基于Simulink的PSK传输系统仿真解析.docx

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基于Simulink的PSK传输系统仿真解析

基于Simulink的PSK传输系统仿真

摘要：

随着低成本微控制器的涌现还有民用移动电话和卫星通信的引入，数字调制技术的使用日益增加。

由于相位调制能更好的的抑制噪声，因此成为了目前大多数通讯设备的首选方案。

本论文首先对通信技术进行了概述，对基于Simulink的PSK传输系统仿真的原理和关键技术进行了详细介绍，并且指出了PSK传输系统仿真的主要内容和方法。

最后使用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计出2PSK、2DPSK、QPSK、OQPSK、16PSK和16QAM调制对比系统，并通过对2PSK和2DPSK、QPSK和OQPSK、16PSK和16QAM调制系统的性能分别进行对比，分析得出不同调制方式的性能差异。

关键字：

PSK调制；QAM调制；Simulink；性能分析

SimulationofPSKtransmissionsystembasedonSimulink

Specialty：

CommunicationEngineeringStudentNumber：

201110315213

Student：

SunPingSupervisor：

ZhaoJing

Abstract：

Withtheemergenceoflow-costmicrocontrollers,aswellastheintroductionofciviliancellphonesandsatellitecommunications,digitalmodulationtechniqueswillbecomeincreasinglypopular.Cansuppressnoisephasemodulation,thusbecomingthemostpreferredprogrammeforcommunicationsequipment.Firstly,anoverviewofICT,thePSKtransmissionsystembasedonSimulinksimulationtheoryandkeytechniquesaredescribedindetailandpointedoutthatthemaincontentsofaPSKtransmissionsystemsimulationandmethods.UsingMATLABSimulinksimulationplatformofintegratedenvironment,design2PSK,2DPSK,QPSK,OQPSKand16QAM,16PSKmodulationcontrastsystems,andthroughthe2PSKand2DPSK,QPSKandOQPSK,16QAMand16PSKmodulationsystemcarriedtotheperformancecomparisonanalysisofperformancedifferenceofdifferentmodulationmodes.

Keywords：

Modulation；Simulink；Performance

1绪论

1.1通信发展简史

1.1.1通信的概念

从广义上讲，通信就是将信息从一个地方传递到另一个地方。

实现通信的方式很多，古代的烽火台，鸣金击鼓，现在的信函、电报、电话、传真、电视等，均属于通信的范畴。

邮政通信和电通信的主要区别在于邮政通信传递的是实物信息，而电通信传递的是电信号，随着现代科学技术的发展，人们对传送信息的要求越来越高，在各种各样的通信方式中，电通信的使用越来越广泛。

这是因为，电通信能使信息在几乎任意的通信距离上实现迅速而可靠的传送。

消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息（Message）。

消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。

所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。

所以，信号（Signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。

相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。

数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。

通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息（Information）。

消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。

通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。

通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。

当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。

通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息

源、发送设备、信道、接收设备和信宿（受信者），它的一般模型如图1-1所示。

图1-1通信系统一般模型

通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。

数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-2所示。

图1-2数字通信系统模型

模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-3所示。

图1-3模拟通信系统模型

数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。

因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。

近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。

1.1.2通信的发展过程

移动通信自产生到现在的历时并不长，但是它的发展速度却大大的超过了人们的预想。

特别是近十多年，在微电子技术、计算机和软件工程的发展的基础上，移动通信设备在质量、便捷度和可靠度等方面的发展都突飞猛进。

从移动通信的发展历程来看，当代移动通信可以划分为四个阶段：

（1）第一代移动通信是以模拟调频、频分多址为主体的技术，包括以蜂窝网系统为代表的公用移动通信系统、以集群系统为代表的专用移动通信系统还有无绳电话。

主要以为用户提供模拟话音业务为目的。

（2）第二代移动通信是以数字传输、时分多址或码分多址为主体的技术，一般称为数字移动通信，包括数字蜂窝系统、数字无绳电话系统和数字集群系统等。

主要以向用户提供数字话音业务和低速数据业务为目的。

（3）第三代（3G）移动通信是以CDMA为主体的技术，达到了向用户提供2Mb/s到10Mb/s的多媒体业务的程度。

（4）超（后）三代（B3G）或第四代（4G）移动通信的研究和开发，主要采用OFDM和多天线等技术，可以达到像用户提供100Mb/s甚至1Gb/s的数据速率的水平。

随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、综合化、融合化、宽带化、智能化和个人化的方向发展。

随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。

到那时人们的生活将越来越离不开通信。

1.2调制技术的现状和发展趋势

传统的本地通讯借助于电线传输，因为这既省钱又可保证信息可靠传送。

而长途通讯则需要通过无线电波传送信息。

从系统硬件设备方面考虑这很方便省事，但是从传送信息的准确性考虑，却导致了信息传送不确定性增加，而且由于常常需要借助于大功率传送设备来克服因气象条件、高大建筑物以及其他各种各样的电磁干扰。

各种不同类型的调制方式能够根据系统造价、接收信号品质要求提供各种不同的解决方案，但是直到不久以前它们大部分还是属于模拟调制范畴，频率调制和相位调制噪声小，而幅度调制解调结构要简单的多。

如今由于低成本微控制器的出现以及民用移动电话和卫星通信的引入，数字调制技术日益普及。

数字式调制具有采用微处理器的模拟调制方式的所有优点，通讯链路中的任何不足均可借助于软件根除，它不仅可实现信息加密，而且通过误差校准技术，使接收到的数据更加可靠，另外借助于DSP，还可减小分配给每个用户设备的有限带宽，频率利用率得以提高。

如同模拟调制，数字调制也可分为频率调制、相位调制和幅度调制，性能各有千秋。

由于频率、相位调制对噪声抑制更好，因此成为当今大多数通讯设备的首选方案。

1.3本课题主要研究内容

本文主要研究基于Simulink的PSK传输系统仿真。

文章首先对通信技术进行了概述，对基于Simulink的PSK传输系统仿真的原理和关键技术进行了详细介绍，并且指出了PSK传输系统仿真的主要内容和方法，最后利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计2PSK、2DPSK、QPSK、OQPSK、16QAM和16PSK系统，并对2PSK和2DPSK、QPSK和OQPSK、16QAM和16PSK系统性能进行对比。

通过Simulink的仿真功能摸拟到了实际中的PSK调制与解调情况。

2移动通信调制技术

2.1调制解调概述

调制是将各种基带信号转换成适于信道传输的调制信号（已调信号或频带信号），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。

图2-1为调制与解调的过程示意图。

数字调制和数字解调统称为数字调制。

图2-1调制与解调过程示意图

调制技术分为模拟调制技术与数字调制技术，其主要区别是：

模拟调制是对载波信号的某些参量进行连续调制，在接收端对载波信号的调制参量连续估值，而数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送信息，在接收端只对载波信号的离散调制参量进行检测。

与模拟调制系统中的调幅、调频和调相相对应，数字调制系统中也有幅度键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK）三种方式，其中移相键控调制方式具有抗噪声能力强、占用频带窄的特点，在数字化设备中应用广泛，具体的数字调制方式有2ASK、2PSK、2FSK、QAM、QPSK、MSK、GSMK等。

图2-2为三种数字调制的波形图。

图2-22ASK、2FSK、及2PSK波形图

数字调制的优点是抗干扰能力强，中继时噪声及色散的影响不积累，因此可实现长距离传输。

在现在文明高速发展的今天，人们越来越离不开数字信息，数字通信也越来越重要，因此数字调制解调技术越来越被广泛应用。

由于信道资源的紧张与人们越来越希望更快的通信速度与更好通信质量的要求的矛盾，将来必然还要寻找更加好的调制技术，它要求功率效率高，频带利用率高，并且易于实现，节能低碳，环保。

激光调制通信、卫星通信、非恒包络调制等都是研究方向。

数字调制解调的发展，必定会有力地推进通信、数字技术等各个领域的进步。

[1]

2.2相移键控（PSK）调制

设输入比特率为，，，则PSK的信号形式为

（2-1）

还可以表示为

（2-2）

即当输入为“+1”时，对应的信号附加相位为“0”；当输入为“-1”时，对应的附加相位为“π”。

设是宽度为的矩形脉冲，其频谱为，则PSK信号的功率谱为（假设“+1”和“-1”是等概率出现）

（2-3）

PSK可以采用相干解调法和差分相干解调法，如图2-3所示。

如输入噪声为窄带高斯噪声（均值为0，方差为），则在输入序列“+1”和“-1”等概出现的条件下，相干解调后的误比特率为

（2-4）