【正文】 基于 Simulink 的數(shù)字調(diào)制與解調(diào)仿真 摘 要 在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)對(duì)高頻載波進(jìn)行調(diào)制，變?yōu)轭l帶信號(hào)，通過信道傳輸，在接收端解調(diào)后恢復(fù)成數(shù)字信號(hào)。由于大多數(shù)實(shí)際信號(hào)都是帶通型的，所以必須先用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，形成數(shù)字調(diào)制信號(hào)再進(jìn)行傳輸，因而，調(diào)制解調(diào)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代通信的重要手段。數(shù)字調(diào)制的實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)了通信的飛速發(fā)展。研究數(shù)字通信調(diào)制理論，提供有效調(diào)制方式，有著重要意義。調(diào)制解調(diào)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法有多種，本文應(yīng)用了鍵控法產(chǎn)生調(diào)制與解調(diào)信號(hào)。 本文重點(diǎn)介紹了 2ASK、 2FSK、 2PSK（ BPSK）調(diào)制與解調(diào)的工作原理，以及用 Simulink 進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。論文共分為八章：第一章主要介紹了選題的意義和目的；第二章我們對(duì) Simulink 軟件的特點(diǎn)、功能以及通信的基本概念和發(fā)展歷程進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹；第三章詳細(xì)介紹調(diào)制解調(diào)的理論，著重從數(shù)字調(diào)制解調(diào)中的 2ASK、 2FSK、 2PSK（ BPSK）的產(chǎn)生、頻譜、解調(diào)等過程進(jìn)行介紹；第四章是我們將介紹調(diào)制解調(diào)的 Simulink 仿真 , 并著重介紹 2ASK、 2FSK、 2PSK的調(diào)制以及其相干解調(diào)的 Simulink 仿真，并得出結(jié)論；第五章是對(duì)該次設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的總結(jié) 。 關(guān)鍵字：調(diào)制 解調(diào) Simulink 仿真 目錄 摘要 ... ............... ......... ...... ....... ......... ..... ... .....2 第一章 緒論 .......... ......... ...... ....... ......... ..... ... .......4 1． 1 課題意義 .......... ......... ...... ....... ......... ..... ... ..... 4 1． 2 課題目的 .......... ......... ...... ....... ......... ..... ... .....4 1． 3 研究范圍 .......... ......... ...... ....... ......... ..... ... ....4 第二章 Simulink 的簡(jiǎn)介與通信技術(shù)的歷史和發(fā)展 ............... ......... .....5 2． 1 Simulink 的簡(jiǎn)介 .......... ......... ...... ....... ......... ..... ..5 2． 2 通信技術(shù)的歷史和發(fā)展 .......... ......... ...... ....... ............5 第三章 2ASK 2FSK 2PSK 的工作原理 .......... ......... ...... ....... ......9 3． 1 調(diào)制與解調(diào)技術(shù)的基本概念及意義 ......... ...... ....... ...........9 3． 2 2ASK(Amplitude Shift Keying)信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的原理 ...................9 3． 3 2FSK(Frequency Shift Keying)信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的原理 .......... ........14 3． 4 2PSK(Phase Shift Keying)信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的原理 ......................19 第四章 調(diào)制與解調(diào)仿真 ................... ............ . ....... . .......23 4． 1 2ASK 的調(diào)制與解調(diào)仿真 ................... ............ . ....... ...23 4． 2 2FSK 的調(diào)制與解調(diào)仿真 ... .................... ....................29 4． 3 2PSK 的調(diào)制與解調(diào)仿真 ... ............... ......... ...... .. ......38 第五章 總 結(jié) ... ............... ......... ...... ....... ......... ......44 致謝 ... ............... ......... ...... ....... ......... ..... ....... 45 參考資料 ... ............... ......... ...... ....... ......... ..... ....46 第一章 緒 論 1． 1 課題意義 隨著通信技術(shù)日新月異的發(fā)展，尤其是數(shù)字通 信的快速發(fā)展越來越普及，研究人員對(duì)其相關(guān)技術(shù)投入了極大的興趣。為使數(shù)字信號(hào)能在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，其調(diào)制方式與模擬信號(hào)調(diào)制相類似。根據(jù)數(shù)字信號(hào)控制載波的參量不同也分為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種方式。因數(shù)字信號(hào)對(duì)載波參數(shù)的調(diào)制通常采用數(shù)字信號(hào)的離散值對(duì)載波進(jìn)行鍵控，故這三種數(shù)字調(diào)制方式被稱為幅移鍵控（ ASK）、頻移鍵控（ FSK）和相移鍵控（ PSK）。經(jīng)調(diào)制后的信號(hào)，通過信道傳輸，在接收端解調(diào)后恢復(fù)成數(shù)字信號(hào)。因此，調(diào)制解調(diào)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代通信的重要手段，促進(jìn)通信的快速發(fā)展。 1． 2 選題目 的 通過此次的調(diào)制與解調(diào)仿真，使我們對(duì) 2ASK、 2FSK、 2PSK、調(diào)制與解調(diào)的工作原理以及 Simulink 軟件有了比較深刻的認(rèn)識(shí)和了解。在采用不同的調(diào)制方式時(shí)， PSK 的誤碼率小于 FSK，而 FSK 系統(tǒng)的誤碼率又小于 ASK 系統(tǒng)。在誤碼率相同條件下，相干 PSK 要求 r（信噪比）最小， FSK 系統(tǒng)次之， ASK 系統(tǒng)要求 r 最大，它們之間分別相差 3dB。 PSK 系統(tǒng)的抗噪聲性能最好，但會(huì)出現(xiàn)倒π現(xiàn)象，實(shí)際中很少采用，而多采用 DPSK 系統(tǒng)。 1． 3 研究范圍 在當(dāng)代社會(huì)中，信息的交換日益頻繁，隨著通信技術(shù)和計(jì)算 機(jī)技術(shù)的發(fā)展及它們的密切結(jié)合，通信能克服對(duì)空間和時(shí)間的限制，大量的、遠(yuǎn)距離的信息傳遞和存取已成為可能。展望未來，通信技術(shù)正在向數(shù)字化、智能化、綜合化、寬帶化、個(gè)人化方向迅速發(fā)展，各種新的電信業(yè)務(wù)也應(yīng)運(yùn)而生，正沿著信息服務(wù)多種領(lǐng)域廣泛延伸。 本系統(tǒng)研究的是 2ASK、 2FSK、 2PSK 系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)過程，以及在調(diào)制解調(diào)過程中使用的方法。對(duì)調(diào)制與解調(diào)方法建立其模型，從理論上解釋 2ASK、 2FSK、2PSK 的調(diào)制與解調(diào)的原理，并采用 Simulink 軟件進(jìn)行仿真，使輸出結(jié)果達(dá)到最好效果。 第二章 Simulink 的簡(jiǎn)介與通信技術(shù)的歷史和發(fā)展 2． 1 Simulink 的簡(jiǎn)介 近幾年，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域， Simulink 已成為在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)領(lǐng)域建模和仿真方面分， Simulink 具有相對(duì)獨(dú)立的功能和使用方法。確切的說，它是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、應(yīng)用最廣泛的軟件包之一 。它的魅力在于強(qiáng)大的功能和簡(jiǎn)便的餓操作。作為 MATLAB 的重要組成部仿真和分析的軟件包。它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。在 Simulink 環(huán)境中，利用鼠標(biāo) 就可以在模型窗口中直觀地 畫 出系統(tǒng)模型，然后直接進(jìn)行仿真。它為用戶提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用手和紙來畫一樣容易。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。 Simulink 包含有 SINKS（輸出方式）、 SOURCE（輸入源）、 LINEAR（線性環(huán)節(jié)）、 NONLINEAR（非線性環(huán)節(jié)）、 CONNECTIONS（連接與接口）和 EXTRA（其他環(huán)節(jié)）子模型庫，而且每個(gè)子模型庫中包含有相應(yīng)的功能模，用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自己的模塊。用 Simulink 創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。用戶可以從最高級(jí)開始觀看模型，然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級(jí)的內(nèi)容，以此類推，從而可以看到整個(gè)模型的細(xì)節(jié)，幫助用戶理解模型的結(jié)構(gòu)和各模塊之間的相互關(guān)系。在定義完一個(gè)模型后，用戶可以通過 Simulink 的菜單或 MATLAB 的命令窗口鍵入命令來對(duì)它進(jìn)行仿真。菜單方式對(duì)于交互工作非常方便，而命令行方式對(duì)于運(yùn)行一大類仿真非常有用。采用 SCOPE 模塊和其他的畫圖模塊，在仿真進(jìn)行的同時(shí)，就可觀看到仿真結(jié)果。除此 之外，用戶還可以在改變參數(shù)后來迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。仿真的結(jié)果還可以存放到 MATLAB 的工作空間里做事后處理。 模型分析工具包括線性化和平衡點(diǎn)分析工具、 MATLAB 的許多工具及MATLAB 的應(yīng)用工具箱。由于 MATLAB 和 SIMULINK 的集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對(duì)自己的模型進(jìn)行仿真、分析和修改。 通信技術(shù)的歷史和發(fā)展 通信的概念 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)、 圖形和圖象等都是消息 (Message)。消息有模擬消息（如語音、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。 相應(yīng)的信號(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)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(jī)、電視攝像機(jī)輸出的信號(hào)就是模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)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(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備輸出的信號(hào)就是數(shù)字信號(hào)。 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 221 所示。 ↑ 圖 221 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(hào)來傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖 222 所示， ↑ 圖 222 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)來傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖 223 所示。 圖 223 模擬通信系統(tǒng)模型 通信的發(fā)展史簡(jiǎn)介 遠(yuǎn)古時(shí)代 ,遠(yuǎn)距離的傳遞消息是以書信的形式來完成的 ,這種通信方式明顯具有傳遞時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。為了在盡量短的時(shí)間內(nèi)傳遞盡量多的消息 ,人們不斷地嘗試所能找到的各種最新技術(shù)手段。 1837 年發(fā)明的莫爾斯電磁式電報(bào)機(jī)標(biāo)志著電通信 的開始 ,之后，利用電進(jìn)行通信的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 1866 年利用海底電纜實(shí)現(xiàn)了跨大西洋的越洋電報(bào)通信。 1876 年貝爾發(fā)明了電話 ,利用電信號(hào)實(shí)現(xiàn)了語音信號(hào)的有線傳遞，使信息的傳遞變的既迅速又準(zhǔn)確，這標(biāo)志著模擬通信的開始，由于它比電報(bào)更便于交流使用，所以直到 20 世紀(jì)前半葉這種采用模擬技術(shù)的電話通信技術(shù)比電報(bào)的到了更為迅速和廣泛的發(fā)展。 1937 年瑞威斯發(fā)明的脈沖編碼調(diào)制