通信原理 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析

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. 目錄 前言 1 1 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)原理 2 1.1 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK) 2 1.2 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK) 5 1.3二進(jìn)制相移鍵控(2PSK) 7 1.4 正交相移鍵控(QPSK) 10 2 Matlab/Simulink介紹 15 2.1 Matlab簡(jiǎn)介 15 2.2 Simulink簡(jiǎn)介 15 2.1.1 Simulink基本模塊庫(kù) 15 2.1.2 Simulink建模仿真的一般過(guò)程 17 2.3 Simulink在通信仿真中的應(yīng)用 19 3利用Simulink進(jìn)行模型建立和系統(tǒng)仿真 21 3.1 2ASK的調(diào)制與解調(diào)仿真 22 3.1.1 建立模型方框圖 22 3.1.2 參數(shù)設(shè)置 23 3.1.3系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖 24 3.1.4 誤碼率分析 25 3.2 2FSK的調(diào)制與解調(diào)仿真 25 3.2.1 建立模型方框圖 25 3.2.2 參數(shù)設(shè)置 26 3.2.3系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖 29 3.3 2PSK的調(diào)制與解調(diào)仿真 31 3.3.1 建立模型方框圖 31 3.3.2 參數(shù)設(shè)置 31 3.3.3系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖 34 3.4 QPSK的調(diào)制與解調(diào)仿真 35 3.4.1 建立模型方框圖 35 3.4.2 參數(shù)設(shè)置 36 3.4.3系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖 38 總結(jié) 40 參考文獻(xiàn) 41 . 前言 隨著現(xiàn)代通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為分析和設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的主要工具，在通信系統(tǒng)的研發(fā)和教學(xué)中具有越來(lái)越重要的意義。在當(dāng)代社會(huì)中，信息的交換日益頻繁，隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及它們的密切結(jié)合，通信能克服對(duì)空間和時(shí)間的限制，大量的、遠(yuǎn)距離的信息傳遞和存取已成為可能。展望未來(lái)，通信技術(shù)正在向數(shù)字化、智能化、綜合化、寬帶化、個(gè)人化方向迅速發(fā)展，各種新的電信業(yè)務(wù)也應(yīng)運(yùn)而生，正沿著信息服務(wù)多種領(lǐng)域廣泛延伸。 Simulink是The MathWorks公司開發(fā)的用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具，常集成于MathWorks公司的另一產(chǎn)品MATLAB中與之配合使用。 Simulink提供了一個(gè)交互式的圖形化環(huán)境及可定制模塊庫(kù)（Library），可對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，例如通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。 本次課設(shè)在深刻理解通信系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，利用MATLAB提供的Simulink建模和仿真原理，做出數(shù)字通信系統(tǒng)的基本模型，分別是ASK、FSK、PSK、QPSK，并且用Simulink來(lái)實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)中各個(gè)部分的仿真，調(diào)制部分，解調(diào)部分等等，并且整合到一起，設(shè)置不同的參數(shù)，觀察示波器的波形圖并記錄。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，更深入地掌握數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)。 1 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)原理 在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號(hào)能夠在信道中傳輸，要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性。然而，在實(shí)際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號(hào)不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號(hào)。 圖1-1 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，一般可以采用模擬調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。但是，數(shù)字基帶信號(hào)具有與模擬基帶信號(hào)不同的特點(diǎn)，其取值是有限的離散狀態(tài)。這樣，可以用載波的某些離散狀態(tài)來(lái)表示數(shù)字基帶信號(hào)的離散狀態(tài)?；镜娜N數(shù)字調(diào)制方式是：振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。 1.1 二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK) 振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制。當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控。 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)可表示為 （1-1） 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波型如圖1-2所示。由圖1-2可以看出,2ASK信號(hào)的時(shí)間波形隨二進(jìn)制基帶信號(hào)s(t)通斷變化，所以又稱為通斷鍵控信號(hào)(OOK信號(hào))。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法如圖1-3所示,其中圖(a)是采用模擬相乘的方法實(shí)現(xiàn)，圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法實(shí)現(xiàn)。 對(duì)2ASK信號(hào)也能夠采用非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測(cè)法)，其相應(yīng)原理方框圖如圖1-4所示。2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形如圖1-5所示。 圖1-2 2ASK信號(hào)時(shí)間波形 （a）模擬相乘法 （b）數(shù)字鍵控法 圖1-3 2ASK信號(hào)調(diào)制器原理框圖 （a）非相干解調(diào)方式 （b）相干解調(diào)方式 圖1-4 2ASK信號(hào)的接收系統(tǒng)組成方框圖 圖1-5 2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形 1.2 二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK) 頻移鍵控是利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息。在2FSK中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。典型波形如圖1-6所示。 圖1-6 2FSK信號(hào)的時(shí)間波形 有圖可見，2FSK信號(hào)的波形(a)可以分解為波形(b)和波形(c)。也就是說(shuō)，一個(gè)2FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加。2FSK信號(hào)的表達(dá)式又可簡(jiǎn)化為 （1-2） （1-3） （1-4） 二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生，可以采用模擬調(diào)頻電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以采用數(shù)字鍵控的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖1-7是數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的原理圖。 圖中兩個(gè)振蕩器的輸出載波受輸入的二進(jìn)制基帶信號(hào)控制，在一個(gè)碼元Ts期間輸出f1或f2兩個(gè)載波之一。 二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的解調(diào)方法很多，有模擬鑒頻法和數(shù)字檢測(cè)法，有非相干解調(diào)方法也有相干解調(diào)方法。采用非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種方法的原理圖如圖1-8所示。其解調(diào)原理是將二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)分解為上下兩路二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)，分別進(jìn)行解調(diào)，通過(guò)對(duì)上下兩路的抽樣值進(jìn)行比較最終判決出輸出信號(hào)。 圖1-7 鍵控法產(chǎn)生2FSK信號(hào)的原理圖 （a）非相干解調(diào) （b）相干解調(diào) 圖1-8 2FSK信號(hào)解調(diào)原理圖 過(guò)零檢測(cè)法解調(diào)器的原理圖和各點(diǎn)時(shí)間波形如圖1-9所示。二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)數(shù)隨載波頻率不同而異，通過(guò)檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)數(shù)得到頻率的變化。輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)限幅后產(chǎn)生矩形波，經(jīng)微分整流波形整形，形成與頻率變化相關(guān)的矩形脈沖波，經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波，便恢復(fù)出與原數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)的基帶數(shù)字信號(hào)。 （a）過(guò)零檢測(cè)法原理圖 （b）各點(diǎn)時(shí)間波形 圖1-9 過(guò)零檢測(cè)法原理圖及各點(diǎn)時(shí)間波形 1.3二進(jìn)制相移鍵控(2PSK) 在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中,當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)信號(hào)。通常用已調(diào)信號(hào)載波的0和180分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的1和0。二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 （1-5） 由于兩種碼元的波形相同，極性相反，故2PSK信號(hào)可以表述為一個(gè)雙極性全占空矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波的相乘： （1-6） （1-7） 這里，g(t)是脈寬為Ts的單個(gè)矩形脈沖，且 （1-8） 這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制絕對(duì)相移方式。二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的典型時(shí)間波形如圖1-10所示。二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的調(diào)制原理圖如圖1-11所示。其中圖(a)是采用模擬調(diào)制的方法產(chǎn)生2PSK信號(hào)，圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生2PSK信號(hào)。2PSK信號(hào)的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào)，解調(diào)器原理圖如圖1-12所示。2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形如圖1-13所示。當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180倒相時(shí)，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。 圖1-10 2PSK信號(hào)的時(shí)間波形 （a）模擬調(diào)試方法 （b）鍵控法 圖1-11 2PSK信號(hào)的調(diào)制原理框圖 圖1-12 2PSK的解調(diào)原理框圖 圖1-13 2PSK信號(hào)相干解調(diào)時(shí)各點(diǎn)時(shí)間波形 1.4 正交相移鍵控(QPSK) 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制（QPSK）也稱多元調(diào)相或多相制。他利用具有多個(gè)相位狀態(tài)的正弦波來(lái)代表多組二進(jìn)制信息碼元，即用載波的一個(gè)相位對(duì)應(yīng)于一組二進(jìn)制信息碼元。如果載波有2k個(gè)相位，它可以代表k位二進(jìn)制碼元的不同碼組。 在MPSK信號(hào)中，載波相位可?。蛡€(gè)可能值： (1-9) 因此MPSK信號(hào)可表示為 (1-10) 假定載波頻率ω0是基帶數(shù)字信號(hào)的整數(shù)倍 (1-11) 則上式可改寫為 (1-12) 由上式表明，MPSK信號(hào)可等效為兩個(gè)正交載波進(jìn)行多電平雙邊帶調(diào)幅所得已調(diào)波之和。帶寬的產(chǎn)生可按類似于雙邊帶正交調(diào)制信號(hào)的方式實(shí)現(xiàn)。 串/并變換 相干載波產(chǎn)生 π/2相移 相乘電路 相乘電路 相加電路 單/雙極性變換 單/雙極性變換 圖1-14 QPSK的產(chǎn)生框圖 由于QPSK信號(hào)可以看作是兩個(gè)正交2PSK信號(hào)的疊加，所以用兩路正交的相干載波去解調(diào)，可以很容易地分離這兩路正交的2PSK信號(hào)。相干解調(diào)后的兩路并行碼元a和b，經(jīng)過(guò)并串變換后，成為串行數(shù)據(jù)輸出。此法是一種正交相平解調(diào)法，又稱極性比較法，原理如圖1-15所示。 圖1-15 QPSK解調(diào)框圖 為了便于分析，可不考慮噪聲的影響。這樣，加到接收機(jī)上的信號(hào)在符號(hào)持續(xù)時(shí)間內(nèi)可表示為 (1-13) 假定討論的π/4相移系統(tǒng),那么θn只能取π/4、3π/4、5π/4、7π/4。 根據(jù)π/4移相系統(tǒng)PSK信號(hào)的相位配置規(guī)定，抽樣判決器的判決準(zhǔn)則列于表2，當(dāng)判決器按極性判決時(shí)，若正抽樣值判為1，負(fù)抽樣判定為0，則可將調(diào)相信號(hào)解調(diào)為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。解調(diào)出來(lái)的a和b在經(jīng)過(guò)并/串變換，就可以還原出原調(diào)制信號(hào)。若解調(diào)π/2移相系統(tǒng)的PSK信號(hào)，需改變移相網(wǎng)絡(luò)及判決準(zhǔn)則。 表1-1 π/4系統(tǒng)判決器判決準(zhǔn)則 輸入相位 φn cosφn 的極性 sinφn 的極性 判決器輸出 a B 45o 135 o 225 o 315 o + - - + + + - - 1 0 0 1 1 1 0 0 2 Matlab/Simulink介紹 2.1 Matlab簡(jiǎn)介 美國(guó)Mathworks公司于1967年推出了矩陣實(shí)驗(yàn)室“Matrix Laboratory”（縮寫為Matlab）這就是Matlab最早的雛形。開發(fā)的最早的目的是幫助學(xué)校的老師和學(xué)生更好的授課和學(xué)習(xí)。從Matlab誕生開始，由于其高度的集成性及應(yīng)用的方便性，在高校中受到了極大的歡迎。 Matlab是一種解釋性執(zhí)行語(yǔ)言，具有強(qiáng)大的計(jì)算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡(jiǎn)單，擴(kuò)充方便，尤其是世界上有成千上萬(wàn)的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過(guò)程中擴(kuò)充Matlab的功能，使其成為了巨大的知識(shí)寶庫(kù)。目前的Matlab版本已經(jīng)可以方便的設(shè)計(jì)漂亮的界面，它可以像VB等語(yǔ)言一樣設(shè)計(jì)漂亮的用戶接口，同時(shí)因?yàn)橛凶钬S富的函數(shù)庫(kù)（工具箱），所以計(jì)算的功能實(shí)現(xiàn)也很簡(jiǎn)單，進(jìn)一步受到了科研工作者的歡迎。另外，Matlab和其他高級(jí)語(yǔ)言也具有良好的接口，可以方便的實(shí)現(xiàn)與其他語(yǔ)言的混合編程，進(jìn)一步拓寬Matlab的應(yīng)用潛力。 2.2 Simulink簡(jiǎn)介 Simulink是MATLAB提供的用于對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的工具包。Simulink提供了專門用于顯示輸出信號(hào)的模塊，可以在仿真的過(guò)程中隨時(shí)觀察仿真結(jié)果。同時(shí)，通過(guò)Simulink的存儲(chǔ)模塊，仿真數(shù)據(jù)可以方便地以各種形式保存到工作空間或文件夾中，以供用戶在仿真結(jié)束后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理?；谝陨细鼽c(diǎn)，Simulink作為一種通信的仿真建模工具，廣泛應(yīng)用于通信仿真、數(shù)字信號(hào)處理、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械控制和虛擬實(shí)現(xiàn)等領(lǐng)域中。 作為一款專業(yè)仿真軟件，Simulink具有一下特點(diǎn)： 1. 基于矩陣的數(shù)值計(jì)算； 2. 高級(jí)編程語(yǔ)言以及可視化的圖形操作界面； 3. 包含各領(lǐng)域的仿真工具箱，使用方便快捷并可以擴(kuò)展； 4. 豐富的數(shù)據(jù)I/O接口； 5. 提供與其他高級(jí)語(yǔ)言的接口； 根據(jù)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系，Simulink提供3種類型的模塊：連續(xù)模塊、離散模塊和混合模塊。連續(xù)模塊是指輸出信號(hào)發(fā)生連續(xù)變化的模塊；離散模塊則是輸出信號(hào)固定間隔變化的模塊。對(duì)于連續(xù)模塊，Simulink采用積分方式計(jì)算輸出信號(hào)的數(shù)值。離散模塊的輸出信號(hào)在下一個(gè)采樣到來(lái)之前保持恒定，這個(gè)時(shí)候，Simulink只需要以一定的間隔計(jì)算輸出信號(hào)的數(shù)值。混合模塊是根據(jù)輸入信號(hào)的類型來(lái)確定信號(hào)類型的，它既能產(chǎn)生連續(xù)輸出信號(hào)，也能夠產(chǎn)生離散輸出信號(hào)。 3調(diào)制與解調(diào)仿真 3.1 2ASK的調(diào)制與解調(diào)仿真 3.1.1 建立模型方框圖 2ASK信號(hào)的調(diào)制部分由DSP模塊中的Sine wave信號(hào)源、方波信號(hào)源、相乘器等模塊組成；2ASK的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)法，下面采用相干解調(diào)法對(duì)2ASK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，相干解調(diào)也叫同步解調(diào)，就是用已調(diào)信號(hào)恢復(fù)出載波——既同步載波，再用載波和已調(diào)信號(hào)相乘，經(jīng)過(guò)低通濾波器和抽樣判決器恢復(fù)出S(t)信號(hào)。Simulink模型圖如圖3-1所示： 圖3-1 2ASK信號(hào)調(diào)制解調(diào)的模型方框圖 3.1.2 參數(shù)設(shè)置 建立好模型之后，開始設(shè)置各點(diǎn)的參數(shù)，為了更好的恢復(fù)出信源信號(hào)，所以在此直接使用原載波信號(hào)作為同步載波信號(hào)。從正弦信號(hào)源開始依次的仿真參數(shù)設(shè)置如下： Sin函數(shù)是幅度為1，頻率為10Hz，采樣周期為0.002的雙精度DSP信號(hào)。方波信號(hào)是基于采樣的，其幅度設(shè)置為1，周期為3，占1比為2/3 下面是低通濾波器的參數(shù)設(shè)置： 圖3-2 低通濾波器的參數(shù)設(shè)置圖 3.1.3系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖 經(jīng)過(guò)上述參數(shù)設(shè)置后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)仿真，示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖如圖3-3所示。 自上而下分別是正弦DSP波形、脈沖發(fā)生器波形、脈沖發(fā)生器與正弦DSP信號(hào)相乘后波形、以及再次與正弦DSP信號(hào)相乘后波形、經(jīng)過(guò)低通濾波器后波形、經(jīng)過(guò)抽樣判決器后波形，最后一組波形即為還原后波形，雖然有一定誤差，但仍能反映基本波形。 圖3-3 各點(diǎn)的時(shí)間波形圖 3.1.4 誤碼率分析 由于在解調(diào)過(guò)程中沒(méi)有信道和噪聲，所以誤碼率相對(duì)較小，一般是由于碼間串?dāng)_或是參數(shù)設(shè)置的問(wèn)題，由3-1圖可以看出此系統(tǒng)的誤碼率為0.3636。 3.2 2FSK的調(diào)制與解調(diào)仿真 3.2.1 建立模型方框圖 2FSK信號(hào)的調(diào)試部分由Sine wave信號(hào)源、Bernoulli Binary Generator基帶信號(hào)源、反相器、相乘器組成；經(jīng)過(guò)帶通濾波器與低通濾波器進(jìn)行解調(diào)。Simulink模型圖如圖3-4所示： 圖3-4 2FSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)的模型方框圖 3.2.2 參數(shù)設(shè)置 將Bernoulli Binary Generator模塊出現(xiàn)0的概率調(diào)為0.5，取樣時(shí)間設(shè)為1，其余參數(shù)不變；載波（Sine Wave Function）的幅度設(shè)置為1，角頻率設(shè)置為20*pi，其余參數(shù)不改變；載波（Sine Wave Function1）的幅度設(shè)置為1，角頻率設(shè)置為4*pi，其余參數(shù)不改變。 將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，為了無(wú)失真地恢復(fù)原始基帶信號(hào)，調(diào)制信號(hào)需要與相同頻率的載波相乘，先經(jīng)過(guò)帶通濾波器去除一定頻率的分量，然后再經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波器以及抽樣判決器可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。帶通濾波器（Analog Filter Design）的參數(shù)設(shè)如圖3-5 所示；帶通濾波器（Analog Filter Design1）的參數(shù)設(shè)如圖3-6所示；包絡(luò)檢波器（Analog Filter Design2）的參數(shù)設(shè)如圖3-7所示；包絡(luò)檢波器（Analog Filter Design3）的參數(shù)設(shè)如圖3-8所示；抽樣判決器（Quantizing Encode）的參數(shù)設(shè)如圖3-9所示； 圖3-5帶通濾波器（Analog Filter Design）的參數(shù)設(shè)置 圖3-6 帶通濾波器（Analog Filter Design1）的參數(shù)設(shè)置 圖3-7 包絡(luò)檢波器（Analog Filter Design2）的參數(shù)設(shè)置 圖3-8 包絡(luò)檢波器（Analog Filter Design3）的參數(shù)設(shè)置 圖 3-9 抽樣判決器（Quantizing Encode1）的參數(shù) 3.2.3系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖 經(jīng)過(guò)上面參數(shù)的設(shè)置后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，圖3-10是2FSK調(diào)制時(shí)示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖，圖3-11是2FSK解調(diào)時(shí)示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖。 圖3-10中，自上而下分別是基帶信號(hào)波形、正弦載波波形、正弦載波1波形、基帶信號(hào)與正弦載波信號(hào)相乘后波形、以及取反后與正弦載波1信號(hào)相乘后波形、上述兩波形相加后波形。 圖3-11中，自上而下分別是基帶信號(hào)波形、只經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波器后的波形、解調(diào)后波形。 解調(diào)信號(hào)與基帶信號(hào)相對(duì)比，除了產(chǎn)生延時(shí)情況之外，波形大致上與基帶信號(hào)相同，延時(shí)是不可避免的。 圖3-10 2FSK調(diào)制各點(diǎn)波形圖 圖3-11 2FSK解調(diào)各點(diǎn)波形圖 3.3 2PSK的調(diào)制與解調(diào)仿真 3.3.1 建立模型方框圖 2PSK信號(hào)的調(diào)試部分由Sine wave信號(hào)源、Bernoulli Binary Generator基帶信號(hào)源、碼型變化器、多路選擇器組成；經(jīng)過(guò)帶通濾波器與低通濾波器進(jìn)行解調(diào)。Simulink模型圖如圖3-12所示： 圖3-12 2PSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)的模型方框圖 3.3.2 參數(shù)設(shè)置 將Bernoulli Binary Generator模塊出現(xiàn)0的概率調(diào)為0.5，取樣時(shí)間設(shè)為1，其余參數(shù)不變；載波（Sine Wave Function）的幅度設(shè)置為2，角頻率設(shè)置為8*pi，其余參數(shù)不改變；載波（Sine Wave Function1）的幅度設(shè)置為2，角頻率設(shè)置為8*pi，其余參數(shù)不改變。 碼型變化器（Unipolar to Bipolar Converter）參數(shù)設(shè)置如圖3-13所示；多路選擇器（Switch）參數(shù)設(shè)置如圖3-14所示；帶通濾波器（Analog Filter Design）的參數(shù)設(shè)置如圖3-15所示；低通濾波器（Analog Filter Design1）的參數(shù)設(shè)置如圖3-16所示；取樣判決器（Sign）參數(shù)設(shè)置如圖3-17所示； 圖3-13 碼型變化器（Unipolar to Bipolar Converter）的參數(shù)設(shè)置 圖3-14 多路選擇器（Switch）參數(shù)設(shè)置 圖3-15 帶通濾波器（Analog Filter Design）的參數(shù)設(shè)置 圖3-16 低通濾波器（Analog Filter Design1）的參數(shù)設(shè)置 圖3-17 取樣判決器（Sign）的參數(shù)設(shè)置 3.3.3系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖 經(jīng)過(guò)上面參數(shù)的設(shè)置后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，圖3-18是2PSK調(diào)制時(shí)示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖，圖3-19是2PSK解調(diào)時(shí)示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖。 圖3-18中，自上而下分別是基帶信號(hào)波形、基帶信號(hào)經(jīng)碼型變換器后波形、正弦載波波形、經(jīng)多路選擇器后波形。 圖3-19中，自上而下分別是調(diào)制信號(hào)加波斯白噪聲后波形、加噪聲后信號(hào)與正弦載波相乘后波形、只經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波器后的波形、解調(diào)后波形。 圖3-18 2PSK調(diào)制各點(diǎn)波形圖 圖3-19 2PSK解調(diào)各點(diǎn)波形圖 3.4 QPSK的調(diào)制與解調(diào)仿真 3.4.1 建立模型方框圖 QPSK模型主要由信源Random Integer Generater、QPSK調(diào)制器、AWGN信道、QPSK解調(diào)器、信宿模塊組成，并用到信宿模塊Scope以觀察各個(gè)階段信號(hào)的波形；Error Rate Calculation來(lái)計(jì)算信號(hào)的誤碼率，并通過(guò)Display顯示出來(lái)。Simulink模型圖如圖3-20所示： 圖3-20 QPSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)的模型方框圖 3.4.2 參數(shù)設(shè)置 信源（Random Integer Generater）模塊產(chǎn)生隨機(jī)整數(shù)序列0,1,2,3。并將產(chǎn)生的隨機(jī)整數(shù)信號(hào)傳送至QPSK調(diào)制器。這里要求產(chǎn)生的必須是四進(jìn)制隨機(jī)整數(shù)，所以M-ary number設(shè)置為4，具體的參數(shù)設(shè)置如圖3-21所示。 圖3-21信源（Random Integer Generater）模塊參數(shù)設(shè)置 QPSK調(diào)制器（QPSK Modulator Baseband）的主要作用是將信源產(chǎn)生的四進(jìn)制隨機(jī)序列進(jìn)行QPSK調(diào)制,使之產(chǎn)生QPSK信號(hào)。需要注意QPSK調(diào)制模塊的參數(shù)設(shè)置與解調(diào)模塊的參數(shù)設(shè)置必須一致。輸入數(shù)據(jù)類型為整型，相位偏移設(shè)置為л/2。 QPSK解調(diào)器（QPSK Demodulator Baseband）的主要作用是將經(jīng)過(guò)信道的QPSK調(diào)制信道進(jìn)行解調(diào),使之恢復(fù)出原來(lái)的輸入信號(hào)。QPSK解調(diào)模塊的參數(shù)設(shè)置與調(diào)制模塊的參數(shù)設(shè)置一致。輸入數(shù)據(jù)類型為整型，相位偏移設(shè)置為л/2。 AWGN（AWGN Channel）信道模塊是加性高斯白噪聲信道，可以通過(guò)改變?cè)撔诺赖牡男旁氡?，?shí)現(xiàn)在不同的噪聲條件下對(duì)解調(diào)性能的測(cè)試，從而得出信噪比與誤碼率的關(guān)系。參數(shù)設(shè)置如圖3-22所示。 圖3-22 AWGN（AWGN Channel）信道模塊參數(shù)設(shè)置 3.4.3系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖 經(jīng)過(guò)上面參數(shù)的設(shè)置后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，圖3-23是QPSK仿真時(shí)示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖。圖中，自上而下分別是信源信號(hào)的波形、解調(diào)信號(hào)的波形、兩者比較信號(hào)的波形。 圖3-23 QPSK仿真時(shí)各點(diǎn)波形圖 3.4.4 誤碼率分析 隨著系統(tǒng)信噪比的增大，QPSK系統(tǒng)傳輸錯(cuò)誤的碼元數(shù)也越少，系統(tǒng)的誤碼率也隨之減小，QPSK系統(tǒng)的性能越來(lái)越好，越來(lái)越有利于信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸。 由3-20圖可以看出此系統(tǒng)的誤碼率為0.09453。 總結(jié) 一周的通信原理課程設(shè)計(jì)讓我受益菲淺。在課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束之時(shí)，我對(duì)在這一周來(lái)的學(xué)習(xí)進(jìn)行總結(jié)，總結(jié)這半個(gè)月來(lái)的收獲與不足。取之長(zhǎng)、補(bǔ)之短，期望在今后的學(xué)習(xí)和生活中起到借鑒作用。 一、通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)的Simulink建模仿真，使我對(duì)數(shù)字鍵控的概念又有了更深的了解，而且也熟悉了Simulink軟件的操作。二、培養(yǎng)了我的動(dòng)手能力。每個(gè)步驟我都親自去做，不放棄每次鍛煉的機(jī)會(huì)。三、教會(huì)了我處理數(shù)據(jù)的能力。實(shí)驗(yàn)就有數(shù)據(jù)，有數(shù)據(jù)就需要處理，這些數(shù)據(jù)處理的是否得當(dāng)會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)成功與否。 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我感受到了將自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為成果的樂(lè)趣，雖然經(jīng)常會(huì)有意想不到的問(wèn)題出現(xiàn)，但通過(guò)自己的努力解決問(wèn)題后的喜悅及成就感真的很棒。 當(dāng)然也使我發(fā)現(xiàn)了自身存在的很多問(wèn)題，我發(fā)現(xiàn)自己還有許多東西需要學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的學(xué)習(xí)工作生活中，都要做好準(zhǔn)備，隨時(shí)學(xué)習(xí)，時(shí)刻注意自身素質(zhì)和能力的全面提高。 在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我得到了老師和同學(xué)們的幫助，在此，要感謝他們對(duì)我的幫助和支持。 參考文獻(xiàn) [1]樊昌信、曹麗娜.通信原理.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2006 [2]劉學(xué)勇.詳解MATLAB/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真.北京:電子工業(yè)出版社，2011 [3]邵玉斌.MATLAB/Simulik通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例分析.北京:清華大學(xué)出版社，2008 [4]張水英，徐偉強(qiáng).通信原理及MATLAB/Simulink仿真.北京:人民郵電出版社，2012 [5]邵佳，董辰輝. 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