基于matlab的常用信号调制仿真

基于matlab的常用信号调制仿真内容摘要：

A W G NC h a n n e lA W G N正文 10 噪声。 利用多径 瑞利衰落信道 (Multipath Rayleigh Fading Channel)模块，实现 基带信号的多径瑞利信道仿真。 它的输入信号是标 量 形式或帧格式的复信号，输入信号被延迟一定时间之后形成多径信号，这些多径信号分别乘以相应的增益，迭加之后就形成了瑞利衰落信号。 利用伦琴衰落信道 (Rician Fading Channel)模块对基带信号的伦琴衰落信道进行仿真，它的输入信号是标量形式或帧格式的复信号。 (4)仿真模型运行结果及其分析 ， 如图 34 所示 图 34 BFSK 在三种传输信道中的性能 比较 上图中 横向 表示信噪比 (单位 :dB),纵向 表示信号的误比特率 (对数坐标 )。 从图中可以看出，在三个信道中， BFSK 调制信号的误比特率随着信噪比的增加而降低。 对于相同的信噪比，伦琴信道的误比特率明显优于多径瑞利衰落信道。 当信号的信噪比低于 6dB 时，伦琴信道的误比特率甚至优于只存在加性高斯白噪声的信道。 当信噪比等于 15dB 时 ，加性高斯白噪声信道的误比特率远远低于此时瑞利衰落信道。 这样，如果在瑞利衰落信道中获得与高斯白噪声信道相同的传输效果，就需要增加信号的信噪比。 在移动通信中，瑞利衰落是不可以避免的，因此需要 采取其它措施来提高通信系统的性能。 在都市环境中，由于众多建筑物的阻挡，移动台和基站之间很难存在一条视距传输路径，信号主要通过反射和折射到达接收端，仿真过程中一般将信道看作是多径瑞利衰落信道。 对于郊区或农村，由于视距传播路径的存在，同样的发射功率可以获得更好的传输效果，这时候采用伦琴衰落信道就显得更加恰当。 因此，不同的环境需要采用不同的信道模型进行仿真。 0 5 10 15104103102101100S N R ( d B )Bit Error RateB F S K 在三种传输信道中的性能比较瑞利信道伦琴信道高斯信道正文 11 (5)M 文件程序代码 见附录 2。 4 信号调制研究及其仿真 信号调制的概念 所谓调制，就是把信号转换成适合在信道中传输的一种过程。 广义的调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。 在无线通信中和其他大多数场合，调制一词均指载波调制。 信号解调是信号调制过程的逆过程， 其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。 它把某种特定形态的传输波形还原为发送端调制前的信号。 根据调制前的信号是模拟信号还是数字信号可以把信号调制方式分成两类 :模拟调制方式和数字调制方式。 另外，根据调制信号是否存在载波还可以把模拟调制方式分为 基带调制和频带调制，其中基带调制方式不需要载波，频带调制方式则把基带信号调制到更高频率的载波上进行传输。 载波调制 的主要目的在于 ： 第一，在无线传输 中，信号 是 以电磁波的形式通过天线辐射到空间的。 为了获得较高的辐射效率，天线的尺寸必须与发射信号的波长相比拟。 第二， 把多个基带信号分别搬到不同的载频 上 ，以实现信号的多路复用，提高信道利用率。 第三， 扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力、还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。 因此，调制对通信系统的有效性和可靠性有着很大的影响和作用。 我们这里着重研究数字信号调制。 数字信号调制 脉冲振幅调制（ PAM） 所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。 如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的 ，则前面所说的抽样定理，就是脉冲振幅调制的原理。 但是，实际上真正的冲激脉冲串是不可能实现的，而通常只能采用窄脉冲串来实现，因此，研究窄脉冲作为脉冲载波的 PAM 方式，将更加具有实际意义。 正文 12 图 41 脉冲振幅调制 设脉冲载波以 s(t)表示，它是由脉宽为τ秒、重复同期为 秒的矩形脉冲串组成， 其中 是按抽样定理确定的，即有 秒。 其产生 方框图为 图 41 (a)所示，基带信号的波形及频谱如图 41 (b)所示；脉冲载波的波形及频谱如图41（ c）所示；已抽样的信号波形及频谱如图 41(d)所示。 除 正弦型信号外，在时间上连续的脉冲串，同样可以作为载波，这时的调制是用基带信号去改变脉冲的某些参数而达到的，人们常把这种调制称为脉冲调制。 通常，按基带信号改变脉冲参数 (幅度、宽度、时间位置 )的不同，把脉冲调制又分为脉幅调制 (PAM)、脉宽调制 (PDM)和脉位调制 (PPM)等。 这里我们着重研究一下脉 幅调制 (PAM)。 所谓脉 幅调制 (PAM)，即是脉 冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。 如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则抽样定理就是脉冲振幅调制的原理。 但是，实际上的真正的冲激脉冲串并不能实现，而通常只能采用窄带脉冲串来实现。 因而，研究窄带脉冲作为脉冲载波的 PAM 方式，将具有实际意义。 正交振幅调制 (QAM) 正交振幅调制 (QAM)是以载波的幅度和相位两个参量同时载荷一个比特或一个多元符号的信息 [17]。 因此，它比单一参量受控数字符号的频带传输方式更富有抗干扰能力。 类似与其他数字调制方式， QAM 发射信号集 可以用 星座图方便地表示。 星座图上每 一个星座点对应发射信号集中的一个信号。 设正交幅度调值的发射信号集大小为 N，称之为 NQAM。 星座点经常采用水平和垂直方向等间距的正交网格配置，当然也有其他的配置方式。 数字通信中数据采用二进制表示，这种情况下星座点的个数一般是 2 的幂。 常见的 QAM 形式有 16QAM、64QAM、 256QAM 等。 星座 点 数越多，每个符号能传输的信息量就越大。 但是，如果在星座图的平均能量保持不变的情况下增加星座点，会使星座点之间的距离变小，进而导致误码率上升。 因此高阶星座图的可靠性比低阶要差。 正文 13 数字频率调制 多进制频 率调制系统的调制方框图 如图 42 所示，图 42 中给出了 MFSK 调制器的方框图，调制时采用频率选择法实现， M 种频率由 位输入信息确定。 图 42 多进制频率调制系统的调制方框图 (1)最小频移键控 (MSK)信号 频偏指数的定义是为 ： h=2Δf/Rb=2ΔfTb=（ f1f2)/Rb=n/2 n=1,2,… 显然，频偏指数的意义是，在保证传号与空号信号正交的条样下， FSK 采用的两个载波频率之差 2Δf=f1f2的取值大小，可由 h 取值来决定。 最小频移键控 (MSK)信号是由满足正交条件且频偏指数 h=1/2 的两个载波构成的 CPFSK 信号，带宽 BMSK=2Rb+f1f2=2Rb+1/2Rb=。 最小频移键控 (MSK)信 号恒定包络，功率谱性能好，具有较强的抗噪声干扰能力，特别是 MSK 的几种改进技术，大量用于移动通信，抗衰落性能好。 (2)高斯最小频移键控 (GMSK)信号 MSK 调制方式的突出优点是信号具有恒定的振幅及信号的功率谱在主瓣以外衰减较快。 然而，在一些通信场合，例如移动通信中，对信号带外辐射功率的限制是十分严格的，比如，必须衰减 7080dB 以上。 MSK 信号仍不能满足这样苛刻的要求。 高斯最小频移键控 (GMSK)就是针对上述要求提出来的 [1819]。 GMSK 信号是在 MSK 调制之前加入一个 高斯低通滤波器。 高斯低通滤 波器作为 MSK 调制的前置滤波器，它的作用是使基带方波的“棱角”加以圆滑。 高斯低通滤波器必须满足一定的要求 :带宽窄，且是锐截止的 ； 具有较低的过脉冲响应 ； 能保持输出脉冲的面积不变。 以上的要求分别是为了抑制高频成分，防止过量的瞬间频率偏移以及进行相干检测所需要的。 GMSK 信号的解调与MSK 信号完全相同。 仿真系统设计 PAM 和 QAM 抗噪声性能分析 (1)仿真 模型设计目的 脉 幅调制 (PAM)是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。 正交振正文 14 幅调制 (QAM)是以载波的幅度和相位两个参量同时载 荷一个比特或一个多元符号的信息，它比单一参量受控数字符号的频带传输方式更富有抗干扰能力。 本仿真模型将考察这两种调制方式的抗噪声性能。 (2)仿真模型设计分析及其组成结构 在 PAM 调制的仿真模型中， Random Integer Generator(随机整数产生器 )产生一个八进制整数序列，这个整数序列通过 MPAM Modulator Baseband(PAM 基带调制模块 )进行调制，得到基带调制信号。 PAM 基带调制器模块产生的基带调制信号经过 AWGN Channel(加性高 斯白噪声 信道模块 )后由 MPAM Demodulator Baseband (PAM 基 带 解 调 器 模 块 ) 进 行 解 调。 Error Rate Calculation(误码率统计模块 )对原始信号和解调信号进行比较，统计得到 PAM调制的误码率。 (2)仿真模型设计分析及其组成结构 其中 PAM 仿真 模型结构图如图 43， QAM 仿真模型结构图如图 44， 在 PAM 调制的仿真模型中， Random Integer Generator(随机整数产生器 )产生一个八进制整数序列，这个整数序列通过 MPAM Modulator Baseband(PAM 基带调制模块 )进行调制，得到 基带调制信号。 PAM 基带调制器模块产生的基带调制信号经过 AWGN Channel(加性高斯白噪声信道模块 )后由 MPAM Demodulator Baseband (PAM 基 带 解 调 器 模 块 ) 进 行 解 调。 Error Rate Calculation(误码率统计模块 )对原始信号和解调信号进行比较，统计得到 PAM调制的误码率。 QAM 调制的仿真模型与 PAM 调制的仿真模型非常相似，它只是把 PAM 基带调制器模块和解调器模块分别换成 QAM 基带调制模块和 QAM 基带解调模块。 在 QAM 调制的仿真模型中，信源、信道和信宿都与 PA M 仿真模型保持一致，这样便于在相同条件下比较两种调制方式的性能。 图 43 PAM 仿真模型结构图 R e l a t i o n a lO p e r a t o r==R a n d o m I。