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通信系统中数字调制系统的MATLAB仿真.doc
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2022-07-05
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通信系统中数字调制系统的MATLAB仿真
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摘 要
数字调制是通信系统中最为重要的环节之一,数字调制技术的改进也是通信
系统性能提高的重要途径。本文首先分析了数字调制系统的五种基本调制解调方
法,然后,运用 Matlab 及附带的图形仿真工具 ——Simulink 设计了这几种数字
调制方法的仿真模型。通过仿真,观察了调制解调过程中各环节时域和频域的波
形,并结合这几种调制方法的调制原理,跟踪分析了各个环节对调制性能的影响
及仿真模型的可靠性。最后,在仿真的基础上分析比较了各种调制系统的误码率、
信号传输速率、信噪比、占用频带宽度等因素,综合衡量各系统的性能指标,并
通过比较仿真模型与理论计算的性能,证明了仿真模型的可行性。
关键词:数字调制,分析与仿真,Matlab,Simulink
Abstract
In this paper, five usual methods of digital modulation are introduced firstly.
Then their simulation models are built by using MATLAB’s simulation tool,
SIMULINK. Through observing the results of simulation, the factors that affect the
capability of the digital modulation system and the reliability of the simulation models
are analyzed. And then, the capability of three digital modulation simulation models,
2-FSK, 2-DPSK and MSK, have been compared, as well as comparing the results of
simulation and theory. At last, the conclusion is gotten: The simulation models are
reasonable.
Keywords: Digital modulation , analysis and simulation , MATLAB ,
SIMULINK
目 录
1 引言 ……………………………………………………………………………...
...1
1.1 数字调制的意义 …………………………………………………………
1.2 Matlab 在通信系统仿真中的应用 ………………………………………
2 数字调制系统的相关原理 ……………………………………………………....
2.1 2-ASK 调制与解调 ……………………………………………………….
2.2 2-FSK 调制与解调 ………………………………………………………..
2.3 2-PSK 调制与解调 ………………………………………………………..
2.4 多进制调制与解调 ……………………………………………………….
3 数字调制系统的仿真设计 ………………………………………………………
3.1 数字调制系统各个环节分析 ……………………………………………...
3.1.1 仿真框图 …………………………………………………………
3.1.2 信号源仿真及参数设置 …………………………………………
3.1.3 调制解调模块 ……………………………………………………
3.1.4 信道 ………………………………………………………………
3.1.5 误码计算仪 ………………………………………………………
3.1.6 频谱仪 ……………………………………………………………
3.1.7 星座图 ……………………………………………………………
3.2 仿真模型的设计原理及结果分析 ………………………………………...
3.2.1 2-ASK …………………………………………………………….
3.2.2 2-FSK 、 MSK 、
GMSK ………………………………………….
3.2.3 2-PSK 、 QPSK 、
OQPSK ………………………………………..
3.2.4 MFSK 、MPSK ………………………………………………….
3.3 数字调制的性能比较 ……………………………………………………...
3.3.1 各种调制模型的性能比较 ………………………………………
3.3.2 仿真模型性能与理论性能比较 …………………………………
4 外文翻译 …………………………………………………………………………
4.1 原文 …………………………………………………………………….......
4.2 译文 ………………………………………………………………………...
5 结束语 ……………………………………………………………………………
致谢 …………………………………………………………………………………..
参考文献 ……………………………………………………………………………..
附录 …………………………………………………………………………………..
通信系统中数字调制系统的软件仿真
1 引言
1. 1 数字调制的意义
数字调制是指用数字基带信号对载波的某些参量进行控制,使载波的这些参
量随基带信号的变化而变化。根据控制的载波参量的不同,数字调制有调幅、调
相和调频三种基本形式,并可以派生出多种其他形式。由于传输失真、传输损耗
以及保证带内特性的原因,基带信号不适合在各种信道上进行长距离传输。为了
进行长途传输,必须对数字信号进行载波调制,将信号频谱搬移到高频处才能在
信道中传输。因此,大部分现代通信系统都使用数字调制技术。另外,由于数字
通信具有建网灵活,容易采用数字差错控制技术和数字加密,便于集成化,并能
够进入综合业务数字网(ISDN 网),所以通信系统都有由模拟方式向数字方式过
渡的趋势。因此,对数字通信系统的分析与研究越来越重要,数字调制作为数字
通信系统的重要部分之一,对它的研究也是有必要的。通过对调制系统的仿真,
我们可以更加直观的了解数字调制系统的性能及影响性能的因素,从而便于改进
系统,获得更佳的传输性能。
1. 2 Matlab 在通信系统仿真中的应用
随着通信系统复杂性的增加,传统的手工分析与电路板试验等分析设计方法
已经不能适应发展的需要,通信系统计算机模拟仿真技术日益显示出其巨大的优
越性.。计算机仿真是根据被研究的真实系统的模型,利用计算机进行实验研究的
一种方法.它具有利用模型进行仿真的一系列优点,如费用低,易于进行真实系统
难于实现的各种试验,以及易于实现完全相同条件下的重复试验等。Matlab 仿真
软件就是分析通信系统常用的工具之一。
Matlab 是一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境,它用于科学和工程
的计算与可视化。Matlab 的编程功能简单,并且很容易扩展和创造新的命令与函
数。应用 Matlab 可方便地解决复杂数值计算问题。Matlab 具有强大的 Simulink
动态仿真环境,可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。
Simulink 支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统,也支持多种采样速率
的多速率系统;Simulink 为用户提供了用方框图进行建模的图形接口,它与传统的
仿真软件包用差分方程和微分方程建模相比,更直观、方便和灵活。用户可以在
Matlab 和 Simulink 两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。用于实现
通信仿真的通信工具包(Communication toolbox, 也叫 Commlib, 通信工具箱) 是
Matlab 语言中的一个科学性工具包,提供通信领域中计算、研究模拟发展、系统
设计和分析的功能,可以在 Matlab 环境下独立使用,也可以配合 Simulink 使用。另
外,Matlab 的图形界面功能 GUI(Graphical User Interface)能为仿真系统生成一
个人机交互界面,便于仿真系统的操作。因此,Matlab 在通信系统仿真中得到了
广泛应用,本文也选用该工具对数字调制系统进行仿真。
2 数字调制系统的相关原理
数字调制可以分为二进制调制和多进制调制,多进制调制是二进制调制的推
广,所以本文主要讨论二进制的调制与解调,最后简单讨论一下多进制调制中的
MFSK(M 元移频键控)和 MPSK(M 元移相键控)。
最常见的二进制数字调制方式有二进制振幅键控(2-ASK)、移频键控(2-FSK)
和移相键控(2-PSK 和 2-DPSK)。下面是这几种调制方式以及其改进调制方式的
相关原理。
2.1 二进制幅度键控(2-ASK)
幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字信号 1 或 0 的控
制下通或断,在信号为 1 的状态载波接通,此时传输信道上有载波出现;在信号
为 0 的状态下,载波被关断,此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就
可以根据载波的有无还原出数字信号的 1 和 0。
2-ASK 信号功率谱密度的特点如下:
(1)由连续谱和离散谱两部分构成;连续谱由传号的波形 g(t)经线性调制
后决定,离散谱由载波分量决定;
(2)已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。
2.2 二进制频移键控(2-FSK)
频移键控是利用两个不同频率 f1 和 f2 的振荡源来代表信号 1 和 0,用数字
信号的 1 和 0 去控制两个独立的振荡源交替输出。对二进制的频移键控调制方式,
其有效带宽为 B=2xF+2Fb,xF 是二进制基带信号的带宽也是 FSK 信号的最大频
偏,由于数字信号的带宽即 Fb 值大,所以二进制频移键控的信号带宽 B 较大,
频带利用率小。2-FSK 功率谱密度的特点如下:
(1) 2FSK 信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成,�离散谱出现在 f1 和 f2
位置;
(2) 功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。若两个载频之差|f1 -f2|≤fs,则出
现单峰。
2.3 二进制相移键控(2-PSK)
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