【正文】 ,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)難于實現的各種試驗 ,以及易于實現完全相同條件下的重復試驗等。另外，由于數字通信具有建網靈活，容易采用數字差錯控制技術和數字加密，便于集成化，并能夠進入綜合業(yè)務數字網（ ISDN 網），所以通信系統(tǒng)都有由模擬方式向數字方式過渡的趨勢。根據控制的載波參量的不同，數字調制有調幅、調相和調頻三種基本形式，并可以派生出多種其他形式。本文首先分析了數字調制系統(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。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。因此，對數字通信系統(tǒng)的分析與研究越來越重要，數字調制作為數字通信系統(tǒng)的重要部分之一，對它的研究也是有必要的。 Matlab 仿真軟件就是分析通信系統(tǒng)常用的工具之一。 Matlab 具有強大的 Simulink 動態(tài)仿真環(huán)境 ,可以實現可視化建模和多工作環(huán)境間文件互用和數據交換。用于實現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。 最常見的二進制數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）。 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。若兩個載頻之差 |f1 f2|≤fs，則出現單峰 。 多進制數字調制 上面所討論的都是在二進制數字基帶信號的情況，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。在多相制移鍵控有絕對移相和相對移相兩種，實際中大多采用四相絕對移相鍵控（ 4PSK，有稱 QPSK），四相制的相位有0、 π/ π、 3π/2四種，分別對應四種狀態(tài) 1 0 00、 10。Toolboxes(其他環(huán)節(jié) )。在每個設計模塊中還包含有大量的子模塊，它們基本上覆蓋了目前通信系統(tǒng)中所應用到的各種模塊模型。另外，對 Simulink 中沒有的模塊， 可運用 S 函數生成所需的子模塊，并且可以封裝和自定義模塊庫，以便隨時調用。 其中主要參數的含義為： Probability of a zero ：產生的信號中 0 符號的概率，在仿真的時候一般設成 ，這樣便于頻譜的計算； Initial seed ：控制隨機數產生的參數，要求不小于 30，而且與后面信道中的 Initial seed 設置不同的值； Sample time：抽樣時間，這里指一個二進制符號所占的時間，用來控制號發(fā)生的速率，這個參數必須與后面調制和解調模塊的 Symbol period 保持一致。 其中，各參數要滿足以下關系： Symbol period 1/(Carrier frequency) Input sample time 1/[2*Carrier frequency + 2/(Symbol period)] Output sample time 1/[2*Carrier frequency + 2/(Symbol period)] 信道 在分析通信系統(tǒng)時通常選擇高斯噪聲作為系統(tǒng)的噪聲來考查，因為這種噪聲在現實中比較常見而且容易分 析。將數據輸出到 Work space 就是將誤碼率等數據存在內存中，以便下一步使用，而輸出到 Port 中，則是在誤碼計算儀后面再接一個模塊（比如結果顯示模塊），將數據傳到該模塊中（顯示出來）； Variable name：變量名稱，該參數只有在前面選擇了 Work space后才有用， 它決定數據輸出到 Wok space后的名稱，默認值為 ErrorVec。 2ASK 通常，二進制振幅鍵控信號（ 2ASK）的產生方法（調制方法）有兩種，如圖 所示： 圖 2ASK 解調的方法也有兩種相應的接收系統(tǒng)組成方框如圖 所示： 圖 2ASK 信號接收系統(tǒng)組成框圖 根據 （ a）所示方框圖產生 2ASK 信號，并用圖 （ b）所示的相干解調法來解調，設計 2ASK 仿真模型如圖 所示： 基于 MATLAB 的數字調制系統(tǒng)仿真 9 圖 2ASK模型 在該模型中，調制和解調使用了同一個載波，目的是為了保證相干解調的同頻同相，雖然這在實際運用中是不可能實現的，但是作為仿真，這樣能獲得更理想的結果。則， 2ASK 信號的時間表示式為 : s(t)為隨機的單極性矩形脈沖序列。 仿真結果頻域分析 由于二進制的隨機脈沖序列是一個隨機過程 ,? 所以調制后的二進制數字信號也是一個隨機過程，因此在頻率域中只能用功率譜密度表示。 基于 MATLAB 的數字調制系統(tǒng)仿真 13 2FSK 如果信號源同 2ASK 一樣的假設，那么， 2FSK 信號便是 0 符號對應于載波 ω1，而 1 符號則對應于 ω2（與 ω1 不同的另一載波）的已調波形，而且 ω1 與 ω2 之間的改變是瞬間完成的。 重要模塊參數設置如下： 2ASK； 2. MFSK Modulator Passband及 MFSK Demodulator Passband： 根據公式（ ）所示的調制解調模塊所滿足的關系，設置參數如下： Mary number： 2 Symbol period (s)： 1（與 Bernoulli Binary Generator/ Sample time一致） Frequency separation (Hz)： 1（可調） Carrier frequency (Hz)： 30（可調） Carrier initial phase (rad)： 0 Input sample time(s)： 1/100 Output sample time(s)： 1/100 3. AWGN Channel： Initial seed： 120（與 Bernoulli Binary Generator/ Initial seed不同）； Mode： SNR（ dB） SNR (dB)： 10（可調） 4. Error Rate Calculation的參數設置： Receive delay： 3 Output data： Work space Variable name： ErrorVec2 仿真結果時域分析： 根據上述 2FSK 信號產生原理，已調信號的時間表達式可表示為 ： 基于 MATLAB 的數字調制系統(tǒng)仿真 15 由式（ ）可看出 2FSK信號是由兩個 2ASK信號相加而成的 將圖 中各示波器的值輸出到 Work space 中做統(tǒng)一處理（處理程序見附件 [2]），其中源信號、調制后信號及解調后信號波形如圖 所示： (a)源信號波形 基于 MATLAB 的數字調制系統(tǒng)仿真 16 b）調制后信號波形 （ c）解調后信號波形 圖 2FSK 源信號、調 制后信號及解調后信號波形 由圖 ，調制后信號波形由兩種頻率不同的波形組成，且兩種頻率分別對應解調后信號的符號 0和符號 1，即 2FSK信號波形可以看作是由兩個 2ASK信號相加而成的，這與式（ ）完全相符。 仿真結果的分析說明該 2FSK仿真模型是可行的。 仿真結果分析： 2DPSK 信號的時間表達式為： 若在某一碼元持續(xù)時間 Ts 內觀察時，（ ）可以簡寫為： 或以相反的形式。將圖 2DPSK信號調制后頻譜與圖 2ASK信號調制后頻譜比較也可得出相同結論。另外，解調后的時域波形和源信號相比，除了有 5 個碼元的延遲外，其信號波形與源信號波形是一致的，這說明 2MSK 調制性能較好。 基于 MATLAB 的數字調制系統(tǒng)仿真 22 MDPSK MDPSK 是多進制相對移相鍵控調制，用 Simulink 構建的 MDPSK仿真系統(tǒng)可一通過改變 M 的值來選擇調制進制，如 8 等，模型如 所示， 圖 MDPSK 仿真模型 主要模塊參數設置如下： 信號源選擇 Random Integer Generator 模塊，因為該模塊可以產生不同進制的數字基帶信號。 基于 MATLAB 的數字調制系統(tǒng)仿真 26 數字調制的性能比較 各種仿真模型的性能比較 數字調制的方式有很多種，各種調制方式的調制性能也存在差異，因此，我們 研究以上仿真模型的性能，并進行比較。 運行程序（具體程序見 附件 [6]），得到性能比較的結果如圖 所示： 圖 2FSK、 2DPSK 及 MSK 性能比較 基于 MATLAB 的數字調制系統(tǒng)仿真 27 上圖是 2FSK、 2DPSK和 MSK三種模型在傳送 1200個碼元的情況下，誤碼率與信噪比的關系曲線，從圖中可以看出，誤碼率隨著信道信噪比的增大而減小， 而且，信噪比越大，誤碼率減小得越快。 根據式（ ）及 2FSK模型編寫 Matlab比較程序（比較程序詳見 附件[7]）， 運行程序得到如圖 所示的比較結果： 圖 2FSK 模型性能與理論性能的比較 圖 ，曲線是根據式（ ）畫出的，星點則是運行 2FSK模型得到的，從圖中可以看出，兩者的變化趨勢是一致的，而且，兩者的值也比較接近，說明 2FSK仿真模型是成功的，可行的。這種擴展只需在輸入端與調制器間增加 一些數字基帶處理模塊，如信源編碼、加密、信道編碼等，在解調后增加相應的解碼解密器即可。 基于 MATLAB 的數字調制系統(tǒng)仿真 29 參考文獻 [1] 樊昌信等 . 通信原理（第 5版） . 北京：國防工業(yè)出版社， 2020 [2] 曹志剛，錢亞生 . 現代通信原理 . 北京：清華大學 出版社， 2020 [3] 李建新等 . 現代通信系統(tǒng)分析與仿真 —— MATLAB通信工具箱 . 西安：西安電子科技大學出版社， 2020 [4] 王沫然 . Simulink4建模及動態(tài)仿真 . 北京：電子工業(yè)出版社， 2020 [5] ,，張航等譯 . 精通 MATLAB6. 北京：清華大學出版社， 2020 [6] 約翰 .G..普羅克斯，馬蘇德 .薩勒赫著 .劉樹棠譯 . 現在通信系統(tǒng) —— 使用MATLAB. 西安：西安交通大學出版社， 2020 [7] 戴虹，戴悟僧 . MATLAB在通信原理仿真中的應用 . 上海第二工業(yè)大學學報 . 2020年，第 1期 [8] 婁 莉 . GMSK 數字調制的仿真與分析 . 現代電子技術 . 2020 年第 18 期總第185 期： P66— P68 [9] 李蕾，杜巖 . 基于 MATLAB 的數字基帶傳輸系統(tǒng)仿真實驗設計 . 山東工業(yè)大學學報 . 2020 年 2 月第 31 卷第 1 期 最后 敬請各位老師和同學對論文和今后的研究工作提出寶貴的指導意見和建議。 t1=ScopeData5(:,1)。 t3=ScopeData(:,1)。 t6=ScopeData7(:,1)。 %引入示波器的數據 subpl