【文章內(nèi)容簡介】 相移鍵控中，載波相位受數(shù)字基帶信號(hào)的控制，如在二進(jìn)制基帶信號(hào)中為 0 時(shí)，載波相位為 0 或 π ，為 1 時(shí)載波相位為 π 或 0。載波相位和基帶信號(hào)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，從而達(dá)到調(diào)制的目的。 2PSK 信號(hào)的功率密度有如下特點(diǎn)： (1) 由連續(xù)譜與離散譜兩部分組成； (2) 帶寬是絕對(duì)脈沖序列的二倍； (3) 與 2ASK 功率譜的區(qū)別是當(dāng) P＝ 1/2時(shí)， 2PSK 無離散譜，而 2ASK 存在離散譜。 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 上 面所討論的都是在二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào) 的情況，在實(shí)際應(yīng)用中，我們常常用一種稱為多進(jìn)制（如 4 進(jìn)制， 8 進(jìn)制， 16進(jìn)制等）的基帶信號(hào)。多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制載波參數(shù)有 M 種不同的取值，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制比二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：一是有于多進(jìn)制數(shù)字信號(hào)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(shí)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(shí)中用得最多的一種調(diào)制方式是多進(jìn)制相移鍵控（ MPSK）。 多進(jìn)制相移鍵控又稱為多相制，因?yàn)榛鶐盘?hào)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(duì)移相和相對(duì)移相兩種，實(shí)際中大多采用四相絕對(duì)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(duì)應(yīng)四種狀態(tài) 1 0 00、 10。 3 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)各個(gè)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(diào)制解調(diào)、信道及信宿等環(huán)節(jié)構(gòu)成，其框圖如圖 ： 數(shù)字調(diào)制是數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分，數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的輸入端是經(jīng)編碼器編碼后適合在信道中傳輸?shù)幕鶐盘?hào)。對(duì)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，我們并不關(guān)心基帶信號(hào)的碼型，因此，我們?cè)诜抡娴?時(shí)候可以給數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)直接輸入數(shù)字基帶信號(hào)，不用在經(jīng)過編碼器。 圖 數(shù)字通信系統(tǒng)框圖 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(shè) 計(jì) 和 仿 真 的 專 業(yè) 化 模 型庫CommTbxLibrary。在這里，整個(gè)通信系統(tǒng)的流程被概括為：信號(hào)的產(chǎn)生與輸出、編碼與解碼、調(diào)制與解調(diào)、濾波器以及傳輸介質(zhì)的模型。在每個(gè)設(shè)計(jì)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(yīng)用到的各種模塊模型。通信系統(tǒng)一般都可以建立數(shù)學(xué)模型。根據(jù)所需仿真的通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 (或數(shù)學(xué)表達(dá)式 )，用戶只要從上述各個(gè)模型庫中找出所需的模塊 ,用鼠標(biāo)器拖到模型窗口中組合在一起 ,并設(shè)定好各個(gè)模塊參數(shù) , 就 可方便地進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真 .從輸出模塊可實(shí)時(shí)看到仿真結(jié)果 ,如時(shí)域波形圖、頻譜圖等。每次仿真結(jié)束后還可以更 改各參數(shù) ,以便觀察仿真結(jié)果的變化情況。 另外，對(duì) Simulink 中沒有的模塊，可運(yùn)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(shí)調(diào)用。 根據(jù) Simulink 提供的仿真模塊，數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真可以簡化成如圖 所示的模型： 圖 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真框圖 信號(hào)源仿真及參數(shù)設(shè)置 Simulink通信工具箱中的 Comm Sources/Data Sources提供了數(shù)字信號(hào)源 Bernoulli Binary Generator， 這是一個(gè)按 Bernoulli分布 提供隨機(jī)二進(jìn)制 數(shù)字信號(hào)的通用信號(hào)發(fā)生器。在現(xiàn)實(shí)中 ， 對(duì)受信者而言 ， 發(fā)送端的信號(hào)是不可預(yù)測的隨機(jī)信號(hào)。因此，我們?cè)诜抡嬷锌梢杂?Bernoulli Binary Generator來模擬基帶信號(hào)發(fā)生器。 其中主要參數(shù)的含義為： Probability of a zero ：產(chǎn)生的信號(hào)中 0 符號(hào)的概率，在仿真的時(shí)候一般設(shè)成 ，這樣便于頻譜的計(jì)算； Initial seed ：控制隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的參數(shù)，要求不小于 30，而且與后面信道中的 Initial seed 設(shè)置不同的值； Sample time：抽樣 時(shí)間，這里指一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)所占的時(shí)間，用來控制號(hào)發(fā)生的速率，這個(gè)參數(shù)必須與后面調(diào)制和解調(diào)模塊的Symbol period 保持一致。 調(diào)制與解調(diào)模塊 Simulink通信工具箱中提供了數(shù)字信號(hào)各種調(diào)制方式的模塊，如 AM、CPM、 FM 及 PM 等。雖然不同的調(diào)制模塊，參數(shù)設(shè)置有所不同，但很多參數(shù)在各種調(diào)制中是一致的，下面我們以 DPSK 調(diào)制模塊為例介紹一下調(diào)制模塊的參數(shù)及其設(shè)置，其余模塊將在下面仿真模型的建立過程中詳細(xì)介紹。 MDPSK Modulator Passband和 MDPSK Demodulator Passband 分別是數(shù)字信號(hào) DPSK調(diào)制和解調(diào)的專用模塊，其中主要參數(shù)有： Mary number：輸入信號(hào)的階次數(shù)，比如 2DPSK就是 2階的； Symbol period：符號(hào)周期，即，一個(gè)符號(hào)所占的時(shí)間，這必須與信號(hào)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(hào)的抽樣時(shí)間； Output sample time：輸出信號(hào)的抽樣時(shí) 間。 其中，各參數(shù)要滿足以下關(guān)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(shí)通常選擇高斯噪聲作為系統(tǒng)的噪聲來考查，因?yàn)檫@種噪聲在現(xiàn)實(shí)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(shí)可以用該模塊模擬現(xiàn)實(shí)中的信道，該模塊的主要參數(shù)有： Initial seed：控制隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的參數(shù)，要求不小于 30，且與前面信號(hào)源中的 Initial seed 設(shè)置不同的值； Es/No (dB)：信號(hào)每個(gè)符號(hào)的能量與噪聲的功率譜密度的比值； SNR (dB)： 信號(hào)功率與噪聲功率的比值； 注： Es/No (dB) 和 SNR (dB)是表征信號(hào)與噪聲關(guān)系的兩種方法，在一次仿真中只能選擇其中一個(gè)。 仿真模型的設(shè)計(jì)及結(jié)果分析 了解了仿真所需的主要模塊后，下一步就是設(shè)計(jì)和仿真各種數(shù)字調(diào)制模型，并對(duì)仿真結(jié)果在時(shí)域和頻域進(jìn)行分析。 2ASK 通常，二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)（ 2ASK）的產(chǎn)生方法（調(diào)制方法）有兩種，如圖 所示： 圖 2ASK 信號(hào)產(chǎn)生的兩種方法 2ASK 解調(diào)的方法也有兩種相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成方框如圖 所示： 圖 2ASK 信號(hào)接收系統(tǒng)組成框圖 根據(jù) 圖 （ a）所示方框 圖產(chǎn)生 2ASK 信號(hào)，并用圖 （ b）所示的相干解調(diào)法來解調(diào)，設(shè)計(jì) 2ASK 仿真模型如圖 所示： 圖 2ASK 模型 在該模型中，調(diào)制和解調(diào)使用了同一個(gè)載波，目的是為了保證相干解調(diào)的同頻同相，雖然這在實(shí)際運(yùn)用中是不可能實(shí)現(xiàn)的，但是作為仿真，這樣能獲得更理想的結(jié)果。 主要模塊參數(shù)設(shè)置如下： Binary Generator 的參數(shù)設(shè)置為 ： Probability of a zero ： Initial seed ： 67 Sample time： 1 頻率設(shè)為： 50（可調(diào)） 3. Sample and Decide 模塊是一個(gè)子系統(tǒng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由抽樣和判決兩部分組成，其中，抽樣由同步?jīng)_激信號(hào)（ Sychronizing signal）完成，其參數(shù) period（ sec）設(shè)置和信號(hào)源的參數(shù) Sample time保持一致。判決模塊是一個(gè)由 M文件編寫的 S函數(shù)， S函數(shù)是 Simulnk中用以功能擴(kuò)展的一個(gè)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(qiáng)，本模型中使用的判決模塊就是這樣一個(gè)應(yīng)用。 Sample and Decide 模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 ： 圖 Sample and Decide 子系統(tǒng)