【正文】 1和 0去控制兩個(gè)獨(dú)立的振蕩源交替輸出。那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無還原出數(shù)字信號(hào)的 1 和 0。 二進(jìn)制幅度鍵控（ 2ASK） 幅度鍵控可以通過乘法器和開關(guān)電路來實(shí)現(xiàn)。 最常見的二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式有二進(jìn)制振幅鍵控（ 2ASK）、移頻鍵控（ 2FSK）和移相鍵 控（ 2PSK 和 2DPSK）。因此， Matlab 在通信系統(tǒng)仿真中得到了廣泛應(yīng)用，本文也選用該工具對(duì)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。用于實(shí)現(xiàn)通信仿真的通信工具包 (Communication toolbox,也叫 Commlib,通信工具箱 )是Matlab 語言中的一個(gè)科學(xué)性工具包 ,提供通信領(lǐng)域中計(jì)算、研究模擬發(fā)展、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的功能 ,可以在 Matlab 環(huán)境下獨(dú)立使用 ,也可以配合 Simulink 使用。Simulink 為用戶提供了用方框圖進(jìn)行建模的圖形接口 ,它與傳統(tǒng)的仿真軟件包用差分方程和微分方程建模相比 ,更直觀、方便和靈活。 Matlab 具有強(qiáng)大的 Simulink動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境 ,可以實(shí)現(xiàn)可視化建模和多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。 Matlab 的編程功能簡(jiǎn)單 ,并且很容易擴(kuò)展和創(chuàng)造新的命令與函數(shù)。 Matlab 仿真軟件就是分析通信系統(tǒng)常用的工具之一。 1. 2 Matlab 在通信系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用 隨著通信系統(tǒng)復(fù)雜性的增加 ,傳統(tǒng)的手工分析與電路板試驗(yàn)等分析設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展的需要 ,通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)日益顯示出其巨大的優(yōu)越性 .。因此，對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的分析與研究越 來越重要，數(shù)字調(diào)制作為數(shù)字通信系統(tǒng)的重要部分之一，對(duì)它的研究也是有必要的。因此，大部分現(xiàn)代通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)。 由于傳輸失真、傳輸損耗以及保證帶內(nèi)特性的原因，基帶信號(hào)不適合在各種信道上進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸。 關(guān)鍵詞 ：數(shù)字調(diào)制 ， 分析與仿真 ， Matlab， Simulink Abstract In this paper, five usual methods of digital modulation are introduced firstly. Then their simulation models are built by using MATLAB’s simulation tool, SIMULINK. Through observing the results of simulation, the factors that affect the capability of the digital modulation system and the reliability of the simulation models are analyzed. And then, the capability of three digital modulation simulation models, 2FSK, 2DPSK and MSK, have been pared, as well as paring the results of simulation and theory. At last, the conclusion is gotten: The simulation models are reasonable. Keywords: Digital modulation， analysis and simulation， MATLAB， SIMULINK 目 錄 1 引言 …………………………………………………………………… ……… ......1 數(shù)字調(diào)制的意義 ………………………………………………………… Matlab 在通信系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用 ……………………………………… 2 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)原理 …………………………………………………… .... 2ASK 調(diào)制 與解調(diào) ……………………………………………………… . 2FSK調(diào)制與解調(diào) ……………………………………… ……………… .. 2PSK調(diào)制與解調(diào) …………………………………… ………………… .. 多進(jìn)制調(diào)制與解調(diào) ……………………………………………………… . 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 ……………………………………………... 仿真框圖 ………………………………………………………… 信號(hào)源仿真及參數(shù)設(shè)置 ………………………………………… 調(diào)制解調(diào)模塊 …………………………………………………… 信道 ……………………………………………………………… 誤碼計(jì)算儀 ……………………………………………………… 頻譜儀 …………………………………………………………… 星 座圖 …………………………………………………………… 仿真模型的設(shè)計(jì) 原理 及結(jié)果分析 ……………………………………… ... 2ASK …………………………………………………………… . 2FSK 、 MSK、 GMSK ………………………………………… . 2PSK 、 QPSK、 OQPSK ……………………………………… .. MFSK 、 MPSK …………… …………………………………… . 數(shù)字調(diào)制的性能比較 …………………………………………………… ... 各種調(diào)制模型的性能比較 …………………………………… … 仿真模型性能與理論性能比較 ……………………………… … 4 外文翻譯 ………………………………………………………………………… 原文 …………………………………………………………………… ....... 譯文 …………………………… ………………………………………… ... 5 結(jié)束語 …………………………………………………………………………… 致謝 ………………………………………………………………………………… .. 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………… .. 附錄 ………………………………………………………………………………….. 通信系統(tǒng)中 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) 的軟件 仿真 1 引言 1. 1 數(shù)字調(diào)制的意義 數(shù)字調(diào)制是指用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波的某些參量進(jìn)行控制，使載波的這些參量隨基帶信號(hào)的變化而變化。通過仿真，觀察了調(diào)制解調(diào)過程中各環(huán)節(jié)時(shí)域和頻域的波形，并結(jié)合這幾種調(diào)制方法的調(diào)制原理，跟蹤分析了各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)調(diào)制性能的影響及仿真模型的可靠性。 摘 要 數(shù)字調(diào)制是通信系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，數(shù)字調(diào)制技術(shù)的改進(jìn)也是通信系統(tǒng)性能提高的重要途徑。 本文首先分析了數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的五種基本調(diào)制解調(diào)方法，然后，運(yùn)用 Matlab 及 附帶的圖形仿真工具 ——Simulink 設(shè)計(jì)了這幾種數(shù)字調(diào)制方法的仿真模型。最后，在仿真的基礎(chǔ)上分析比較了各種調(diào)制 系統(tǒng) 的 誤碼率、信號(hào)傳輸速率、信噪比、占用頻帶寬度等因素，綜合衡量各系統(tǒng)的 性能 指標(biāo) ，并通過比較仿真模型與理論計(jì)算的性能，證明了仿真模型的可行性。 根據(jù)控制的載波參量的不同，數(shù)字調(diào)制有調(diào)幅、調(diào)相和調(diào)頻三種基本形式，并可以派生出多種其他形式。為了進(jìn)行長(zhǎng)途傳輸，必須對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行載波調(diào)制，將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。另外，由于數(shù)字通信具有建網(wǎng)靈活，容易采用數(shù)字差錯(cuò)控制技術(shù)和數(shù)字加密，便于集成化，并能夠進(jìn)入綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ ISDN 網(wǎng)），所以通信系統(tǒng)都有由模擬方式向數(shù)字方式過渡的趨勢(shì)。通過對(duì)調(diào)制系統(tǒng)的仿真，我們可以更加直觀的了解數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能及影響性能的因素，從而便于改進(jìn)系統(tǒng)，獲得更佳的傳輸性能。計(jì)算機(jī)仿真是根據(jù)被研究的真實(shí)系統(tǒng)的模型 ,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一種方法 .它具有利用模型進(jìn)行仿真的一系列優(yōu)點(diǎn) ,如費(fèi)用低 ,易于進(jìn)行 真實(shí)系統(tǒng)難于實(shí)現(xiàn)的各種試驗(yàn) ,以及易于實(shí)現(xiàn)完全相同條件下的重復(fù)試驗(yàn)等。 Matlab 是一種交互式的、以矩陣為基礎(chǔ)的軟件開發(fā)環(huán)境 ,它用于科學(xué)和工程的計(jì)算與可視化。應(yīng)用 Matlab 可方便地解決復(fù)雜數(shù)值計(jì)算問題。Simulink 支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng) ,也支持多種采樣速率的多速率系 統(tǒng) 。用戶可以在Matlab 和 Simulink 兩種環(huán)境下對(duì)自己的模型進(jìn)行仿真、分析和修改。另外， Matlab 的圖形界面功 能 GUI（ Graphical User Interface）能為仿真系統(tǒng)生成一個(gè)人機(jī)交互界面，便于仿真系統(tǒng)的操作。 2 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)原理 數(shù)字調(diào)制可以分為二進(jìn)制調(diào)制和多進(jìn)制調(diào)制，多進(jìn)制調(diào)制是二進(jìn)制調(diào)制的推廣，所以本文主要討論二進(jìn)制的調(diào)制與解調(diào)，最后簡(jiǎn)單討論一下多進(jìn)制調(diào)制中的MFSK(M 元移頻鍵控 )和 MPSK(M 元移相鍵控 )。下面是這幾種調(diào)制方式 以及其改進(jìn)調(diào)制方式 的相關(guān)原理。載波在數(shù)字信號(hào) 1 或 0 的控制下通或斷，在信號(hào)為 1 的狀態(tài)載波接通，此時(shí)傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號(hào)為 0 的狀態(tài)下，載波被關(guān)斷，此時(shí)傳輸信道上無載波傳送。 2ASK 信號(hào)功率譜密度的特點(diǎn)如下： （ 1）由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成；連續(xù)譜由傳號(hào)的波形 g(t)經(jīng)線性調(diào)制后決定，離散譜由載波分 量決定； （ 2）已調(diào)信號(hào)的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍。對(duì)二進(jìn)制的頻移鍵控調(diào)制方式，其有效帶寬為 B=2xF+2Fb,xF 是二進(jìn)制基帶信號(hào)的帶寬也是 FSK 信號(hào)的最大頻偏，由于數(shù)字信號(hào)的帶寬即 Fb 值大，所以二進(jìn)制頻移鍵控的信號(hào)帶寬 B 較大，頻帶利用率小。若兩個(gè)載頻之差 |f1 f2|≤fs，則出現(xiàn)單峰。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。 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)。現(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）。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/ π、 3π/2四種，分別對(duì)應(yīng)四種狀態(tài) 1 0 00、 10。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)诜抡娴臅r(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。Toolboxes(其他環(huán)節(jié) )。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。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。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。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(cè)的隨機(jī)信號(hào)。 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。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。 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。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/