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通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的matlab仿真論文--畢業(yè)設(shè)計-文庫吧資料

2024-12-09 15:33本頁面
  

【正文】 歸零波形到雙極性波形的變換,其變換關(guān)系為 ,因為 ,所以有 。 假設(shè)相位值用相位偏移 , 如果 ,則 如果 ,則 表 PSK、 DPSK調(diào)制系統(tǒng)相位變化 參考相位 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 絕對碼 2PSK 相位 0 0 0 0 絕對移相 2DPSK相位 0 0 0 0 0 0 0 相對移相 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 相對碼 下面再來討論 2PSK 及 2DPSK 信號的調(diào)制與解調(diào)。所以,實際中不采用 2PSK 方式,而采用一種所謂的相對(差分)移相( 2DPSK)方式。 但是我們考慮到如果采用絕對移相方式,由于發(fā)送端是以某一個相位作基準的,因而在接受系統(tǒng)中也必須有這樣一個固定基準相位作為參考,如果這個參考相位發(fā)生了變化,則恢復(fù)的數(shù)字信息就會發(fā)生 0 變?yōu)?1 或 1 變?yōu)?0,從而造成錯誤的恢復(fù)。 2PSK 、 QPSK、 OQPSK 二進制移相鍵控( 2PSK)方式是受鍵控的載波相位按基帶脈沖而改變的一種數(shù)字調(diào)制方式。此時, MSK, GMSK的傳輸環(huán)境的信噪比,比 FSK還要低 3 dB,綜合抗干擾能力、占帶寬度最好的是 GMSK、 MSK 次之,最后是 FSK。 位置: Communications Blockset\Channels 表 加性高斯白噪聲信道的主要參數(shù) 參數(shù)名稱 參數(shù)值 FSK MSK GMSK Initial seed (初始化種子 ) 18233 Mode (模式 ) Signal to noise ration (SNR)(信噪比 ) SNR(信噪比 ) 3 6 6 Input signal power(輸入信號功率 ) 1 圖 加性高斯白噪聲信道的主要參數(shù) 4. Error Rate Calculation(誤碼率計算)比較輸入輸出的誤碼率。 主要參數(shù)設(shè)置如下: 1. Bernoulli Random Binary Generator (伯努利二進制隨機數(shù)產(chǎn)生器 ) 位置: Communications Blockset\Comm Sources 表 伯努利二進制隨機數(shù)產(chǎn)生器的主要參數(shù) 參數(shù)名稱 參數(shù)值 Probability ( 0 出現(xiàn)的概率) Initial seed (初始化種子) 12345 Sample time (采樣時間) Framebased output (基于幀輸出) 使能 Smaple per frame (每幀取樣數(shù) ) 10 圖 伯努利二進制隨機數(shù)產(chǎn)生器的主要參數(shù) 2. Spectrum Scope (頻譜儀 )用來顯示對數(shù)字調(diào)制后信號的測量。所以高斯低通濾波器必須滿足: ( 1) 帶寬窄,且是銳截止的 ( 2) 具有較低的過沖脈沖響應(yīng) ( 3) 保持輸出脈沖的面積不變 設(shè)計 2FSK 仿真模型如圖 所示 : 圖 FSK基帶調(diào)制仿真系統(tǒng)框圖 FSK 基帶調(diào)制仿真系統(tǒng)的框圖 由伯努利二進制隨機數(shù)產(chǎn)生器, 頻譜儀,基帶MFSK 調(diào)制與解調(diào)器,加性高斯白噪聲信道,誤碼率計算器及顯示器構(gòu)成。 可以知道 MSK 信號具有如下特點: ( 1) 已調(diào)信號的振幅是恒定的 ( 2) 調(diào)制指數(shù) fT?? ? ( 3) 以載波相位為基準的信號相位在一個碼元期內(nèi)準確的線形變化 2?? ( 4) 碼元轉(zhuǎn)換 時刻信號的相位是連續(xù)的,或者說信號的波形沒有突跳 在一些通信場合,對信號帶外輻射功率的限制是十分嚴格的, MSK 信號仍不能滿足,于是提出的 GMSK。 由( 1)式知,當 ka =+1 時,信號的頻率為 2 1 ()22c sfw T???? 當 ka =1 時,信號的頻率為 1 1 ()22c sfwT???? 由此可得 21 12 sf f f T? ? ? ? fT?? ? MSK 信號在碼元轉(zhuǎn)化時信號的相位是連續(xù)的,根據(jù)這個要求,相位應(yīng)該滿足下面的條件: ? 11 11 ,11 ( 1 ) ,( ) [ ( 1 ) ]2 kkk kkk aak k k k aaka a k ?? ??? ? ?? ?? ??? ???? ? ? ? ? 上式表明, MSK 信號在第 k 個碼元的相位常數(shù)不僅與當前的 ka 有關(guān),而且與前面的 1ka? 及相 位常數(shù) 1k?? 有關(guān)。 一般來說,鍵控法得到的 nn??, 是與序列 n 無關(guān)的,反映在 0()et上,僅表現(xiàn)出 1w 與 2w 改變時其相位是不連續(xù)的;而用模擬調(diào)頻法時,由于當 1w 與 2w 改變時0()et相位是連續(xù)的,故 nn??, 不僅與第 n 個信號碼元有關(guān),而且 nn??, 之間也應(yīng)保持一定的關(guān)系。這正是頻率鍵控通信方式 的早期采用的實現(xiàn)方法, 2FSK 另一個實現(xiàn)方法便是采用鍵控法,即利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。 2FSK 、 MSK、 GMSK 首先說明 FSK,MSK 和 GMSK 調(diào)制系統(tǒng)的原理。對圖 中各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)做 1024 點快速傅立葉可得頻域波形,如圖 所示: 圖 2ASK 各環(huán)節(jié)頻譜圖 從圖 中可以看到,源信號中心頻率經(jīng)調(diào)制后搬移到了載波頻率上,這與公式( )是相符的。 仿真結(jié)果頻域分析 由于二進制的隨機脈沖序列是一個隨機過程 , 所以調(diào)制后的二進制數(shù)字信號也是一個隨機過程,因此在頻率域中只能用功率譜密度表示。最后經(jīng)過解調(diào)和抽樣判決出來的信號與源信號波形大體一致,只是有兩個碼元的延遲,這說明如果將 Error Rate Calculation 的 Receive delay 參數(shù)設(shè)置為 2,則此模型最后的誤碼率為 0。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。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(yīng)用,其 M文件詳見附錄 [1]。 2ASK 通常,二進制振幅鍵控信號( 2ASK)的產(chǎn)生方法(調(diào)制方法)有兩種,如圖 所示 : (a ) (b) 圖 3 .3 2 A SK 信號產(chǎn)生的兩種方法 S(t ) e 0 (t) cos ω c t 乘法器 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 3 .4 2 A SK 信號接收系統(tǒng)組成框圖 根據(jù) ( a)所示方框圖產(chǎn)生 2ASK 信號,并用圖 ( b)所示的相干解調(diào)法來解調(diào),設(shè)計 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)使用了同一個載波,目的是為了保證相干解調(diào)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(jié)果。要做到這一點,將輸入信號的采樣頻率取為期望的頻率顯示窗最大值的兩倍即可,F(xiàn)requency Range(頻 率范圍)選 [0...Fs/2]就是這個道理( Fs 就是采樣頻率,亦是采樣時間的倒數(shù))。 Buffer overlap:重疊的長度 ; Number of spectral averages:頻譜數(shù)據(jù)的平均數(shù),數(shù)據(jù)流分段的方法會影響 FFT 的結(jié)果,分段時 Buffer overlap(重疊的長度 )、Number of spectral averages( 頻譜數(shù)據(jù)的平均數(shù) ) 會影響頻譜特性的平滑程度,這兩個數(shù)值愈大,特性愈平滑。 Simulink 中提供了 Spectrum Scope 模塊來顯示仿真頻譜,其主要參數(shù)的設(shè)置為: Buffer size:緩存長度,頻譜儀應(yīng)用快速傅里葉變換 FFT 完成數(shù)據(jù)流從時域到頻域的變換,所以先要將時域的數(shù)據(jù)流取出一段, FFT size(快速傅里葉變換的長度 )確定為 N,通常要求 N 為 2 的冪。 頻譜儀 在仿真過程中,必須觀察各個環(huán)節(jié)的頻域波形,因此,必須在各個環(huán)節(jié)加上 頻譜儀 以觀察波形。 誤碼計算儀 信號經(jīng)過信道后,由于噪聲的干擾,在接收端可能出現(xiàn)誤碼, Simulink中提供了 Error Rate Calculation 模塊來計算誤碼率,其主要參數(shù)的設(shè)置為: Receive delay:接收延遲,表明在計算誤碼率時接收到的信號比源信號延遲的碼元數(shù),便于準確計算 ; Output data:數(shù)據(jù)輸出,將誤碼率、誤碼數(shù)及碼元總數(shù)輸出,有兩個選項 可選擇: Work space 和 Port。 Simulink 中提供了帶有 加性高斯白噪聲 的信道: AWGN Channe。 MDPSK Modulator Passband 和 MDPSK Demodulator Passband 分別是數(shù)字信號 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。 調(diào)制與解調(diào)模塊 Simulink 通信工具箱中提供了數(shù)字信號各種調(diào)制方式的模塊,如 AM、 CPM、FM 及 PM等。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。 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 3 . 2 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真框圖 基帶信號 調(diào)制器 信 道 解調(diào)器 基帶信號 噪聲源 信號源仿真及參數(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。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。通信系統(tǒng)一般都可以建立數(shù)學(xué)模型。在這里,整個通信系統(tǒng)的流程被概括為:信號的產(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。特別是在 Blocksetsamp。 圖 3 .1 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 信息源 編碼器 調(diào)制器 信 道 解調(diào)器 解碼器 受信者 噪聲源 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。 3 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真設(shè)計 數(shù)字調(diào)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(diào)制解調(diào)、信道及信宿等環(huán)節(jié)構(gòu)成,其框圖如圖 所示: 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盘枴? 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。多進制數(shù)字調(diào)制載波參數(shù)有 M 種不同的取值,多進制數(shù)字調(diào)制比二進制數(shù)字調(diào)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。 2PSK 信號的功率密度有如下特點: (1) 由連續(xù)譜與離散譜兩部分組成; (2) 帶寬是絕對脈沖序列的二倍; (3) 與 2ASK 功率譜的區(qū)別是當 P= 1/2 時, 2PSK 無 離散譜,而 2ASK 存在離散譜。 二進制相移鍵控( 2PSK) 在相移鍵控中,載波相位受數(shù)字基帶信號的控制,如在二進制基帶信號中為 0 時,載波相位為 0 或 π,為 1 時載波相位為 π或 0。 2FSK 功率譜密度的特點如下: (1) 2FSK 信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成 , 離散譜出現(xiàn) 在 f1 和 f2 位置; (2) 功率譜密度中的連續(xù)譜部分一般出現(xiàn)雙峰。 二進制頻移鍵控( 2FSK) 頻移鍵控是利用兩個不同頻率 f1 和 f2 的振蕩源來代表信號 1 和 0,用數(shù)字信號的
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