【導(dǎo)讀】軟件的應(yīng)用；熟練SIMULINK建模設(shè)計(jì)，運(yùn)用軟件進(jìn)行仿真；將對(duì)數(shù)字調(diào)制解調(diào)進(jìn)行仿真，將仿真結(jié)果進(jìn)行性能分析，得出最佳系統(tǒng)；對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行可行性論證，撰寫設(shè)計(jì)論文。之一的調(diào)制解調(diào)技術(shù)一直是人們研究的一個(gè)重要方向。系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真演示、結(jié)果顯示、誤差分析以及綜合性能分析，重點(diǎn)對(duì)BASK，在實(shí)際應(yīng)用中，視情況選擇最佳的調(diào)。本文的主要目的是對(duì)Simulink的學(xué)習(xí)和對(duì)數(shù)字調(diào)制解調(diào)理論的掌握。和深化，為今后在通信領(lǐng)域繼續(xù)學(xué)習(xí)和研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　

【正文】 型方框圖 由 sine wave 信號(hào)源、方波信號(hào)源、相乘器 等模塊組 建 成 功 ， simulink 模型如圖 所示。 圖 2ASK 信號(hào)調(diào)制仿真模型 其中正弦信 號(hào)是載波信號(hào)，方波代表 S（ t）序列的 信號(hào)源，正弦信號(hào)和方波相乘后就得到 2ASK 信號(hào) ， 也就是二進(jìn)制鍵控信號(hào)。 若一個(gè)信號(hào)狀態(tài)始終為零，相當(dāng)于處在斷開狀態(tài)，此時(shí)常稱為通斷鍵控信號(hào) 。 二進(jìn)制振幅鍵控方式是數(shù)字調(diào)制中出現(xiàn)最早的，也是最簡單的。這種方法最初用于電報(bào)系統(tǒng)，但是由于它在抗噪聲的能力上較差，故在數(shù)字通信中用的不多。 不過，二進(jìn)制振幅鍵控常常作為研究其他數(shù)字調(diào)制方式的基礎(chǔ)，熟悉它也是必要的。 (2) 參數(shù)設(shè)置 。 建立好模型之后就要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，以達(dá)到系統(tǒng)的最佳仿真。從正弦信號(hào)源開始依次的仿真參數(shù)設(shè)置如 下 圖所示 。 圖 所示 ， 其中 sin 函數(shù)是幅度為 頻率為 1Hz、采樣周期 為 的雙精度 DSP 信號(hào)。 圖 所示的 方波是基于采樣的，其幅度設(shè)置為 周期為 脈沖持續(xù)設(shè)置 采樣時(shí)間為 1。 東北大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 26 圖 正弦信號(hào)參數(shù)設(shè)置 圖 方波信號(hào)源的參數(shù)設(shè)置 (3) 系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖 。 經(jīng)過 參數(shù)的設(shè)置后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真 。下面是示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖 。 第一個(gè)波形是方波信號(hào)源輸出的方波；第二個(gè)波形正弦信號(hào)源輸出的 頻率為 1Hz 的正弦波；第三個(gè)是方波與正弦波經(jīng)過乘法器后輸出的 2ASK 信號(hào)。 東北大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 27 圖 仿真各點(diǎn)波形圖 2ASK 信號(hào) 解調(diào)仿真 (1) 建立 Simulink 模型 。 2ASK 的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)法，下面采用相干解調(diào)法對(duì) 2ASK 信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。相干解調(diào)也叫同步解調(diào)，就是將已調(diào)信號(hào)恢復(fù)出載波 ，再用載波信號(hào)同已調(diào)信號(hào)相乘，經(jīng)過低通濾波器和抽樣判決器恢復(fù)出原始信號(hào) S(t)。同樣先從 Simulink 模塊選擇器件：從 Sources 中選取 Pulse Generator 作為方波信號(hào)源，從 Math Operations 中選取 Product 作為乘法器，從Sinks 中選取 Scope 作為示波器；再從 DSP 工具箱 的 DSP Sources 中選取 sine wave作為載波信號(hào)，方波信號(hào)與正弦波信號(hào)相成后生成 2ASK 信號(hào)。 2ASK 信號(hào)經(jīng)過低通濾波器后再經(jīng)過判決器便可解調(diào)出原始信號(hào)。 Simulink 模型如下。 圖 2ASK 解調(diào)模型 東北大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 28 (2) 參數(shù)設(shè)置 。 建立好模型之后，開始設(shè)置各點(diǎn)的參數(shù)，由于低通濾波器是濾去高頻 載波 的 ，才能恢復(fù)出原始信號(hào)，所以為了使已調(diào)信號(hào)的頻譜有明顯的搬移，使視覺有更直觀的印象，就要使載波和信息源的頻率有明顯的差別，所以載波的頻率設(shè)置 的要相對(duì)高一些，這里設(shè)置為 150Hz。為了更好的恢復(fù)出信源信號(hào)，所以在 此直接使用原載波信號(hào)作為同步載波信號(hào) 。下面是主要部件的參數(shù)設(shè)置。 圖 低通濾波器的參數(shù)設(shè)置 將圖 中正弦信號(hào)的頻率設(shè)置為 150Hz，其他參數(shù)不變。 (3) 系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形 。 仿真波形如 圖 所示，由上到下的順序：第一個(gè)波形是原始信號(hào)，第二個(gè)是載波信號(hào)，第三調(diào)制后的 2ASK 信號(hào)，第四個(gè)是2ASK 信號(hào)與載波信號(hào)相乘后得到的信號(hào)，第五個(gè)是經(jīng)過低通濾波器的波形，第六個(gè)是經(jīng)抽樣判決器后解調(diào)出的原始信號(hào)。 (4) 誤碼率分析 。 由于在解調(diào)過程中沒有信道和噪聲，所以誤碼率相對(duì)較小，一般是由于碼間串?dāng)_或是參數(shù)設(shè)置的問題，可以 得 出此系統(tǒng)的誤碼率為 。 東北大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 29 圖 解調(diào)波形圖 2FSK 信號(hào)的 調(diào)制 與 解調(diào) 2FSK 信號(hào) 調(diào)制仿真 (1) 建立系統(tǒng) 模型 。 2FSK 信號(hào)是由頻率分別為 1f 和 2f 的兩個(gè)載波對(duì)信號(hào)源進(jìn)行頻率上的控制而形成的，其中 1f 和 2f 是兩個(gè)頻率有明顯差別的且都遠(yuǎn)大于信號(hào)源頻率的載波信號(hào)。 2FSK 信號(hào)產(chǎn)生的 simulink 仿真模型圖如下 。 東北大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 30 圖 2FSK 信號(hào) simulink 調(diào)制模型 (2) 參數(shù)設(shè)置 。 其中 sine wave 和 sine wave1 是兩個(gè)頻率分別為 f1 和 f2 的載波， Pulse Generator 模塊是信號(hào)源， NOT 實(shí)現(xiàn)方波的反相，經(jīng) 相乘器和相加器生成 2FSK。 本來信號(hào)源 s(t)序列是用隨機(jī)的“ 0”、“ 1”信號(hào)產(chǎn)生，在此為了方便仿真就選擇了基于采樣的 Pulse Generator 信號(hào)模塊其參數(shù)設(shè)置如圖 。 圖 信號(hào)源模塊參數(shù) 東北大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 31 圖 載波 sin wave 參數(shù)設(shè)置 圖 所示， 其幅度為 2，頻率 f1=1Hz，采樣時(shí) 間為 ，載波為單精度信號(hào)。 圖 載波 sin wave1 參數(shù)設(shè)置 圖 所示， 該載波是幅度為 頻率為 2Hz、 采樣時(shí)間為 的單精度信號(hào)。 (3) 系統(tǒng)仿真及波形 。 經(jīng)過以上參數(shù)的設(shè)置后就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，其各點(diǎn)的時(shí)間波形如圖 。 第一個(gè)波形是原始信號(hào)，第二個(gè)是正弦載波 周期為 1Hz的載波信號(hào)，第三個(gè)是周期為 2Hz 的正弦載波，第四個(gè)就是調(diào)制后的 2FSK 信號(hào)。 圖 2FSK 信號(hào)調(diào)制波形圖 東北大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 32 2FSK 信號(hào)解調(diào)仿真 (1) 2FSK 解調(diào) 系統(tǒng) 模型 。其中 From File 是一個(gè)封裝模塊，就是 2FSK 信號(hào)的調(diào)制模塊，兩個(gè)帶通濾波器分別將 2FSK 信號(hào)上下分頻為 1f 和 2f ，再經(jīng)過與載波相乘，經(jīng)過低通濾波后兩路信號(hào)相加，再經(jīng)抽樣判決器解調(diào)出原始信號(hào)。 圖 2FSK 解調(diào)框圖 2FSK 是數(shù)字 通信中用得較為廣泛的一種方式。在話帶內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)據(jù)時(shí)，國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)（ CCITT）推薦在話音頻帶內(nèi)低于 1200bit/s 數(shù)據(jù)率時(shí)使用 FSK 方式。在衰落信道中傳輸數(shù)據(jù)時(shí)也被廣泛采用。 (2) 參數(shù)設(shè)置 。圖 和圖 是上下兩路進(jìn)行分頻的帶通濾波器的參數(shù)設(shè)置，具體設(shè)置見圖。 圖 2FSK 信號(hào) f1 帶通濾波器參數(shù)設(shè)置 東北大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 33 圖 2FSK 信號(hào) 2f 帶通濾波器參數(shù)設(shè)置 (3) 系 統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形 。 圖 2FSK 信號(hào)解調(diào)仿真波形 東北大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 34 2PSK 信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 2PSK 信號(hào) 調(diào)制 仿真 (1) 2PSK 信號(hào)系統(tǒng)模型 。 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中 ,當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí) ,則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控 (2PSK)信號(hào) 。 在此 用已調(diào)信號(hào)載波的 0176。和 180176。分 別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的 “ 1” 和 “ 0”。 用兩個(gè)反相的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其系統(tǒng)框圖如圖 。 圖 2PSK 信號(hào)調(diào)制框圖 其中 Sine Wave1 和 Sine Wave2 是反相的載波，正弦脈沖作為信號(hào)源。 (2) 參數(shù)設(shè)置 。 圖 Sine Wave1 參數(shù)設(shè)置 東北大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 35 圖 Sine Wave2 參數(shù)設(shè)置 圖 脈沖信號(hào)的參數(shù)設(shè)置 脈沖信號(hào)是幅度為 周期為 占空比為 50%的時(shí)鐘 的信號(hào) 。 (3) 仿真 波形 。如圖 所示。 東北大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 36 圖 2PSK 調(diào)制信號(hào)波形圖 2PSK 信號(hào)解調(diào)仿 真 (1) 建立 Simulink 模型 。 2PSK 信號(hào)與本地載波相乘后進(jìn)入低通濾波器，在經(jīng)過抽樣判決器解調(diào)出原始信號(hào)。 圖 2PSK 信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)模型 (2) 參數(shù)設(shè)置 。 各個(gè)模塊設(shè)置與前面基本相同，只是將信號(hào)源參數(shù)稍作調(diào)整，便于做誤碼分析。 信號(hào)源參數(shù)設(shè)置如圖 。 東北大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 37 圖 信號(hào)源參數(shù)設(shè)置 (3) 仿真波形 。 圖 所示為 2PSK 信號(hào)解調(diào)的各點(diǎn)波形 。 圖 2PSK 信號(hào)解調(diào)波形 (4) 結(jié)果分析 。 由圖 可看出其誤碼率為 ，由于參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)的不準(zhǔn)確性和碼間影響，所以誤碼率稍微偏大。 東北大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 38 本章小結(jié) 仿真是衡量系統(tǒng)性能的工具，它通過仿真模型的仿真結(jié)果來推斷原系統(tǒng)的性能，從而為新的系統(tǒng)建立或原系統(tǒng)的改造提供可靠的參考。仿真是科學(xué)研究和工程建設(shè)中不可缺少的方法。 實(shí)際的通信系統(tǒng)是一個(gè)功能結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)這個(gè)系統(tǒng)做出任何的改變都可影響到整個(gè)系統(tǒng)性能和穩(wěn)定。因此在對(duì)原有的通信系統(tǒng)做出改進(jìn)或建立一個(gè)新系統(tǒng)之前通常對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。通過仿真結(jié)果衡量方案的可行性，從中選擇最合理的系統(tǒng)配置和系統(tǒng)設(shè)置，然后再應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)中，這個(gè)過程就是通信仿真 。本章通過運(yùn)用 Simulink 仿真工具箱對(duì) BASK、 BFSK、 BPSK進(jìn)行建模、參數(shù)設(shè)置，并且對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了簡單的誤碼分析，通過仿真對(duì)數(shù)字調(diào)制解調(diào)有一個(gè)直觀的了解，為今后運(yùn)用 Simulink 軟件仿真和在通信領(lǐng)域繼續(xù)學(xué)習(xí)研究打下良好基礎(chǔ) 。 東北大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5章 結(jié)論 39 第 5章 結(jié) 論 調(diào)制與解調(diào)是通信系統(tǒng)中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，針對(duì)不同的信道環(huán)境選擇不同的調(diào)制與解調(diào)方式可以有效地提高通信系統(tǒng)中的頻帶利用率，改善接 收 信號(hào)的誤碼率。所謂調(diào)制就是根據(jù)輸入信號(hào)改變傳輸信號(hào)，使之能夠在特定的頻率范圍之內(nèi)和特定條件的信道中傳輸?shù)倪^程。解調(diào)是調(diào)制的逆過程， 它 是把某種特定形態(tài)的傳輸波形還原為發(fā)送端 調(diào)制前的信 號(hào)。本文主要研究的是頻帶調(diào)制解調(diào)，頻帶調(diào)制方式是把基帶信號(hào)調(diào)制到更高頻率的載波上進(jìn)行傳輸。下面將 所 研究的幾種調(diào)制方式的性能進(jìn)行比較。 (1) 頻帶寬度 。 當(dāng)碼元寬度為 sT 時(shí)， 2ASK 系統(tǒng)和 2PSK 系統(tǒng)的第一零點(diǎn)帶寬為 2sT ,2FSK 系統(tǒng)的第一零點(diǎn)帶寬為 212 sf f T?? 。因此，從頻帶寬度或頻帶利用率上看， 2FSK 系統(tǒng)最不可取。 (2) 對(duì)信道特性變化的敏感性 。 在選擇數(shù)字調(diào)制方式時(shí)，還要考慮它的 最佳判決門限對(duì)信道特性的變化是否敏感。在 2FSK 系統(tǒng) 中，不需要人為地設(shè)置判決門限，它是直接比較電路解調(diào)輸出的大小來做 出判決。在 2PSK 系統(tǒng)中，判決器是最佳判決門限為零，與接受機(jī)輸入信號(hào)的幅度無關(guān) 。因此，它不隨信道特性的變化而變化。這時(shí)接收機(jī)容易保持在最佳判決門限狀態(tài)。對(duì)于 2ASK 系統(tǒng)，判決器的最佳判決門限為 2a [當(dāng) P(1)=P(0)時(shí) ]，它與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度有關(guān)。當(dāng)信道特性發(fā)生變化時(shí)，接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度 a 將隨著發(fā)生變化 。相應(yīng)地，判決期的最佳判決門限需隨 之變化。這時(shí)接收機(jī)不容易保持在最佳判決門限狀態(tài)，從而導(dǎo)致誤碼率增大。因此 2ASK 的對(duì)信道特性變化的敏感度最差。 當(dāng)信道存在嚴(yán)重的衰落時(shí)常采用非相干檢測，因?yàn)檫@時(shí)在接收端不容易得到同步解調(diào)所需的相干載波。當(dāng)發(fā)射機(jī)有嚴(yán)格的功率限制時(shí)（如從宇宙飛船上發(fā)回遙測數(shù)據(jù)時(shí)，飛船發(fā)射功率是有限的），可以考慮采用同步檢測。因?yàn)樵诮o定的碼元傳輸速率及誤碼率的條件下，同步檢測所要求的信噪比要比接受所要求的信噪比小。 (3) 設(shè)備的復(fù)雜程度 。 對(duì)于二進(jìn)制振幅鍵控、移頻鍵控和移相鍵控這三種方式來說，發(fā)送端設(shè)備的復(fù)雜程度相差不多，而接收端的復(fù)雜 程度則與所選用的調(diào)制和解調(diào)方式有關(guān)。對(duì)于同一種調(diào)制方式，相干解調(diào)的設(shè)備比非相干解調(diào)時(shí) 復(fù)雜；而同為非相干解調(diào)時(shí)， 2DPSK 的設(shè)備最復(fù)雜， 2FSK 次之， 2ASK 最簡單。設(shè)備