交互界面，便于仿真系統(tǒng)的操作。因此，matlab在通信系統(tǒng)仿真中得到了廣泛應用，本文也選用該工具對數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)進行仿真。1.4 通信

16、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進入20世紀以來，隨著晶體管、集成電路的出現(xiàn)與普及、無線通信迅速發(fā)展。特別是在20世紀后半葉，隨著人造地球衛(wèi)星的發(fā)射，大規(guī)模集成電路、電子計算機和光導纖維等現(xiàn)代技術(shù)成果的問世，通信技術(shù)在以下幾個不同方向都取得了巨大的成功。1. 微波中繼通信使長距離、大容量的通信成為了現(xiàn)實。2. 移動通信和衛(wèi)星通信的出現(xiàn)，使人們隨時隨地可通信的愿望可以實現(xiàn)。3. 光導纖維的出現(xiàn)更是將通信容量提高到了以前無法想象的地步。4. 電子計算機的出現(xiàn)將通信技術(shù)推上了更高的層次，借助現(xiàn)代電信網(wǎng)和計算機的融合，人們將世界變成了地球村。5. 微電子技術(shù)的發(fā)展，使通信終端的體積越來越小，成本越來越低，范圍越來越

17、廣。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化和寬帶化的方向發(fā)展。隨著科學技術(shù)的進步，人們對通信的要求越來越高，各種技術(shù)會不斷地應用于通信領域，各種新的通信業(yè)務將不斷地被開發(fā)出來。第二章 數(shù)字調(diào)制解調(diào)的基本原理在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號能夠在信道中傳輸，要求信道應具有低通形式的傳輸特性。然而，在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號。圖 2-1 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)數(shù)字調(diào)制可以分為二進制調(diào)制和多進制調(diào)制，多進制調(diào)制是二進制調(diào)制的推廣。最常見的二進制數(shù)字調(diào)

18、制方式有二進制振幅鍵控（2-ask）、移頻鍵控（2-fsk）和移相鍵控（2-psk和2-dpsk）。本章重點論述二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的原理及其抗噪聲性能，簡要介紹多進制數(shù)字調(diào)制原理。2.1 2ask的基本原理及其調(diào)制解調(diào)振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號而變化的數(shù)字調(diào)制.當數(shù)字基帶信號為二進制時,則為二進制振幅鍵控. 設發(fā)送的二進制符號序列由0,1序列組成,發(fā)送0符號的概率為p,發(fā)送1符號的概率為1-p,且相互獨立.該二進制符號序列可表示為 其中: ts是二進制基帶信號時間間隔,g(t)是持續(xù)時間為ts的矩形脈沖: 則二進制振幅鍵控信號可表示為 2ask信號的時間波形e2ask(t)隨二進制

19、基帶信號s(t)通斷變化,所以又稱為通斷鍵控信號(ook信號). 二進制振幅鍵控信號的產(chǎn)生方法如圖2-2所示,上圖是采用模擬相乘的方法實現(xiàn), 下圖是采用數(shù)字鍵控的方法實現(xiàn).圖2-2二進制振幅鍵控信號調(diào)制器原理框圖對2ask信號能夠采用非相干解調(diào)(包絡檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測法),其相應原理方框圖如圖2-3所示. 圖2-3二進制振幅鍵控信號解調(diào)器原理框圖2.2 2fsk的基本原理及其調(diào)制解調(diào)數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（fsk），二進制頻移鍵控記作2fsk。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。2fsk信號便是符號“1”對應于載頻f1，而符號“0”對應于載

20、頻f2（與f1不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且f1與f2之間的改變是瞬間完成的。從原理上講，數(shù)字調(diào)頻可用模擬調(diào)頻法來實現(xiàn)，也可用鍵控法來實現(xiàn)。模擬調(diào)頻法是利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調(diào)頻，是頻移鍵控通信方式早期采用的實現(xiàn)方法。2fsk鍵控法則是利用受矩形脈沖序列控制的開關電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。鍵控法的特點是轉(zhuǎn)換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實現(xiàn)，故應用廣泛。頻移鍵控是利用兩個不同頻率f1 和f2 的振蕩源來代表信號1 和0，用數(shù)字信號的1 和0 去控制兩個獨立的振蕩源交替輸出。對二進制的頻移鍵控調(diào)制方式，其有效帶寬為b=2xf+2fb,xf 是二進制基帶信號的帶寬也是fsk

21、 信號的最大頻偏，由于數(shù)字信號的帶寬即fb 值大，所以二進制頻移鍵控的信號帶寬b 較大，頻帶利用率小。2-fsk 功率譜密度的特點如下：(1) 2fsk 信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成,離散譜出現(xiàn)在f1 和f2 位置；(2) 功率譜密度中的連續(xù)譜部分一般出現(xiàn)雙峰。若兩個載頻之差|f1 -f2|fs，則出現(xiàn)單峰。2fsk信號的產(chǎn)生方法主要是兩種。第一種是用二進制基帶矩形脈沖信號區(qū)調(diào)制一個調(diào)頻器，使其能夠輸出兩個不同的頻率的碼元，如圖2-4；第二種方法是用以個受基帶脈沖控制的開關電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩作為輸出，如圖2-5。兩者的區(qū)別是前者的相位是連續(xù)的，后者由于兩個獨立的頻率源產(chǎn)生

22、的兩個不同頻率的信號，故相鄰碼元的相位不一定是連續(xù)的。a(t)s(t)頻率源0頻率源1f0f1開關電路圖2-5調(diào)頻器s(t)a(t)圖2-42-fsk 信號的接受也分為相干和非相干接受兩類。最常用的解調(diào)方法是采用的相干檢測法，相干檢測的具體解調(diào)電路是同步檢波器，原理方框圖如圖2-6所示。圖中兩個帶通濾波器的作用同于包絡檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值v0（t）和v1(t)進行比較判決（判決規(guī)則同于包絡檢波法），即可還原出基帶數(shù)字信號。帶通濾波f0帶通濾波f

23、1相乘相乘低通濾波低通濾波抽樣判決輸入輸出vo(t)v1(t)cos(t)cos(t)y(t)y(t)定時脈沖圖2-6 2fsk信號的相干接收原理方框圖2.3 2ask、2fsk信號的功率譜密度分析2.3.1 2ask 信號的功率譜密度若二進制基帶信號s(t)的功率譜密度ps( f ) 為 則二進制振幅鍵控信號的功率譜密度為整理后可得 式中用到。 二進制振幅鍵控信號的功率譜密度如圖2-7所示，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。續(xù)譜兩部分組成。離散譜由載波分量確定，連續(xù)譜由基帶信號波形g(t)確定，二進制振幅鍵控信號的帶寬 b2as是基帶信號波形帶寬b 的兩倍,即b2ask=2b 圖2-7 二進制振幅

24、鍵控信號的功率譜密度2.3.2 2fsk信號的功率譜密度相位不連續(xù)的二進制移頻鍵控信號的功率譜密度可以近似表示成兩個同載波的二進制振幅鍵控信號功率譜密度的疊加。令概率，將二進制數(shù)字基帶信號的功率譜密度公式帶入式（2-1-19）可得 由上式可得，相位不連續(xù)的二進制移頻鍵控信號的功率譜由離散譜和連續(xù)譜所組成，其中，離散譜位于兩個載頻 f1和 f2處；連續(xù)譜由兩個中心位于 f1和 f2處的雙邊譜疊加形成；若兩個載波頻差小于 fs ，則連續(xù)譜在 fc 處出現(xiàn)單峰；若載頻差大于 fs ，則連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰。若以二進制移頻鍵控信號功率譜第一個零點之間的頻率間隔計算二進制移頻鍵控信號的帶寬，則該二進制移頻鍵控

25、信號的帶寬b2fsk為其中fs=1/ts圖2-8 相位不連續(xù)二進制頻移鍵控信號的功率譜示意圖2.4 2psk的基本原理及其調(diào)制解調(diào)在相移鍵控中，載波相位受數(shù)字基帶信號的控制，如在二進制基帶信號中為0 時，載波相位為0 或，為1 時載波相位為 或0。載波相位和基帶信號有一一對應的關系，從而達到調(diào)制的目的。2-psk 信號的功率密度有如下特點：(1) 由連續(xù)譜與離散譜兩部分組成；(2) 帶寬是絕對脈沖序列的二倍；(3) 與2ask 功率譜的區(qū)別是當p1/2 時，2psk 無離散譜，而2ask 存在離散譜。2psk信號的產(chǎn)生方法主要也是兩種。第一種是相乘法，用二進制不歸零矩形脈沖信號與載波相乘，得到

26、相位反相的兩種碼元，如圖2-7；第二種方法叫選擇法，是用此基帶信號控制一個開關電路，以選擇輸入信號，開關電路的輸入信號是相位相差的同頻載波，如圖2-8。a(t)3s(t)載波移相圖2-8相乘s(t)a(t)圖2-7本地載波由于2psk信號實際上是以一個固定初相的末調(diào)載波為參考的，因此，解調(diào)時必須有與此同頻同相的同步載波。如果同步載波的相位發(fā)生變化，如0相位變?yōu)橄辔换蛳辔蛔優(yōu)?相位，則恢復的數(shù)字信息就會發(fā)生“0”變“1”或“1”變“0”，從而造成錯誤的恢復。這種因為本地參考載波倒相，而在接收端發(fā)生錯誤恢復的現(xiàn)象稱為“倒”現(xiàn)象或“反向工作”現(xiàn)象。絕對移相的主要缺點是容易產(chǎn)生相位模糊，造成反向工作。

27、2psk信號的解調(diào)方法是相干接受法。由于psk信號本身就是利用相位傳遞信息的，所以在接收端必須利用信號的相位信息來解調(diào)信號，如圖2-9所示。帶通濾波相乘低通濾波抽樣判決本地載波提取v(t)圖2-9 2psk信號相干接收原理方框圖2.4 2dpsk的基本原理二進制差分相移鍵控(2dpsk)二進制差分相移鍵控常簡稱為二相相對調(diào)相，記作2dpsk。它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數(shù)字信息。所謂相對載波相位是指本碼元初相與前一碼元初相之差。與2psk的波形不同，2dpsk波形的同一相位并不對應相同的數(shù)字信息符號，而前后碼元的相對相位才唯一確定信息符號。這說明

28、解調(diào)2dpsk信號時，并不依賴于某一固定的載波相位參考值，只要前后碼元的相對相位關系不破壞，則鑒別這個相位關系就可正確恢復數(shù)字信息。這就避免了2psk方式中的“倒”現(xiàn)象發(fā)生。單從波形上看，2dpsk與2psk是無法分辯的，一方面，只有已知移相鍵控方式是絕對的還是相對的，才能正確判定原信息；另一方面，相對移相信號可以看作是把數(shù)字信息序列（絕對碼）變換成相對碼，然后再根據(jù)相對碼進行絕對移相而形成。這就為2dpsk信號的調(diào)制與解調(diào)指出了一種借助絕對移相途徑實現(xiàn)的方法。2dpsk信號的解調(diào)有兩種解調(diào)方式，一種是差分相干解調(diào)，另一種是相干解調(diào)-碼變換法。后者又稱為極性比較碼變換法。2.5 多進制數(shù)字調(diào)制

29、簡介上面所討論的都是在二進制數(shù)字基帶信號的情況，在實際應用中，我們常常用一種稱為多進制（如4 進制，8 進制，16 進制等）的基帶信號。所謂多進制數(shù)字調(diào)制，就是利用多進制數(shù)字基帶信號去調(diào)制高頻載波的某個參量，如幅度、頻率或相位的過程。根據(jù)被調(diào)參量的不同，多進制數(shù)字調(diào)制可分為多進制幅度鍵控（mask）、多進制頻移鍵控（mfsk）以及多進制相移鍵控（mpsk或mdpsk）。也可以把載波的兩個參量組合起來進行調(diào)制，如把幅度和相位組合起來得到多進制幅相鍵控（mapk）或它的特殊形式多進制正交幅度調(diào)制（mqam）等。由于多進制數(shù)字已調(diào)信號的被調(diào)參數(shù)在一個碼元間隔內(nèi)有多個取值，因此，與二進制數(shù)字調(diào)制相比，

30、多進制數(shù)字調(diào)制有以下幾個特點：（1）在碼元速率（傳碼率）相同條件下，可以提高信息速率（傳信率），使系統(tǒng)頻帶利用率增大。碼元速率相同時，m進制數(shù)傳系統(tǒng)的信息速率是二進制的log2m倍。在實際應用中，通常取m=2k，k為大于1的正整數(shù)。（2）在信息速率相同條件下，可以降低碼元速率，以提高傳輸?shù)目煽啃?。信息速率相同時，m進制的碼元寬度是二進制的log2m倍，這樣可以增加每個碼元的能量，并能減小碼間串擾影響等。正是基于這些特點，使多進制數(shù)字調(diào)制方式得到了廣泛的使用。不過，獲得以上幾點好處所付出的代價是，信號功率需求增加和實現(xiàn)復雜度加大。第三章 數(shù)字調(diào)制的仿真及結(jié)果分析在第二章中已經(jīng)對數(shù)字調(diào)制的各種方式

31、的原理和過程進行了詳細介紹，本章主要對用matlab仿真軟件對2ask和2fsk的仿真，并對仿真結(jié)果進行分析。matlab提供的圖形界面仿真工具simulink由一系列模型庫組成,包括sources(信源模塊)，sinks(顯示模塊)，discrete(離散系統(tǒng)模塊)，linear(線性環(huán)節(jié))，nonlinear(非線性環(huán)節(jié))，connections(連接),blocksets & toolboxes(其他環(huán)節(jié))。特別是在blocksets & toolboxes中還提供了用于通信系統(tǒng)分析設計和仿真的專業(yè)化模型庫commtbxlibrary。在這里，整個通信系統(tǒng)的流程被概括為：信號的產(chǎn)生與輸出

32、、編碼與解碼、調(diào)制與解調(diào)、濾波器以及傳輸介質(zhì)的模型。在每個設計模塊中還包含有大量的子模塊，它們基本上覆蓋了目前通信系統(tǒng)中所應用到的各種模塊模型。通信系統(tǒng)一般都可以建立數(shù)學模型。根據(jù)所需仿真的通信系統(tǒng)的數(shù)學模型(或數(shù)學表達式)，用戶只要從上述各個模型庫中找出所需的模塊,用鼠標器拖到模型窗口中組合在一起,并設定好各個模塊參數(shù), 就可方便地進行動態(tài)仿真.從輸出模塊可實時看到仿真結(jié)果,如時域波形圖、頻譜圖等。每次仿真結(jié)束后還可以更改各參數(shù),以便觀察仿真結(jié)果的變化情況。另外，對simulink中沒有的模塊，可運用s函數(shù)生成所需的子模塊，并且可以封裝和自定義模塊庫，以便隨時調(diào)用。3.1 2ask的調(diào)制與解

33、調(diào)仿真3.1.1 2ask的調(diào)制仿真（1） 建立模型方框圖 2ask信號調(diào)制的模型方框圖由dsp模塊中的sinwave信號源、方波信號源、相乘器等模塊組成，simulink 模型圖如下所示：圖3-1 2ask信號調(diào)制的模型方框圖其中正弦信是載波信號，方波代表s（t）序列的信號塬，正弦信號和方波相乘后就得到鍵控2ask信號。（2）參數(shù)設置建立好模型之后就要設置系統(tǒng)參數(shù)，以達到系統(tǒng)的最佳仿真。設置其載波為幅度為2頻率為20hz采樣周期為0.002的雙精度dsp信號。數(shù)字方波信號是基于采樣的，其幅度設置為2，周期為3，占1比為2/3。其設置參數(shù)如下圖所示：圖3-2 正弦信號參數(shù)設置圖3-3 方波信號

34、源的參數(shù)設置（3） 系統(tǒng)仿真及各點波形圖經(jīng)過上面參數(shù)的設置后，點擊運行按鈕就可以進行系統(tǒng)的仿真，下面是示波器顯示的各點的波形圖：圖3-4 各點的時間波形圖由上圖可以看出信息源和載波信號相乘之后就產(chǎn)生了受幅度控制的2ask信號。3.1.2 2ask的解調(diào)仿真2ask的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)法，下面采用相干解調(diào)法對2ask信號進行解調(diào)(1) 建立simulink模型方框圖相干解調(diào)也叫同步解調(diào)，就是用已調(diào)信號恢復出載波既同步載波。再用載波和已調(diào)信號相乘，經(jīng)過低通濾波器和抽樣判決器恢復出s(t)信號，simulink模型圖如下：圖3-5 2ask相干解調(diào)的 simulink模型方框圖（2） 參數(shù)

35、設置建立好模型之后，開始設置各點的參數(shù)，由于低通濾波器是濾去高頻的載波，才能恢復出原始信號，所以為了使已調(diào)信號的頻譜有明顯的搬移，就要使載波和信息源的頻率有明顯的差別，所以載波的頻率設置為20hz.為了更好的恢復出信源信號，所以在此直接使用原載波信號作為同步載波信號。下面是低通濾波器的參數(shù)設置： 圖3-6 低通濾波器的參數(shù)設置圖（3） 系統(tǒng)仿真及各點時間波形圖圖3-7 2ask信號解調(diào)的各點時間波形圖 圖3-7中最上面的波形是原始調(diào)制信號，中間是經(jīng)過原始信號與載波相乘經(jīng)過低通濾波器后的波形，最下面的波形是最后完全解調(diào)出來的信號?？梢钥闯?，原始的數(shù)字信號基本完全被還原了。從圖中可以看出由于載波頻

36、率的提高使的示波器在波形顯示上出現(xiàn)了一定的困難，不過要想顯示調(diào)制部分的理想波形只要調(diào)整示波器的顯示范圍即可。3.2 2fsk的調(diào)制與解調(diào)仿真3.2.1 2fsk的調(diào)制仿真2fsk信號是由頻率分別為f1和f2的兩個載波對信號源進行頻率上的控制而形成的，其中f1和f2是兩個頻率有明顯差別的且都遠大于信號源頻率的載波信號，2fsk信號產(chǎn)生的simulink仿真模型圖如下所示：圖3-8 2fsk信號的simulink模型方框圖其中sin wave和sin wave1是兩個頻率分別為f1和f2的載波，pulse generator模塊是信號源，not實現(xiàn)方波的反相，最后經(jīng)過相乘器和相加器生成2fsk信號

37、，各參數(shù)設置如下：載波f1的參設圖3-9 載波sin wave的參數(shù)設置其中幅度為2，f1=1hz,采樣時間為0.002s在此選擇載波為單精度信號f2的參數(shù)設置 圖3-10 載波sin wave1的參數(shù)設置載波是幅度為2，f2=2,采樣時間.為0.002的單精度信號。本來信號源s(t)序列是用隨機的0 1信號產(chǎn)生，在此為了方便仿真就選擇了基于采樣的pulse generator信號模塊其參數(shù)設置如下：圖3-11 pulse generator信號模塊參數(shù)設置其中方波是幅度為1，周期為3，占1比為1/3的基于采樣的信號。經(jīng)過以上參數(shù)的設置后就可以進行系統(tǒng)的仿真，其各點的時間波形如下：圖3-12

38、2fsk信號調(diào)制各點的時間波形由上圖可以看出經(jīng)過f1和f2兩個載波的調(diào)制，2fsk信號有明顯的頻率上的差別。3.2.2 2fsk的解調(diào)仿真對2fsk信號的解調(diào)選用相干解調(diào)，為了能方便的解調(diào)出原始信號，選載波f1為100hz,振幅為2；載波f2為300hz,振幅為2。解調(diào)方框圖如下所示：圖3-13 2fsk信號解調(diào)方框圖兩個帶通濾波器分別將2fsk信號上下分頻f1和f2 ,后面就和2ask信號的解調(diào)過程相同，各參數(shù)設置如下：圖3-14 2fsk信號f1帶通濾波器參數(shù)設置圖3-15 2fsk信號f2帶通濾波器參數(shù)設置經(jīng)過系統(tǒng)仿真后的各點時間波形如下：圖3-15 2fsk信號解調(diào)各點時間波形圖中最上

39、邊的波形是頻率為f1分路經(jīng)過相干解調(diào)和低通濾波后的波形；第二個波形是頻率為f2的分路經(jīng)過相干解調(diào)和低通濾波后的波形；第三個波形是最后解調(diào)得到的波形；最后一個是原始的數(shù)字信號。由此圖可以看出，最后解調(diào)得到的信號與原始信號相差無幾，但是也存在誤差，特別是在信號跳躍部分，誤差比較明顯。3.3 2ask、2fsk性能分析2ask是一種最早的數(shù)字調(diào)制方式，最早用于電報傳輸，由于其誤碼率較高，現(xiàn)在已經(jīng)比較少使用，但是由于其調(diào)制方式簡單，其抗噪聲性能分析方法具有普遍意義，對于理解數(shù)字調(diào)制以及抗噪分析很用幫助，可以作為學習其他調(diào)制方式的基礎。相干解調(diào)2fsk系統(tǒng)的抗噪聲性能優(yōu)于非相干的包絡檢測，但需要插入兩個

40、相干載波電路較為復雜。包絡檢測無需相干載波，因而電路較為簡單。當輸入信號的信噪比r很大時，兩者的相對差別不很明顯。一般而言，大信噪比時常用包絡檢測法，小信噪比時才用相干解調(diào)法?？?結(jié)本文對數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)做了簡單介紹，并對其中的2ask、2fsk兩種具體方法做了研究。通過原理分析、數(shù)學計算以及軟件仿真，我們知道了2ask、2fsk的調(diào)制解調(diào)過程，以及性能的差異，使我們對數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)有了更加詳細深刻的理解。數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展日新月異，如今在現(xiàn)實中應用的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)大部分是經(jīng)過改進的，性能較好的系統(tǒng)，但是，作為理論發(fā)展最成熟的調(diào)制方式，ask，fsk，psk 等的研究仍然具有很重大的意義，因此

41、，我們選擇了這幾種調(diào)制方式做仿真研究。仿真這幾種理論已經(jīng)很成熟的數(shù)字調(diào)制方式，一方面，可以更容易將仿真結(jié)果與成熟的理論進行比較，從而驗證仿真的合理性；另一方面，也可以以此為基礎將仿真系統(tǒng)進行改進擴展，使其成為仿真更多的數(shù)字調(diào)制方式的模板。參考文獻1 樊昌信.徐炳祥等.通信原理（第五版）.國防工業(yè)出版社.2001.2 羅新民.張傳生.薛少麗.現(xiàn)代通信原理.高等教育出版社.2003.3 徐明遠.邵玉斌.仿真在通信原理與電子工程中的應用.西安電子科技大學出版社.2005.4 張敬堂.現(xiàn)代通信技術(shù).國防工業(yè)出版社.2008.5 羅建軍.楊琦.精講多練matlab.西安交通大學出版社.20066 張傳生

42、.數(shù)字通信原理.西安交通大學出版社.1990.7 黃征.bpsk，qpsk及其解調(diào).電光系統(tǒng).2003（1）.4347.8 張志德.林霖.基于smiulink仿真的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能分析.現(xiàn)代電子技術(shù).2009(21).118120.9 約翰.g.普羅克斯，馬蘇德.薩勒赫著.劉樹棠譯. 現(xiàn)在通信系統(tǒng)使用matlab. 西安交通大學出版社，2001.10 戴虹，戴悟僧. matlab 在通信原理仿真中的應用. 上海第二工業(yè)大學學報. 2001 年，第1 期11 婁 莉. gmsk 數(shù)字調(diào)制的仿真與分析. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2004 年第18 期總第185 期：p66p6812 李蕾，杜巖. 基于ma

43、tlab 的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真實驗設計. 山東工業(yè)大學學報.13 張志涌，劉瑞楨，楊祖櫻. 掌握和精通matlab，北京：航空航天大學出版社，199714 馬宏杰. 數(shù)據(jù)通信. 北京：中國鐵道出版社，199515 丁玉美，高西全，彭學愚. 數(shù)字信號處理. 西安：西安電子科技大學出版社，199416 郭梯云，劉增基，王新海，詹道庸，楊洽. 數(shù)據(jù)傳輸. 北京：人民郵電出版社，199817 施陽，嚴衛(wèi)生，李俊，鄭會永. matlab語言精要及動態(tài)仿真工具 simulink西安：西北工業(yè)大學出版社，1998附 錄 a 外文原文in the last few years, in the mobile

44、communication modulates the demodulation technology superiority in the development speed and the new application number aspect, for human extremely profound impression.along with the social economy development, the modulating technology modulating technique renews continuously again and is consummat

45、ing, at the same time, the mobile communication has passed through the first generation of mobile communication, the second generation of mobile communication and soon enters the third generation mobile、communication.between this, the modulating technology modulating technique development is playing

46、 the extremely vital role in inside.in recent years, our mobile communication service swift and violent development, penetrated into social life each aspect, facing the motion user group continually growth and new service emerging one after another incessantly, the mobile communication system must a

47、dapt promptly even in advance in the market demand step.but took of a digital modulating technology modulating technique mobile communication core technologies is the realization high speed, the highly effective mobile communication system important guarantee.the digital modulation demodulation tech

48、nology holds the extremely important status in the digital communication, the commonly used digital modulation includes: frequency shift keying (fsk) and phase-shift keying (psk) and so on. at present has used in the mobile communication system the modulating technology modulating technique being po

49、ssible to divide into two big kinds: the linear modulation technology and the permanent enveloping modulating technology modulating technique linear modulation technology mainly has: psk-bpsk、qpsk oqpsk/4 qpsk、qam、16qam、64qam、256qam .the permanent envelope modulating technology modulating technique

50、mainly has: msk tfm gmsk.the article in view of the three kind of basicial modulation demodulation technology has carried on the detailed simulation and the analysis, obviously, chooses one kind of modulating technology modulating technique is determined according to the channel characteristic and t

51、he application.the power efficiency and the frequency spectrum efficiency cannot be satisfactory to both sides generally uneven america.the high frequency spectrum efficiency needs to sacrifice certain power efficiency to obtain; similarly, the high power efficiency also needs to sacrifice certain f

52、requency spectrum efficiency.along with the modulation technique in the unceasing development, the new modulating technology modulating technique might bring the better frequency spectrum efficiency and the higher power efficiency. fsk and psk in the numeral mobile communication the find application

53、, in which fsk already obtained the use in the simulation mobile communication digital signaling.qam applies in the fixed point-to-point digital microwave system widely, it has the very high frequency spectrum use factor.but the mobile communication environment regarding the traditional qam modulati

54、on is the serious challenge, but in teaches in the character mobile communication system also to have uses qam.exudes europes numeral mobile communication to use is the gmsk modulation, but american and japans numeral mobile communication uses the qpsk modulating technology modulating technique.the

55、digital modulating technology modulating technique discussed which in 1986 ago international conference nearly all concentrated in the above permanent enveloping modulating technology modulating technique, the gmsk modulation received universal welcome in particular.in recent years as a result of the amplifier design technology progress, realized the modulation method possibly to become.in 1987 the intermediate st