数字调制系统分析与仿真

II数字调制系统分析与仿真姓名学号年级专业电子信息工程指导教师完成日期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方法的性能，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。另外，本文还利用MATLAB的图形用户界面（GUI）功能为仿真系统设计了一个便于操作的人机交互界面，使仿真系统更加完整，操作更加方便。关键词数字调制；分析与仿真；MATLAB；SIMULINK；GUI图形界面。ABSTRACTINTHISPAPER,FIVEUSUALMETHODSOFDIGITALMODULATIONAREINTRODUCEDFIRSTLYTHENTHEIRSIMULATIONMODELSAREBUILTBYUSINGMATLABSSIMULATIONTOOL,SIMULINKTHROUGHOBSERVINGTHERESULTSOFSIMULATION,THEFACTORSTHATAFFECTTHECAPABILITYOFTHEDIGITALMODULATIONSYSTEMANDTHERELIABILITYOFTHESIMULATIONMODELSAREANALYZEDANDTHEN,THECAPABILITYOFTHREEDIGITALMODULATIONSIMULATIONMODELS,2FSK,2DPSKANDMSK,HAVEBEENCOMPARED,ASWELLASCOMPARINGTHERESULTSOFSIMULATIONANDTHEORYATLAST,THECONCLUSIONISGOTTENTHESIMULATIONMODELSAREREASONABLEINADDITION,ANOPERATIONINTERFACEISDESIGNED,WHICHCANSIMPLIFYTHEMANIPULATIONOFTHESIMULATIONSYSTEM,BYMEANOFTHEGRAPHICALUSERINTERFACE,WHICHSHORTFORGUIKEYWORDSDIGITALMODULATIONANALYSISSIMULATIONMATLABSIMULINKGUI目录1引言111数字调制的意G1053112MATLAB在通信系统仿真中的G5224用12数字调制系统的G11468G1863原理2212ASK调制与解调2222FSK调制与解调2232PSK调制与解调324G3822进制调制与解调33数字调制系统的仿真设计331数字调制系统各个环节分析3311仿真G7706图4312信G2507G9316仿真及G2454数设G136345313调制解调模G33715314信G179596315G16835G11733计算G12146316G12046波G3132632仿真模型的设计及结G7536分析63212ASK63222FSK113232DPSK143242MSK16325MDPSK1833数字调制的性能比较21331各种调制模型的性能比较21332仿真模型性能与理论性能比较2234GUI用户界面设计234结G7475G1683325G14280G1688626G2454G13783文G1049827附G541728数字调制系统分析与仿真1引言11数字调制的意义数字调制是G6363用数字基带信G2507对G17745波的G7588G1135G2454G18339进行G6523制，使G17745波的这G1135G2454G18339G19555基带信G2507的G2476G2282G13792G2476G2282。G7693G6466G6523制的G17745波G2454G18339的G993G2528，数字调制G7389调G5145G451调G11468和调频G989种基本形G5347，并可G1209G8978G10995G1998G3822种G1866G1194形G5347。G11013于G1268G17767G3845真G451G1268G17767G6451G13803G1209及G1457证带G1881G10317性的原G3252，基带信G2507G993G17878合在各种信G17959上进行G19283G17329G12175G1268G17767。为了进行G19283途G1268G17767，G5529G20047对数字信G2507进行G17745波调制，G4570信G2507频G16901G6656G12239G2052高频G3800G6177能在信G17959中G1268G17767。G3252G8504，G3835G18108分G10628G1207通信系统G18129使用数字调制技术。另外，G11013于数字通信具G7389G5326G13605G9801G8975，G4493G7143G18331用数字G5058G19181G6523制技术和数字加G4506，便于G19610G6116G2282，并能G3827进G1849G13520合G1006G2165数字G13605（ISDNG13605），G6164G1209通信系统G18129G7389G11013模G6323方G5347G2533数字方G5347过G9205的G17247G2195。G3252G8504，对数字通信系统的分析与G11752G12362G17246G7481G17246重要，数字调制作为数字通信系统的重要G18108分之一，对G4439的G11752G12362也是G7389G5529要的。通过对调制系统的仿真，G6117G1216可G1209更加G11464观的了解数字调制系统的性能及影响性能的G3252G13044，G1186G13792便于改进系统，G14731G5483更G1351的G1268G17767性能。12MATLAB在通信系统仿真中的应用G19555G11540通信系统G3809G7446性的G3698加,G1268统的G6175工分析与G11017G17347G7507G16809G20576G12573分析设计方法G5062经G993能G17878G5224发展的需要,通信系统计算机模G6323仿真技术日益显G12046G1998G1866巨G3835的优G17246性。计算机仿真是G7693G6466被G11752G12362的真实系统的模型,利用计算机进行实G20576G11752G12362的一种方法G4439具G7389利用模型进行仿真的一系列优点,如费用低,G7143于进行真实系统难于实G10628的各种G16809G20576,G1209及G7143于实G10628完全G11468G2528条件下的重G3809G16809G20576G12573。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G5347的G451G1209矩阵为基础的软件开发环境,G4439用于科学和工程的计算与可视G2282。MATLAB的编程功能简单,并且很G4493G7143扩展和创造新的命令与函数。G5224用MATLAB可方便地解决G3809G7446数值计算问题。MATLAB具G7389强G3835的SIMULINK动态仿真环境,可G1209实G10628可视G2282G5326模和G3822工作环境间文件互用和数G6466交换。SIMULINK支持连续G451G12175散及两者混合的线性和非线性系统,也支持G3822种G18331样速率的G3822速率系统SIMULINK为用户提供了用方G7706图进行G5326模的图形接口,G4439与G1268统的仿真软件包用G5058分方程和微分方程G5326模G11468比,更G11464观G451方便和G9801G8975。用户可G1209在MATLAB和SIMULINK两种环境下对自己的模型进行仿真G451分析和修改。用于实G10628通信仿真的通信工具包COMMUNICATIONTOOLBOX,也叫COMMLIB,通信工具箱是MATLABG16833言中的一个科学性工具包,提供通信领域中计算G451G11752G12362模G6323发展G451系统设计和分析的功能,可G1209在MATLAB环境下独立使用,也可G1209配合SIMULINK使用。另外，MATLAB的图形界面功能GUI（GRAPHICALUSERINTERFACE）能为仿真系统G10995G6116一个人机交互界面，便于仿真系统的操作。G3252G8504，MATLAB在通信系统仿真中G5483G2052了广泛G5224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G1209分为二进制调制和G3822进制调制，G3822进制调制是二进制调制的推广，G6164G1209本文主要讨论二进制的调制与解调，最后简单讨论一下G3822进制调制中的G5058分G11468位键G6523调制（MDPSK）。最常见的二进制数字调制方G5347G7389二进制振G5145键G6523（2ASK）G451G12239频键G6523（2FSK）和G12239G11468键G6523（2PSK和2DPSK）。下面是这几种调制方G5347的G11468G1863原理。21二进制幅度键控（2ASK）G5145度键G6523可G1209通过乘法G3132和开G1863G11017G17347G7481实G10628。G17745波在数字信G25071或0的G6523制下通或断，在信G2507为1的状态G17745波接通，G8504时G1268G17767信G17959上G7389G17745波G1998G10628；在信G2507为0的状态下，G17745波被G1863断，G8504时G1268G17767信G17959上无G17745波G1268送。那么在接收端G6117G1216就可G1209G7693G6466G17745波的G7389无还原G1998数字信G2507的1和0。2ASK信G2507功率G16901G4506度的G10317点如下（1）G11013连续G16901和G12175散G16901两G18108分构G6116；连续G16901G11013G1268G2507的波形GT经线性调制后决定，G12175散G16901G11013G17745波分G18339决定；（2）G5062调信G2507的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。22二进制频移键控（2FSK）频G12239键G6523是利用两个G993G2528频率F1和F2的振荡G9316G7481G1207表信G25071和0，用数字信G2507的1和0去G6523制两个独立的振荡G9316交替G17767G1998。对二进制的频G12239键G6523调制方G5347，G1866G7389效带宽为B2XF2FB,XF是二进制基带信G2507的带宽也是FSK信G2507的最G3835频偏，G11013于数字信G2507的带宽即FB值G3835，G6164G1209二进制频G12239键G6523的信G2507带宽B较G3835，频带利用率小。2FSK功率G16901G4506度的G10317点如下12FSK信G2507的功率G16901G11013连续G16901和G12175散G16901两G18108分构G6116,G12175散G16901G1998G10628在F1和F2位G13634；2功率G16901G4506度中的连续G16901G18108分一般G1998G10628双峰。若两个G17745频之G5058|F1F2|FS，则G1998G10628单峰。23二进制相移键控（2PSK）在G11468G12239键G6523中，G17745波G11468位受数字基带信G2507的G6523制，如在二进制基带信G2507中为0时，G17745波G11468位为0或，为1时G17745波G11468位为或0。G17745波G11468位和基带信G2507G7389一一对G5224的G1863系，G1186G13792达G2052调制的目的。2PSK信G2507的功率G4506度G7389如下G10317点1G11013连续G16901与G12175散G16901两G18108分组G6116；2带宽是绝对脉冲G5219列的二倍；3与2ASK功率G16901的G2318G2047是G5415PG7291/2时，2PSK无G12175散G16901，G137922ASKG4396在G12175散G16901。24多进制数字调制上面G6164讨论的G18129是在二进制数字基带信G2507的G5785G1929，在实G19481G5224用中，G6117G1216常常用一种G12228为G3822进制（如4进制，8进制，16进制G12573）的基带信G2507。G3822进制数字调制G17745波G2454数G7389M种G993G2528的G2474值，G3822进制数字调制比二进制数字调制G7389两个G12373G1998的优点一是G7389于G3822进制数字信G2507G2559G7389更G3822的信G5699使频带利用率更高；二是在G11468G2528的信G5699速率下持续时间G19283，可G1209提高G11733G1815的能G18339，G1186G13792G1955小G11013于信G17959G10317性引G17227的G11733间G5190G6212。G10628实中用G5483最G3822的一种调制方G5347是G3822进制G11468G12239键G6523（MPSK）。G3822进制G11468G12239键G6523G2460G12228为G3822G11468制，G3252为基带信G2507G7389M种G993G2528的状态，G6164G1209G4439的G17745波G11468位G7389M种G993G2528的G2474值，这G1135G2474值一般为G12573间G19560。在G3822G11468制G12239键G6523G7389绝对G12239G11468和G11468对G12239G11468两种，实G19481中G3835G3822G18331用G3247G11468绝对G12239G11468键G6523（4PSK，G7389G12228QPSK），G3247G11468制的G11468位G73890G451/2G451G4513/2G3247种，分G2047对G5224G3247种状态11G45