畢業論文-基于simulink的數字調制與解調仿真(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 間隔計算二進制頻移鍵控信號的帶寬 ，則二進制頻移鍵控信號的帶寬 為 （ 316） 其中 圖 332 為相位不連續二進制頻移鍵控信號的功率譜示意圖。 圖 332 相位不連續二進制頻移鍵控信號的功率譜示意圖 (2)相位連續的 2FSK 直接調頻法是一中非線性的調制，由此而獲得的 2FSK 信號的功率譜不像 2ASK信號那樣，也不同于相位不連續的 2FSK 信號的功率譜，它不可以直接通過基帶信號頻譜在頻率軸上搬移 ，也不可能用這種搬移后頻譜的線性疊加來描繪。因此對相位連續的 2FSK 信號頻譜的分析是十分復雜的。 3． 3． 3 2FSK 信號的解調及系統的誤碼率 數字調頻信號的解調方法很多，可以分為線性鑒頻法和分離濾波法兩大類。線性鑒頻法有模擬鑒頻法、過零檢測法、差分檢測法，分離濾波法又包括相干檢測法、非相干檢測法以及動態濾波法等。有非相干解調方法也有相干解調方法。 （ 1）包絡檢測法 2FSK 信號的包絡檢測方框圖如圖 333 所示用兩個窄帶的分路濾波器分別濾出頻率為 和 的高頻脈沖 ，經包絡檢測后分別取出它們的 包絡。把兩路輸出同時送到抽樣判決器進行比較，從而判決輸出基帶數字信號。 圖 333 2FSK 信號的包絡檢測方框圖 （ 2）同步檢測波法 原理方框圖如圖 334 所示。其中兩個帶通濾波器的作用同上，起到分路的作用，它們的輸出分別與相應的同步載波相乘，再分別經過低通濾波器取出含基帶數字信息的低頻信號，濾掉二倍頻信號，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號進行比較判決，即可還原出基帶數字信號 。 圖 334 2FSK 信號的相干檢測方框圖 包絡檢測時， 2FSK 系統的誤碼率計算可認為信道噪聲為高斯白噪 聲，兩路帶通信號分別經過各自的包絡檢器已經檢出了帶有噪聲的信號包絡 和 。 對應頻率 的概率密度函數為：發 1時為萊斯分布，發 0時為瑞利分布； 對應頻率 的概率密度函數為：發 1時為瑞利分布，發 0時為萊斯分布。則系統的誤碼率為 （ 317） 由上式公式可見，包絡解調時 2FSK 系統的誤碼率將隨輸入信噪比的增加而形成指數規律下降。 相干解調時的系統誤碼率與包絡解調時的情況有所不同，其不同之處在于帶通濾波器后接有乘法器和低通通濾波 器，低通通濾波器輸出的就是帶有噪聲的有用信號，它們的概率密度函數均屬于高斯分布。經過計算，系統的誤碼率為 （ 318） 3． 4 2PSK (Phase Shift Keying) 信號調制與解調的原理 3． 4． 1 一般原理與實現方法 數字相位調制又稱相移鍵控，記作 PSK (Phase Shift Keying)。二進制相移鍵控記作 2PSK。它們是利用載波振蕩相位的變化來傳送數字信息的。在二進制數字解調中，當正弦載波的相位 隨二進制數字基帶信號離散變化，則就產生二進制移相鍵控（ 2PSK）信號。 通常用已調信號載波的 和 分別表示二進制數字基帶信號的 1 和 0。二進制移相鍵控信號的時域表達式為 （ 319） 其中 與 2ASK 和 2FSK 時的不同，在 2PSK 調制中， 應選擇雙極性的，即 （ 320） 若 g(t)是脈寬為 、高度為 1 的矩形脈沖時，則有 （ 321） 由上式可以看出，當發送二進制符號 1 時，已調信號 取 相位，發送二進制符號0 時，已調 信號 取 相位。若用 表示第 n個符號的絕對相位，則有 （ 322） 這種以載波的不同相位直接表示相位二進制數字信號的調制方式，稱為二進制絕對相移方式。二進制移相鍵控信號的典型時間波形如圖 341 所示。 圖 341 二進制移相鍵控信號的典型時間波形 二進制移相鍵控信號的調制原理圖如圖 242 所示。 其中圖 (a)是采用模擬調制的方法產生 2PSK 信號，圖 (b)是采用數字鍵控的方法產生 2PSK 信號。 (a) (b) 圖 342 二進制移相鍵控信號的調制原理圖 3． 4． 2 2PSK 的解調 2PSK 信號的解調通常都是采用相干解調，解調器原理圖如圖 243 所示。在相干解調過程中需要用到與接收的 2PSK 信號同頻同相的相干載波， 圖 343 2PSK 信號的解調原理圖 2PSK 信號相干解調各點時間波形如圖 344 所示。當恢復的相干載波產生 180176。倒相時，解調出的數字基帶信號將與發送的數字基帶信號正好是相反，解調器輸出數字基帶信號全部出錯。這種現象通常稱為 倒π 現象。由于在 2PSK 信號的載波恢復過程中存在著 180176。的相位模糊，所以 2PSK 信號的相干解 調存在隨機的 倒π 現象，從而使得 2PSK 方式在實際中很少采用。 圖 344 2PSK 信號相干解調各點時間波形 第四章 調制與解調仿真 4． 1 2ASK 的調制與解調仿真 4． 1． 1 調制仿真 1） 建立模型方框圖 2ASK 信號調制的模型方框圖由 DSP 模塊中的 sine wave 信號源、脈沖信號源、相乘器等模塊組成， Simulink 模型圖如圖 411 所示 圖 411 2ASK 信號調制的模型方框圖 其中正弦信號是載波信號，脈沖代表 S（ t） 序列的信號塬，正弦信號和方波相乘后就得到鍵控 2ASK 信號。 2） 參數設置 建立好模型之后就要設置系統參數，以達到系統的最佳仿真。從正弦信號源開始依次的仿真參數設置如圖 412 和 413 所示 圖 412 正弦信號參數設置 其中 sin函數是幅度為 2 頻率為 1Hz采樣周期為 的雙精度 DSP 信號 圖 413 方波信號源的參數設置 脈沖信號是基于采樣的，其幅度設置為 2，周期為 3。 3） 系統仿真以及各點的波形 經過以上參數的設置后就可以進行系統的仿真， 2ASK 信號經調制后各點的時間波 形圖如圖 414 所示 圖 414 2ASK 信號經調制后各點的時間波形圖 4． 1． 2 解調仿真 2ASK 的解調分為相干解調和非相干解調法，下面采用相干解調法對 2ASK 信號進行解調 (1) 建立 simulink 模型方框圖 相干解調，就是用已調信號恢復出載波，再用載波和已調信號相乘，經過低通濾波器和抽樣判決器恢復出 S(t)信號， simulink 模型圖如圖 415 圖 415 2ASK 相干解調的 simulink 模型方框圖 （ 2） 參數設置 下面是低通濾波器的參數設置 圖 416 低通濾波器的參數設置圖 （ 3） 系統仿真及各點時間波形圖 經過以上參數的設置后就可以進行系統的仿真，其各點的時間波形如圖 417 所示 圖 417 2ASK 信號經相干解調后各點的時間波形圖 由上圖可以看出由于載波頻率的提高使的示波器在波形顯示上出現了一定的困難，不過要想顯示調制部分的理想波形只要調整示波器的顯示范圍即可。 （ 4）誤碼率分析 由于在解調過程中沒有信道和噪聲，所以誤碼率相對較小，一般是由于碼間串擾或是參數設置的問題，由 35 圖可以看出此系統的誤碼率為 。 4． 2 2FSK 的調制與解調仿真 4． 2． 1 調制仿真 1） 建立模型方框圖 2FSK信號是由頻率分別為 f1和 f2的兩個載波對信號源進行頻率上的控制而形成的，其中 f1 和 f2 是兩個頻率有明顯差別的且都遠大于信號源頻率的載波信號， 2FSK 信號產生的 Simulink 仿真模型圖如圖 421 所示 圖 421 2FSK 信號的 simulink 模型方框圖 其中 sine wave1 和 sine wave 是兩個頻率分別為 f1 和 f2 的載波， Pulse Generator 模塊是信號源， NOT 實現方波的反相， 最后經過相乘器和相加器生成 2FSK 信號。 2） 參數設置 各參數設置如下： 載波 f1 的參數設置為圖 422 所示 圖 422 載波 sine wave 的參數設置 載波 f1 幅度為 2，頻率為 1Hz,采樣時間為 的單精度信號。 f2 的參數設置為圖 423 所示 圖 423 載波 sin wave1 的參數設置 載波是幅度為 2，頻率為 2 Hz,采樣時間為 的單精度信號。 本來信號源 s(t)序列是用隨機的 0、 1 信號產生，在此為了方便仿真就選擇了基于采樣的 Pulse Generator 信號模塊其參數設置如圖 424 所示 圖 424 Pulse Generator 信號模塊參數設置 其中方波是幅度為 1，周期為 3s，占 1 比為 1/3 的基于采樣的信號。 3) 經過以上參數的設置后就可以進行系統的仿真，其各點的時間波形如圖 425所示 圖 425 2FSK 信號經調制后各點的時間波形 由上圖可以看出經過 f1 和 f2 兩個載波的調制， 2FSK 信號有明顯的頻率上的差別 4． 解調仿真 2FSK 的解調分為相干解調和非相干解調法，下面采用相干解調法對 2FSK 信號進行解調 解調方框圖 如圖 426 所示 圖 426 2FSK 信號解調方框圖 其中 From File 是一個封裝模塊，就是 2FSK 信號的調制模塊，兩個帶通濾波器分別將 2FSK 信號上下分頻 f1 和 f2 ,后面就和 2ASK 信號的解調過程相同，各參數設置如下： 圖 427 2FSK 信號 f1 帶通濾波器參數設置 圖 428 2FSK 信號 f2 帶通濾波器參數設置 經過以上參數的設置后就可以進行系統的仿真， 2FSK 信號經解調后各點的時間波形如圖 429 所示 圖 429 2FSK 信號經相干解調后各點的時間波形 經過系統的仿真可以觀察出系統的誤碼率為 ，如下圖所示 4． 3 2PSK 的調制與解調仿真 1 2PSK 調制仿真 1） 建立模型方框圖 2PSK 信號調制的 Simulink 模型方框圖如圖圖 431 所示 圖 431 2PSK 信號調制的 Simulink 的模型圖 其中 Sine wave 和 Sine wave1 是反相的載波，正弦脈沖作為信號源。 2）參數設置 參數設置如下所示 圖 432 Sine wave 信號參數設置 圖 433 Sine wave1 信號的參數設置 由上 面兩個圖可以看出兩個載波都是幅度為 3，頻率為 4Hz，采樣時間為 的反相信號。 圖 434 脈沖信號的參數設置 脈沖信號是幅度為 2，周期為 1s,占空比為 50%的基于時間的信