matlab应用于数字通信系统调制解调技术的仿t真设计

matlab应用于数字通信系统调制解调技术的仿t真设计内容摘要：

k位信息有关，而且与前 N1 段的信息有关，编码过程中相互关联的码元有 Nn个。 纠错能力随 N 的增加而增加，而差错率随 N的增加而指数下降。 编码过程可以看成是输入信息序列与由移位寄存器和模 2 加连接所决定的的另一序列的卷积，因此称为卷积没码。 N称为约束长度， m=N1称为编码存储。 调制解调技术 调制解调是数字通信系统的 重要组成部分。 调制解调的目的是使已调信号具有高的频谱利用率和的抗干扰和抗衰落的能力。 下面就对数字调制解调技术进行介绍。 调制解调的概念 所谓调制，就是用调制信号（基带）去控制或改变载波的一个或几个参数，使调制后的信号（已调信号）含有原来调制信号的全部信息，但载波的某些参数按调制信号的规律变化。 调制的目的是使传输的信号与信道相匹配，从而有效传输信号。 解调是调制的逆过程，它是从已调信号中恢复出原来调制信号的过程。 从广义上讲，调制与解调属于信道编 /译码范畴，但调制与解调的目的是实现载波传输，而信道编 /译 码的主要目的是实现差错控制。 调制 : 将各种数字基带信号转换成适于 信道 传输的数字调制信号 (已调信号或频带信号； 江西理工大学 2020 届本 科生毕业设计（论文） 8 调制就是用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，将信息荷载在其上形成已调信号传输，而解调是调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参量变化中将恢复原始的基带信号。 调制就是将基带信号的频谱搬移到信道通带中或者其中的某个频段上的过程，而解调是将信道中来的频带信号 恢复为基带信号的反过程 . 根据所控制的信号参量的不同，调制可分为： 调幅，使载波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。 调频，使载波的瞬时频率随着调制信号的大小而变，而幅度保持不变的调制方式。 调相，利用原始信号控制载波信号的相位。 调制的目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的信号，这就意味着把基带信号（信源）转变为一个相对基带频率而言频率非常高的代通信号。 该信号称为已调信号，而基带信号称为调制信号。 调制可以通过使高频载波随信号幅度的变化而改变载波的幅度、相 位或者频率来实现。 调制过程用于通信系统的发端。 在接收端需将已调信号还原成要传输的原始信号，也就是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接受者（信宿）处理和理解的过程。 该过程称为解调。 我们常说的 Modem，其实是 Modulator（调制器）与 Demodulator（解调器）的简称，中文称为调制解调器。 也有人跟据 Modem的谐音，亲昵地称之为 “ 猫 ”。 我们知道，计算机内的信息是由 “0” 和 “1” 组成数字信号，而在电话线上传递的却只能是模拟电信号（模拟信号为连续的，数字信号为间断的）。 于是，当两台计算机要通过电话线进 行数据传输时，就需要一个设备负责数模的转换。 这个数模转换器就是我们这里要讨论的 Modem。 计算机在发送数据时，先由 Modem把数字信号转换为相应的模拟信号，这个过程称为 “ 调制 ” ，也成 D/A转换。 经过调制的信号通过电话载波传送到另一台计算机之前，也要经由接收方的 Modem负责把模拟信号还原为计算机能识别的数字信号，这个过程我们称 “ 解调 ” ，也称 A/D转换。 正是通过这样一个 “ 调制 ” 与 “ 解调 ” 的数模转换过程，从而实现了两台计算机之间的远程通讯。 的类别 一般来说，根据 Modem 的形态和安装方 式，可以大致可以分为以下四类： 外置式 Modem 外置式 Modem 放置于机箱外，通过串行通讯口与主机连接。 这种 Modem 方便灵巧、易于安装，闪烁的指示灯便于监视 Modem 的工作状况。 但外置式 Modem 需要使用额外的电源与电缆。 江西理工大学 2020 届本 科生毕业设计（论文） 9 内置式 Modem 内置式 Modem 在安装时需要拆开机箱，并且要对中断和 COM 口进行设置，安装较为繁琐。 这种 Modem 要占用主板上的扩展槽，但无需额外的电源与电缆，且价格比外置式 Modem 要便宜一些。 PCMCIA 插卡式 Modem 插卡式 Modem 主要用于 笔记本电脑，体积纤巧。 配合移动电话，可方便地实现移动办公。 机架式 Modem 机架式 Modem 相当于把一组 Modem 集中于一个箱体或外壳里，并由统一的电源进行供电。 机架式 Modem 主要用于 Inter/Intra、电信局、校园网、金融机构等网络的中心机房。 除以上四种常见的 Modem外，现在还有 ISDN调制解调器和一种称为 Cable Modem的调制解调器，另外还有一种 ADSL调制解调器。 Cable Modem利用有线电视的电缆进行信号传送，不但具有调制解调功能，还集路由器、集线器 、桥接器于一身，理论传输速度更可达 10Mbps以上。 通过 Cable Modem上网，每个用户都有独立的 IP地址，相当于拥有了一条个人专线。 目前，深圳有线电视台天威网络公司已推出这种基于有线电视网的 Inter接入服务，接入速率为 2Mbps10Mbps。 数字调制的基本类型 数字信号调制的基本类型分振幅键控（ ASK）、频移键控（ FSK）和相移键控（ PSK）。 此外，还有许多由基本调制类型改进或综合而获得的新型调制技术。 表21 给出调制方式以及主要用途。 表 21 调制方式及用 途 调制方式 主要用途 振幅键控 ASK 数据传输 频率键控 FSK 数据传输 相位键控 PSK、 DPSK、 QPSK 等 数据传输、数字微波、空间通信 高效数字调制 QAM、 MSK 等 （提高频带利用率）数字微波、 空间通信 在实际应用中，有两类用得最多的数字调制方式 （ 1）线性调制技术 这里包括 PSK、 QPSK、 DQPSK、 OKQPSK 和多电平的 PSK等。 所谓的“线性”，是指这类调制技术要求设备从频率变换到放大和发射的过程中保持充分的线性。 这种要求在制造移动设备中增加了难度和成本，但这种方式可获得较 高的频谱利江西理工大学 2020 届本 科生毕业设计（论文） 10 用率。 （ 2）恒定包络调制技术 主要包括 MSK、 GMSK 和 TFM 等。 这类调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求，不足之处是其频谱利用率通常低于线性调制技术。 另一种获得迅速发展的数字调制技术是振幅和相位联合调制（ QAM）。 几种常见的数字调制方式 （ 1）二进制频移键控（ 2FSK） 调制原理：在二进制移频键控中，调制信号 1 或 0，分别对应载波的两个频率 f1 或 f2。 因此，其调制实现方法就是用输入的二进制信号去控制两个独立的载波发生器，如图 22 所示。 图 22 2FSK调制 解调也有相干和非相干两种。 更简单的方法是过零检测器法：根据移频键控的过零率的大小来检测已调信号的频率变化，其组成及各点波形如图 23 所示。 图 23 2FSK信号过零检测法解调波形示意图 其中 a 是已调信号， b 是限幅后已调信号， c 是经过微分的信号， d 是整流后的已调信号， e 是经过宽脉冲发生后的已调信号， f是经过低通的输出信号。 （ 2）最小移频键控（ MSK） 调制原理： MSK 是 FSK 的一种特殊情况，其特殊之处在于 MSK 在相邻符号交界处相位保持连续，是一种连续相位 FSK。 若 FSK 看作非正交 2FSK，则 MSK 调制方法如图 24。 江西理工大学 2020 届本 科生毕业设计（论文） 11 图 24 MSK非正交调制式 解调原理： MSK 可用 2FSK 方法进行相干解调，并每隔 Tb 时刻作出判决；也可用鉴频器的方法进行非相干解调。 （ 3）二进制移相键控（ BPSK） 调制原理：载波的相位（通常为 00 或 1800）随调制信号“ 1”或“ 0”而改变，这种调制称为二进制移频键控。 BPSK 信号是双极性非归零 码的双边带调制。 BPSK 调制有直接相乘方法和相位选择法两种，见图 25。 图 25 BPSK调制方法 解调原理：对于 BPSK 信号的解调必须采用相干解调的方法。 由于 BPSK 解调器中的本地载波的相位有 00、 1800的模糊，通常采用在调制输入的数字基带信号中进行差分编码的方法来解决。 这种方法称为二进制差分移相键控（ 2DPSK）。 解调时利用延迟电路将其前一码元延迟一个码元时间 Ts 作为参考相位，并与后一码元相乘，再进行低通滤波，最后经取样判决后恢复出原二进制码。 差分相干解调 法见图 26。 江西理工大学 2020 届本 科生毕业设计（论文） 12 图 26 BPSK差分相干解调法 （ 4）多进制频移键控 MFSK 调制原理：在 MFSK 方式中， MFSK 信号常用频率选择法产生。 调制器框图如图 27 所示，先将数据比特流经过一个串 /并转换器变成多路并行数据，将这多路并行数据分别用不同的频率通过线性门进行选择，再将各线性门输出的数据进行叠加，输出的即为 MFSK 信号。 图 27 MFSK调制器框图 解调原理： MFSK 的解调方法常用非相干解调，如图 28 所示，将接受 到的MFSK 信号通过滤波器进行滤波，然后将滤波后的信号分别送到Ｍ个带通滤波器进行滤波，再将输出信号进行包络检波，最后将这Ｍ个信号进行抽样和判决，最后经过一个逻辑电路，将多进制信号转化为二进制信号即可。 江西理工大学 2020 届本 科生毕业设计（论文） 13 图 28 MFSK信号非相干解调 （ 5）高斯滤波的最小移频键控 GMSK 调制原理： GMSK 信号是通过在 FM 调制器前加入高斯低通滤波器（称为预调制滤波器）而产生的。 原理图如图 29所示。 图 29 GMSK信号产生原理图 解调原理： GMSK 信号的解调可以采用 MSK 一样的正交相干解调电路。 在相干解调中最为重要的是相干载波的提取，在移动通信的环境中是比较困难的，因而通常采用差分解调和鉴频器解调等非相干解调。 程序仿真中相关 MATLAB 库函数（ M 函数）的介绍 *randint 功能：归一化分布随机整数、矩阵产生器。 说明： out= randint(N,M)中 N 代表矩阵的行数， M 代表矩阵的列数。 此命令可以产生一个 N*M 均匀分布的二进制矩阵。 *encode 功能：差错控制编码（信道编码） 说明： code=encode(msg,N,K,method,opt)中 msg是信息， N 是码字长度，K是信息位长度， method 注明编码方式， opt是有些编码方式需要的参数。 此命令可以完成汉明码、线性分组码、 cyclic 码、 BCH 码、 RS码、卷积码六种主要的差错控制编码。 江西理工大学 2020 届本 科生毕业设计（论文） 14 *decode 功能：差错控制译码（信道译码） 说明： msg=decode(code,N,K,method)中 code 是指接收到的码字， N是码字长度， K 是信息位长度， method 注明译码的方式。 此命令可以对接收到的 码长为N,信息位为 K 的码字进行译码，恢复出原始的信息，译码方式必须和编码时采用的严格相同。 同样具有六种主要的差错控制译码。 *dmod 功能：数字调制（通带信号） 说明： modu=dmod(x,Fc,Fd,Fs,method,M)中 x 是输入信号， Fc 是输入信号 x的载波频率， Fd 是输入信号 x 的抽样频率， Fs 是仿真是的抽样频率， method注明了调制方式， M是进制数，此命令可以对数字信号 x 进行调制。 method 对应的调制方法有 ask,fsk,msk,psk,qask。 注意 Fs/Fc=2, Fs/Fd 必须是整数。 *ddemod 功能：数字解调（通带信号） 说明： x=dmod(y,Fc,Fd,Fs,method,M) 中 y 是经过 dmod 调制的信号， Fc是输入信号 x 的载波频率， Fd是输入信号 x的抽样频率， Fs是仿真是的抽样频率， method 注明了解调方式， M 是进制数，此命令可以把用 dmod 调制的信号y解调出。 method 也有五种调制方法。 *biterr 功能：计算误比特数、误比特率 说明： rate= biterr(x,y,K)中 x 和 y都是矩阵， K 是指定 x,y矩阵中每个元素都用 k位二进制数表示。 此命令可以计算两个输入矩阵 x,y的不同元素的个数和之比。 x,y 中的元素必须是非负的二进制数式整数。