【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 波）的已調(diào)波形，而且 ω1 與 ω2 之間的改變是瞬間完成的。 2FSK 信號(hào)的產(chǎn)生如圖 所示： 圖 2FSK 信號(hào)產(chǎn)生方法 2FSK 信號(hào)最常用的解調(diào)方法是采用的相干檢測(cè)法，如圖 所示 :圖 2FSK 相干解調(diào)的方法 Simulink 通信工具箱中提供了專門(mén)的 FSK 調(diào)制和解調(diào)模塊，應(yīng)用FSK 調(diào) 制模塊能方便的產(chǎn)生 2FSK 信號(hào)。因此，設(shè)計(jì) 2FSK 仿真模型時(shí)，只需根據(jù)圖 所示框圖，利用 Simulink 通信工具箱中中的 FSK 調(diào)制解調(diào)模塊及信號(hào)源與信道即可。設(shè)計(jì)的 2FSK 仿真模型如圖 基于 MATLAB 的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 14 圖 2FSK 仿真模型 模型中運(yùn)用了 Simulink工具箱中的現(xiàn)成調(diào)制解調(diào)模塊和信道模塊，然后用示波器觀察各環(huán)節(jié)波形，最后由誤碼計(jì)算儀計(jì)算誤碼。 重要模塊參數(shù)設(shè)置如下： 2ASK； 2. MFSK Modulator Passband及 MFSK Demodulator Passband： 根據(jù)公式（ ）所示的調(diào)制解調(diào)模塊所滿足的關(guān)系，設(shè)置參數(shù)如下： Mary number： 2 Symbol period (s)： 1（與 Bernoulli Binary Generator/ Sample time一致） Frequency separation (Hz)： 1（可調(diào)） Carrier frequency (Hz)： 30（可調(diào)） 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(diào)） 4. Error Rate Calculation的參數(shù)設(shè)置： Receive delay： 3 Output data： Work space Variable name： ErrorVec2 仿真結(jié)果時(shí)域分析： 根據(jù)上述 2FSK 信號(hào)產(chǎn)生原理，已調(diào)信號(hào)的時(shí)間表達(dá)式可表示為 ： 基于 MATLAB 的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 15 由式（ ）可看出 2FSK信號(hào)是由兩個(gè) 2ASK信號(hào)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(jiàn)附件 [2]），其中源信號(hào)、調(diào)制后信號(hào)及解調(diào)后信號(hào)波形如圖 所示： (a)源信號(hào)波形 基于 MATLAB 的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 16 b）調(diào)制后信號(hào)波形 （ c）解調(diào)后信號(hào)波形 圖 2FSK 源信號(hào)、調(diào) 制后信號(hào)及解調(diào)后信號(hào)波形 由圖 ，調(diào)制后信號(hào)波形由兩種頻率不同的波形組成，且兩種頻率分別對(duì)應(yīng)解調(diào)后信號(hào)的符號(hào) 0和符號(hào) 1，即 2FSK信號(hào)波形可以看作是由兩個(gè) 2ASK信號(hào)相加而成的，這與式（ ）完全相符。 另外，源信號(hào)波形與解調(diào)后信號(hào)波形只是在時(shí)間上有 3個(gè)單位的延遲，如果將 Error Rate Calculation的 Receive delay參數(shù)設(shè)置為 3，則此模型最后的誤碼率為 0。原因同 2ASK分析。 仿真結(jié)果頻域分析 改變 Frequency separation (Hz)和 Carrier frequency (Hz)兩個(gè)參數(shù)的值單獨(dú)觀察調(diào)制后的頻譜，獲得圖 中的兩個(gè)頻譜圖 : 基于 MATLAB 的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 17 （ a） :載波差值： 1 載波為 30 （ b） : :載波差值： 5 載波為 20 圖 2FSK 調(diào)制后頻譜 對(duì)比圖 （ a）和 (b)可知，當(dāng)兩個(gè)載波差值很小時(shí)，已調(diào)信號(hào)的頻譜呈現(xiàn)單峰如（ a）圖；當(dāng)兩個(gè)載波差值較大時(shí)，已調(diào)信號(hào)的頻譜呈現(xiàn)雙峰如（ b）圖 ,這與 闡述的 2FSK頻譜的特點(diǎn)完全相符。 仿真結(jié)果的分析說(shuō)明該 2FSK仿真模型是可行的。 基于 MATLAB 的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 18 2DPSK 2PSK和 2DPSK 調(diào)制的原理是相同的， 2DPSK可以看作是相對(duì)碼的2PSK調(diào)制，在仿真數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)時(shí)，我們并不關(guān)心基帶信號(hào)的碼型，因此， 在仿真時(shí)去掉了編碼和解碼環(huán)節(jié)，同樣，這里也可將 2PSK 和 2DPSK 當(dāng)作同一種調(diào)制方式來(lái)仿真，因此，我們只仿真 2DPSK。 和 2FSK 一樣我們也用 Simulink 通信工具箱提供的現(xiàn)成 DPSK 調(diào)制解調(diào)模塊來(lái)構(gòu)建仿真模型，并由 M 文件編制程序?qū)Ψ抡娼Y(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一處理。 2DPSK 仿真模型如圖 所示： 圖 2DPSK 仿真模型 主要模塊參數(shù)設(shè)置如下： 將信號(hào)源的 Sample time設(shè)為 1/2，仿真觀察40個(gè)碼元，調(diào)制解調(diào)模塊中的 Symbol period (s)也相應(yīng)設(shè)成 1/2，其余參數(shù)可參照 2FSK，兩者參數(shù)類似。 仿真結(jié)果分析： 2DPSK 信號(hào)的時(shí)間表達(dá)式為： 若在某一碼元持續(xù)時(shí)間 Ts 內(nèi)觀察時(shí)，（ ）可以簡(jiǎn)寫(xiě)為： 或以相反的形式。 基于 MATLAB 的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 19 將圖 中各示波器數(shù)據(jù)做統(tǒng)一處理，得到各環(huán)節(jié)時(shí)域頻域?qū)Ρ葓D如圖 所示，仿真結(jié)果處理程序見(jiàn) 附件 [3] 圖 2DPSK 各環(huán)節(jié)時(shí)域頻域波形 從上圖可以看出，調(diào)制后的信號(hào)波形由兩種相位不同的波形組成，而且兩種波形是反相的，即相位相差 180度，這與式（ ）一致。解調(diào)后的時(shí)域波形和源信號(hào)相比，不僅有一個(gè)碼元的延遲，而且第一個(gè)碼元由 1變成了 0，出現(xiàn)了誤碼，由誤碼計(jì)算儀的計(jì)算數(shù)據(jù)可知，該系統(tǒng)在傳送 40個(gè)碼元的情況下誤碼率為 ， 這是一個(gè)理論上和現(xiàn)實(shí)中都可以接受的值。 將式（ ）與式（ ）比較可見(jiàn)， 2ASK和 2DPSK時(shí)間表達(dá)式形式完全相同，所不同的只是 an的取值，因此，兩者的頻域波形也相似。將圖 2DPSK信號(hào)調(diào)制后頻譜與圖 2ASK信號(hào)調(diào)制后頻譜比較也可得出相同結(jié)論。 基于 MATLAB 的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 20 2MSK 2MSK（最小頻移鍵控）是 2FSK 信號(hào)的改進(jìn)型，其 Simulink 仿真模型如圖 所示 圖 2MSK 仿真模型 主要模塊參數(shù)設(shè) 置如下： 將信號(hào)源的 Sample time設(shè)為 1/2，仿真觀察 40個(gè)碼元，調(diào)制解調(diào)模塊中的Symbol period (s)也相應(yīng)設(shè)成 1/2，其余參數(shù)可參照 2FSK，兩者參數(shù)類似。 Error Rate Calculation的參數(shù)設(shè)置： Receive delay： 3 仿真結(jié)果時(shí)域分析： 各環(huán)節(jié)時(shí)域?qū)Ρ葓D如圖 所示，仿真結(jié)果處理程序見(jiàn) 附件 [4] 圖 2MSK 各環(huán)節(jié)時(shí)域?qū)Ρ葓D 基于 MATLAB 的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 21 從上圖可以看出， MSK 信號(hào)波形的振幅非常穩(wěn)定，而圖 中 2FSK 信號(hào)波形的振幅有些波動(dòng)。這說(shuō)明 MSK 的相位比 2FSK 穩(wěn)定，相移較小，這與 MSK 的定義是相符的。另外，解調(diào)后的時(shí)域波形和源信號(hào)相比，除了有 5 個(gè)碼元的延遲外，其信號(hào)波形與源信號(hào)波形是一致的，這說(shuō)明 2MSK 調(diào)制性能較好。 仿真結(jié)果頻域分析 各環(huán)節(jié)頻域?qū)Ρ葓D如圖 所示 圖 各環(huán)節(jié)頻域?qū)Ρ葓D 從上圖可以看出，與其他調(diào)制方法相比， MSK信號(hào)的頻譜比較緊湊，在主瓣之外，頻譜旁瓣的下降非常迅速。這說(shuō)明 MSK信號(hào)的功率主要包含在主瓣之內(nèi)。因此， MSK信號(hào)比較適合在窄帶信道中傳輸，對(duì)鄰道的干擾也較小。 基于 MATLAB 的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 22 MDPSK MDPSK 是多進(jìn)制相對(duì)移相鍵控調(diào)制，用 Simulink 構(gòu)建的 MDPSK仿真系統(tǒng)可一通過(guò)改變 M 的值來(lái)選擇調(diào)制進(jìn)制，如 8 等，模型如 所示， 圖 MDPSK 仿真模型 主要模塊參數(shù)設(shè)置如下： 信號(hào)源選擇 Random Integer Generator 模塊，因?yàn)樵撃K可以產(chǎn)生不同進(jìn)制的數(shù)字基帶信號(hào)。 該模塊主要參數(shù)為： Mary number： 4或 8（可調(diào)） Initial seed： 60 Sample time： 1/2 調(diào)制解調(diào)模塊的 Mary number和 Symbol period與信號(hào)源模塊相對(duì)應(yīng)； 信道信噪比 SNR： 30 Error Rate Calculation的參數(shù)設(shè)置： Receive delay： 1 基于 MATLAB 的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 23 仿真結(jié)果分析： MDPSK 各環(huán)節(jié)時(shí)域波形圖如圖 所示，結(jié)果處理程序見(jiàn) 附件 [5] （ a） 4DPSK 源信號(hào)波形 （ b） 4DPSK 調(diào)制后波形 (c)4DPSK 解調(diào)后波形 基于 MATLAB 的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 24 （ d） 8DPSK 源信號(hào) （ e） 8DPSK 調(diào)制后波形 (f) 8DPSK 解調(diào)后波形 圖 MDPSK 各環(huán)節(jié)波形 基于 MATLAB 的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 25 8DPSK仿真結(jié)果 由圖 可看出， MDPSK 信號(hào)由 M 種具有不同相位的波形組成，這說(shuō)明該 MDPSK 仿真模型完成了 M 進(jìn)制的相位調(diào)制。對(duì)比源信號(hào)與解調(diào)后信號(hào)波形，發(fā)現(xiàn)解調(diào)后波形除了比源信號(hào)延遲了一個(gè)碼元外，沒(méi)有任何差別，這說(shuō)明在傳送 40 個(gè)碼元，信道信噪比為 30 的情況下， 4DPSK 和 8DPSK 的誤碼率為 0。但是，當(dāng)傳送的碼元數(shù)增加到 2020 個(gè)時(shí)， 8DPSK 的誤碼率上升到 ，而 4DPSK 的誤碼率仍為 0，誤碼率結(jié)果顯示如圖 所示， 4DPSK 誤碼率 8DPSK 誤碼率 圖 發(fā)送 2020 個(gè)碼元時(shí) MDPSK 的誤碼率 這說(shuō)明，雖然在相同的碼元傳輸速率下， 4DPSK的信息傳輸速率比 8DPSK低，但 4DPSK的可靠性卻比 8DPSK好。 基于 MATLAB 的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 26 數(shù)字調(diào)制的性能比較 各種仿真模型的性能比較 數(shù)字調(diào)制的方式有很多種，各種調(diào)制方式的調(diào)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(jìn)行比較。 調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制性能是指誤碼率與信道信噪比之間的關(guān)系，因此，我們需要連續(xù)改變信道的信噪比，然后獲得相應(yīng)的誤碼率，在做出兩者的關(guān)系曲線。 這里我們比較 2FSK、 2DPSK和 MSK三種模型的調(diào)制性能，因?yàn)椋?2ASK在現(xiàn)實(shí)中用的很少，討論它的性能的意義不大。由前面的分析已知，要研究系統(tǒng)的