基于某simulink地数字调制解调仿真与设计.docx

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基于某simulink地数字调制解调仿真与设计

前言

数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。

为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。

这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。

通常使用键控法来实现数字调制，比如对载波的振幅、频率和相位进行键控。

其次，还有4PSK、16QAM等调制方式。

Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平台的著名仿真环境Simulink作为一种专业和功能强大且操作简单的仿真工具，目前已被越来越多的工程技术人员所青睐，它搭建积木式的建模仿真方式既简单又直观，而且已经在各个领域得到了广泛的应用。

本文主要是以simulink为基础平台，对2ASK、2FSK、2PSK以及QPSK信号的仿真。

文章第一章容是对simulink的简单介绍和说明；第二章是对通信原理系统通信技术的未来展望和发展前景的简单介绍以及对数字传输系统的分析与介绍；第三章是对2ASK、2FSK和2PSK以及QPSK信号调制及解调原理与仿真的详细说明，调制和解调都是simulink建模的的方法，在解调部分各信号都是采用相干解调的方法；第四章是对本次课程设计的总结与体会。

1软件Matlab/Simulink的介绍

1.1Matlab/Simulink的简介

美国Mathworks公司于1967年推出了矩阵实验室“MatrixLaboratory”（缩写为Matlab）这就是Matlab最早的雏形。

开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。

从Matlab诞生开始，由于其高度的集成性及应用的方便性，在高校中受到了极大的欢迎。

由于它使用方便，能非常快的实现科研人员的设想，极大的节约了科研人员的时间，受到了大多数科研人员的支持。

Matlab是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。

由于它使用简单，扩充方便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充Matlab的功能，使其成为了巨大的知识宝库。

。

另外，Matlab和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了Matlab的应用潜力。

可以说，Matlab已经也很有必要成为大学生的必修课之一，掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。

Simulink是Matlab中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模和仿真等方面应用最广泛的工具之一。

确切的说，Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模型，或者是两者的混合。

系统还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。

在Simulink环境中，它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便，故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模，并可直接进行系统的仿真，快速的得到仿真结果。

它的主要特点在于：

1、建模方便、快捷；2、易于进行模型分析；3、优越的仿真性能。

它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。

Simulink模块库（或函数库）包含有Sinks（输出方式）、Sources（输入源）、Linear（线性环节）、Nonlinear（非线性环节）、Connection（连接与接口）和Extra（其他环节）等具有不同功能或函数运算的Simulink库模块（或库函数）。

用Simulink创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。

在定义完一个模型后，用户可以通过Simulink的菜单或MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。

菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行仿真的批处理非常有用。

采用Scope模块和其他的显示模块，可以在仿真进行的同时就可立即观看到仿真结果，若改变模块的参数并再次运行即可观察到相应的结果，适用于因果关系的问题研究。

仿真的结果还可以存放到Matlab的工作空间里做事后处理由于Matlab和Simulink的集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改模型。

但是Simulink不能脱离MATLAB而独立工作。

2通信系统及数字频带传输系统原理

2.1通信技术的历史和发展

2.1.1通信的概念

通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。

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2-1-1所示。

↑

图2-1-1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2-1-2所示。

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图2-1-2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2-1-3所示。

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图2-1-3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。

2.2数字频带传输系统

在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。

然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。

必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。

图2-2-1数字调制系统的基本结构

数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。

但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。

3数字调制系统的原理及仿真设计

3.1二进制振幅键控（2ASK）

3.1.1二进制振幅键控（2ASK）的原理

振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。

当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。

设发送的二进制符号序列由0，1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。

该二进制符号序列可表示为：

（3-1-1）

其中：



（3-1-2）

Ts是二进制基带信号时间间隔,g（t）是持续时间为Ts的矩形脉冲：

（3-1-3）

则二进制振幅键控信号可表示为：

（3-1-4）

二进制振幅键控信号时间波型如图3-1-1所示。

由图4-1可以看出2ASK信号的时间波形e2ASK（t）随二进制基带信号s（t）通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK信号）.。

二进制振幅键控信号的产生方法如图3-1-2所示，图（a）是采用模拟相乘的方法实现，图（b）是采用数字键控的方法实现。

由图3-1-1可以看出2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。

所以,对2ASK信号也能够采用非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法），其相应原理方框图如图3-1-3所示。

2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图3-1-4所示。

图3-1-1二进制振幅键控信号时间波型

图3-1-2二进制振幅键控信号调制器原理框图

图3-1-3二进制振幅键控信号解调器原理框图

图3-1-4二进制振幅键控信号时间波型

3.1.22ASK基于simulink的调制与解调仿真设计

1.调制仿真

（1）建立模型方框图

2ASK信号调制的模型方框图由DSP模块中的sinwave信号源、方波信号源、相乘器等模块组成，Simulink模型图如下所示：

图3-1-52ASK信号调制的模型方框图

其中正弦信号是载波信号，方波代表S（t）序列的信号塬，正弦信号和方波相乘后就得到键控2ASK信号。

（2）参数设置

建立好模型之后就要设置系统参数，以达到系统的最佳仿真。

从正弦信号源开始依次的仿真参数设置如下：

图3-1-6正弦信号参数设置

其中sin函数是幅度为2频率为1Hz采样周期为0.002的双精度DSP信号。

图3-1-7方波信号源的参数设置

方波信号是基于采样的，其幅度设置为2，周期为3，占1比为2/3。

（3）系统仿真及各点波形图

经过上面参数的设置后，就可以进行系统的仿真下面是示波器显示的各点的波形图：

图3-1-8各点的时间波形图

由上图可以看出信息源和载波信号相乘之后就产生了受幅度控制的2ASK信号。

2.解调仿真

2ASK的解调分为相干解调和非相干解调法，采用相干解调法对2ASK信号进行解调。

（1）建立simulink模型方框图

相干解调也叫同步解调，就是用已调信号恢复出载波——既同步载波。

再用载波和已调信号相乘，经过低通滤波器和抽样判决器恢复出S（t）信号，simulink模型图如下：

图3-1-92ASK相干解调的simulink模型方框图

（2）参数设置

由于低通滤波器是滤去高频的载波，所以为了使已调信号的频谱有明显的搬移，就要使载波和信息源的频率有明显的差别，在此直接使用原载波信号作为同步载波信号。

下面是低通滤波器的参数设置：

图3-1-10低通滤波器的参数设置图

图3-1-112ASK信号解调的各点时间波形图

（3）系统仿真及各点时间波形图

由图3-1-11可以看出由于载波频率的提高使的示波器在波形显示上出现了一定的困难，不过要想显示调制部分的理想波形只要调整示波器的显示围即可。

（4）误码率分析

由于在解调过程中没有信道和噪声，所以误码率相对较小，一般是由于码间串扰或是参数设置的问题，由3-1-11图可以看出此系统的误码率为0.3636。

3.2二进制频移键控（2FSK）

3.2.1二进制频移键控（2FSK）的原理

在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，则产生二进制频移键控信号（2FSK信号）。

二进制频移键控信号的时间波形如图4-2-1所示，图中波形g可分解为波形e和波形f，即二进制频移键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。

若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1，0符号对应于载波频率f2，则二进制频移键控信号的时域表达式为：

（3-2-1）

（3-2-2）

（3-2-3）

图3-2-1二进制移频键控信号的时间波形

由图3-2-1可看出bn是an的反码