【正文】 ，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，從而更深入地掌握數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)[2]。通信系統(tǒng)的一般模型實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱(chēng)為通信系統(tǒng)。以基本的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信為例，通信系統(tǒng)的組成（通常也稱(chēng)為一般模型）。利用系統(tǒng)仿真可以迅速構(gòu)建一個(gè)通信系統(tǒng)模型，為通信和信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析提供一個(gè)便捷，高效且精準(zhǔn)的評(píng)估平臺(tái)?？梢詫④浖Ｐ秃陀布洼敵龅臄?shù)據(jù)以及從真實(shí)系統(tǒng)的信號(hào)相互結(jié)合起來(lái)，從而使設(shè)計(jì)過(guò)程和評(píng)估過(guò)程統(tǒng)一起來(lái)，協(xié)同工作，使得設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤得以及時(shí)的修正，最終使得設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境相吻合，保證后期產(chǎn)品化過(guò)程的順利進(jìn)行。在我國(guó)，現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展要求通信系統(tǒng)功能越來(lái)越強(qiáng),性能越來(lái)越高,構(gòu)成越來(lái)越復(fù)雜。另一方面,要求通信系統(tǒng)技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)縮短周期,降低成本,提高水平。如此要求只有通過(guò)使用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)技術(shù)和工具才能實(shí)現(xiàn)。利用系統(tǒng)建模和軟件仿真技術(shù)，幾乎可以對(duì)所有的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行分層次的建模和評(píng)估，而且模型無(wú)需針對(duì)解析分析簡(jiǎn)化，因此評(píng)價(jià)結(jié)果更加精準(zhǔn)，更接近實(shí)際的運(yùn)行情況。隨著超大規(guī)模集成電路工藝的成熟以及計(jì)算機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的充分發(fā)展，數(shù)字通信發(fā)展迅速，大多數(shù)的模擬通信系統(tǒng)已被數(shù)字通信系統(tǒng)所取代。盡管在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)數(shù)字通信系統(tǒng)還不能完全取代模擬通信系統(tǒng)那個(gè)，但通信朝著數(shù)字化方向發(fā)展是不會(huì)改變的，這是有數(shù)字通信和模擬通信自身的特點(diǎn)所決定的。 從宏觀看，世界通信方式，仍以電話為主，在電話通信中，則以程控交換和移動(dòng)電話發(fā)展最快。目前模擬通信系統(tǒng)還在使用，但由于人們對(duì)各種通信業(yè)務(wù)的需求迅速增加，數(shù)字通信正向著小型化、智能化、高速大容量的方向迅速發(fā)展，最終必將取代模擬通信。從中我們可以看出通信在我們生活中的重要，它給我們帶來(lái)了各種各樣的消息，如果有一天它消失了，我不敢想象世界會(huì)變成怎樣。數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展與數(shù)字器件的廣泛使用，數(shù)字信號(hào)處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越重要。數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)，頻帶傳輸系統(tǒng)也叫數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其頻譜搬移到適合在信道(一般為帶通信道)上傳輸?shù)念l帶上。數(shù)字調(diào)制和模擬調(diào)制一樣都是正弦波調(diào)制，即被調(diào)制信號(hào)都為高頻正弦波。數(shù)字調(diào)制信號(hào)又稱(chēng)為鍵控信號(hào)，數(shù)字調(diào)制過(guò)程中處理的是數(shù)字信號(hào)，而載波有振幅、頻率和相位3個(gè)變量，且二進(jìn)制的信號(hào)只有高低電平兩個(gè)邏輯量即1和0，所以調(diào)制的過(guò)程可用鍵控的方法由基帶信號(hào)對(duì)載頻信號(hào)的振幅、頻率及相位進(jìn)行調(diào)制，最基本的方法有3種：正交幅度調(diào)制(QAM)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)。根據(jù)所處理的基帶信號(hào)的進(jìn)制不同分為二進(jìn)制和多進(jìn)制調(diào)制(M進(jìn)制)。多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與二進(jìn)制相比，其頻譜利用率更高。在數(shù)字通信、數(shù)字視頻廣播、數(shù)字衛(wèi)星廣播等領(lǐng)域中，廣泛采用M進(jìn)制的調(diào)制方式。 通信系統(tǒng)及其仿真技術(shù) 人們認(rèn)識(shí)客觀世界的方式多種多樣。在計(jì)算機(jī)沒(méi)有出現(xiàn)以前，歸納起來(lái)主要可分為理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩大類(lèi)。隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，利用計(jì)算機(jī)對(duì)未知的世界進(jìn)行仿真成為越來(lái)越重要的手段。舉個(gè)例子，對(duì)現(xiàn)代汽車(chē)而言，汽車(chē)的安全性相當(dāng)依賴(lài)于防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）的性能。在實(shí)際情況下，對(duì)ABS進(jìn)行實(shí)車(chē)測(cè)試的代價(jià)是非常昂貴的，為了進(jìn)行極限情況下的測(cè)試，通常需要嚴(yán)寒和炎熱的環(huán)境。在積雪覆蓋的路面上進(jìn)行ABS的測(cè)試，就只能在冬季有雪的天氣進(jìn)行，這對(duì)測(cè)試人員來(lái)說(shuō)是非常難實(shí)現(xiàn)的，并且能夠造成一定的人員安全威脅。并且，用真實(shí)汽車(chē)進(jìn)行測(cè)試存在可重復(fù)性差、不能復(fù)現(xiàn)同一條件等缺點(diǎn)。基于上述問(wèn)題，伴隨計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，在生產(chǎn)過(guò)程中可利用仿真的方法對(duì)ABS進(jìn)行檢驗(yàn)。通過(guò)對(duì)車(chē)輛與道路等的仿真，模擬道路的狀況，指導(dǎo)ABS產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，減少路試次數(shù)，縮短出場(chǎng)周期，降低產(chǎn)品費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)。可以說(shuō)仿真的方法是ABS開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的有力輔助工具。因此，仿真時(shí)科學(xué)研究和工程建設(shè)中不可缺少的方法。近年來(lái),在通信系統(tǒng)建模的,分析和仿真評(píng)估領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展了大量的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，這技術(shù)大體分為三大類(lèi)： （1）基于理論分析的解析方法，如利用計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)性能評(píng)估公式進(jìn)行數(shù)值計(jì)算等； （2）結(jié)合通信系統(tǒng)硬件原型和測(cè)試設(shè)備的計(jì)算機(jī)輔助仿真方法，通常應(yīng)用于原型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的中后期和原型系統(tǒng)調(diào)試中； （3）基于純軟件的系統(tǒng)仿真方法，即首先對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)模擬系統(tǒng)行為，波形以及信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)的過(guò)程，并對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)進(jìn)行仿真測(cè)試和統(tǒng)計(jì)分析的一系列方法[3]。 畢設(shè)的主要內(nèi)容 本人在進(jìn)行數(shù)字通信系統(tǒng)仿真時(shí)的主要內(nèi)容，簡(jiǎn)單介紹如下： 首先，學(xué)習(xí)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，如通信系統(tǒng)各部分的組成，各部分的作用，理論上不同信號(hào)在通過(guò)系統(tǒng)每個(gè)部分后該發(fā)生的變化，以及Simulink建模和仿真原理，以及它的使用，必須清晰豐富的模塊組的功能和應(yīng)用； 其次，做出數(shù)字通信系統(tǒng)的基本模型，分別是ASK、FSK、PSK、QPSK，并且用Simulink來(lái)實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)中各個(gè)部分的仿真，調(diào)制部分，解調(diào)部分等等，并且整合到一起，設(shè)置不同的參數(shù)，觀察示波器的波形圖并記錄； 最后，根據(jù)使用的不同調(diào)制方式和設(shè)置的不同參數(shù)來(lái)進(jìn)行仿真結(jié)果的分析，不同的參數(shù)不同的波形，并且對(duì)不同的調(diào)制方式進(jìn)行對(duì)比分析，最后可得出最優(yōu)的數(shù)字調(diào)制方式。2 Simulink與通信系統(tǒng)仿真 通信系統(tǒng)仿真的研究方法和技術(shù)路線 通信系統(tǒng)仿真的研究方法通信系統(tǒng)研究方法如下三種，這里做簡(jiǎn)要的介紹：(1) 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的狀態(tài)方程求解方法：對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真就是利用計(jì)算機(jī)對(duì)所得出的狀態(tài)方程進(jìn)行數(shù)值求解的過(guò)程，通信系統(tǒng)則是以時(shí)間為自變量，所以相應(yīng)的狀態(tài)方程中的狀態(tài)變量，輸入輸 出變量也都是時(shí)間的函數(shù)；(2) 蒙卡羅法：是一種基于隨機(jī)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)計(jì)算的數(shù)值方法，也成為計(jì)算機(jī)隨機(jī)模擬法； (3) 混合法：在隨機(jī)變量的條件下的微分方程數(shù)值求解問(wèn)題，同時(shí)使用了基于數(shù)值計(jì)算的狀態(tài)方程求解和基于統(tǒng)計(jì)計(jì)算的Monte Carlo方法。 通信系統(tǒng)仿真的技術(shù)路線了解通信系統(tǒng)的概念，在此基礎(chǔ)上建立系統(tǒng)的模型，并且根據(jù)概念模型與MATLAB中SIMULINK的相應(yīng)的模塊進(jìn)行系統(tǒng)各組成部分的仿真，再統(tǒng)一調(diào)制和解調(diào)的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的仿真。在SIMULINK通信系統(tǒng)仿真模型庫(kù)中，MATLAB提供的圖形界面仿真工具Simulink由一系列模型庫(kù)組成，了解其中模塊庫(kù)子模塊的作用，并且分類(lèi)此次仿真中需要用到的常用模塊，根據(jù)原理來(lái)進(jìn)行仿真建模。整個(gè)通信系統(tǒng)的流程圖被概括為：信號(hào)的產(chǎn)生與輸出、編碼與解碼、調(diào)制與解調(diào)、多址接入方式、濾波器以及傳輸介質(zhì)的模型。在通信系統(tǒng)中，一般情況下，傳輸和接受所采用的技術(shù)是相互對(duì)應(yīng)的。因此，可以將發(fā)射與接收部分中各個(gè)子仿真模型庫(kù)進(jìn)行相應(yīng)的歸類(lèi)。最后連接出框圖，設(shè)置各個(gè)元件的參數(shù)，就能在SCOPE中觀察輸出。3 現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理 通信系統(tǒng)的一般模型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(yǔ)音、文字、數(shù)據(jù)、圖形和圖象等都是消息(Message)。消息有模擬消息（如語(yǔ)音、圖象等）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(hào)（通常簡(jiǎn)稱(chēng)為信號(hào)）后才能在通信系統(tǒng)中傳輸。所以，信號(hào)（Signal）是傳輸消息的手段，信號(hào)是消息的物質(zhì)載體。通信的目的是傳遞消息，但對(duì)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(lái)度量。通信系統(tǒng)就是傳遞信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和，包括信息源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和信宿(受信者) ，它的一般模型如圖31。圖31 數(shù)字通信系統(tǒng)框圖 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)是完成信源產(chǎn)生的信號(hào)送達(dá)信宿的系統(tǒng)。信源是信號(hào)發(fā)生的裝置可以是模擬信源也可以是數(shù)字信源。例如，信源可以是語(yǔ)音采集裝置也可以是長(zhǎng)生數(shù)字信號(hào)的計(jì)算機(jī)或者傳真機(jī)。信源編碼作用主要是對(duì)信源產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行壓縮，來(lái)減少信道傳輸信號(hào)的帶寬，因?yàn)樵跀?shù)字通信系統(tǒng)中帶寬往往非常珍貴。例如信源編碼可以采用PCM、DPCM等。加密和解密共同組成數(shù)字通信系統(tǒng)的安全組件，加密先講數(shù)字明文變成密文，這樣只有信源和指定的信宿才有對(duì)應(yīng)的秘鑰，如若被他人截獲如果對(duì)方?jīng)]有秘鑰，也無(wú)法獲取密文中的信息。多路復(fù)用的功能是將許多用戶(hù)服用到同一個(gè)鏈路或者信道上，這樣可以提高鏈路或者信道的利用率。接下來(lái)是信道編碼，信道編碼是為了提高信號(hào)在信道中傳輸?shù)目煽啃?，但是要想?shù)字信號(hào)中加入一些冗余信息。例如，通常使用的信道編碼有循環(huán)碼、卷積碼等?；陔姶艑W(xué)理論，為了將發(fā)射無(wú)線信號(hào)的天線做短達(dá)到實(shí)際情況；還有就是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的復(fù)用；所有要將數(shù)字信號(hào)放到載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，然后再將數(shù)字帶通信號(hào)加大功率發(fā)射出去。經(jīng)過(guò)充滿(mǎn)隨機(jī)噪聲的信道后，到達(dá)接收端在接收端有和發(fā)射端相配套的一套裝置，經(jīng)過(guò)處理到達(dá)信宿。具體數(shù)字框圖參見(jiàn)圖32。圖32 數(shù)字通信框圖 各種數(shù)字調(diào)制方式比較數(shù)字調(diào)制就是將數(shù)字符號(hào)變成適合于信道傳輸?shù)牟ㄐ巍Ｋ幂d波一般是余弦信號(hào)，調(diào)制信號(hào)為數(shù)字基帶信號(hào)。利用基帶信號(hào)去控制載波的某個(gè)參數(shù)，就完成了調(diào)制。調(diào)制的方法主要是通過(guò)改變余弦波的幅度、相位或頻率來(lái)傳送信息。其基本原理是把數(shù)據(jù)信號(hào)寄生在載波的上述三個(gè)參數(shù)中的一個(gè)上，即用數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)進(jìn)行幅度調(diào)制、頻率調(diào)制或相位調(diào)制。數(shù)字信號(hào)只有幾個(gè)離散值，因此調(diào)制后的載波參數(shù)也只有有限個(gè)值，類(lèi)似于用數(shù)字信息控制開(kāi)關(guān)，從幾個(gè)具有不同參量的獨(dú)立振蕩源中選擇參量，為此把數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式稱(chēng)為“鍵控”。數(shù)字調(diào)制分為調(diào)幅、調(diào)相和調(diào)頻三類(lèi)，分別對(duì)應(yīng)“幅移鍵控”（ASK）、“相移鍵控”（PSK）和“頻移鍵控”（FSK）三種數(shù)字調(diào)制方式。在“幅移鍵控”方式中，當(dāng)“1”出現(xiàn)時(shí)接通振幅為A的載波，“0”出現(xiàn)時(shí)關(guān)斷載波，這相當(dāng)于將原基帶信號(hào)（脈沖列）頻譜搬到了載波的兩側(cè)。如果用改變載波頻率的方法來(lái)傳送二進(jìn)制符號(hào)，就是“頻移鍵控”的方法，當(dāng)“1”出現(xiàn)時(shí)是低頻，“0”出現(xiàn)時(shí)是高頻。這時(shí)其頻譜可以看成碼列對(duì)低頻載波的開(kāi)關(guān)鍵控加上碼列的反碼對(duì)高頻載波的開(kāi)關(guān)鍵控。如果用“0”和“1”來(lái)改變載波的相位，則稱(chēng)為“相移鍵控”。這時(shí)在比特周期的邊緣出現(xiàn)相位的跳變，但在間隔中部保留了相位信息。接收端解調(diào)通常在其中心點(diǎn)附近進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，PSK系統(tǒng)的性能要比開(kāi)關(guān)鍵控FSK系統(tǒng)好，但必須使用同步檢波。本文主要通過(guò)比較不同數(shù)字調(diào)制方式的誤碼率和有效性，得出數(shù)字調(diào)制的最佳方式，格局經(jīng)驗(yàn)性能為：QPSKPSKFSKASK。所以目前QPSK是目前常用的一種數(shù)字調(diào)制方式。當(dāng)然目前又出現(xiàn)很多更加優(yōu)秀的數(shù)字調(diào)制方式，如OFDM、QAM等。 4 數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真原理及框圖 調(diào)制是將各種基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)恼{(diào)制信號(hào)(已調(diào)信號(hào)或頻帶信號(hào))，就是用基帶信號(hào)去控制載波信號(hào)的某個(gè)或幾個(gè)參量的變化，將信息荷載在其上形成已調(diào)信號(hào)傳輸，而解調(diào)是調(diào)制的反過(guò)程，通過(guò)具體的方法從已調(diào)信號(hào)的參量變化中將恢復(fù)原始的基帶信號(hào)。調(diào)制技術(shù)分為模擬調(diào)制技術(shù)與數(shù)字調(diào)制技術(shù)，其主要區(qū)別是：模擬調(diào)制是對(duì)載波信號(hào)的某些參量進(jìn)行連續(xù)調(diào)制，在接收端對(duì)載波信號(hào)的調(diào)制量連續(xù)估值，而數(shù)字調(diào)制是用載波信號(hào)的某些離散狀態(tài)來(lái)表征所傳送信息，在接收端只對(duì)載波信號(hào)的離散調(diào)制參量進(jìn)行檢測(cè)。 1934年美國(guó)學(xué)者李佛西提出脈沖編碼調(diào)制（PCM）的概念，從此之后通信數(shù)字化的時(shí)代應(yīng)該說(shuō)已經(jīng)開(kāi)始了，但是數(shù)字通信的高速發(fā)展卻是20世紀(jì)70年代以后才開(kāi)始的。隨著時(shí)代的發(fā)展，用戶(hù)不再滿(mǎn)足于聽(tīng)到聲音，而且還要看到圖像；通信終端也不局限于單一的電話機(jī)，而且還有傳真機(jī)和計(jì)算機(jī)等數(shù)據(jù)終端?，F(xiàn)有的傳輸媒介電纜、微波中繼和衛(wèi)星通信等將更多地采用數(shù)字傳輸。常用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)有2ASK（AmplitudeShiftKeying，幅移鍵控）、4ASK、8ASK、BIT/SK（PhaseShiftKeying，相移鍵控）、QPSK、8PS