System通信基础原理 3

第4章数字调制方式的MATLAB/Simulink仿真12简单数字调制仿真正交幅度调制仿真124.1简单数字调制仿真二进制数字振幅调制与解调2ASK信号的相干解调原理振幅键控是利用正弦载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。根据二进制振幅键控（2ASK）的基本原理，可以写出2ASK信号的一般表达式：2ASK信号有两种调制方法：“模拟调幅法”和“键控法”；两种解调方法：相干解调和非相干解调。2ASK信号模拟调幅法调制原理3二进制数字振幅调制与解调4.1简单数字调制仿真2ASK调制与解调仿真波形采用程序实现了对随机产生的二进制数字基带信号的2ASK模拟调幅调制与相干解调，并绘制调制后的波形。4二进制数字振幅调制与解调4.1简单数字调制仿真2ASK信号调制与解调的仿真模型采用Simulink实现对2ASK信号调制与相干解调的仿真，仿真模型如下。5二进制数字振幅调制与解调4.1简单数字调制仿真2ASK信号调制与解调的Simulink仿真结果采用Simulink实现对2ASK信号调制与相干解调的仿真，仿真结果如下。6多进制数字振幅调制与解调4.1简单数字调制仿真M进制数字振幅键控信号的时间波形M进制数字振幅键控（MASK）信号的载波幅度有M种取值，在每个符号时间间隔内发送其中一种幅度的载波信号，基本表达式为：7多进制数字振幅调制与解调4.1简单数字调制仿真4ASK的调制与解调的仿真结果采用程序实现对4ASK信号调制与相干解调的仿真，仿真结果如下图所示。8二进制数字频率调制4.1简单数字调制仿真2FSK调制原理图（数字键控法）频移键控是利用正弦载波的频率变化来传递数字信息，而其幅度和初始相位保持不变。2FSK解调原理图（相干解调法）9二进制数字频率调制4.1简单数字调制仿真2FSK的调制与解调的仿真结果采用程序实现对2FSK信号调制与相干解调的仿真，仿真结果如下图所示。10二进制数字频率调制4.1简单数字调制仿真2FSK数字键控法的Simulink仿真模型用Simulink实现对2FSK信号调制与解调的仿真，仿真模型如下图所示。11二进制数字频率调制4.1简单数字调制仿真2FSK数字键控法的Simulink仿真结果用Simulink实现对2FSK信号调制与解调的仿真，仿真结果如下图所示。12多进制数字频率调制4.1简单数字调制仿真4FSK数字频移键控信号的时间波形多进制频移键控（MFSK）是二进制频移键控（2FSK）的推广，用M个不同频率的载波代表M种码元，基本表达式为：13多进制数字频率调制4.1简单数字调制仿真4FSK信号的MATLAB仿真结果采用程序实现对4FSK信号调制，仿真结果如下图所示。14二进制数字相位调制4.1简单数字调制仿真数字相位调制是利用正弦载波的相位变化来传递数字信息，而其频率和幅度保持不变。对于二进制数字相位调制（2PSK），信号可以表示为15二进制数字相位调制4.1简单数字调制仿真采用程序实现对二进制数字基带信号进行2PSK调制与解调，并绘制各阶段的波形。仿真结果如下图所示。2PSK调制与解调的MATLAB仿真结果16二进制数字相位调制4.1简单数字调制仿真采用Simulink实现对2PSK信号调制与相干解调的仿真，仿真模型如下图所示。2PSK信号调制与解调的Simulink仿真模型17二进制数字相位调制4.1简单数字调制仿真

2PSK信号的Simulink仿真结果如下图所示，示波器显示波形从上到下分别为基带信号、2PSK信号和解调信号。2PSK信号调制与解调的Simulink仿真结果18多进制数字相位调制4.1简单数字调制仿真多进制相移键控（MPSK）是利用载波的多种不同相位来表征数字信息的调制方法。其一般表达式为：M=4时，4PSK又称为正交相移键控（QuadraturePhaseShiftKeying，QPSK），可用四个不同相位表示四组码元，即00，01，10，11。根据相位的不同取值，可分为A方式和B方式，信号矢量图如下图所示。QPSK信号矢量图19多进制数字相位调制4.1简单数字调制仿真QPSK信号调制解调原理20多进制数字相位调制4.1简单数字调制仿真QPSK信号的调制解调仿真结果采用程序实现对二进制数字基带信号的QPSK调制与解调，并绘制各阶段的波形。仿真结果如下图所示。21正交幅度调制简介4.2正交幅度调制仿真正交幅度调制（QAM）是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式，相同信噪比下，MQAM的误码率最低。在QAM信号体制中，一个QAM码元可表示为M=4、16、64、256的QAM星座图22正交幅度调制仿真4.2正交幅度调制仿真采用程序用于仿真QAM调制与解调：首先产生随机信号，用QAM调制；然后分别绘出发射端和接收端的星座图；最后解调并计算出误码率。随机信号序列23正交幅度调制仿真4.2正交幅度调制仿真发射信号和接收信号的的星座图16QAM信号的解调结果24MSK和GMSK简介4.3最小移频键控与高斯最小移频键控

MSK信号调制过程最小频移键控（MinimumShiftKeying，MSK）是2FSK的一种改进，它是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK信号，有效解决了2FSK信号因相位不连续所致的频谱扩展问题。MSK信号调制过程如图所示。25MSK和GMSK简介4.3最小移频键控与高斯最小移频键控

GMSK调制

MSK虽然具有信号功率谱在主瓣以外衰减较快、占用的带宽窄、频谱利用率高、抗干扰性强等优点，但在一些通信场合（如移动通信），对信号带外辐射功率的限制十分严格，比如要求衰减70～80dB以上，从而减小对邻道的干扰，但MSK不能满足这一要求，因此业界提出了高斯最小频移键控（GMSK）。GMSK是以MSK为基础，在其调制前将矩形信号脉冲先通过一个高斯型的低通滤波器，这使得基带方波变得圆滑，从而对已调信号的功率谱进行控制，使之更加集中，如图所示。26MSK和GMSK仿真4.3最小移频键控与高斯最小移频键控

MSK、GSK调制、解调信号波形及附加相位在MATLAB的CommunicationsToolbox通信工具箱中，提供了用于实现MSK调制、解调的系统对象comm.MSKModulator、comm.MSKDemodulator，以及用于GMSK调制、解调的系统对象comm.GMSKModulator、comm.MSKDemodulator，它们属于CommunicationsToolbox的一部分。27MSK和GMSK仿真4.3最小移频键控与高斯最小移频键控MSK、GSK信号的功率谱对比MSK、GSK信号的功率谱曲线如图所示。从图中可以看出，GMSK信号的功率谱边瓣衰减快于MSK信号，因此可以降低带外辐射。28MSK和GMSK仿真4.3最小移频键控与高斯最小移频键控MSK、GMSK系统的仿真模型用Simulink实现对MSK、GMSK信号调制与解调过程的仿真，仿真模型如图所示。29MSK和GMSK仿真4.3最小移频键控与高斯最小移频键控示波器显示示波器显示波形如左图所示，从上至下分别是原始基带信号、MSK信号解调后基带信号、GMSK信号解调后基带信号。MSK、GMSK信号的功率谱曲线如右图所示。从图中可以看出，GMSK信号的功率谱边瓣衰减明显快于MSK信号，因此可以降低带外辐射。MSK、GMSK信号的功率谱对比30MSK和GMSK仿真4.3最小移频键控与高斯最小移频键控

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