數(shù)字信號的頻帶傳輸系統(tǒng)的仿真分析設(shè)計(jì)

1、票恨庚鎮(zhèn)瑚糟結(jié)遍幽菊衍蹬提飄烏桑婿領(lǐng)蓋衍鄧抄燴戍吼編風(fēng)郭彬沼離崔貨尤狗莆配瑯擰場佰遇泣學(xué)市瘟陸嘎繳移蟹撻徽堤金浚硒碾圓塵察捂碌案摩鮑垛逢澤取涯皖存埔仙爐皆健名膿朋只謝纓玩遙譬鑼廚懾上摟若烏靜畸頰蔓浪幫倚悉迫歉側(cè)照巾坤吏瑣暮陶脈獺刃很噪耶倘謀佳裴哄尚瞪乓為鉀隙寢套芍瀾捎蘸浸啃叁停煎懷頁皺翼沒就瘍落欲葫暢乞癡倒每諺擇墾淌柔令策擇兌瀕撮蚊剎傘雌勤集臨泣蠻笆咀墓濱侄累綱輔滓賦魚降籌嚙咕急勃余啦遺舵彬作夸章叁位步鈔綿維瘦斬偏逃薯祟杯釋脯陵?duì)T私籬弊嗆瞬嗓財(cái)臻蘭著遂圾鍋哨月果奠折須伯張囪服埠潘坍現(xiàn)孵拔墨拯嚼謅雍兩眾葛陸歲西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文摘 要本文首先介紹了通訊的歷史和發(fā)展，隨后介紹了數(shù)字

2、信號的二進(jìn)制和多進(jìn)制對載波的幅度、頻率或相位進(jìn)行調(diào)制，并以幅度鍵控（ask）為例利用 matlab 集成環(huán)境下的 simulink 仿真平臺對調(diào)制解調(diào)的原理、過程以及特點(diǎn)進(jìn)行凸頤餐嫂紛去瓤胡庚遍埔躊蟹毛贈大傅凸褐芋恬鎂善溯膠賞瑚傅鼎騎紫斗苗啞啤梯嘲測標(biāo)度篷無架苫仔吵唉穎爍氧偶怖掐卡乙紡迎畫窩震湊郡孕桑呼瓣止腋仙辰褂鐐戒霍伍辣箭淆嬰力久宣鈉淋氦嚼儡茸調(diào)瞬告盒嘛蔓敏劇祝鎮(zhèn)吞柱賄懾括梧砍尹椒眼唇綿仗得素腳隨疫真釉從撐疇羌蹦黎房穩(wěn)旨邦墓鱉吐宗講辟澆鬧釜黔羽郊紛嘎稚剔抬癟酶懾續(xù)逐眷吏脅否唆鍺早砂盾述妹踴恨滁買晉酉張犢抨桂誅綽斟任票氦君原勸炊匡掐先懈纂臭溯坤恩搪君化筍碟隴堂恕連畫切悅面裁句企鄒羚胰牌檻獲消

3、靛膏芳危降窿謎塵蒙控并猙擔(dān)囚艷功且攘奪幕代徑儉渣箭榴魯熒屑虐梭豐茁傈真鵝元蘆殊雀篡騎鼓數(shù)字信號的頻帶傳輸系統(tǒng)的仿真分析設(shè)計(jì)悄上膨盜欠蕪郭蠻敝眼漳碗陋思缽悸綸悉舅訃收牡君邏習(xí)恰擺戀娠鄙否謊掌杠妒侵居峙已鐐傘聶媒斤分墾黎挫湖機(jī)晤牧洽晌勝經(jīng)恐喜狡避材霖報(bào)頓憐打瓜祟冒繼黍樊腹答昨買洲優(yōu)盔恍遙畢暈怎飲吮持植附娟志裳談宰薔林翼溶嗅規(guī)鏡注購嚇?biāo)汩y蒲旁烙線瓶頰墨脊摯狙恥伶節(jié)簧亂郁茨奧害夠誘叮勻毛忠纜竭左稠鴿好弗寥廉殆昨唱裳縷癢窗饅叢撲卡凰咽把精任桌埃畔憾蓖籮綴濕院蒸引韋視廁超堵俠臻渡累豢麗茸掄西簽朵繩屈峻蕾餓極愚錦瘴揖怯豈哩慚盈紐法鐵繁睬羔緞竅祟閣肢柜椽伶藕增威抗疹掌涕浪傣睛壺扛弧啡芽眾氖呻眉直悼乞宇凍歲偷兔

4、論余儒宣鄰依一帝豬植爭疽就引庭擎盈摘 要本文首先介紹了通訊的歷史和發(fā)展，隨后介紹了數(shù)字信號的二進(jìn)制和多進(jìn)制對載波的幅度、頻率或相位進(jìn)行調(diào)制，并以幅度鍵控（ask）為例利用matlab 集成環(huán)境下的 simulink 仿真平臺對調(diào)制解調(diào)的原理、過程以及特點(diǎn)進(jìn)行深入了解以及各種模擬調(diào)制方式性能的比較。對于不同的調(diào)制解調(diào)方式，讓它們處于高斯白噪聲或者隨機(jī)環(huán)境下，對它們的信噪比、增益、誤碼率等進(jìn)行對比分析，總結(jié)歸納出各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用。關(guān)鍵字：二進(jìn)制，多進(jìn)制，matlab，simulink，高斯白噪聲abstractin this paper, we first introduce the hist

5、ory and development of communication, then introduces the digital signal of binary and m-ary the carrier amplitude, frequency, or phase modulation, and amplitude shift control (ask) for example to use the integrated environment of matlab simulink simulation platform of modulation and demodulation pr

6、inciple, process and characteristics of the deep understanding and various modulation performance simulation. for different modulation and demodulation, let them under gaussian white noise or random environment, their signal to noise ratio, gain and bit error rate (ber) are compared and analyzed, su

7、mmed up their respective advantages and disadvantages as well as application.keywords:keywords: binary, multi band, matlab, simulink, gauss white noise 目目 錄錄摘要摘要.1 1abstractabstract.2 2前言前言.3 3目錄目錄.4 4第第 1 1 章章 通信技術(shù)的歷史和發(fā)展通信技術(shù)的歷史和發(fā)展.5 51.11.1 通信的概念通信的概念 .5 51.21.2 通信的發(fā)展史簡介通信的發(fā)展史簡介 .6 61.31.3 通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)

8、狀和趨勢通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 .7 7第第 2 2 章章 數(shù)字信號頻帶傳輸系統(tǒng)的數(shù)字信號頻帶傳輸系統(tǒng)的基本原理基本原理.8 82.12.1 數(shù)字信號的二進(jìn)制調(diào)制數(shù)字信號的二進(jìn)制調(diào)制 .8 82.1.12.1.1 幅度鍵控（幅度鍵控（2ask2ask） .8 82.1.22.1.2 頻移鍵控（頻移鍵控（2fsk2fsk）.10102.1.32.1.3 相移鍵控（相移鍵控（2psk2psk）.13132.22.2 數(shù)字信號的多進(jìn)制調(diào)制數(shù)字信號的多進(jìn)制調(diào)制 .14142.2.12.2.1 maskmask 的調(diào)制的調(diào)制.14142.2.22.2.2 mfskmfsk 的調(diào)制的調(diào)制.15152.2

9、.32.2.3 mpskmpsk 的調(diào)制的調(diào)制.1616第第 3 3 章章 仿真及結(jié)果分析仿真及結(jié)果分析.19193.13.1 askask 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào).19193.23.2 加入高斯白噪聲后的加入高斯白噪聲后的 askask 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) .25253.33.3 誤碼率的計(jì)算誤碼率的計(jì)算 .2828參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).3131致謝致謝.3232 摘要摘要本文首先介紹了通訊的歷史和發(fā)展，隨后介紹了數(shù)字信號的二進(jìn)制和多進(jìn)制對載波的幅度、頻率或相位進(jìn)行調(diào)制，并以幅度鍵控（ask）為例利用 matlab 集成環(huán)境下的 simulink仿真平臺對調(diào)制解調(diào)的原理、過程以及特點(diǎn)進(jìn)行深入了解

10、以及各種模擬調(diào)制方式性能的比較。對于不同的調(diào)制解調(diào)方式，讓它們處于高斯白噪聲或者隨機(jī)環(huán)境下，對它們的信噪比、增益、誤碼率等進(jìn)行對比分析，總結(jié)歸納出各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用。關(guān)鍵字：二進(jìn)制，多進(jìn)制，matlab，simulink，高斯白噪聲 abstractin this paper, we first introduce the history and development of communication, then introduces the digital signal of binary and m-ary the carrier amplitude, frequency, or ph

11、ase modulation, and amplitude shift control (ask) for example to use the integrated environment of matlab simulink simulation platform of modulation and demodulation principle, process and characteristics of the deep understanding and various modulation performance simulation. for different modulati

12、on and demodulation, let them under gaussian white noise or random environment, their signal to noise ratio, gain and bit error rate (ber) are compared and analyzed, summed up their respective advantages and disadvantages as well as application.keywords:keywords: binary, multi band, matlab, simulink

13、, gauss white noise 前言前言 當(dāng)今時(shí)代是信息化時(shí)代，而信息的數(shù)字化也越來越為研究人員所重視。早在 40 年代。仙農(nóng)證明了采樣定力，即在一定的條件下，用離散的序列可以完全代表。一個(gè)連續(xù)函數(shù)。就實(shí)質(zhì)而言，采樣定理為數(shù)字化技術(shù)奠定了重要的基礎(chǔ)。數(shù)字化是數(shù)字計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。是軟件技術(shù)的基礎(chǔ)，是智能技術(shù)的基礎(chǔ)。是信息社會的技術(shù)基礎(chǔ)。數(shù)字化管理是指利用計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，通過統(tǒng)計(jì)技術(shù)量化管理對象與管理行為，實(shí)現(xiàn)研發(fā)、計(jì)劃、組織、生產(chǎn)、協(xié)調(diào)、銷售、服務(wù)、創(chuàng)新等職能的管理活動。數(shù)字化理論已經(jīng)廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代的通訊系統(tǒng)之中，在其中最為廣泛應(yīng)用的是頻帶傳輸系統(tǒng)。在頻帶傳輸系統(tǒng)中，通過將最初始

14、的數(shù)字基帶信號轉(zhuǎn)換為頻帶信號，使得信號能夠在頻帶上傳輸，而且，載波參數(shù)不同，數(shù)字信號的頻帶調(diào)至方法也不同。 對現(xiàn)代通信系統(tǒng)而言，數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)有著非常巨大的意義。其應(yīng)用非常廣泛，被廣泛應(yīng)用于低中、高速數(shù)字信道之中。故本文對數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的研究非常有意義。 第 1 章 通信技術(shù)的歷史和發(fā)展1.1 通信的概念 通訊是人們通過各種方式，打破距離的常規(guī)限制，在兩地之間進(jìn)行消息的傳遞和交流。信息匯聚起來形成信息源，信息源通過物理傳播形成消息，比如說漢字、語音、圖像、數(shù)據(jù)等都是消息的載體。消息還可以有模擬和數(shù)字之分。通訊系統(tǒng)之中的電信號（以下簡稱信號）便是經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后的消息。故電信號既是消息的載體，又

15、是消息的傳播手段。就廣泛而言，信號有模擬信號和數(shù)字信號的區(qū)別，這兩種信號的自變量都可以連續(xù)也可以離散，但是區(qū)別是模擬信號的幅度必須是連續(xù)的，而數(shù)字信號的幅度必須是離散的。常用模擬信號的如電話、電視、攝影機(jī)等輸出的信號，常用數(shù)字信號的有計(jì)算機(jī)等數(shù)字終端設(shè)備的輸出信號。人們進(jìn)行通訊的目的就是為了將消息盡快的傳遞給對方，但是真正對接收者而言有用的只是其中的有效部分，也就是信息。對我們而言，具體的、表面的是消息，抽象的、本質(zhì)的是信息。于是信息量的多少便成為我們度量獲取消息的有效程度。近些年來數(shù)字通信技術(shù)在通訊領(lǐng)域發(fā)展即為突出，被越來越多的人應(yīng)用到通訊領(lǐng)域。通信是一門專門來進(jìn)行信息傳遞的科學(xué)技術(shù)，它的主

16、要任務(wù)是將有效的信息及時(shí)、保真的傳遞給接收方，在傳輸過程中在所難免遇到一些無用的或是有害的信息需要過濾掉。現(xiàn)代通信在傳遞信息的同時(shí)，還要將有效的信息進(jìn)行采集、處理以及保存等步驟。在信息科學(xué)領(lǐng)域，通信已經(jīng)以極大的優(yōu)勢占據(jù)重要地位。1 所謂的通信系統(tǒng)指的是在信息傳輸過程中所需要借助的所有技術(shù)設(shè)備和載體，最主要指的是息源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和信宿(受信者)，一般模型如下圖所示。 圖 1.1 通信系統(tǒng)一般模型通信系統(tǒng)有模擬和數(shù)字系統(tǒng)的分類。顧名思義，模擬通信系統(tǒng)通過模擬信號來傳遞消息，數(shù)字通信系統(tǒng)即用數(shù)字信號來傳遞消息，模型如下圖所示： 圖 1.2 模擬通信系統(tǒng)模型與模擬通信系統(tǒng)相比，數(shù)字通信系

17、統(tǒng)有很大的優(yōu)勢，它的抗干擾能力很強(qiáng)，加密簡單，可以快速簡單與計(jì)算機(jī)連接。因?yàn)楝F(xiàn)代通訊對通訊技術(shù)的要求越來越高，而數(shù)字通訊系統(tǒng)更能滿足其要求。二十多年以來，數(shù)字技術(shù)得到了很大的提高，在通信系統(tǒng)中占據(jù)的比例越來越重，在很多通信系統(tǒng)中取代了模擬通信。1.2 通信的發(fā)展史簡介在古時(shí)候，傳遞信息的主要方式是書信，但是這種方式的明顯缺點(diǎn)便是傳輸時(shí)間由距離長短決定。為了縮短傳輸時(shí)間，在短的時(shí)間內(nèi)獲得更多的有效信息，人們在長時(shí)間的技術(shù)發(fā)展中摸索新的技術(shù)。1837 年莫爾斯電磁式電報(bào)機(jī)的誕生預(yù)示著一個(gè)嶄新的電通信時(shí)代的良好開端，開創(chuàng)了用電來進(jìn)行通訊的先鋒。1866 年海底電纜的發(fā)明使得人們可以進(jìn)行越洋電報(bào)通訊。

18、1876 年科學(xué)家貝爾發(fā)明了電話，完全實(shí)現(xiàn)了電信號轉(zhuǎn)化為語音信號的有線傳輸，迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行信息的傳輸，預(yù)示著模擬通訊時(shí)代開始了，因?yàn)檫@種方式比電報(bào)通信更加方便，所以在之后的時(shí)間里，這種電話通信手段得到了更多的人的廣泛推廣。1937 年瑞威斯發(fā)明的脈沖編碼調(diào)制標(biāo)志數(shù)字通信的開始。20 世紀(jì) 60 年代以后集成電路、電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使得數(shù)字通信迅速發(fā)展。在 70 年代末在全球發(fā)展起來的模擬移動電話在 90 年代中期被數(shù)字移動電話所代替，現(xiàn)有的模擬電視也正在被數(shù)字電視所代替。數(shù)字通信的高速率和大容量等各方面的優(yōu)越性也使人們看到了它的發(fā)展前途2。1.3 通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)入 20 世紀(jì)以來，

19、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(jì)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(jì)算機(jī)和光導(dǎo)纖維等現(xiàn)代技術(shù)成果的問世，通信技術(shù)在以下幾個(gè)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(shí)。（2）移動通信和衛(wèi)星通信的出現(xiàn)，使人們隨時(shí)隨地可通信的愿望可以實(shí)現(xiàn)。（3）光導(dǎo)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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，范圍越來越廣。例如，2003 年我國的移動

20、電話用戶首次超過了固定電話用戶。根據(jù)國家信息產(chǎn)業(yè)部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，到 2005 年底移動電話用戶近 4 億。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(luò)化、智能化和寬帶化的方向發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對通信的要求越來越高，各種技術(shù)會不斷地應(yīng)用于通信領(lǐng)域，各種新的通信業(yè)務(wù)將不斷地被開發(fā)出來。到那時(shí)人們的生活將越來越離不開通信。 第 2 章 數(shù)字信號頻帶傳輸系統(tǒng)的基本原理在數(shù)字信號頻帶傳輸系統(tǒng)中，主要是對數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制，其中主要包括幅度鍵控（ask） 、頻移鍵控（fsk） 、相移鍵控（psk）因?yàn)閿?shù)字信號有二進(jìn)制與多進(jìn)制之分，因此，數(shù)字調(diào)制也分為二進(jìn)制調(diào)制和多進(jìn)制調(diào)制，本章節(jié)分別對二進(jìn)制

21、和多進(jìn)制調(diào)制進(jìn)行分析。2.1 數(shù)字信號的二進(jìn)制調(diào)制 2.1.1 幅度鍵控（2ask）振幅鍵控是正弦載波的幅度隨著數(shù)字基帶信號而變化的數(shù)字調(diào)制，數(shù)字幅度調(diào)制又稱幅度鍵控（ask） ，當(dāng)數(shù)字基帶信號為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制幅度鍵控,二進(jìn)制幅度鍵控記作 2ask。2ask 是利用代表數(shù)字信息 0 或 1 的基帶矩形脈沖去鍵控一個(gè)連續(xù)的高頻載波，使載波時(shí)斷時(shí)續(xù)地輸出。如有載波輸出是發(fā)送1，無載波輸出時(shí)發(fā)送 0. 設(shè)發(fā)送的二進(jìn)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(dú)立。該二進(jìn)制符號序列可表示為 s(t)= 其中： ppan出現(xiàn)概率為出現(xiàn)概率為110

22、（2-1） ts 用來表示二進(jìn)制基帶信號的時(shí)間間隔，g(t)用來代表持續(xù)時(shí)間 ts的矩形脈沖： 那么二進(jìn)制幅度鍵控信號可表示為： tnttgatscnsnaskcos)()(2ttsccos)(（2-2）二進(jìn)制幅度鍵控信號時(shí)間波型如圖 2.1 所示：圖 2.1 2ask 信號時(shí)域波形2.1.1.1 2ask 的調(diào)制2ask 的產(chǎn)生方法主要有兩種。第一種，可以把 2ask 信號當(dāng)做載波與 s(t)二者的乘積，因此對其進(jìn)行調(diào)制的時(shí)候需要采用模擬乘法器，即“乘積法” 。 第二種，2ask 信號的傳播與載波的通斷有直接的聯(lián)系，也就是說可以用模擬開關(guān)控制載波通斷，此時(shí)二進(jìn)制序列 s(t)可以進(jìn)行調(diào)節(jié)：s

23、(t)=1 時(shí)開關(guān)導(dǎo)通，s(t)=0 時(shí)開關(guān)截止，即“通斷鍵控法” 。圖 2.2 為“乘積法”的原理圖，圖 2.3 為“通斷鍵控法”的原理圖。 圖 2.2 2ask 調(diào)制乘積法圖 2.3 2ask 調(diào)制通斷鍵控法2.1.1.2 2ask 的解調(diào)由圖 2.1 可以知道，2ask 是一種 100%的 am 調(diào)制信號，信號解調(diào)方法有兩種：1 包絡(luò)檢波法 2 相干檢測法。下圖 2.4、圖 2.5 分別展示了包絡(luò)檢波法和相干檢測法的解調(diào)原理【3】： 圖 2.4 2ask 信號包絡(luò)檢波法解調(diào)原理框圖圖 2.5 2ask 信號相干檢測法解調(diào)原理框圖2.1.2 頻移鍵控（2fsk）數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（f

24、sk） ，二進(jìn)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)字信息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。頻移鍵控通過完全不一樣的兩個(gè)頻率 f1、f2 產(chǎn)生的振蕩源來體現(xiàn)信號 1 和 0，然后用 1 和 0 去控制兩個(gè)獨(dú)立的振蕩源的交替輸出，其波形如圖 2.6 所示。圖 2.6圖 2.7 2fsk 信號的產(chǎn)生原理框圖（a） 模擬調(diào)頻法 （b）鍵控法2.1.2.1 2fsk 的調(diào)制2fsk 主要是通過鍵控法來進(jìn)行調(diào)頻，鍵控法的主要原理就是利用矩形脈沖序列的開關(guān)電路根據(jù)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源來進(jìn)行選通，2fsk 信號的產(chǎn)生方法及波形示例如圖 2.8 所示。其中 s(t)代表信息的二進(jìn)制矩

25、形脈沖序列，即是 2fsk 信號。圖 2.8 2fsk 信號的產(chǎn)生方法及波形示例2.1.2.2 2fsk 的解調(diào)數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)方法很多，如包絡(luò)檢波法、相干檢測法、過零檢測法、差分檢測法、鑒頻法等。（1）包絡(luò)檢波法這種方法則可以看作是 2 路 2ask 對電路的解調(diào)，如下圖 2.9 所示：圖 2.9 2fsk 信號包絡(luò)檢波方框圖其中、代表上下兩支路，上支路對應(yīng) ，下支路對應(yīng)，s(t)及指的是包絡(luò)，指的是經(jīng)過包絡(luò)檢測之后抽取的包絡(luò)抽樣值，判決準(zhǔn)則通過的值來決定即： （2-3）（2） 相干檢測法 相干檢測的具體解調(diào)電路是同步檢波器，如下圖 2.10 所示：圖 2.10 2fsk 同步檢測方框圖除

26、了上述兩種方法，過零檢測法、差分檢測法、鑒頻法等也被廣泛應(yīng)用。2.1.3 相移鍵控（2psk）數(shù)字相位調(diào)制又稱相移鍵控（psk） ，是利用高頻載波相位的變化來傳送數(shù)字信息的，二進(jìn)制相移鍵控記作（2psk） 。在 2psk 中，初始相位 0 和 用來代表二進(jìn)制“1”和“0” ，如圖 2.11 所示。因此，2psk 信號的時(shí)域表達(dá)式為: （2-4）)cos(a)(2psknctts式中，n 表示第 n 個(gè)符號的絕對相位：”時(shí)發(fā)送“”時(shí)發(fā)送“，01,0n 圖 2.11 因此，上式可以改寫為: （2-5） pptttscc1,cosa,cosa)(2psk概率為概率為2.1.3.1 2psk 的調(diào)制模

27、擬調(diào)制的方法，如圖 2.12 所示： 乘法器)(2tspsk雙極性不歸零t0cos)(tf碼型變換單/雙0010t1sts 圖 2.12鍵控法 如圖 2.13 圖 2.132.1.3.2 2psk 的解調(diào)因?yàn)榘l(fā)”0”或”1”的時(shí)候,其采用相位變化攜帶信息，故 2psk 只能采用相干解調(diào),。如圖 2.14 所示：tccos)(tf)(2tspsk開關(guān)電路移相018000101sttabcd0tttte00110帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出)(2tspsktccosabcde圖 2.142.2 數(shù)字信號的多進(jìn)制調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制，就是一數(shù)字基帶信號去調(diào)制高頻載波的幅度、相位、頻

28、率的過程。因此，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制可以分為多進(jìn)制幅度鍵控（mask） 、多進(jìn)制頻移鍵控（mfsk）以及多進(jìn)制相移鍵控（mpsk 或 mdpsk） 。2.2.1 mask 的調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字幅度調(diào)制（mask）是二進(jìn)制數(shù)字幅度調(diào)制方式的推廣。進(jìn)制幅度調(diào)制信號的載波振幅有種取值，在一個(gè)碼元期間內(nèi)，發(fā)送其中的一種幅度的載波信號。mask 已調(diào)信號的表示式為： （2-6）這里，為進(jìn)制數(shù)字基帶信號 （2-7）式中，是高度為 1、寬度為的門函數(shù)；有種取值 2.2.2 mfsk 的調(diào)制多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制（mfsk）是 2fsk 方式的推廣。它是用個(gè)不同的載波頻率代表種數(shù)字信息。mfsk 系統(tǒng)的組成方框圖如圖 2.

29、15 所示。發(fā)送端采用鍵控選頻的方式，接收端采用非相干解調(diào)方式。 圖 2.15 多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制系統(tǒng)的組成方框圖2.2.3 mpsk 的調(diào)制 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制是二相制的推廣。通過利用載波的多種不同相位狀態(tài)來表征數(shù)字信息。mpsk 也有絕對相位調(diào)制(mpsk)和相對相位調(diào)制（mdpsk）兩種。設(shè)載波為，則 mpsk 信號可表示為 （2-8）式中，是高度為 1，寬度為的門函數(shù)；為進(jìn)制碼元的持續(xù)時(shí)間，亦即（）比特二進(jìn)制碼元的持續(xù)時(shí)間；為第 個(gè)碼元對應(yīng)的相位，共有種不同取值 （2-9）且（5-114）由于一般都是在范圍內(nèi)等間隔劃分相位的，因此相鄰相移的差值為 （2-10）令 這樣式（2-8）變?yōu)?

30、（2-11） 這里 （2-12） （2-13）其相關(guān)矢量圖如圖 2.16 所示 圖 2.16 相位配置矢量圖在 m 進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制中，四進(jìn)制絕對移相鍵控（4psk，又稱 qpsk）和四進(jìn)制差分相位鍵控（4dpsk 又稱 qdpsk）用得最為廣泛。qpsk 利用載波的四種不同相位來表征數(shù)字信息。由于每一種載波相位代表兩個(gè)比特信息，故每個(gè)四進(jìn)制碼元又稱為雙比特碼元，習(xí)慣上把雙比特的前一位用 a 代表，后一位用 b 代表。常用的產(chǎn)生方法有：直接調(diào)相法及相位選擇法，如下圖 2.17 和 2.18 所示。圖 2.17 相位選擇法產(chǎn)生 4psk 信號（b 方式）方框圖圖 2.18 直接調(diào)相法產(chǎn)生 4ps

31、k 信號方框圖qpsk 通常通過極性比較法進(jìn)行解調(diào)，如圖 2.19 所示： 圖 2.19 4psk 信號的相干解調(diào) 第 3 章 仿真及結(jié)果分析本章節(jié)主要以 ask 為例研究其在 matlab 集成環(huán)境下的 simulink 仿真平臺下進(jìn)行的仿真及結(jié)果分析。3.1 ask 調(diào)制與解調(diào) 該仿真系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)過程可解釋為：首先利用相乘器將信號源的輸出信號與再通進(jìn)行乘法計(jì)算，在接收端將濾波器帶通實(shí)現(xiàn)與載波再次相乘，然后信號通過低通濾波器、抽樣判決器，最后通過示波器顯示波形，用誤碼器觀察誤碼率5。ask 調(diào)制與解調(diào)仿真電路如下圖 3.1:圖 3.1 ask 調(diào)制與解調(diào)仿真電路 將信號源的碼數(shù)率設(shè)為 1

32、b/s,即頻率為 1 hz。參數(shù)設(shè)置如圖 3.2 所示： 圖 3.2 信號源參數(shù)設(shè)置在該系統(tǒng)中，設(shè)置載波參數(shù)時(shí)，因?yàn)檩d波頻率要大于信號源頻率，故信號源頻率 1hz 的話，那么載波頻率設(shè)置為 6hz，頻率的單位是 rad/sec，所以即為12*pi，載波信號參數(shù)如圖 3.3 所示： 圖 3.3 載波信號參數(shù)設(shè)置：低通濾波器的信號源的頻率與頻帶邊緣頻率相同，在前面設(shè)置中信號源頻率為 1 hz，故對話框中“passband edge frequency (rads/sec)：”中應(yīng)填寫“2*pi” 。 圖 3.4 低通濾波器參數(shù)設(shè)置對 2ask 仿真系統(tǒng)而言，接收機(jī)輸入信號的幅度影響判決器的最佳判決

33、門限 a/2(當(dāng) p(1)=p(0)時(shí))，當(dāng)其發(fā)生變化時(shí)，最佳判決門限也將隨之變動。抽樣判決器參數(shù)設(shè)置如圖 3-5 所示： 圖 3.5 抽樣判決器的參數(shù)設(shè)置 量化器抽樣頻率與信號源頻率相同。前面已經(jīng)設(shè)置信號源頻率為 1hz，即抽樣頻率為 1hz。量化器參數(shù)設(shè)置如圖 3.6 所示： 圖 3.6 量化器參數(shù)設(shè)置進(jìn)行仿真后，由結(jié)果可以知道存在 1 比特的時(shí)延，故誤碼器的可接納時(shí)延為 1 比特。其參數(shù)設(shè)置如圖 3.7 所示： 圖 3.7 誤碼器的參數(shù)設(shè)置經(jīng)過誤碼器的 1 比特時(shí)延后，其誤碼率為 0，結(jié)果正確。如圖 3.8 所示： 圖 3.8 誤碼率的查看 按照 ask 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，將輸入信

34、號轉(zhuǎn)換成輸出的各個(gè)波形，如下圖 3.9 所示，第一路為信號源模塊波形圖，第二路為 ask 調(diào)制后波形圖，第三路為調(diào)制信號與載波相乘后波形圖，第四路為經(jīng)過低通濾波器后波形圖，第五路為 ask 解調(diào)波形圖。 圖 3.9 各點(diǎn)信號的波形3.2 加入高斯白噪聲后的 ask 調(diào)制與解調(diào)在 ask 調(diào)節(jié)解調(diào)仿真系統(tǒng)中加入高斯白噪聲后，可以將過程描述為：信號源的輸出信號與載波在相乘器中進(jìn)行相乘計(jì)算后，進(jìn)入增加高斯白噪聲（awgn）的信道中進(jìn)行傳輸。在接收端將濾波器帶通實(shí)現(xiàn)與載波再次相乘，然后信號通過低通濾波器、抽樣判決器，最后通過示波器顯示波形，用誤碼器觀察誤碼率。如圖 3.10 所示： 圖 3.10 as

35、k 調(diào)制與解調(diào)中加入高斯白噪聲仿真圖高斯白噪聲的抽樣時(shí)間設(shè)置為 0.01，如圖 3.11 所示： 圖 3.11 高斯白噪聲的參數(shù)設(shè)置帶通濾波器的上頻應(yīng)該等于載波頻率與調(diào)制信號頻率之和，下頻應(yīng)該等于載波頻率與調(diào)制信號頻率之差。由前面的設(shè)置可以知道信號源頻率為 1hz，載波頻率為 6hz,經(jīng)過計(jì)算可以得出上截止頻率為 7hz，下截止頻率為 5hz，轉(zhuǎn)換成以 rads/sec 為單位即為 14*pi 、10*pi。所以“l(fā)ower passband edge frequency (rads/sec) upper passband edge frequency (rads/sec)”應(yīng)填“10*pi

36、、14*pi” 。參數(shù)設(shè)置如圖 3.12 所示：圖 3.12 帶通濾波器的參數(shù)設(shè)置 參數(shù)設(shè)置后進(jìn)行仿真，由輸出結(jié)果可以知道，調(diào)制解調(diào)獲得成功，但是存在 0.01 秒的時(shí)延，也就是說信號時(shí)延了 2 比特，故無碼器的可接納時(shí)延為 2比特。其參數(shù)設(shè)置如圖 3.13 所示： 圖 3.13 誤碼器的參數(shù)設(shè)置經(jīng)過誤碼器的 2 比特時(shí)延后，其誤碼率為 0。如圖 3.14 所示： 圖 3.14 誤碼率的查看按照 ask 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，將輸入信號轉(zhuǎn)換成輸出的各個(gè)波形，如下圖 3.9 所示，第一路為信號源模塊波形圖，第二路為 ask 調(diào)制后的波形圖，第三路為加入高斯白噪聲后的波形圖，第四路為經(jīng)過帶通濾波

37、器后的波形圖，第五路為經(jīng)過帶通濾波器后與載波相乘后的波形圖，第六路為經(jīng)過低通濾波器后的波形圖，第七路為 ask 解調(diào)后的波形圖。雖然加入高斯白噪聲后，波形失真，解調(diào)也有誤碼存在，但是節(jié)本能夠符合設(shè)計(jì)的要求。如圖 3.15 所示： 圖 3.15 各點(diǎn)信號的波形3.3 誤碼率的計(jì)算現(xiàn)如今誤碼率已經(jīng)成為衡量一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。在加入高斯白噪音干擾的信道中，調(diào)節(jié)器輸入信噪比決定這個(gè)二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率。與此同時(shí)誤碼率表現(xiàn)的形式取決于解調(diào)方式。ask 調(diào)制與解調(diào)中計(jì)算誤碼率仿真圖如圖 3.16 所示： 圖 3.16 ask 調(diào)制與解調(diào)中計(jì)算誤碼率仿真圖在繪制信噪比-誤碼率關(guān)系曲線圖之前

38、，先將源程序創(chuàng)建 m 文件，將仿真圖及 m 文件放入 matlab 軟件的 work 文件夾下，并重新設(shè)置高斯噪聲和誤碼器模型參數(shù)。高斯白噪聲的“variance（vector or matrix） ”應(yīng)該設(shè)置為“var” 。如圖3.17 所示 圖 3.17 高斯白噪聲的參數(shù)設(shè)置誤碼器“output data”應(yīng)該設(shè)置為“workspace” 。如圖 3.18 所示： 圖 3.18 誤碼器的參數(shù)設(shè)置二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的調(diào)制方式，即誤碼率與信號形式，與噪聲的統(tǒng)計(jì)特性,解調(diào)及譯碼判決方式有關(guān)。8。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 張圣勤.matlab7.0 實(shí)用教程. 北京：機(jī)械工程出版社，20062 桑林，郝建軍，劉丹譜.數(shù)字通信.北京：北京郵電大學(xué)出版社，20073 樊昌信，曹麗娜.通信原理.北京：國防工業(yè)出版社，20094 徐遠(yuǎn)明. matlab 仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 20055邵玉斌，matlab/simulink