【正文】 成都理工大學工程技術學院畢業(yè)論文 基于 MATLAB 的數(shù)字調制系統(tǒng)仿真 作者姓名： 專業(yè)名稱： 電子信息工程系 指導教師： 黃 靜 講師 基于 MATLAB 的數(shù)字調制系統(tǒng)仿真 II 摘要 數(shù)字調制是通信系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，數(shù)字調制技術的改進也是通信系統(tǒng)性能提高的重要途徑。本文首先分析了數(shù)字調制系統(tǒng)的五種基本調制解調方法，然后，運用 Matlab 及附帶的圖形仿真工具 —— Simulink 設計了這幾種數(shù)字調制方法的仿真模型。通過仿真，觀察了調制解調過程中各環(huán)節(jié)時域和頻域的波形，并結合這幾種調制方法的調制原理，跟蹤分析了各個環(huán)節(jié)對調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了各種調制方法的性能，并通過比較仿真模型與理論計算的性能，證明了仿真模型的可行性。 關鍵詞：數(shù)字調制；分析與仿真； Matlab；Simulink 基于 MATLAB 的數(shù)字調制系統(tǒng)仿真 III Abstract In this paper, five usual methods of digital modulation are introduced firstly. Then their simulation models are built by using MATLAB’s 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 capability of three digital modulation simulation models, 2FSK, 2DPSK and MSK, have been pared, as well as paring the results of simulation and theory. At last, the conclusion is gotten: The simulation models are reasonable. Keywords:Digital， modulation， analysis， simulation， MATLAB，SIMULINK. 基于 MATLAB 的數(shù)字調制系統(tǒng)仿真 IV 目錄 摘要 II Abstract III 目錄 IV 前言 1 . 數(shù)字調制的意義 1 Matlab在通信系統(tǒng)仿真中的應用 2 數(shù)字調制系統(tǒng)的相關原理 3 . 2ASK調制與解調 3 2FSK調制與解調 3 2PSK調制與解調 4 . 多進制調制與解調 4 數(shù)字調制系統(tǒng)的仿 真設計 5 5 仿真框圖 5 信號源仿真及參數(shù)設置 6 調制解調模塊 6 信道 7 誤碼計算儀 7 示波器 7 8 2ASK 8 2FSK 13 . 2DPSK 18 2MSK 20 MDPSK 25 數(shù)字調制的性能比較 26 26 仿真模型性能與理論性能比較 27 基于 MATLAB 的數(shù)字調制系統(tǒng)仿真 V 總結 28 致謝 參考文獻 … 29 附 件 30 基于 MATLAB 的數(shù)字調制系統(tǒng)仿真 1 前言 數(shù)字調制是指用數(shù)字基帶信號對載波的某些參量進行控制，使載波的這些參量隨基帶信號的變化而變化。根據(jù)控制的載波參量的不同，數(shù)字調制有調幅、調相和調頻三種基本形式，并可以派生出多種其他形式。由于傳輸失真、傳輸損耗以及保證帶內特性的原因，基帶信號不適合在各種信道上進行長距離傳輸。為了進行長途傳輸，必 須對數(shù)字信號進行載波調制，將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。因此，大部分現(xiàn)代通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調制技術。另外，由于數(shù)字通信具有建網(wǎng)靈活，容易采用數(shù)字差錯控制技術和數(shù)字加密，便于集成化，并能夠進入綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ ISDN 網(wǎng)），所以通信系統(tǒng)都有由模擬方式向數(shù)字方式過渡的趨勢。因此，對數(shù)字通信系統(tǒng)的分析與研究越來越重要，數(shù)字調制作為數(shù)字通信系統(tǒng)的重要部分之一，對它的研究也是有必要的。通過對調制系統(tǒng)的仿真， 我們可以更加直觀的了解數(shù)字調制系統(tǒng)的性能及影響性能的因素，從而便于改進系統(tǒng)，獲得更佳的傳輸性能。 基于 MATLAB 的數(shù)字調制系統(tǒng)仿真 2 2 Matlab 在通信系統(tǒng)仿真中的應用 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。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)字調制系統(tǒng)進行仿真。 基于 MATLAB 的數(shù)字調制系統(tǒng)仿真 3 數(shù)字調制系統(tǒng)的相關原理 數(shù)字調制可以分為二進制調制和多進制調制，多進制調制是二進制調制的推廣，所以本文主要討論二進制的調制與解調，最后簡單討論一下多進制調制中的差分相位鍵控調制（ MDPSK）。 最常見的二進制數(shù)字調制方式有二進制振幅鍵控（ 2ASK）、移頻鍵控（ 2FSK）和移相鍵控（ 2PSK和 2DPSK）。下面是這幾種調制方式的相關原理 二進制幅度鍵控（ 2ASK） 幅度鍵控可以通過乘法器和開關電路來實現(xiàn)。載波在數(shù)字 信號 1或 0的控制下通或斷，在信號為 1的狀態(tài)載波接通，此時傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號為 0的狀態(tài)下，載波被關斷，此時傳輸信道上無載波傳送。那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無還原出數(shù)字信號的 1和 0。 2ASK信號功率譜密度的特點如下： （ 1）由連續(xù)譜和離散譜兩部分構成；連續(xù)譜由傳號的波形 g(t)經(jīng)線性調制后決定，離散譜由載波分量決定； （ 2）已調信號的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍。 二進制頻移鍵控（ 2FSK） 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。 2FSK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 。 二進制相移鍵控（ 2PSK） 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 π，為 1時載波相位為 π或 0。載波相位和基帶信號有一一對應的關系，從而達到調制的目的。 2PSK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； 基于 MATLAB 的數(shù)字調制系統(tǒng)仿真 4 (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 P＝ 1/2時， 2PSK無離散譜，而 2ASK存在離散譜 。 多進制數(shù)字調制 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。多