【文章內容簡介】 制， 8 進制， 16 進制等）的基帶信號。多進制數(shù)字調制載波參數(shù)有 M 種不同的取值，多進制數(shù)字調制比二進制數(shù)字調制有兩個突出的優(yōu)點：一是有于多進制數(shù)字信號含有更多的信息使頻帶利用率更高；二是在相同的信息速率下持續(xù)時間長，可以提高碼元的能量，從而減小由于信道特性引起的碼間干擾?，F(xiàn)實中用得最多的一種調制方式是多進制相移鍵控（ MPSK）。 多進制相移鍵控又稱為多相制，因為基帶信號有 M 種不同的狀態(tài)，所以它的載波相位有 M 種不同的取值，這些取值一般為等間隔。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/2 、 π 、 3π/2 四種，分別對應四種狀態(tài) 1 0 00、 10。 3 數(shù)字調制系統(tǒng)的仿真設計 數(shù)字調制系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)分析 典型的數(shù)字通信系統(tǒng)由信源、編碼解碼、調制解調、信道及信宿等環(huán)節(jié)構成，其框圖如圖 ： 數(shù)字調制是數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分，數(shù)字調制系統(tǒng)的輸入端是經編碼器編碼后適合在信道中傳輸?shù)幕鶐盘?。對?shù)字調制系統(tǒng)進行仿真時，我們并不關心基帶信號的碼型，因此，我們在仿真的 時候可以給數(shù)字調制系統(tǒng)直接輸入數(shù)字基帶信號，不用在經過編碼器。 圖 仿真框圖 MATLAB 提供的圖形界面仿真工具 Simulink 由一系列模型庫組成 ,包括 Sources(信源模塊 )， Sinks(顯示模塊 )， Discrete(離散系統(tǒng)模塊 )，Linear(線性環(huán)節(jié) )， Nonlinear( 非線性環(huán)節(jié) )， Connections( 連接 ),Blocksetsamp。Toolboxes(其他環(huán)節(jié) )。特別是在 Blocksetsamp。Toolboxes中 還 提 供 了 用 于 通 信 系 統(tǒng) 分 析 設 計 和 仿 真 的 專 業(yè) 化 模 型庫CommTbxLibrary。在這里，整個通信系統(tǒng)的流程被概括為：信號的產生與輸出、編碼與解碼、調制與解調、濾波器以及傳輸介質的模型。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。通信系統(tǒng)一般都可以建立數(shù)學模型。根據所需仿真的通信系統(tǒng)的數(shù)學模型 (或數(shù)學表達式 )，用戶只要從上述各個模型庫中找出所需的模塊 ,用鼠標器拖到模型窗口中組合在一起 ,并設定好各個模塊參數(shù) , 就可方便地進行動態(tài)仿真 .從輸出模塊可實時看到仿真結果 ,如時域波形圖、頻譜圖等。每次仿真結束后還可以更 改各參數(shù) ,以便觀察仿真結果的變化情況。另外，對 Simulink中沒有的模塊，可運用 S 函數(shù)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。 根據 Simulink提供的仿真模塊，數(shù)字調制系統(tǒng)的仿真可以簡化成如圖 所示的模型： 圖 數(shù)字調制系統(tǒng)仿真框圖 信號源仿真及參數(shù)設置 Simulink通信工具箱中的 Comm Sources/Data Sources提供了數(shù)字信號源 Bernoulli Binary Generator， 這是一個按 Bernoulli分布 提供隨機二進制 數(shù)字信號的通用信號發(fā)生器。在現(xiàn)實中 ， 對受信者而言 ， 發(fā)送端的信號是不可預測的隨機信號。因此，我們在仿真中可以用 Bernoulli Binary Generator來模擬基帶信號發(fā)生器。 其中主要參數(shù)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(shù)產生的參數(shù)，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(shù)必須與后面調制和解調模塊的Symbol period 保持一致。 調制與解調模塊 Simulink通信工具箱中提供了數(shù)字信號各種調制方式的模塊，如 AM、CPM、 FM 及 PM 等。雖然不同的調制模塊，參數(shù)設置有所不同，但很多參數(shù)在各種調制中是一致的，下面我們以 DPSK調制模塊為例介紹一下調制模塊的參數(shù)及其設置，其余模塊將在下面仿真模型的建立過程中詳細介紹。 MDPSK Modulator Passband和 MDPSK Demodulator Passband 分別是數(shù)字信號 DPSK調制和解調的專用模塊，其中主要參數(shù)有： Mary number：輸入信號的階次數(shù)，比如 2DPSK就是 2階的； Symbol period：符號周期，即，一個符號所占的時間，這必須與信號源的 Sample time保持一致； Carrier frequency：載波頻率； Carrier initial phase：載波的初始相位； Input sample time： 輸入信號的抽樣時間； Output sample time：輸出信號的抽樣時 間。 其中，各參數(shù)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(xiàn)實中比較常見而且容易分析。 Simulink 中提供了帶有 加性高斯白噪聲 的信道： AWGN Channe。仿真時可以用該模塊模擬現(xiàn)實中的信道，該模塊的主要參數(shù)有： Initial seed：控制隨機數(shù)產生的參數(shù)，要求不小于 30，且與前面信號源中的 Initial seed 設置不同的值； Es/No (dB)：信號每個符號的能量與噪聲的功率譜密度的比值； SNR (dB)： 信號功率與噪聲功率的比值； 注： Es/No (dB) 和 SNR (dB)是表征信號與噪聲關系的兩種方法，在一次仿真中只能選擇其中一個。 仿真模型的設計及結果分析 了解了仿真所需的主要模塊后，下一步就是設計和仿真各種數(shù)字調制模型，并對仿真結果在時域和頻域進行分析。 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信號產生的兩種方法 2ASK解調的方法也有兩種相應的接收系統(tǒng)組成方框如圖 ： 圖 2ASK信號接收系統(tǒng)組成框圖 根據 圖 （ 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 ： 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(xiàn)的，但是作為仿真，這樣能獲得更理想的結果。 主要模塊參數(shù)設置如下： Binary Generator 的參數(shù)設置為 ： Probability of a zero ： Initial seed ： 67 Sample time： 1 頻率設為： 50（可調） 3. Sample and Decide 模塊是一個子系統(tǒng)，其內部結構由抽樣和判決兩部分組成，其中，抽樣由同步沖激信號（ Sychronizing signal）完成，其參數(shù) period（ sec）設置和信號源的參數(shù) Sample time保持一致。判決模塊是一個由 M文件編寫的 S函數(shù)， S函數(shù)是 Simulnk中用以功能擴展的一個功能，用 S函數(shù)可以自己編制 Simulink庫中沒有的 Simulink模塊，從而使 Simulink的功能大大加強，本模型中使用的判決模塊就是這樣一個應用。 Sample and Decide 模塊內部結構如圖 ： 圖 Sample and Decide 子系統(tǒng)內部結構 仿真結果時域分析 設信息源發(fā)出的是由二進制符號 0、 1 組成的序列，且假定 0 符號出現(xiàn)的概率為 P， 1符號出現(xiàn)的概率為 1P，他們彼此獨立。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。 （ .） 將圖 中各示波器的值輸出到 Work space中做統(tǒng)一處理，各環(huán)節(jié)波形如圖 所