【正文】 一般為等間隔。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，： 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?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。特別是在Blocksetsamp。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。通信系統(tǒng)一般都可以建立數(shù)學(xué)模型。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。根據(jù)Simulink提供的仿真模塊，： 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(jī)二進(jìn)制數(shù)字信號的通用信號發(fā)生器。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。 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。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。Simulink 中提供了帶有加性高斯白噪聲的信道：AWGN Channe。 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(zhǔn)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。 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。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，F(xiàn)FT size(快速傅里葉變換的長度)確定為N，通常要求N為2的冪。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。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)）。 2ASK通常，二進(jìn)制振幅鍵控信號（2ASK）的產(chǎn)生方法（調(diào)制方法）有兩種，： ：（a）所示方框圖產(chǎn)生2ASK信號，（b）所示的相干解調(diào)法來解調(diào)，： 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(yùn)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。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(kuò)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(qiáng)，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]。則，2ASK信號的時間表示式為: （.） space中做統(tǒng)一處理（處理程序見附錄[2]），； 2ASK各環(huán)節(jié)波形示意圖，經(jīng)過調(diào)制后的信號波形在符號1持續(xù)時間內(nèi)是載波的波形，在符號0持續(xù)時間內(nèi)無波形，這與式（）是完全吻合的。這個值與理論值有些出入，原因是我們在仿真時為了便于觀察信號的波形，將信號源發(fā)送的碼元數(shù)設(shè)定為20個（碼元速率為1，仿真時間20秒），這大大低于現(xiàn)實中的傳碼率，所以在只傳送20個碼元的情況下，誤碼率為0是可能的。： 2ASK各環(huán)節(jié)頻譜圖 ，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。 2FSK 、MSK、GMSK首先說明FSK,MSK和GMSK調(diào)制系統(tǒng)的原理。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(jìn)行選通。一般來說，鍵控法得到的是與序列無關(guān)的，反映在上，僅表現(xiàn)出與改變時其相位是不連續(xù)的；而用模擬調(diào)頻法時，由于當(dāng)與改變時相位是連續(xù)的，故不僅與第個信號碼元有關(guān)，而且之間也應(yīng)保持一定的關(guān)系。由（1）式知，當(dāng)=+1時，信號的頻率為當(dāng)=1時，信號的頻率為由此可得 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：上式表明，MSK信號在第個碼元的相位常數(shù)不僅與當(dāng)前的有關(guān)，而且與前面的及相位常數(shù)有關(guān)。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)（3） 以載波相位為基準(zhǔn)的信號相位在一個碼元期內(nèi)準(zhǔn)確的線形變化（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(yán)格的，MSK信號仍不能滿足，于是提出的GMSK。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： 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(jìn)制隨機(jī)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。主要參數(shù)設(shè)置如下：1． Bernoulli Random Binary Generator (伯努利二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器)位置：Communications Blockset\Comm Sources 伯努利二進(jìn)制隨機(jī)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）12345Sample time （采樣時間）Framebased output （基于幀輸出）使能Smaple per frame (每幀取樣數(shù))10 伯努利二進(jìn)制隨機(jī)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。位置：Communications Blockset\Channels 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 GMSKInitial seed (初始化種子)18233Mode (模式)Signal to noise ration (SNR)(信噪比)SNR(信噪比)3 6 6Input signal power(輸入信號功率)1 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。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。 2PSK 、QPSK、OQPSK二進(jìn)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。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(zhǔn)的，因而在接受系統(tǒng)中也必須有這樣一個固定基準(zhǔn)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)?或1變?yōu)?，從而造成錯誤的恢復(fù)。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。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0110101110絕對碼2PSK相位0000絕對移相2DPSK相位0000000相對移相00100110100相對碼下面再來討論2PSK及2DPSK信號的調(diào)制與解調(diào)。 2PSK信號的相干解調(diào)框圖2DPSK信號的產(chǎn)生框圖： 2DPSK信號的調(diào)制方框圖圖中，波形變換器用來完成單極性不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。2DPSK信號的解調(diào):(1)相干解調(diào)法(極性比較法) 2DPSK信號的相干解調(diào)方框圖2DPSK的解調(diào)結(jié)果不受本地載波的相位“倒”的影響。只有2DPSK信號才能采用這種方法解調(diào)，因為它是以前一個碼元的載波相位作為參考相位，而不是未調(diào)載波的相位。下面再來討論QPSK（四相絕對移相鍵控）。由于每一種載波相位代表兩個比特信息，故每個四進(jìn)制碼元又被稱為雙比特碼元。雙比特碼元中兩個信息比特通常是按格雷碼排列，它與載波相位的關(guān)系如下表，表 雙比特碼元與載波相位的關(guān)系雙比特碼元載波相位 00110110A方式B方式四相調(diào)制信號通常用下式表示：式中： 受調(diào)相位，4種不同取值； 相位在（0、）內(nèi)等間隔的取四種可能相位。此時，上式恰好表示兩個正交的二相調(diào)制信號的合成。用調(diào)相法產(chǎn)生的QPSK信號的組成方框圖如下所示，圖中，串/并變換器將輸入的二進(jìn)制序列依次分為兩個并行的雙極性序列。雙極性的和脈沖分別對同相載波及正交載波進(jìn)行二相調(diào)制，得到虛線矢量如圖。其相位編碼邏輯關(guān)系如表。按照串/并變換器輸出的雙比特碼元的不同，邏輯選相電路輸出相應(yīng)相位的載波。其解調(diào)框圖如下，其中并/串變換器的作用于解調(diào)其中的串/并變換器作用相反，它是用來將上、下支路的并行數(shù)據(jù)恢復(fù)成串行數(shù)據(jù)的。的相位跳變，在QPSK基礎(chǔ)上提出的。但當(dāng)碼組0011或0110時，產(chǎn)生180176。這種相位跳變引起包絡(luò)起伏，當(dāng)通過非線性部件后，使已經(jīng)濾除的帶外分量又被恢復(fù)出來，導(dǎo)致頻譜擴(kuò)展，增加對相鄰波道的干擾。這里，所謂恒包絡(luò)技術(shù)是指已調(diào)波的包絡(luò)保持為恒定，它與多進(jìn)制調(diào)制是從不同的兩個角度來考慮調(diào)制技術(shù)的。這種形式的已調(diào)波具有兩個主要特點，其一是包絡(luò)恒定或起伏很?。黄涠且颜{(diào)波頻譜具有高頻快速滾降特性，或者說已調(diào)波旁瓣很小，甚至幾乎沒有旁瓣。一個已調(diào)波的頻譜特性與其相位路徑有著密切的關(guān)系（因為），因此，為了控制已調(diào)波的頻率特性，必須控制它的相位特性。OQPSK也稱為偏移四相相移鍵控（offsetQPSK），是QPSK的改進(jìn)型。不同點在于它將同相和正交兩支路的碼流在時間上錯開了半個碼元周期。因此，OQPSK信號相位只能跳變0176。90176。的相位跳變。圖中/2的延遲電路是為了保證I、Q兩路碼元偏移半個碼元周期。除此之外，其它均與QPSK作用相同。由圖看出，它與QPSK信號的解調(diào)原理基本相同，其差別僅在于對Q支路信號抽樣判決時間比I支路延遲了/2，這是因為在調(diào)制時Q支路信號在時間上偏移了/2，所以抽樣判決時刻也應(yīng)偏移/2，以保證對兩支路交錯抽樣。的相位跳變，信號通過BPF后包絡(luò)起伏小，性能得到了改善，因此受到了廣泛重視。的相位跳變，因而高頻滾降慢，頻帶仍然較寬。，由隨機(jī)整數(shù)產(chǎn)生器，頻譜儀，基帶BPSK調(diào)制與解調(diào)器，加性高斯白噪聲信道，誤碼率計算器，離散時間星座圖儀及顯示器構(gòu)成。圖 2PSK調(diào)制系統(tǒng)仿真框圖 主要參數(shù)設(shè)置如下：1. RandomInteger Generator （隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器）位置 Communications Blockset\Comm Sources表 隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器的主要參數(shù)設(shè)置參數(shù)名稱參數(shù)值PSK QPSK OQPSKMary number（元數(shù)）2 4 4Initial seed （初始化種子）12345Sample time （采樣時間） 隨機(jī)整數(shù)發(fā)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。 (a) (b) BPSK調(diào)制系統(tǒng)的星座圖和頻譜圖 (a) (b) QPSK調(diào)制系統(tǒng)的星