基于matlab的数字调制系统仿真

基于matlab的数字调制系统仿真内容摘要：

波）的已调波形，而且 ω1 与 ω2 之间的改变是瞬间完成的。 2FSK 信号的产生如图 所示： 图 2FSK 信号产生方法 2FSK 信号最常用的解调方法是采用的相干检测法，如图 所示 :图 2FSK 相干解调的方法 Simulink 通信工具箱中提供了专门的 FSK 调制和解调模块，应用FSK 调 制模块能方便的产生 2FSK 信号。 因此，设计 2FSK 仿真模型时，只需根据图 所示框图，利用 Simulink 通信工具箱中中的 FSK 调制解调模块及信号源与信道即可。 设计的 2FSK 仿真模型如图 基于 MATLAB 的数字调制系统仿真 14 图 2FSK 仿真模型 模型中运用了 Simulink工具箱中的现成调制解调模块和信道模块，然后用示波器观察各环节波形，最后由误码计算仪计算误码。 重要模块参数设置如下： 2ASK； 2. MFSK Modulator Passband及 MFSK Demodulator Passband： 根据公式（ ）所示的调制解调模块所满足的关系，设置参数如下： Mary number： 2 Symbol period (s)： 1（与 Bernoulli Binary Generator/ Sample time一致） Frequency separation (Hz)： 1（可调） Carrier frequency (Hz)： 30（可调） Carrier initial phase (rad)： 0 Input sample time(s)： 1/100 Output sample time(s)： 1/100 3. AWGN Channel： Initial seed： 120（与 Bernoulli Binary Generator/ Initial seed不同）； Mode： SNR（ dB） SNR (dB)： 10（可调） 4. Error Rate Calculation的参数设置： Receive delay： 3 Output data： Work space Variable name： ErrorVec2 仿真结果时域分析： 根据上述 2FSK 信号产生原理，已调信号的时间表达式可表示为 ： 基于 MATLAB 的数字调制系统仿真 15 由式（ ）可看出 2FSK信号是由两个 2ASK信号相加而成的 将图 中各示波器的值输出到 Work space 中做统一处理（处理程序见附件 [2]），其中源信号、调制后信号及解调后信号波形如图 所示： (a)源信号波形 基于 MATLAB 的数字调制系统仿真 16 b）调制后信号波形 （ c）解调后信号波形 图 2FSK 源信号、调 制后信号及解调后信号波形 由图 ，调制后信号波形由两种频率不同的波形组成，且两种频率分别对应解调后信号的符号 0和符号 1，即 2FSK信号波形可以看作是由两个 2ASK信号相加而成的，这与式（ ）完全相符。 另外，源信号波形与解调后信号波形只是在时间上有 3个单位的延迟，如果将 Error Rate Calculation的 Receive delay参数设置为 3，则此模型最后的误码率为 0。 原因同 2ASK分析。 仿真结果频域分析 改变 Frequency separation (Hz)和 Carrier frequency (Hz)两个参数的值单独观察调制后的频谱，获得图 中的两个频谱图 : 基于 MATLAB 的数字调制系统仿真 17 （ a） :载波差值： 1 载波为 30 （ b） : :载波差值： 5 载波为 20 图 2FSK 调制后频谱 对比图 （ a）和 (b)可知，当两个载波差值很小时，已调信号的频谱呈现单峰如（ a）图；当两个载波差值较大时，已调信号的频谱呈现双峰如（ b）图 ,这与 阐述的 2FSK频谱的特点完全相符。 仿真结果的分析说明该 2FSK仿真模型是可行的。 基于 MATLAB 的数字调制系统仿真 18 2DPSK 2PSK和 2DPSK 调制的原理是相同的， 2DPSK可以看作是相对码的2PSK调制，在仿真数字调制系统时，我们并不关心基带信号的码型，因此， 在仿真时去掉了编码和解码环节，同样，这里也可将 2PSK 和 2DPSK 当作同一种调制方式来仿真，因此，我们只仿真 2DPSK。 和 2FSK 一样我们也用 Simulink 通信工具箱提供的现成 DPSK 调制解调模块来构建仿真模型，并由 M 文件编制程序对仿真结果进行统一处理。 2DPSK 仿真模型如图 所示： 图 2DPSK 仿真模型 主要模块参数设置如下： 将信号源的 Sample time设为 1/2，仿真观察40个码元，调制解调模块中的 Symbol period (s)也相应设成 1/2，其余参数可参照 2FSK，两者参数类似。 仿真结果分析： 2DPSK 信号的时间表达式为： 若在某一码元持续时间 Ts 内观察时，（ ）可以简写为： 或以相反的形式。 基于 MATLAB 的数字调制系统仿真 19 将图 中各示波器数据做统一处理，得到各环节时域频域对比图如图 所示，仿真结果处理程序见 附件 [3] 图 2DPSK 各环节时域频域波形 从上图可以看出，调制后的信号波形由两种相位不同的波形组成，而且两种波形是反相的，即相位相差 180度，这与式（ ）一致。 解调后的时域波形和源信号相比，不仅有一个码元的延迟，而且第一个码元由 1变成了 0，出现了误码，由误码计算仪的计算数据可知，该系统在传送 40个码元的情况下误码率为 ， 这是一个理论上和现实中都可以接受的值。 将式（ ）与式（ ）比较可见， 2ASK和 2DPSK时间表达式形式完全相同，所不同的只是 an的取值，因此，两者的频域波形也相似。 将图 2DPSK信号调制后频谱与图 2ASK信号调制后频谱比较也可得出相同结论。 基于 MATLAB 的数字调制系统仿真 20 2MSK 2MSK（最小频移键控）是 2FSK 信号的改进型，其 Simulink 仿真模型如图 所示 图 2MSK 仿真模型 主要模块参数设 置如下： 将信号源的 Sample time设为 1/2，仿真观察 40个码元，调制解调模块中的Symbol period (s)也相应设成 1/2，其余参数可参照 2FSK，两者参数类似。 Error Rate Calculation的参数设置： Receive delay： 3 仿真结果时域分析： 各环节时域对比图如图 所示，仿真结果处理程序见 附件 [4] 图 2MSK 各环节时域对比图 基于 MATLAB 的数字调制系统仿真 21 从上图可以看出， MSK 信号波形的振幅非常稳定，而图 中 2FSK 信号波形的振幅有些波动。 这说明 MSK 的相位比 2FSK 稳定，相移较小，这与 MSK 的定义是相符的。 另外，解调后的时域波形和源信号相比，除了有 5 个码元的延迟外，其信号波形与源信号波形是一致的，这说明 2MSK 调制性能较好。 仿真结果频域分析 各环节频域对比图如图 所示 图 各环节频域对比图 从上图可以看出，与其他调制方法相比， MSK信号的频谱比较紧凑，在主瓣之外，频谱旁瓣的下降非常迅速。 这说明 MSK信号的功率主要包含在主瓣之内。 因此， MSK信号比较适合在窄带信道中传输，对邻道的干扰也较小。 基于 MATLAB 的数字调制系统仿真 22 MDPSK MDPSK 是多进制相对移相键控调制，用 Simulink 构建的 MDPSK仿真系统可一通过改变 M 的值来选择调制进制，如 8 等，模型如 所示， 图 MDPSK 仿真模型 主要模块参数设置如下： 信号源选择 Random Integer Generator 模块，因为该模块可以产生不同进制的数字基带信号。 该模块主要参数为： Mary number： 4或 8（可调） Initial seed： 60 Sample time： 1/2 调制解调模块的 Mary number和 Symbol period与信号源模块相对应； 信道信噪比 SNR： 30 Error Rate Calculation的参数设置： Receive delay： 1 基于 MATLAB 的数字调制系统仿真 23 仿真结果分析： MDPSK 各环节时域波形图如图 所示，结果处理程序见 附件 [5] （ a） 4DPSK 源信号波形 （ b） 4DPSK 调制后波形 (c)4DPSK 解调后波形 基于 MATLAB 的数字调制系统仿真 24 （ d） 8DPSK 源信号 （ e） 8DPSK 调制后波形 (f) 8DPSK 解调后波形 图 MDPSK 各环节波形 基于 MATLAB 的数字调制系统仿真 25 8DPSK仿真结果 由图 可看出， MDPSK 信号由 M 种具有不同相位的波形组成，这说明该 MDPSK 仿真模型完成了 M 进制的相位调制。 对比源信号与解调后信号波形，发现解调后波形除了比源信号延迟了一个码元外，没有任何差别，这说明在传送 40 个码元，信道信噪比为 30 的情况下， 4DPSK 和 8DPSK 的误码率为 0。 但是，当传送的码元数增加到 2020 个时， 8DPSK 的误码率上升到 ，而 4DPSK 的误码率仍为 0，误码率结果显示如图 所示， 4DPSK 误码率 8DPSK 误码率 图 发送 2020 个码元时 MDPSK 的误码率 这说明，虽然在相同的码元传输速率下， 4DPSK的信息传输速率比 8DPSK低，但 4DPSK的可靠性却比 8DPSK好。 基于 MATLAB 的数字调制系统仿真 26 数字调制的性能比较 各种仿真模型的性能比较 数字调制的方式有很多种，各种调制方式的调制性能也存在差异，因此，我们 研究以上仿真模型的性能，并进行比较。 调制系统的调制性能是指误码率与信道信噪比之间的关系，因此，我们需要连续改变信道的信噪比，然后获得相应的误码率，在做出两者的关系曲线。 这里我们比较 2FSK、 2DPSK和 MSK三种模型的调制性能，因为， 2ASK在现实中用的很少，讨论它的性能的意义不大。 由前面的分析已知，要研究系统的。