【正文】 三 章 PSK 調(diào)制系統(tǒng) — — 18 第三章 PSK 調(diào)制系統(tǒng) 在通信和信息傳輸系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化或電子工程技術(shù)中，調(diào)制和解調(diào)應(yīng)用最為廣泛。在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。 (2) 根據(jù)當(dāng)前輸入和狀態(tài)來決定狀態(tài)的微分，得到微分矢量，然后把它返回給解法器，以計(jì)算下一個(gè)采樣點(diǎn)的狀態(tài)矢量。 (6) 分配和初始化存儲(chǔ)空間，以便存儲(chǔ)每個(gè)模塊的狀態(tài)和當(dāng)前值的輸出。 (4) 確定那些非顯示化的信號(hào)屬性，并檢查每個(gè)模塊是否能夠接受連接到它們輸入端的 信號(hào)。 (2) 展開模型的各個(gè)層次。在 Simulink中，模塊都是用矢量來表示這三個(gè)部分的，如圖 21所示 圖 21矢量表示 Simulink模塊圖 2. Simulink 仿真過程 Simulink 仿真分為兩個(gè)階段：初始化和模型執(zhí)行。它可以用來模擬線性與非線性系統(tǒng)，連續(xù)與非連續(xù)系統(tǒng)，或者這些混合的系統(tǒng)，是強(qiáng)大的系 統(tǒng)仿真工具。由于 MATLAB 和 SIMULINK 的集成在一起的，因此第 二 章 MATLAB 仿真技術(shù) — — 16 用戶可以在這兩種環(huán)境下對(duì)自己的模型進(jìn)行仿真、分析和修改。仿真的結(jié)果還可以存放到 MATLAB 的工作空間里做事后處理。采用 SCOPE 模塊和其他的畫圖模塊，在仿真進(jìn)行的同時(shí)，就可觀看到仿真結(jié)果。在定義完一個(gè)模型后，用戶可以通過 Simulink 的菜單或 MATLAB 的命令窗口鍵入命令來對(duì)它進(jìn)行仿真。用 Simulink 創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。在 Simulink 環(huán)境中，利用鼠標(biāo)就可 以在模型窗口中直觀地 畫出系統(tǒng)模型，然后直接進(jìn)行仿真。作為 MATLAB 的重要組成部仿真和分析的軟件包。確切的說，它是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、應(yīng)用最廣泛的軟件包之一 。廣大學(xué)生可以使用 MATLAB 來幫助進(jìn)行信號(hào)處理、通信原理、線性系統(tǒng)、自動(dòng)控制等課程的學(xué)習(xí)；科研工作者可以使用 MATLAB 進(jìn)行理論研究和算法開發(fā)；工程師可以使用MATLAB 進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)與仿真。 MATLAB 的仿真應(yīng)用及應(yīng)用領(lǐng)域 現(xiàn)在從電子通信、自動(dòng)控制圖形分析處理到航天工業(yè)、汽車工業(yè)，甚至是財(cái)務(wù)工程。這是對(duì) MATLAB 使用的各種數(shù)學(xué)算法的總稱。 (3)圖形處理：這是 MATLAB 圖形系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括繪制二維和三維圖形，也包括用戶對(duì)圖形圖像等對(duì)象進(jìn)行特性控制的低層 MATLAB 命令，以及開發(fā) GUI 應(yīng)用程序的各種工具。 利用它既可以進(jìn)行小規(guī)模編程，完成算法設(shè)計(jì)和算法實(shí)驗(yàn)的基本任務(wù)，也可以進(jìn)行大規(guī)模編程，開發(fā)復(fù)雜的應(yīng)用程序。 MATLAB 系統(tǒng)的組成 MATLAB 由什么構(gòu)成？ (1)編程語言：它是以矩陣和數(shù)組為基本單位的編程語言。 MATLAB Notebook 成功地將 Microsoft Word 與MATLAB 集成為一個(gè)整體 ,為文字處理、科學(xué)計(jì)算、工程設(shè)計(jì)營(yíng)造了一個(gè)完美統(tǒng)一的工作環(huán)境。 MATLAB 提供了一個(gè)模擬動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的交互程序SIMULINK 用戶通過簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)操作 ,就可建立起直觀的系統(tǒng)模型 ,并進(jìn)行仿真。這不僅使數(shù)據(jù)間的關(guān)系清晰明了 ,而且對(duì)于揭示其內(nèi)在本質(zhì)有著非常重要的作用。 (3)數(shù)據(jù)分析功能。 (2)符號(hào)計(jì)算功能。 (1)數(shù)值計(jì)算功能。 MATLAB 語言與其他語言相比，較好地解決了上述的問題。 (6)使用方便 MATLAB 語言是一種解釋型語言，執(zhí)行之前不需要進(jìn)行專門的編譯。工具箱也和MATLAB 一樣是完全用戶化的，可擴(kuò)展性強(qiáng)。開放的系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用戶能夠檢查算法的正確性，修改已存在的函數(shù)，或者加入自己的新部件。 (3)直觀靈活的語言 MATLAB 不僅僅是是一套打好包的函數(shù)庫，同時(shí)也是一種高級(jí)的、面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。 (2)先進(jìn)的可視化工具 MATLAB 提供功能強(qiáng)大的、交互 式的二維繪圖和三維繪圖功能。用 MATLAB 編寫程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問題，第 二 章 MATLAB 仿真技術(shù) — — 12 因此 MATLAB 語言被稱為“演算紙式”科學(xué)計(jì)算語言?，F(xiàn)在的 MATLAB 不再僅僅是一個(gè)矩陣實(shí)驗(yàn)室，而是一種實(shí)用的、功能強(qiáng)大的、不斷更新的高級(jí)計(jì)算機(jī)編程語言。通過工具箱，以往需要復(fù)雜編程的算法開發(fā)任務(wù)往往只需一個(gè)函數(shù)就能實(shí)現(xiàn)，而且工具箱是開放的可擴(kuò)展集，用戶可以查看或修改其中的算法，甚至開發(fā)自己的算法。此外 MATLAB 還擁有強(qiáng)大的 2D 和 3D 甚至動(dòng)態(tài)圖形的繪制功能，這樣用戶可以更直觀、更迅速的進(jìn)行多種算法的比較，從中找出最好的方案。 MATLAB 主要由 C 語言編寫而成，采用 LAPACK 為底層支持軟件包。這無疑會(huì) 給使用者帶來了極大的方便，因此，利用 MATLAB 可以節(jié)省大量的編程時(shí)間。 MATLAB 提供了一個(gè)人機(jī)交互的數(shù)學(xué)系統(tǒng)環(huán)境，該系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是矩陣，南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 11 在生成矩陣對(duì)象時(shí)，不要求作明確的維數(shù)說明，所謂交互式語言，是指人們給出一條命令，立即就可以得出該命令的結(jié)果。 新的版本集 成了日常數(shù)學(xué)處理中的各種功能，包括高效的數(shù)值計(jì)算、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形生成等等的常用功能。 Matrix Laboratory 意為“矩陣實(shí)驗(yàn)室”，從它的本意可以知道，最初的 MATLAB 只是一個(gè)數(shù)學(xué)計(jì)算工具。 MATLAB 軟件是美國 Math works 公司的產(chǎn)品， MATLAB 是英文 MATrix LABoratory(矩陣實(shí)驗(yàn)室 )的縮寫。研發(fā)人員借助MATLAB 軟件能迅速測(cè)試設(shè)想構(gòu)想，綜合評(píng)測(cè)系統(tǒng)性能，快速設(shè)計(jì)更好方案來確保更高技術(shù)要求。由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和用戶都在運(yùn)動(dòng)之中，節(jié)點(diǎn)數(shù)和用戶數(shù)都可能十分大，要保證野戰(zhàn)網(wǎng)覆蓋制定的地域范圍，并在很惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下具有很好的抗毀能力，網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)必須考慮很多參數(shù)，這可能使網(wǎng)絡(luò)仿真的運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，啟發(fā)算法利用迭代逼近，使 得設(shè)計(jì)結(jié)果與仿真運(yùn)行時(shí)間能取得較好的折衷。在這個(gè)研究中，我們應(yīng)當(dāng)掌握復(fù)雜性與準(zhǔn)確性的平衡，在降低復(fù)雜性時(shí)，采用一些技第 二 章 MATLAB 仿真技術(shù) — — 10 巧避免準(zhǔn)確性的過分降低。這個(gè)系統(tǒng)中含有非線性，這是一個(gè)難以處理的問題。進(jìn)而計(jì)算 BER。 (2)主要研究多徑衰落環(huán)境下 64QAM 無線中繼系統(tǒng)的錯(cuò)誤概率性能（ BER）的估計(jì)。 (1)針對(duì)光纖系統(tǒng)，研究的重點(diǎn)是光檢測(cè)器的特性。假如我們 已經(jīng)有了一個(gè)能滿足一定性能的具體設(shè)計(jì)方案，所謂具體設(shè)計(jì)方案，就是說系統(tǒng)中的每個(gè)部件都唯一地用一定的函數(shù)來描述。在設(shè)計(jì)過程中，不能依靠對(duì)系統(tǒng)各單元特性的詳細(xì)而精密的了解，這里面有現(xiàn)實(shí)而又重要的原因。 仿真技術(shù)在通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用 仿真技術(shù)的主要應(yīng)用之一就是輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，也就是計(jì)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的過程。 圖表是最簡(jiǎn)潔的說明工 具，它具有很強(qiáng)的直觀性，便于分析和比較，因此，仿真分析的結(jié)果一般都繪制成圖表形式。在仿真分析過程中，用戶已經(jīng)從仿真過程中獲得了足夠多的關(guān)于系統(tǒng)性能的信息，但是這些信息只是南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 9 一個(gè)原始的數(shù)據(jù)，一般還需要經(jīng)過數(shù)值分析和處理才能夠獲得衡量系統(tǒng)性能的尺度，從而獲得對(duì)仿真系統(tǒng)的一個(gè)總體評(píng)價(jià)。如果需要 比較仿真系統(tǒng)在不同參數(shù)設(shè)置下的性能，應(yīng)該使仿真系統(tǒng)在取不同參數(shù)值時(shí)具有相同的輸入信號(hào)，這樣才能保證分析和比較的客觀性和可靠性。最后，還應(yīng)該明確各個(gè)輸入信號(hào)的初始設(shè)置以及仿真系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)狀態(tài)的初始值。編寫文檔是一個(gè)好習(xí)慣，它能夠幫助我們回憶起仿真過程的一些細(xì)節(jié)。性能尺度指的是能夠衡量仿真過程中系統(tǒng)性能的輸出信號(hào)的數(shù)值（或根據(jù)輸出信號(hào)計(jì) 算得到的數(shù)值），因此，在實(shí)施仿真之前，首先需要確定仿真過程中應(yīng)該收集哪些仿真數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以什么樣的格式存在，以及收集多少數(shù)據(jù)。需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，仿真過程中使用的輸入數(shù)據(jù)必須具有一定的代表性，即能夠從各個(gè)角度顯著地改變仿真輸出信號(hào)的數(shù)值。 (2)仿真實(shí)驗(yàn) 仿真實(shí)驗(yàn)是一個(gè)或一系列針對(duì)仿真模型的測(cè)試。同時(shí)，對(duì)于通信系統(tǒng)中的各個(gè)隨機(jī)變量，可以采集這些變量的數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)學(xué)工具來確定 隨機(jī)變量的分布特性。 在仿真建模過程中，首先需要分析實(shí)際系統(tǒng)存在的問題或設(shè)立系統(tǒng)改造的目標(biāo)，并且把這些問題和目標(biāo)轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)變量和公式。靜態(tài)模型不需要考慮時(shí)間變化因素，動(dòng)態(tài)模型的輸入輸出變量則需要考慮時(shí)間變化因素。數(shù)學(xué)模型有多種分類方式，包括確定性模型和隨機(jī)性模型，靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。 (1)仿真建模 仿真建模是根據(jù)實(shí)際通信系統(tǒng)建立仿真模型的過程，它是整個(gè)通信系統(tǒng)仿真過程中的一個(gè)關(guān)鍵步驟，因?yàn)榉抡婺Ｐ偷暮脡闹苯佑绊懼抡娼Y(jié)果的真實(shí)性和可靠性。 通信仿真的一般步驟 通信系統(tǒng)仿真一般分成 3 個(gè)步驟，即仿真建模、仿真實(shí)驗(yàn)和仿真分析。雖然離散事件仿真舍棄了一些仿真細(xì)節(jié)，在有些場(chǎng)合顯得不夠具體，但仍然是通信系統(tǒng)仿真的主要形式。在離散事件仿真中，仿真系統(tǒng)只對(duì)離散事件做出反應(yīng)，而在連續(xù)事件仿真中，仿真系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)產(chǎn)生連續(xù)的輸出信號(hào)。這個(gè)過程就是通信仿真。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)做出的任何改變都可能影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定。 MATLAB 現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)、通信、信號(hào)處理、自動(dòng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖形處理等許多不同學(xué)科的研究中。因此，便產(chǎn)生了很多仿真算法和仿真軟件，其中以 MATLAB 提供的動(dòng)態(tài)仿真工具 Simulink 最為耀眼，它不僅具有強(qiáng)大的功能，并且具有很好的使用性。 仿真方法可以分為 3 類：實(shí)物仿真、數(shù)學(xué)仿真和半實(shí)物仿真。 所謂系統(tǒng)仿真，通俗的說就是模型試驗(yàn)，它是指通過系統(tǒng)模型試驗(yàn)去研究一個(gè)已經(jīng)存在的或者 正在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的過程。可以說仿真技術(shù)已成為科學(xué)研究中必不可少的實(shí)用技術(shù)。 第 二 章 MATLAB 仿真技術(shù) — — 6 第二章 MATLAB 仿真技術(shù) 通信仿真 通信仿真的概念，通信仿真的方法及應(yīng)用 隨著科學(xué)技術(shù)、仿真理論及計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，仿真技術(shù)不斷提高。 (9)目前，改進(jìn)的數(shù)字調(diào)制方式主要有偏置正交相移鍵控， ?/4 正交差分相移鍵控，最小頻移鍵控，高斯最小頻移鍵控，正交頻分復(fù)用，網(wǎng)格編碼調(diào)制等，這里對(duì)最小頻移鍵控作一介紹 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 5 本章小結(jié) 本章主要講述了通信、調(diào)制、數(shù)字通信的概念，發(fā)展以及在生活中的應(yīng)用價(jià)值。因此使得一些較復(fù)雜的調(diào)制技術(shù)能夠容易地實(shí)現(xiàn)并投入使用。這些方法都是不間斷地發(fā)展出來的，后來者自然比原有者更先進(jìn)。因此，在這些基本的數(shù)字調(diào)制方法基礎(chǔ)上，多年來不斷研究出新的或改進(jìn)的調(diào)制方法。 (7)本文中提到的調(diào)制方式大都是可以實(shí)用的，已經(jīng)采用多年，并且至今仍然被采用著。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)通信的要求越來越高，各種技術(shù)會(huì)不斷地應(yīng)用于通信領(lǐng)域，各種新的通信業(yè) 務(wù)將不斷地被開發(fā)出來。根據(jù)國家信息產(chǎn)業(yè)部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，到 2020 年底移動(dòng)電話用戶近 4億。 (5)微電子技術(shù)的發(fā)展，使通信終端的體積越來越小，成本越來越低，范圍越來越廣。 (3)光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)更是將通信容量提 高到了以前無法想象的地步。 (1)微波中繼通信使長(zhǎng)距離、大容量的通信成為了現(xiàn)實(shí) 。 數(shù)字調(diào)制的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 進(jìn)入 20 世紀(jì)以來，隨著晶體管、集成電路的出現(xiàn)與普及、無線通信迅速發(fā)展。從原理上說受調(diào)載波可以是任意的，只要已調(diào)信號(hào)適合心動(dòng)的傳輸就可以了，但 是實(shí)際上，大多數(shù)通信系統(tǒng)中，都選擇正弦信號(hào)作為載波。 數(shù)字通信系統(tǒng)可以用下圖圖 11 表示： 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 3 圖 11數(shù)字通信系統(tǒng)圖 數(shù)字通信在近 20 年來得到了迅速的發(fā)展，其原因是： (1)抗干擾能力強(qiáng) (2)便于進(jìn)行各種數(shù)字信號(hào)處理 (3)易于實(shí)現(xiàn)集成化 (4)經(jīng)濟(jì)效益正趕上或超過模擬通信 (5)傳輸與交換可結(jié)合起來，傳輸電話與傳輸數(shù)據(jù)也可結(jié)合起來，成為一個(gè)統(tǒng)一整體，有利于實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)。 數(shù)字通信有以下突出的特點(diǎn)：第一，數(shù)字信號(hào)傳輸時(shí)，信道噪聲或干擾所造成的差錯(cuò)，原則上是可以控制的。連續(xù)消息也稱模擬消息。離散消息也稱數(shù)字消息。各種不同的消息可以分為兩類：一類稱為離散消息； 另一類稱為連續(xù)消息。在 70 年代末在全球發(fā)展起來的模擬移動(dòng)電話在 90 年代中期被數(shù)字移動(dòng)電話所代替，現(xiàn)有的模擬電視也正在被數(shù)字電視所代替。 1937 年瑞威斯發(fā)明的脈沖編碼調(diào)制標(biāo)志數(shù)字通信的開始。 1866 年利用海第一章 緒論 — — 2 底電纜實(shí)現(xiàn)了跨大西洋的越洋電報(bào)通信。 1837 年發(fā)明的莫爾斯電磁式電報(bào)標(biāo)志著電通信的開始。 通信技術(shù)的背景歷史及發(fā)展 遠(yuǎn)古時(shí)代，遠(yuǎn)距離的傳遞消息是以書信的形式來完成的，這種通信方式明顯具有傳遞時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。 數(shù)字通信系統(tǒng)較模擬通信系統(tǒng)而言，具有抗干擾能力強(qiáng)、便于加密、易于實(shí)現(xiàn)集成化、便于與計(jì)算機(jī)連接等優(yōu)點(diǎn)。消息是具體的、表面的，而信息是抽象的、本質(zhì)的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量來度量。數(shù)字信號(hào)的自變量可以是連續(xù)的或 離散的，但幅度是離散的，如計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備輸出的信號(hào)就是數(shù)字信