數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)

1、通信原理課程設(shè)計(jì)目錄前言11 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)原理21.1 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)21.2 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)51.3二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)71.4 正交相移鍵控(QPSK)102 Matlab/Simulink介紹152.1 Matlab簡(jiǎn)介152.2 Simulink簡(jiǎn)介152.1.1 Simulink基本模塊庫(kù)152.1.2 Simulink建模仿真的一般過程172.3 Simulink在通信仿真中的應(yīng)用193利用Simulink進(jìn)行模型建立和系統(tǒng)仿真213.1 2ASK的調(diào)制與解調(diào)仿真223.1.1 建立模型方框圖22 3.1.2 參數(shù)設(shè)置233.1.3系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波

2、形圖243.1.4 誤碼率分析253.2 2FSK的調(diào)制與解調(diào)仿真253.2.1 建立模型方框圖25 3.2.2 參數(shù)設(shè)置263.2.3系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖293.3 2PSK的調(diào)制與解調(diào)仿真313.3.1 建立模型方框圖313.3.2 參數(shù)設(shè)置313.3.3系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖343.4 QPSK的調(diào)制與解調(diào)仿真353.4.1 建立模型方框圖353.4.2 參數(shù)設(shè)置363.4.3系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖38總結(jié)40參考文獻(xiàn)41前言Simulink是The MathWorks公司開發(fā)的用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具，常集成于MathWorks公司的另一產(chǎn)品MATLAB中與

3、之配合使用。Simulink提供了一個(gè)交互式的圖形化環(huán)境及可定制模塊庫(kù)（Library），可對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，例如通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。本文主要是以Simulink為基礎(chǔ)平臺(tái)，對(duì)2ASK、2FSK、2PSK、QPSK信號(hào)的仿真。文章第一部分是對(duì)2ASK、2FSK、2PSK和QPSK信號(hào)調(diào)制及解調(diào)原理的詳細(xì)說明；第二部分是對(duì)Matlab/Simulink軟件簡(jiǎn)單介紹；第三部分是對(duì)2ASK、2FSK、2PSK和QPSK信號(hào)的仿真部分。本文的主要目的是對(duì)Matlab/Simulink軟件的熟悉和對(duì)數(shù)字頻帶通信理論的理解和深化。1 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)原理

4、在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號(hào)能夠在信道中傳輸，要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性。然而，在實(shí)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(hào)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(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號(hào)。圖1-1給出了數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。圖1-1 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，一般可以采用模擬調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。但是，數(shù)字基帶信號(hào)具有與模擬基帶信號(hào)不同的特點(diǎn)，其取值是有限的離散狀態(tài)。這樣，可以用載波的某些離散狀態(tài)來表示數(shù)字基帶信號(hào)的離散狀態(tài)?；镜娜N數(shù)字調(diào)制方式是：振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和相移鍵控(P

5、SK)。圖1-2給出了相應(yīng)的信號(hào)波形的示例。圖1-2 正弦載波的三種鍵控波形本章重點(diǎn)論述二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的原理及其抗噪聲性能，簡(jiǎn)要介紹多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理。1.1 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK) 振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制。當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)可表示為 （1-1）二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波型如圖1-3所示。由圖1-3可以看出,2ASK信號(hào)的時(shí)間波形隨二進(jìn)制基帶信號(hào)s(t)通斷變化，所以又稱為通斷鍵控信號(hào)(OOK信號(hào))。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法如圖1-4所示,其中圖(a)是采用模擬相乘的方法實(shí)現(xiàn)，圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法實(shí)

6、現(xiàn)。對(duì)2ASK信號(hào)也能夠采用非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測(cè)法)，其相應(yīng)原理方框圖如圖1-5所示。2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形如圖1-6所示。圖1-3 2ASK信號(hào)時(shí)間波形（a）模擬相乘法（b）數(shù)字鍵控法圖1-4 2ASK信號(hào)調(diào)制器原理框圖（a）非相干解調(diào)方式（b）相干解調(diào)方式圖1-5 2ASK信號(hào)的接收系統(tǒng)組成方框圖圖1-6 2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形1.2 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。在2FSK中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。典型波形如圖1-7所示。 圖1-7 2FSK信號(hào)的時(shí)間波形有圖可見

7、，2FSK信號(hào)的波形(a)可以分解為波形(b)和波形(c)。也就是說，一個(gè)2FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加。2FSK信號(hào)的表達(dá)式又可簡(jiǎn)化為 （1-2）其中 （1-3） （1-4）二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生，可以采用模擬調(diào)頻電路來實(shí)現(xiàn)，也可以采用數(shù)字鍵控的方法來實(shí)現(xiàn)。 圖1-8是數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的原理圖。 圖中兩個(gè)振蕩器的輸出載波受輸入的二進(jìn)制基帶信號(hào)控制，在一個(gè)碼元Ts期間輸出f1或f2兩個(gè)載波之一。二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的解調(diào)方法很多，有模擬鑒頻法和數(shù)字檢測(cè)法，有非相干解調(diào)方法也有相干解調(diào)方法。采用非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種方法的原理圖如圖1-9所示。其解調(diào)原理

8、是將二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)分解為上下兩路二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)，分別進(jìn)行解調(diào)，通過對(duì)上下兩路的抽樣值進(jìn)行比較最終判決出輸出信號(hào)。圖1-8 鍵控法產(chǎn)生2FSK信號(hào)的原理圖（a）非相干解調(diào)（b）相干解調(diào)圖1-9 2FSK信號(hào)解調(diào)原理圖過零檢測(cè)法解調(diào)器的原理圖和各點(diǎn)時(shí)間波形如圖1-10所示。其基本原理是，二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的過零點(diǎn)數(shù)隨載波頻率不同而異，通過檢測(cè)過零點(diǎn)數(shù)從而得到頻率的變化。輸入信號(hào)經(jīng)過限幅后產(chǎn)生矩形波，經(jīng)微分，整流，波形整形，形成與頻率變化相關(guān)的矩形脈沖波，經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波，便恢復(fù)出與原數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)的基帶數(shù)字信號(hào)。（a）過零檢測(cè)法原理圖（b）各點(diǎn)時(shí)間波形圖1-10 過零檢測(cè)法原理圖及各

9、點(diǎn)時(shí)間波形1.3二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中,當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)信號(hào)。通常用已調(diào)信號(hào)載波的0°和180°分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的1和0。二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 （1-5）由于兩種碼元的波形相同，極性相反，故2PSK信號(hào)可以表述為一個(gè)雙極性全占空矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波的相乘： （1-6） 其中， （1-7） 這里，g(t)是脈寬為Ts的單個(gè)矩形脈沖，且 （1-8）這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制絕對(duì)相移方式。二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的典型時(shí)間波形如圖

10、1-11所示。二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的調(diào)制原理圖如圖1-12所示。其中圖(a)是采用模擬調(diào)制的方法產(chǎn)生2PSK信號(hào)，圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生2PSK信號(hào)。2PSK信號(hào)的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào)，解調(diào)器原理圖如圖1-13所示。2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形如圖1-14所示。當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180°倒相時(shí)，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。圖1-11 2PSK信號(hào)的時(shí)間波形（a） 模擬調(diào)試方法（b）鍵控法圖1-12 2PSK信號(hào)的調(diào)制原理框圖圖1-13 2PSK的解調(diào)原理框圖圖1-14 2PSK信號(hào)相干解調(diào)時(shí)各點(diǎn)時(shí)間波形1.4

11、 正交相移鍵控(QPSK)QPSK與二進(jìn)制的PSK一樣，傳輸信號(hào)包含的信息都存在于相位中，區(qū)別的地方在于QPSK的載波相位取四個(gè)等間隔值之一。每一個(gè)可能的相位值對(duì)應(yīng)于一個(gè)特定的碼元。它的每個(gè)碼元含有2b的信息，現(xiàn)在用ab來表示這兩個(gè)比特。發(fā)送碼元序列在碼元編碼時(shí)需要先將每?jī)蓚€(gè)比特分成一個(gè)雙比特組ab。ab有四種排列，即00、01、10、11。然后用四種相位之一去表示每種排列。每種排列的相位之間的關(guān)系通常都是采用格雷碼排列。QPSK信號(hào)的兩種編碼方式分別如表1-1和1-2所示，其矢量圖如圖1-14和圖1-15所示。表1-1 QPSK信號(hào)的編碼A方式abab0090°11270°

12、;010°10180° 圖1-14 QPSK信號(hào)的矢量圖A方式表1-2 QPSK信號(hào)的編碼B方式abab00135°11315°01225°1045°圖1-15 QPSK信號(hào)的矢量圖B方式由以上表和圖可以看出，采用格雷碼的好處在于相鄰相位所代表的兩個(gè)比特只有一位不同。由于因相位誤差造成錯(cuò)判至相鄰相位上的概率最大，故這樣編碼可以使總誤比特率降低。QPSK調(diào)制的方法有三種。QPSK調(diào)制的第一種方法是采用相乘電路法，稱為QPSK正交調(diào)制器，如圖1-16所示。圖1-16 QPSK 正交調(diào)制器在該正交調(diào)制器中，QPSK信號(hào)可以看作這兩個(gè)載波正交

13、2PSK信號(hào)的合成。圖中輸入的基帶信號(hào)是二進(jìn)制不歸零雙極性碼元，它被 “串/并變換”電路變成兩路碼元a和b。變成并行碼a和b后，其每個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間是輸入碼元的2倍。如圖1-17所示。這兩路并行碼元序列分別用以和兩路正交載波相乘。相乘的結(jié)果用虛線示于圖1-18中。圖中的a（0）代表a路信號(hào)碼元二進(jìn)制“0”，a（1）代表a路信號(hào)碼元二進(jìn)制“1”；類似地，b（0）代表b路信號(hào)碼元二進(jìn)制“0”， b（1）代表b路信號(hào)碼元二進(jìn)制“1”。這兩路信號(hào)在相加電路中相加后得到輸出矢量，即QPSK信號(hào)，每個(gè)矢量代表2b,如圖中矢量所示。應(yīng)當(dāng)注意的是，上述二進(jìn)制信號(hào)碼元“0”和“1”在相乘電路中與不歸零雙極性矩形

14、脈沖振幅的關(guān)系如下：二進(jìn)制碼元“1” 雙極性脈沖“+1”；二進(jìn)制碼元“0” 雙極性脈沖“-1”。圖1-17 碼元串/并變換圖1-18 QPSK矢量產(chǎn)生QPSK 調(diào)制的第二種方法是脈沖插入法，其原理框圖如圖1-19所示。圖中所示的調(diào)制器產(chǎn)生圖1-14所示的信號(hào)。頻率為4倍載頻的定時(shí)信號(hào)，經(jīng)過兩級(jí)二分頻輸出。輸入信號(hào)經(jīng)過串.并變換邏輯控制電路，產(chǎn)生/2推動(dòng)脈沖和推動(dòng)脈沖，在/2推動(dòng)脈沖的推動(dòng)下第一級(jí)二分頻多分頻一次，相當(dāng)于分頻鏈輸出提前/2相位，在推動(dòng)脈沖的推動(dòng)下第二級(jí)二分頻多分頻一次，相當(dāng)于提前相位。因此可以用控制兩種推動(dòng)脈沖的辦法得到不同相位的載波。最后，再經(jīng)過帯通濾波器輸出的信號(hào)即為QPSK

15、信號(hào)。圖1-19 脈沖插入法產(chǎn)生QPSK信號(hào)QPSK調(diào)制的第三種方法是相位選擇法，其原理框圖如圖1-20所示。 圖1-20 相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號(hào)此時(shí)輸入的基帶信號(hào)經(jīng)過串/并變換后用于控制一個(gè)相位選擇電路。根據(jù)當(dāng)時(shí)的輸入的雙比特ab，決定選擇哪一個(gè)相位的載波輸出。由已調(diào)制高頻信號(hào)恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)的過程稱為解調(diào)。根據(jù)原理的不同解調(diào)可以分為相干解調(diào)和包絡(luò)檢波。QPSK信號(hào)的解調(diào)原理框圖如圖1-21所示。圖1-21 QPSK解調(diào)原理方框圖由于QPSK信號(hào)可以看作是兩個(gè)正交2PSK信號(hào)的疊加，如圖1-18所示，所以用兩路正交的相干載波去解調(diào)，就可以很容易的分離這兩路正交的2PSK信號(hào)。經(jīng)過相干解調(diào)后

16、的兩路并行碼元a和b經(jīng)過并/串變換后，成為串行數(shù)據(jù)輸出，即解調(diào)信號(hào)。2 Matlab/Simulink介紹2.1 Matlab簡(jiǎn)介美國(guó)Mathworks公司于1967年推出了矩陣實(shí)驗(yàn)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(xué)校的老師和學(xué)生更好的授課和學(xué)習(xí)。從Matlab誕生開始，由于其高度的集成性及應(yīng)用的方便性，在高校中受到了極大的歡迎。Matlab是一種解釋性執(zhí)行語(yǔ)言，具有強(qiáng)大的計(jì)算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡(jiǎn)單，擴(kuò)充方便，尤其是世界上有成千上萬的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過程中擴(kuò)充Matlab的功能，

17、使其成為了巨大的知識(shí)寶庫(kù)。目前的Matlab版本已經(jīng)可以方便的設(shè)計(jì)漂亮的界面，它可以像VB等語(yǔ)言一樣設(shè)計(jì)漂亮的用戶接口，同時(shí)因?yàn)橛凶钬S富的函數(shù)庫(kù)（工具箱），所以計(jì)算的功能實(shí)現(xiàn)也很簡(jiǎn)單，進(jìn)一步受到了科研工作者的歡迎。另外，Matlab和其他高級(jí)語(yǔ)言也具有良好的接口，可以方便的實(shí)現(xiàn)與其他語(yǔ)言的混合編程，進(jìn)一步拓寬了Matlab的應(yīng)用潛力。2.2 Simulink簡(jiǎn)介Simulink是Matlab的重要組成部分之一，它是一種以框圖為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)仿真工具，并提供了控制系統(tǒng)中的常用模塊庫(kù)。Simulink在Matlab環(huán)境下對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析，支持線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)等

18、多種系統(tǒng)。我們可以這樣來理解它的名字，它的功能主要有兩個(gè)，一個(gè)為Simulaion（仿真），另一個(gè)為L(zhǎng)ink（連接），組合在一起就是Simulink 名字的由來了。Simulink提供了一些按功能分類的系統(tǒng)模塊，我們只要用箭頭將我們所選取的模塊連接起來就能夠完成框圖系統(tǒng)仿真的全部過程，然后利用Simulink提供的功能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和仿真結(jié)果分析。Simulink避免了M文件中需要編寫的大量程序，它著重于系統(tǒng)模型的構(gòu)建上。因此，Simulink的一個(gè)非常突出的優(yōu)點(diǎn)就在于不需要編寫任何程序代碼就可以完成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的仿真，應(yīng)用十分廣泛。2.1.1 Simulink基本模塊庫(kù)在Matlab7.0中

19、包含的是Simulink6.0，在Matlab命令窗口中輸入命令“Simulink”或點(diǎn)擊Matlab工具欄上的Simulink的圖標(biāo)，即可進(jìn)入Simulink窗口，如圖2.2所示。在這個(gè)窗口中我們可以對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行查找，并在查找欄下方窗口中對(duì)所選模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單說明。Simulink基本模塊庫(kù)中共包含了一下十六個(gè)子庫(kù)。（1）Commonly used blocks模塊庫(kù)，為仿真提供常用的元模塊。（2）Continuous模塊庫(kù)，為仿真提供連續(xù)系統(tǒng)模塊。（3）Discontinuous模塊庫(kù)，為仿真提供非連續(xù)系統(tǒng)模塊。（4）Discrete模塊庫(kù)，為仿真提供離散模塊。（5）Logic and bi

20、t operations模塊庫(kù)，為仿真提供邏輯運(yùn)算和位運(yùn)算模塊。（6）Lookup tables模塊庫(kù)，為仿真提供線形插值查詢表模塊。（7）Math operations模塊庫(kù)，為仿真提供數(shù)學(xué)運(yùn)算功能模塊。（8）Model verifycation模塊庫(kù)，為仿真提供模型檢測(cè)模塊。 （9）Model-Wide Utilities模塊庫(kù)，為仿真提供模型擴(kuò)充模塊。（10）Port and subsystems模塊庫(kù)，為仿真提供端口和子系統(tǒng)模塊。（11）Signal attributes模塊庫(kù)，為仿真提供信號(hào)屬性模塊。（12）Signal routing模塊庫(kù)，為仿真提供信號(hào)線路模塊。（13）Sink

21、s模塊庫(kù)，為仿真提供接收模塊。（14）Sources模塊庫(kù)，為仿真提供輸入信號(hào)源。（15）Users.defined functions模塊庫(kù)，用戶自定義函數(shù)元件模塊。（16）Additional math &discrete模塊庫(kù)，附加的數(shù)學(xué)函數(shù)和離散型系統(tǒng)模塊。2.1.2 Simulink建模仿真的一般過程Simulink建模仿真的一般過程如下。（1）首先，單擊工具欄上的“新建”圖標(biāo)，打開一個(gè)空白的編輯窗口，如圖2-1所示。（2）在Simulink模塊庫(kù)中選取所需要的模塊，然后拖到編輯窗口里，將各個(gè)環(huán)節(jié)都布置好，并修改編輯窗口中模塊的參數(shù)。（3）然后用箭頭將各個(gè)模塊連接起來。這里應(yīng)

22、該注意連接的方法：從上一個(gè)模塊的連線點(diǎn)開始，按住左鍵不放，拖到下一個(gè)連接模塊的連線點(diǎn)為止，系統(tǒng)將自動(dòng)生成箭頭。（4）設(shè)置仿真參數(shù)。選擇菜單命令SimulationModel Configuration Parameters,就會(huì)彈出一個(gè)仿真參數(shù)對(duì)話框，如圖2-2所示?？梢栽趫D2-2中進(jìn)行設(shè)置仿真參數(shù)。（5）單擊“start simulation”按鈕進(jìn)行系統(tǒng)仿真分析，在仿真的同時(shí)，可以觀察仿真結(jié)果。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，可以立即單擊“stop”按鈕停止仿真，然后對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正，直到調(diào)整至滿意為止。最后將仿真模型保存為*.mdl文件。圖2-1 空白編輯窗口圖2-2 仿真參數(shù)設(shè)置窗口2.3 Simulin

23、k在通信仿真中的應(yīng)用Simulink中提供了通信系統(tǒng)的建模、仿真和優(yōu)化分析的專業(yè)庫(kù)Communication Blockset 。在這個(gè)庫(kù)中包含了十三個(gè)子庫(kù)，大概有一百七十多個(gè)模塊，如圖2-3所示。圖2-3通信模塊庫(kù)窗口該模塊庫(kù)中提供了完整的模擬/數(shù)字通信系統(tǒng)建模、仿真和分析優(yōu)化圖形所需的模塊?？捎糜谕ㄐ畔到y(tǒng)中從信源到信道，包括編碼、調(diào)制、發(fā)射、接收等各個(gè)部分的建模，仿真分析。接下來對(duì)通信模塊的常用子庫(kù)進(jìn)行介紹。（1）Comm sources模塊庫(kù)，為仿真提供各種信號(hào)源，這些模塊分成三類：隨機(jī)數(shù)據(jù)源、序列生成模塊、噪聲產(chǎn)生模塊。（2）Comm sinks模塊庫(kù)，為仿真提供了四個(gè)信宿模塊，用于繪

24、制信號(hào)的眼圖，軌跡圖和發(fā)散圖，計(jì)算誤碼率。（3）Source coding模塊庫(kù)，為仿真提供信源量化、編碼的模塊，包括采樣量化編/解碼器，A律壓縮/擴(kuò)張器，U律壓縮/擴(kuò)張器。（4）Error detection and correction模塊庫(kù)，為仿真提供信道編碼的差錯(cuò)控制和糾錯(cuò)模塊，包括hamming碼、BCH碼、循環(huán)碼、卷積碼。（5）Interleaving模塊庫(kù)，為仿真提供各種實(shí)現(xiàn)信號(hào)交織功能的模塊。（6）Modulation模塊庫(kù)，為仿真提供實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制解調(diào)的模塊，可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩個(gè)子庫(kù)，模擬調(diào)制包括“AM”、“CPM”、“FM”、“PM”、“TCM”五種調(diào)制模塊。（7）

25、Comm filters模塊庫(kù)，為仿真提供發(fā)送/接收濾波器模塊。（8）Channels模塊庫(kù)，為仿真提供了四種常見的信道模塊：AWGN信道模塊、二進(jìn)制對(duì)稱信道模塊、多徑瑞利衰落信道模塊和倫琴衰落信道模塊。（9）RF impairments模塊庫(kù)，這是Matlab新增加的模塊庫(kù)，用于對(duì)射頻信號(hào)的各種衰落進(jìn)行仿真。（10）Synchronization模塊庫(kù)，為仿真提供四種鎖相環(huán)模塊，對(duì)信號(hào)同步功能進(jìn)行仿真。（11）Equalizers模塊庫(kù)，為仿真提供多種均衡器模塊。（12）Sequence operation模塊庫(kù)，為仿真提供順序運(yùn)行模塊。（13）Utility blocks模塊庫(kù)，為仿真提供

26、了十種常用的轉(zhuǎn)換函數(shù)模塊。 3利用Simulink進(jìn)行模型建立和系統(tǒng)仿真3.1 2ASK的調(diào)制與解調(diào)仿真3.1.1 建立模型方框圖2ASK信號(hào)的調(diào)制部分由DSP模塊中的Sine wave信號(hào)源、方波信號(hào)源、相乘器等模塊組成；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(duì)2ASK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，相干解調(diào)也叫同步解調(diào)，就是用已調(diào)信號(hào)恢復(fù)出載波既同步載波，再用載波和已調(diào)信號(hào)相乘，經(jīng)過低通濾波器和抽樣判決器恢復(fù)出S(t)信號(hào)。Simulink模型圖如圖3-1所示：圖3-1 2ASK信號(hào)調(diào)制解調(diào)的模型方框圖3.1.2 參數(shù)設(shè)置建立好模型之后，開始設(shè)置各點(diǎn)的參數(shù)，為了更好的恢復(fù)出信源信號(hào)，所

27、以在此直接使用原載波信號(hào)作為同步載波信號(hào)。從正弦信號(hào)源開始依次的仿真參數(shù)設(shè)置如下：Sin函數(shù)是幅度為1，頻率為10Hz，采樣周期為0.002的雙精度DSP信號(hào)。方波信號(hào)是基于采樣的，其幅度設(shè)置為1，周期為3，占1比為2/3下面是低通濾波器的參數(shù)設(shè)置：圖3-2 低通濾波器的參數(shù)設(shè)置圖3.1.3系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖經(jīng)過上述參數(shù)設(shè)置后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)仿真，示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖如圖3-3所示。自上而下分別是正弦DSP波形、脈沖發(fā)生器波形、脈沖發(fā)生器與正弦DSP信號(hào)相乘后波形、以及再次與正弦DSP信號(hào)相乘后波形、經(jīng)過低通濾波器后波形、經(jīng)過抽樣判決器后波形，最后一組波形即為還原后波形，雖然有一定誤差，

28、但仍能反映基本波形。圖3-3 各點(diǎn)的時(shí)間波形圖3.1.4 誤碼率分析由于在解調(diào)過程中沒有信道和噪聲，所以誤碼率相對(duì)較小，一般是由于碼間串?dāng)_或是參數(shù)設(shè)置的問題，由3-1圖可以看出此系統(tǒng)的誤碼率為0.3636。3.2 2FSK的調(diào)制與解調(diào)仿真3.2.1 建立模型方框圖2FSK信號(hào)的調(diào)試部分由Sine wave信號(hào)源、Bernoulli Binary Generator基帶信號(hào)源、反相器、相乘器組成；經(jīng)過帶通濾波器與低通濾波器進(jìn)行解調(diào)。Simulink模型圖如圖3-4所示：圖3-4 2FSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)的模型方框圖3.2.2 參數(shù)設(shè)置將Bernoulli Binary Generator模塊出現(xiàn)0的

29、概率調(diào)為0.5，取樣時(shí)間設(shè)為1，其余參數(shù)不變；載波（Sine Wave Function）的幅度設(shè)置為1，角頻率設(shè)置為20*pi，其余參數(shù)不改變；載波（Sine Wave Function1）的幅度設(shè)置為1，角頻率設(shè)置為4*pi，其余參數(shù)不改變。將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，為了無失真地恢復(fù)原始基帶信號(hào)，調(diào)制信號(hào)需要與相同頻率的載波相乘，先經(jīng)過帶通濾波器去除一定頻率的分量，然后再經(jīng)過包絡(luò)檢波器以及抽樣判決器可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。帶通濾波器（Analog Filter Design）的參數(shù)設(shè)如圖3-5 所示；帶通濾波器（Analog Filter Design1）的參數(shù)設(shè)如圖3-6所示；包絡(luò)檢波器

30、（Analog Filter Design2）的參數(shù)設(shè)如圖3-7所示；包絡(luò)檢波器（Analog Filter Design3）的參數(shù)設(shè)如圖3-8所示；抽樣判決器（Quantizing Encode）的參數(shù)設(shè)如圖3-9所示；圖3-5帶通濾波器（Analog Filter Design）的參數(shù)設(shè)置圖3-6 帶通濾波器（Analog Filter Design1）的參數(shù)設(shè)置圖3-7 包絡(luò)檢波器（Analog Filter Design2）的參數(shù)設(shè)置圖3-8 包絡(luò)檢波器（Analog Filter Design3）的參數(shù)設(shè)置圖 3-9 抽樣判決器（Quantizing Encode1）的參數(shù)3.2.3

31、系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖經(jīng)過上面參數(shù)的設(shè)置后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，圖3-10是2FSK調(diào)制時(shí)示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖，圖3-11是2FSK解調(diào)時(shí)示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖。圖3-10中，自上而下分別是基帶信號(hào)波形、正弦載波波形、正弦載波1波形、基帶信號(hào)與正弦載波信號(hào)相乘后波形、以及取反后與正弦載波1信號(hào)相乘后波形、上述兩波形相加后波形。圖3-11中，自上而下分別是基帶信號(hào)波形、只經(jīng)過包絡(luò)檢波器后的波形、解調(diào)后波形。解調(diào)信號(hào)與基帶信號(hào)相對(duì)比，除了產(chǎn)生延時(shí)情況之外，波形大致上與基帶信號(hào)相同，延時(shí)是不可避免的。圖3-10 2FSK調(diào)制各點(diǎn)波形圖圖3-11 2FSK解調(diào)各點(diǎn)波形圖3.3 2PSK的調(diào)制與解

32、調(diào)仿真3.3.1 建立模型方框圖2PSK信號(hào)的調(diào)試部分由Sine wave信號(hào)源、Bernoulli Binary Generator基帶信號(hào)源、碼型變化器、多路選擇器組成；經(jīng)過帶通濾波器與低通濾波器進(jìn)行解調(diào)。Simulink模型圖如圖3-12所示：圖3-12 2PSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)的模型方框圖3.3.2 參數(shù)設(shè)置將Bernoulli Binary Generator模塊出現(xiàn)0的概率調(diào)為0.5，取樣時(shí)間設(shè)為1，其余參數(shù)不變；載波（Sine Wave Function）的幅度設(shè)置為2，角頻率設(shè)置為8*pi，其余參數(shù)不改變；載波（Sine Wave Function1）的幅度設(shè)置為2，角頻率設(shè)置為8

33、*pi，其余參數(shù)不改變。碼型變化器（Unipolar to Bipolar Converter）參數(shù)設(shè)置如圖3-13所示；多路選擇器（Switch）參數(shù)設(shè)置如圖3-14所示；帶通濾波器（Analog Filter Design）的參數(shù)設(shè)置如圖3-15所示；低通濾波器（Analog Filter Design1）的參數(shù)設(shè)置如圖3-16所示；取樣判決器（Sign）參數(shù)設(shè)置如圖3-17所示；圖3-13 碼型變化器（Unipolar to Bipolar Converter）的參數(shù)設(shè)置圖3-14 多路選擇器（Switch）參數(shù)設(shè)置圖3-15 帶通濾波器（Analog Filter Design）的參數(shù)

34、設(shè)置圖3-16 低通濾波器（Analog Filter Design1）的參數(shù)設(shè)置圖3-17 取樣判決器（Sign）的參數(shù)設(shè)置3.3.3系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖經(jīng)過上面參數(shù)的設(shè)置后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，圖3-18是2PSK調(diào)制時(shí)示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖，圖3-19是2PSK解調(diào)時(shí)示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖。圖3-18中，自上而下分別是基帶信號(hào)波形、基帶信號(hào)經(jīng)碼型變換器后波形、正弦載波波形、經(jīng)多路選擇器后波形。圖3-19中，自上而下分別是調(diào)制信號(hào)加波斯白噪聲后波形、加噪聲后信號(hào)與正弦載波相乘后波形、只經(jīng)過包絡(luò)檢波器后的波形、解調(diào)后波形。圖3-18 2PSK調(diào)制各點(diǎn)波形圖圖3-19 2PSK解調(diào)各點(diǎn)波

35、形圖3.4 QPSK的調(diào)制與解調(diào)仿真3.4.1 建立模型方框圖QPSK模型主要由信源Random Integer Generater、QPSK調(diào)制器、AWGN信道、QPSK解調(diào)器、信宿模塊組成，并用到信宿模塊Scope以觀察各個(gè)階段信號(hào)的波形；Error Rate Calculation來計(jì)算信號(hào)的誤碼率，并通過Display顯示出來。Simulink模型圖如圖3-20所示：圖3-20 QPSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)的模型方框圖3.4.2 參數(shù)設(shè)置信源（Random Integer Generater）模塊產(chǎn)生隨機(jī)整數(shù)序列0,1,2,3。并將產(chǎn)生的隨機(jī)整數(shù)信號(hào)傳送至QPSK調(diào)制器。這里要求產(chǎn)生的必須是四進(jìn)制隨機(jī)整數(shù)，所以M-ary number設(shè)置為4，具體的參數(shù)設(shè)置如圖3-21所示。圖3-21信源（Random Integer Generater）模塊參數(shù)設(shè)置QPSK調(diào)制器（QPSK Modulator Baseband）的主要作用是將信源產(chǎn)生的四進(jìn)制隨機(jī)序列進(jìn)行QPSK調(diào)制,使之產(chǎn)生QPSK信號(hào)。需要注意QPSK調(diào)