基于MATLAB的数字调制性能仿真与比较

1、基于MATLAB的数字调制性能仿真与比较基于MATLAB的数字调制性能仿真与比较 作者姓名： 专业名称： 指导老师：- 35 -摘要利用Matlab作为编程工具，对二进制数字调制系统进行了分析，设计了二进制数字调制系统模型，并对模型的仿真流程以及仿真结果进行具体分析，加强对理论知识的学习和掌握。随着通信系统的不断发展，通信技术越来越受到重视，其中二进制数字调制系统也得到了全面的发展，作为通信专业的学生更应该熟练地掌握通信的知识，但是仅仅通过书面的知识难免太过于抽象。Matlab是一款功能强大的应用工具软件，Matlab提供了可视化的系统仿真环境，可以方便、灵活的建立各种形象的仿真模型，让抽象的

2、理论通过图形形象的呈现在我们眼前。本文即利用Matlab建立通信仿真模型对理论知识加深学习。经过最近对通信原理的学习，本文中对通信系统中的二进制数字调制系统进行编程和仿真，并对结果进行比较和分析。数字信号有两种传输方式，分别是基带传输方式和调制传输方式，即带通，在实际应用中，因基带信号含有大量低频分量不利于传送，所以必须经过载波和调制形成带通信号，通过数字基带信号对载波某些参量进行控制，使之随基带信号的变化而变化，这一过程即为数字调制。数字调制为信号长距离高效传输提供保障，现已广泛应用于生活和生产中。另外根据控制载波参量方式的不同，数字调制主要有振幅键控（ASK），频移键控(FSK)，相移键控

3、(PSK) 三种基本形式。本次设计针对二进制的2ASK、2FSK、2PSK进行讨论，应用Matlab矩阵实验室进行仿真，分析和修改，通过仿真系统生成一个人机交互界面，以利于仿真系统的操作。通过对系统的仿真，更加直观的了解数字调制系统的性能及影响其性能的各种因素，以便于比较，评论和改进。关键词 ：MATLAB 数字调制 振幅键控 频移键控 相移键控AbstractUsing Matlab as a programming tool , the binary digital modulation system analysis, design binary digital modulation s

4、ystem model , a specific analysis and model simulation process and simulation results strengthen the theoretical knowledge to learn and master.With the continuous development of communication systems , communication technology is more and more attention , in which the binary digital modulation syste

5、m been fully developed as a communications professional students should be proficient in the communication of knowledge , but only through the written knowledge inevitably too too abstract . Matlab is a powerful application tools , Matlab provides a visualization system simulation environment , Conv

6、enient and flexible simulation model, the establishment of a variety of image abstract theories through graphic image in front of us . This article namely the use of the Matlab to to establish communication simulation model to to deepen learning the theoretical knowledge . After a recent study on th

7、e communication principle , this paper binary digital modulation communication system programming and simulation , and the results were analyzed .Digital signal there are two transmission modes , respectively, baseband transmission manner and modulation transmission mode , i.e. , band-pass , in prac

8、tical applications , a baseband signal containing a large number of low - frequency component is not conducive to transmission , so must be after the carrier and the modulation is formed with a communication number , through the digital baseband signal to control certain parameters of the carrier ,

9、so that the signal with random changes , this process is known as the digital modulation . Digital modulation signals over long distances efficient transmission to provide protection , is now widely used in the life and production . Further , different ways according to the parameters of the control

10、 carrier , digital modulation and amplitude modulation ( ASK ) , frequency modulation (FSK), phase modulation (PSK) are three basic forms . The topics for discussion of the application of Matlab Matrix Laboratory on binary 2ASK, 2FSK, 2PSK simulation , analysis and modification , A man-machine inter

11、face generated by the simulation system , in order to facilitate the operation of the simulation system . Simulation system , a more intuitive understanding of digital modulation system performance and affect the performance of a variety of factors , in order to compare , review and improve .Keyword

12、s: MATLAB, Digital modulation, ASK, FSK, PSK目录摘要IAbstractII目录II前言21 绪论21.1 通信技术的历史和发展21.1.1 通信的概念21.1.2 通信的发展史简介21.2 数字调制技术21.3 数字调制的发展现状和趋势21.4 数字调制方式22 MATLAB仿真技术22.1 通信系统仿真简介22.2 MATLAB简介22.3 Simulink建模环境简介23 二进制数字调制系统原理分析23.1 二进制振幅键控（2ASK）23.2 二进制频移键控（2FSK）23.3 二进制相移键控（2PSK）24 数字调制系统仿真的编程实现24.1

13、2ASK系统的编程实现24.2 2FSK系统的编程实现24.3 2PSK系统的编程实现24.4 时域特性的比较25 数字调制系统的Simulink仿真25.1 基带频移键控25.2 基带相移键控25.3 性能比较2总结2致谢2参考文献2前言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。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

14、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。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。现代通信的发展趋势为数字化，随着现代通信技术的不断开发，数字调制技术已日趋成熟，在各个领域都得到了广泛的应用和认同。现代社会发展要求通信系统功能越来越强，性能越来越高，构成越来越复杂；这就要借助于功能强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。现代计算机科学技术快速发展，已经研发

15、出了新一代的可视化的仿真软件。这些功能强大的仿真软件，使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的发展。本文使用的是功能强大的MATLAB软件。MATLAB是一种使用简便的、特别适用于科学研究和工程计算的高级语言，与其他计算机语言相比，它的特点是简洁和智能化，具有极高的编程和调试效率。通过使用MATLAB工具箱函数对数字调制进行仿真，更能直观彻底的掌握数字通信，数字调制的原理。有助于我们的学习和研究，加深对知识的理解和运用。MATLAB的便利性还体现在它的仿真结果还可以存放到MATLAB 的工作空间里做事后处理。方便我们修改参数对不同情况下的输出结

16、果进行对比。由于MATLAB和SIMULINK是集成在一起的，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。本文利用MATLAB软件来仿真二进制数字调制系统，包括2ASK，2FSK，2PSK的调制过程。1 绪论通信按照传统的理解就是信息的传输。在当今高度信息化的社会,信息和通信已成为现代社会的“命脉”。信息作为一种资源,只有通过广泛传播与交流,才能产生利用价值、促进社会成员之间的合作、推动社会生产力的发展、创造出巨大的经济效益。而通信作为传输信息的手段或方式,与传感技术、计算机技术相互融合，已成为21世纪国际社会和世界经济发展的强大推动力。可以预见，未来的通信对人们的生活方式和社

17、会的发展将会产生更加重大和意义深远的影响。1.1 通信技术的历史和发展通信的目的是传递消息中所包含的信息。消息是物质或精神状态的一种反映,在不同时期具有不同的表现形式。例如:话音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等都是消息(message)。人们接收消息,关心的是消息中所包含的有效内容,即信息(infomation)。通信则是进行信息的时空转移,即把消息从一方传送到另一方。基于这种认识,“通信”也就是“信息传输”或“消息传输”。 实现通信的方式和手段很多,如手势、语言、旌旗、消息树、烽火台和击鼓传令,以及现代社会的电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网、数据和计算机通信等,这些都是消息传递

18、的方式和信息交流的手段。 1837年莫尔斯发明的有线电报开创了利用电传递信息(即电信)的新时代;1876年贝尔发明的电话已成为我们日常生活中通信的主要工具;1918年,调幅无线电广播、超外差接收机问世;1936年,商业电视广播开播;,伴随着人类的文明、社会的进步和科学技术的发展,电信技术也是以一日千里的速度飞速发展。电信技术的不断进步导致人们对通信的质与量提出了更高的要求,这种要求反过来又促进了电信技术的完善和发展。如今,在自然科学领域涉及“通信”这一术语时,一般是指“电通信”。广义来讲,光通信也属于电通信,因为光也是一种电磁波。本书中讨论的通信均指电通信。 1.1.1 通信的概念通信就是克服

19、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）。消息由模拟消息（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，信号是消息的物资载体。相应的信号可以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

20、是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，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。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高要求。1.1.2 通信的发展史简介远古时代，远距离的传递消息是以书信的形式来完成的，这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息，人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。1837年发明的莫

21、尔斯电磁式电报标志着电通信的开始。之后，利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876年贝耳发明了电话，利用电信号实现了语音信号的有线传递，使信息的传递变得既迅速又准确，这标志着模拟通信的开始，由于它比电报更便于交流使用，所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的电话通信技术比电报得到了更为迅速和广泛的发展。1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现，使得数字通信迅速发展。在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替，现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。数

22、字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途1.2 数字调制技术数字信号在信号处理、传输、再生、交换、加密信号质量等许多方面比模拟信号优越，因此数字通信发展很快，而且在许多领域取代了模拟通信。数字调制是数字通信中的重要部分。数字调制又可分为基带调制和频带调制。把频谱从零开始而未经调制的数字信号所占用的频率范围叫基带频率，简称基带。利用基带信号直接传输的方式称为基带传输。通信按照传统的理解就是信息的传输与交换。在当今信息社会，通信则与遥感，计算技术紧密结合，成为整个社会的高级“神经中枢”。没有通信，人类社会是不可想象的。一般来说，社会生产力水平要求社会通信水平与之相适应。若通

23、信水平跟不上，社会成员之间的合作程度就受到限制。可见，通信是十分重要的。 信息传输的消息是多种多样的，可以是符号的，文字的，数据和图像的等等。各种不同的消息可以分为两类：一类称为离散消息；另一类称为连续消息。离散消息的状态是可数的或离散的，比如符号，文字或数据等。离散消息也称数字消息。而连续消息则是其状态连续变化的消息，例如，连续变化的语音，图像等。连续消息也称模拟消息。因此按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号可以将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。 数字通信有以下突出的特点：第一，数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错，原则上是可以控制的。第二，当需要保密的时候，可以有效的对基带

24、信号进行人为的“扰乱”，即加上密码。数字通信系统模型如图1.1所示：编码器调制器信道解调器译码器受信者解密器信息源加密器噪 声 源图1.1 数字通信系统模型数字通信在近20年来得到了迅速的发展，其原因是：（1） 抗干扰能力强（2） 便于进行各种数字信号处理（3） 易于实现集成化（4） 经济效益正赶上或超过模拟通信（5） 传输与交换可结合起来，传输电话与传输数据也可结合起来，成为一个统一整体，有利于实现综合业务通信网。本设计主要研究数字通信过程中的调制过程。从原理上说受调载波可以是任意的，只要已调信号适合心动的传输就可以了，但是实际上，大多数通信系统中，都选择正弦信号作为载波。这是因为正弦信号简

25、单，便于产生和接收。 1.3 数字调制的发展现状和趋势进入20世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。特别是在20世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。（1） 微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。（2） 移动通信和卫星通信的出现，使人们随时随地可通信的愿望可以实现。（3） 光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。（4） 电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和计算机的融合，人们将世界变成了地球村。（5） 微电子技术的发展，使通

26、信终端的体积越来越小，成本越来越低，范围越来越广。例如2003年我国的移动电话用户首次超过了固定电话用户。根据国家信息产业部的统计数据，到2005年底移动电话用户近4亿。 随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。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。本文中提到的调制方式大都是可以实用的，已经采用多年，并且至今仍然被采用着。但是，这些调制方法还不是很完善，有许多值得改进之处。因此，在这些基本的数字调制方法基础上，多年来不断研究出新的或改进的调制方

27、法。实际上，在基本的和先进的调制方法之间并没有明确的界限。这些方法都是不间断地发展出来的，后来者自然比原有者更先进。此外，随着技术的进步，特别是超大规模集成电路和数字信号处理技术的发展，使得复杂的电路设计得以用少量的几块即成电路模块实现，有些硬件电路的功能还可以用软件代替实现。因此使得一些较复杂的调制技术能够容易地实现并投入使用。这方面的条件使得新的更复杂的调制体制迅速地不断涌现。目前，改进的数字调制方式主要有偏置正交相移键控， p/4正交差分相移键控，最小频移键控，高斯最小频移键控，正交频分复用，网格编码调制等。1.4 数字调制方式数字调制就是将数字符号变成适合于信道传输的波形。所用载波一般

28、是余弦信号，调制信号为数字基带信号。利用基带信号去控制载波的某个参数，就完成了调制。调制的方法主要是通过改变余弦波的幅度、相位或频率来传送信息。其基本原理是把数据信号寄生在载波的上述三个参数中的一个上，即用数据信号来进行幅度调制、频率调制或相位调制。数字信号只有几个离散值，因此调制后的载波参数也只有有限个值，类似于用数字信息控制开关，从几个具有不同参量的独立振荡源中选择参量，为此把数字信号的调制方式称为“键控”。数字调制分为调幅、调相和调频三类，分别对应“ 振幅键控”（ASK）、“相移键控”（PSK）和“频移键控”（FSK）三种数字调制方式。在“振幅键控”方式中，当“1”出现时接通振幅为A的载

29、波，“0”出现时关断载波，这相当于将原基带信号（脉冲列）频谱搬到了载波的两侧。如果用改变载波频率的方法来传送二进制符号，就是“频移键控”的方法，当“1”出现时是低频，“0”出现时是高频。这时其频谱可以看成码列对低频载波的开关键控加上码列的反码对高频载波的开关键控。如果用“0”和“1”来改变载波的相位，则称为“相移键控”。这时在比特周期的边缘出现相位的跳变，但在间隔中部保留了相位信息。接收端解调通常在其中心点附近进行。一般来说，PSK系统的性能要比开关键控FSK系统好，但必须使用同步检波。调制的基本原理是用数字信号对载波的不同参量进行调制，其基本公式如下：载波S（t） = Acos（t+） (1

30、-1)S（t）的参量包括：幅度A、频率、初相位，调制就是要使A、或随数字基带信号的变化而变化。其中ASK调制方式是用载波的两个不同振幅表示0和1；FSK调制方式是用载波的两个不同频率表示0和1；而PSK调制方式是用载波的起始相位的变化表示0 和1。根据传输信号是二进制信号还是多进制信号和对载波的哪个参数进行调制，可以把数字频带传输分为：l 二进制、多进制数字振幅键控（ASK）l 二进制、多进制数字频移键控（FSK）l 二进制、多进制数字相移键控（PSK）l 二进制、多进制差分相移键控（DPSK）除上面所述的二相位、二频率和二幅度系统外，还可以采用各种多相位、多振幅和多频率的方案。在DVB系统中

31、卫星传输采用QPSK，有线传输采用QAM方式，地面传输采用COFDM（编码正交频分复用）方式。但ASK、PSK和FSK这三种数字调制方式仍是最主要的，所以本文要对这三种调制技术分别进行具体介绍。2 MATLAB仿真技术MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。2.1 通信系统仿真简介随着科学技术、仿真理论及计算机的不断发展，仿真技术不断提高。在如今的科学研究中，仿真技术提高了科学研究水平，缩短了科学研究周期、降低了科学研究成本及风险、促进了各不同领域学

32、科融合、加速了科研成果转化为生产力。可以说仿真技术已成为科学研究中必不可少的实用技术。因此在现代科学研究及应用中，仿真技术被广泛应用于数学、物理、电子、通信、医学、生物等众多领域。所谓系统仿真，通俗的说就是模型试验，它是指通过系统模型试验去研究一个已经存在的或者正在设计的系统的过程。系统仿真，它不是对原型的简单再现，而是按照研究的侧重点对系统进行提炼，以利于研究者抓住问题的本质，这种建立在模型系统上的实验技术，称为仿真技术。仿真方法可以分为3类：实物仿真、数学仿真和半实物仿真。系统仿真的研究重点在于仿真环节，即在模型建立之后，设计适当的算法，并编制成计算机程序。因此，便产生了很多仿真算法和仿真

33、软件，其中以MATLAB提供的动态仿真工具Simulink最为耀眼，它不仅具有强大的功能，并且具有很好的实用性。MATLAB就是大量的计算机仿真软件中的优秀代表，它在科学研究特别是电子信息科学中有着极为广泛的应用。MATLAB现已被广泛应用于数学、通信、信号处理、自动控制、神经网络、图形处理等许多不同学科的研究中。仿真是衡量系统性能的工具，它通过仿真模型的仿真结果来推断原系统的性能，从而为新系统的建立或原系统的改造提供可靠的参考。实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对这个系统做出的任何改变都可能影响到整个系统的性能和稳定。因此，在对原有的通信系统做出改进或建立一个新系统之前，通常需要对

34、这个系统进行建模和仿真，通过仿真结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数设置，然后再应用于实际系统中。这个过程就是通信仿真。通信系统仿真可以分成离散事件仿真和连续事件仿真。在离散事件仿真中，仿真系统只对离散事件做出反应，而在连续事件仿真中，仿真系统对输入信号产生连续的输出信号。离散事件仿真是对实际通信系统的一种简化，它的仿真建模比较简单，整个仿真过程需要花费的时间也比连续仿真少。虽然离散事件仿真舍弃了一些仿真细节，在有些场合显得不够具体，但仍然是通信系统仿真的主要形式。2.2 MATLAB简介美国Mathworks公司于1967年推出了矩阵实验室“Matrix Laboratory

35、”（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。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。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

36、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。但是Simulink不能脱离MATLAB而独立工作。Matlab将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，而且利用Matlab产品的开放式结构，可以非常容易地对Matlab的功能进行扩充，从而在不断深化对问题认识的同时，不断完善Matlab产品以提高产品自身的竞争能力。利用M语言还开发了相应的Matlab专业工具箱函数供用户直接使用。这些工具箱应用的算法是开放的可扩展的，用户不仅可以查看其中的算法，还可

37、以针对一些算法进行修改，甚至允许开发自己的算法扩充工具箱的功能。目前Matlab产品的工具箱有四十多个，分别涵盖了数据获取、科学计算、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域。2.3 Simulink建模环境简介近几年，在学术界和工业领域，Simulink已成为在动态系统领域建模和仿真方面分，Simulink具有相对独立的功能和使用方法。确切的说，它是一个用来对动态系统进行建模、应用最广泛的软件包之一 。它的魅力在于强大的功能和简便的操作。作为MATLAB的重要组成部仿真和分析的软件包。它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采

38、样频率的系统，而且系统可以是多进程的。在Simulink环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直观地"画"出系统模型，然后直接进行仿真。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就像你用手和纸来画一样容易。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包含有SINKS（输出方式）、SOURCE（输入源）、LINEAR（线性环节）、NONLINEAR（非线性环节）、CONNECTIONS（连接与接口）和EXTRA（其他环节）子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模，用户也可以定制和创建用户自己的模块。用Simu

39、link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。用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。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一大类仿真非常有用。采用SCOPE模块和其他的画图模块，在仿真进行的同时，就可观看到仿真结果。除此之外，用户还可以在改变参数后来迅速观看系统中发生的变化情况。仿真的结果还可以存放到MATLAB的

40、工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和平衡点分析工具、MATLAB的许多工具及MATLAB的应用工具箱。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。3 二进制数字调制系统原理分析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，在二进制数字调制中，载波的幅度、频率和相

41、位只有两种变化状态。相应的调制方式有二进制振幅键控(2ASK)、二进制频移键控(2FSK)和二进制相移键控(2PSK)。3.1 二进制振幅键控（2ASK）这种调制方式是根据基带信号的不同，调节正弦波的幅度。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。原理图如图3.1所示：基带信号2ASK 图3.1 2ASK调制原理波形图2ASK信号的一般表达式为： (3-1)2ASK的已调信号的幅度受s(t)控制，也就是说它的幅度上携带有s(t)的信

42、息。2ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法。模拟调制法就是用基带信号与载波相乘，进而把基带信号调制到载波上进行传输。键控法由s(t)来控制电路的开关进而进行调制。如图3.2所示为2ASK调制原理框图：乘法器二进制不归零信号s(t)coswcte2ASK(t)图3.2 2ASK调制原理框图3.2 二进制频移键控（2FSK）所谓FSK就是用数字信号去调制载波的频率。即用两个不同频率承载二进制1和0的系统。在基带信号为1时载波频率为f1，当基带信号为0时载波频率为f0，这样调制信号就在基带信号的控制下调制在不同的频率上。可看作是两个不同载波频率的ASK已调信号之和。原理图如

43、图3.3所示：基带信号2FSK 图3.3 2FSK调制原理波形图2FSK信号的一般表达式为： (3-2)2FSK信号产生的方法可分为两种，一种是通过模拟调频电路来实现，另一种可以采用键控法来实现，键控法即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同独立的频率源进行选通，使其在每一个码元Ts期间输出f0或f1两个载波之一。如图3.4所示为2FSK调制原理框图：振荡器 f1振荡器 f0反相器选通开关选通开关相加器基带信号e2FSK(t)图3.4 2FSK调制原理框图3.3 二进制相移键控（2PSK）所谓PSK就是根据数字基带信号的两个电平使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方

44、法。这里用数字基带信号去对相位相差180度的两个载波进行选择。当基带信号为0时调制信号相位从180度开始，当基带信号为1时调制信号相位从0度开始。原理图如图3.5所示：基带信号 2PSK 图3.5 2PSK调制原理波形图2PSK信号的一般表达式为： (3-3) 2PSK信号的调制原理框图如图3-6所示。与2ASK信号产生方法相比较，只是对s(t)的要求不同，在2ASK中s(t)是单极性的，而在2PSK中s(t)是双极性的基带信号。如图3.6所示为2PSK调制原理框图：码型变换s(t)乘法器双极性不归零e2PSK(t)coswct图3.6 2PSK调制原理框图4 数字调制系统仿真的编程实现本毕业

45、设计借助MATLAB的M文件编程功能，对2ASK,2PSK,2FSK进行调制设计并比较分析，并绘制出调制后的时域波形，软件仿真可在已有平台上实现。4.1 2ASK系统的编程实现振幅键控是利用载波幅度的变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。用于研究、描述2ASK信号调制的时域特性的MATLAB程序如下：close all;clear all;s=round(rand(1,10); %产生数值为0或1的随机矩阵t=0:2*pi/99:2*pi;m1=;c1=;for n=1:length(s) if s(n)=0; m=zeros(1,100); else %s(n)=1; m=ones

46、(1,100); end c=sin(2*t); m1=m1 m; c1=c1 c;end a=c1.*m1;subplot(3,1,1);plot(m1);title('基带信号');ylim(-0.2 1.2);subplot(3,1,2);plot(c1);title('载波信号');ylim(-1.2 1.2);subplot(3,1,3);plot(a);title('2ASK已调信号');ylim(-1.2 1.2);程序运行结果如图4.1所示：图4.1 2ASK信号时间波形4.2 2FSK系统的编程实现频移键控是利用载波频率的变化来

47、传递数字信息。而其振幅和初始相位保持不变。用于研究、描述2FSK信号调制的时域特性的MATLAB程序如下：close all;clear all;s=round(rand(1,10); %产生数值为0或1的随机矩阵t=0:2*pi/99:2*pi;m1=;c1=;b1=;d1=;e1=;for n=1:length(s) if s(n)=0; m=ones(1,100); c=sin(5*t); b=zeros(1,100); else %s(n)=1; m=ones(1,100); c=sin(2*t); b=ones(1,100); end d=sin(5*t); e=sin(2*t);

48、m1=m1 m; c1=c1 c; d1=d1 d; e1=e1 e; b1=b1,b;end f=c1.*m1;subplot(4,1,1);plot(b1);title('基带信号');ylim(-0.2 1.2);subplot(4,1,2);plot(d1);title('载频f0');ylim(-1.2 1.2);subplot(4,1,3);plot(e1);title('载频f1');ylim(-1.2 1.2);subplot(4,1,4);plot(f);title('2FSK已调信号');ylim(-1.2 1

49、.2);程序运行结果如图4.2所示：图4.2 2FSK信号时间波形4.3 2PSK系统的编程实现相移键控是利用载波相位的变化来传递数字信息，而其振幅和频率保持不变。用于研究、描述2PSK信号调制的时域特性的MATLAB程序如下：close all;clear all;s=round(rand(1,10); %产生数值为0或1的随机矩阵t=0:2*pi/99:2*pi;m1=;c1=;b1=;for n=1:length(s) if s(n)=0; m=-ones(1,100);b=zeros(1,100); else %s(n)=1; m=ones(1,100);b=ones(1,100);

50、end c=sin(2*t);m1=m1 m;c1=c1 c;b1=b1,b;end p=c1.*m1;subplot(3,1,1);plot(b1);title('基带信号');ylim(-0.2 1.2);subplot(3,1,2);plot(c1);title('载波信号');ylim(-1.2 1.2);subplot(3,1,3);plot(p);title('2PSK已调信号');ylim(-1.2 1.2);程序运行结果如图4.3所示：图4.3 2PSK信号时间波形4.4 时域特性的比较通过对这三种二进制数字调制系统的编程实现，描

51、述了它们的时域特性，我们从中可以看出2ASK，2FSK，2PSK它们的联系在于它们都是用数字基带信号去调制高频正弦波，区别在于2ASK是用频率相同而载波幅度不同来区分0和1；2FSK是利用两个不同频率的载波来分别表示0和1，载波幅度相同；2PSK是利用载波的初始相位不同（幅度和频率相同）来表示0和1，一般一个初始相位为0，另一个为。如图4.4所示为三种二进制数字调制系统与基带信号的时域特性比较：图4.4 2ASK、2FSK、2PSK时域特性比较5 数字调制系统的Simulink仿真本毕业设计借助MATLAB中Simulink的模块库对主要的数字调制系统进行仿真，由于Simulink模块库中没有

52、与ASK相关的调制、解调模块，无法对ASK进行数字调制仿真，所以本章就对2FSK和2PSK进行Simulink仿真设计，绘制出调制后的频谱图。为了便于比较，建立了两个条件基本一致的仿真系统，即相同的信号源（随机整数发生器），相同的传输环境及参数（加性高斯白噪声环境，FSK和PSK的信噪比均为-3dB），相同的频谱仪及参数，都是基带调制、解调模块。5.1 基带频移键控用二进制数字基带信号控制载频的频率实现调制称为频移键控FSK。如图5.1所示是2FSK的仿真实验框图：图5.1 2FSK基带调制仿真系统各模块的主要参数设置如下：表5-1 Random-Integer Genrrator（随机整数发

53、生器）的主要参数n 模块名称 Random-Integer Genrratorn 位置 Communications BlocksetComm Sources参 数 名 称参 数 值M-ry number（元数）2Initial seed（初始化种子）12345Sample time（采样时间）0.1Frame-based output（基于帧输出）使能Sample per frame（每帧采样数）10表5-2 Spectrum Scope（频谱仪）的主要参数n 模块名称 Spectrum Scopen 位置 DSP BlocksetDSP Sinks参 数 名 称参 数 值Buffer si

54、ze（缓存长度）1024Buffer overlap（缓存交叠）512FFT length（FFT长度）1024Number ofspectral averages（谱（计算）平均（点）数）64Scope position（显示器位置）get(0,defaultfigureposition)Frequency units（频率单位）HertzFrequency range （频率范围）-Fs/2.Fs/2Amplitude scaling（幅度刻度）dBInherit sample increment from input（与输入信号采样时间一致）使能MinmumY-limit(Y轴最小刻度)

55、-50MaxmumY-limit(Y轴最大刻度)30表5-3 M-FSK Modulator Baseband（基带M-FSK调制器）的主要参数n 模块名称 M-FSK Modulator Basebandn 位置 Communications BlocksetModulationDigital Bseband Modulation参 数 名 称参 数 值M-ray number（元数）2Input type（输入类型）BitSymbol set ordering（符号排序）Binary（二进制）Frequency separation（Hz）（频率间隔）10Phase continuity（相位连续性）Discontinuous（不连续）Sample per symbol（每符号采样数）16表5-4 AWGN Channel（加性高斯白噪声信道）的主要参数n 模块名称 AWGN Channeln 位置Communications BlocksetChannels参 数 名 称参 数 值Initial