基于matlab的数字调制系统仿真与分析毕业论文

基于matlab的数字调制系统仿真与分析毕业论文内容摘要：

制， 8 进制， 16 进制等）的基带信号。 多进制数字调制载波参数有 M 种不同的取值，多进制数字调制比二进制数字调制有两个突出的优点：一是有于多进制数字信号含有更多的信息使频带利用率更高；二是在相同的信息速率下持续时间长，可以提高码元的能量，从而减小由于信道特性引起的码间干扰。 现实中用得最多的一种调制方式是多进制相移键控（ MPSK）。 多进制相移键控又称为多相制，因为基带信号有 M 种不同的状态，所以它的载波相位有 M 种不同的取值，这些取值一般为等间隔。 在多相 制移键控有绝对移相和相对移相两种，实际中大多采用四相绝对移相键控（ 4PSK，有称 QPSK），四相制的相位有 0、 π/2 、 π 、 3π/2 四种，分别对应四种状态 1 0 00、 10。 3 数字调制系统的仿真设计 数字调制系统各个环节分析 典型的数字通信系统由信源、编码解码、调制解调、信道及信宿等环节构成，其框图如图 ： 数字调制是数字通信系统的重要组成部分，数字调制系统的输入端是经编码器编码后适合在信道中传输的基带信号。 对数字调制系统进行仿真时，我们并不关心基带信号的码型，因此，我们在仿真的 时候可以给数字调制系统直接输入数字基带信号，不用在经过编码器。 图 仿真框图 MATLAB 提供的图形界面仿真工具 Simulink 由一系列模型库组成 ,包括 Sources(信源模块 )， Sinks(显示模块 )， Discrete(离散系统模块 )，Linear(线性环节 )， Nonlinear( 非线性环节 )， Connections( 连接 ),Blocksetsamp。 Toolboxes(其他环节 )。 特别是在 Blocksetsamp。 Toolboxes中 还 提 供 了 用 于 通 信 系 统 分 析 设 计 和 仿 真 的 专 业 化 模 型库CommTbxLibrary。 在这里，整个通信系统的流程被概括为：信号的产生与输出、编码与解码、调制与解调、滤波器以及传输介质的模型。 在每个设计模块中还包含有大量的子模块，它们基本上覆盖了目前通信系统中所应用到的各种模块模型。 通信系统一般都可以建立数学模型。 根据所需仿真的通信系统的数学模型 (或数学表达式 )，用户只要从上述各个模型库中找出所需的模块 ,用鼠标器拖到模型窗口中组合在一起 ,并设定好各个模块参数 , 就可方便地进行动态仿真 .从输出模块可实时看到仿真结果 ,如时域波形图、频谱图等。 每次仿真结束后还可以更 改各参数 ,以便观察仿真结果的变化情况。 另外，对 Simulink中没有的模块，可运用 S 函数生成所需的子模块，并且可以封装和自定义模块库，以便随时调用。 根据 Simulink提供的仿真模块，数字调制系统的仿真可以简化成如图 所示的模型： 图 数字调制系统仿真框图 信号源仿真及参数设置 Simulink通信工具箱中的 Comm Sources/Data Sources提供了数字信号源 Bernoulli Binary Generator， 这是一个按 Bernoulli分布 提供随机二进制 数字信号的通用信号发生器。 在现实中 ， 对受信者而言 ， 发送端的信号是不可预测的随机信号。 因此，我们在仿真中可以用 Bernoulli Binary Generator来模拟基带信号发生器。 其中主要参数的含义为： Probability of a zero ：产生的信号中 0 符号的概率，在仿真的时候一般设成 ，这样便于频谱的计算； Initial seed ：控制随机数产生的参数，要求不小于 30，而且与后面信道中的 Initial seed 设置不同的值； Sample time：抽样 时间，这里指一个二进制符号所占的时间，用来控制号发生的速率，这个参数必须与后面调制和解调模块的Symbol period 保持一致。 调制与解调模块 Simulink通信工具箱中提供了数字信号各种调制方式的模块，如 AM、CPM、 FM 及 PM 等。 虽然不同的调制模块，参数设置有所不同，但很多参数在各种调制中是一致的，下面我们以 DPSK调制模块为例介绍一下调制模块的参数及其设置，其余模块将在下面仿真模型的建立过程中详细介绍。 MDPSK Modulator Passband和 MDPSK Demodulator Passband 分别是数字信号 DPSK调制和解调的专用模块，其中主要参数有： Mary number：输入信号的阶次数，比如 2DPSK就是 2阶的； Symbol period：符号周期，即，一个符号所占的时间，这必须与信号源的 Sample time保持一致； Carrier frequency：载波频率； Carrier initial phase：载波的初始相位； Input sample time： 输入信号的抽样时间； Output sample time：输出信号的抽样时 间。 其中，各参数要满足以下关系： 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 在分析通信系统时通常选择高斯噪声作为系统的噪声来考查，因为这种噪声在现实中比较常见而且容易分析。 Simulink 中提供了带有 加性高斯白噪声 的信道： AWGN Channe。 仿真时可以用该模块模拟现实中的信道，该模块的主要参数有： Initial seed：控制随机数产生的参数，要求不小于 30，且与前面信号源中的 Initial seed 设置不同的值； Es/No (dB)：信号每个符号的能量与噪声的功率谱密度的比值； SNR (dB)： 信号功率与噪声功率的比值； 注： Es/No (dB) 和 SNR (dB)是表征信号与噪声关系的两种方法，在一次仿真中只能选择其中一个。 仿真模型的设计及结果分析 了解了仿真所需的主要模块后，下一步就是设计和仿真各种数字调制模型，并对仿真结果在时域和频域进行分析。 2ASK 通常，二进制振幅键控信号（ 2ASK）的产生方法（调制方法）有两种，如图 所示： 图 2ASK信号产生的两种方法 2ASK解调的方法也有两种相应的接收系统组成方框如图 ： 图 2ASK信号接收系统组成框图 根据 图 （ a）所示方框 图产生 2ASK 信号，并用图 （ b）所示的相干解调法来解调，设计 2ASK 仿真模型如图 ： 图 2ASK模型 在该模型中，调制和解调使用了同一个载波，目的是为了保证相干解调的同频同相，虽然这在实际运用中是不可能实现的，但是作为仿真，这样能获得更理想的结果。 主要模块参数设置如下： Binary Generator 的参数设置为 ： Probability of a zero ： Initial seed ： 67 Sample time： 1 频率设为： 50（可调） 3. Sample and Decide 模块是一个子系统，其内部结构由抽样和判决两部分组成，其中，抽样由同步冲激信号（ Sychronizing signal）完成，其参数 period（ sec）设置和信号源的参数 Sample time保持一致。 判决模块是一个由 M文件编写的 S函数， S函数是 Simulnk中用以功能扩展的一个功能，用 S函数可以自己编制 Simulink库中没有的 Simulink模块，从而使 Simulink的功能大大加强，本模型中使用的判决模块就是这样一个应用。 Sample and Decide 模块内部结构如图 ： 图 Sample and Decide 子系统内部结构 仿真结果时域分析 设信息源发出的是由二进制符号 0、 1 组成的序列，且假定 0 符号出现的概率为 P， 1符号出现的概率为 1P，他们彼此独立。 则， 2ASK信号的时间表示式为 : s(t)为随机的单极性矩形脉冲序列。 （ .） 将图 中各示波器的值输出到 Work space中做统一处理，各环节波形如图 所。