畢業(yè)設計-信號發(fā)生器的matlab仿真(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 數字基帶信號則必須經過調制，將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸，我們把這種傳輸稱為數字信號的調制傳輸(或載波傳輸 )。 調制的方法主要是通過改變余弦波的幅度、相位或頻率來傳送信息。其基本原理是把數據信號寄生在載波的上述三個參數中的一個上，即用數據信號來進行幅度調制、頻率調制或相位調制。數字信號只有幾個離散值，因此調制后的載波參數也 只有有限個值，類似于用數字信息控制開關，從幾個具有不同參量的獨立振蕩源中選擇參量，為此把數字信號的調制方式稱為“鍵控”。數字調制分為調幅、調相和調頻三類，分別對應“幅移鍵控”(ASK)、“相移鍵控” (PSK)和“頻移鍵控” (FSK)三種數字調制方式。除這些基本的以外，還可以采用各種多相位、多振幅和多頻率的方案。但 ASK、 PSK 和 FSK 這三種數字調制方式仍是最主要和最基本的，所以接下來要對這三種調制技術，以及上面提到的 QAM 調制技術分別進行介紹。 ASK 信號 在幅度鍵控中載波幅度是隨著調制信號而 變化的。最簡單的形式是載波在二進制基帶信號 1或 0的控制下通或斷，這種二進制幅度鍵控方式稱為通一斷鍵控 (00K)。 ? ? tAatS o o k ?c o s? （ 21） 其中， A 為載波幅度， c? 為載波頻率， na 為二進制數字， ??? ?? P10 P1概率概率na （ 22） 當二進制調制信號為 1 時，調制后信號為正弦波 。當二進制調制信號為 0 時，調制后信號幅度為 0。 在一般情況下，調制信號可以是具有一定波形形狀的二進制序列 (二元基帶信號 )，即 ? ? ? ?sn nTtgatB ?? ? （ 23） 其中， sT 為信號間隔， ??tg 為調制信號的時間波形， na 同上。二進制幅度鍵控信號的一般時域表達式 為 煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 7 ? ? ? ?? ? tnTtgatS csnA S K ?c o s2 ? ?? （ 24） 若二進制序列的功率譜密度為 B? ，二進制幅度鍵控信號的功率譜密度為 ASK? ，則有 ? ? ? ? ? ?? ?cBcBA SK ???????? ???? 41 （ 25） 由此可知二進制幅度鍵控信號的頻譜寬度是二進制基帶信號的兩倍。 二進制幅度鍵控的調制器可以用一個相乘器來實現 ，如圖 ，對基帶信號和載波進行乘法運算即 可得到 ZASK 信號。 對于通斷鍵控信號來說，相乘器則可以用一個開關電路來代替，調制信號為 1 時開關電路導通，為 0 時開關電路切斷。 圖 2ASK 調制原理圖 FSK 信號 在 二進制頻移鍵控中載波頻率隨著調制信號 1 或 0 而變， 1 對應于載波頻率 1f ， 0 對應于載波頻率 0f 。二進制頻移鍵控己調信號的時域表達式為 ? ? ? ? ? ? tnTtgatntgatS n snn snF SK 212 c osc os ?? ?????? ???????? ??? ?? （ 26） 其中 11 2 f?? ? , 22 2 f?? ? ， na 是 na 的反碼，有 ????? P10P1概率概率na ????? P11P0概率概率na （ 27） 在最簡單也是最常用的情況下 ， ??tg 為單個矩形脈沖。由式 (26)可知，二進制頻移鍵控已調信號可以看 成是兩個不同載頻的幅度鍵控已調信號之和，因此它的頻帶寬度是兩倍基帶信號帶寬 B 與 12 ff ? 之和，即 122 ffBf ???? （ 28） 二進制頻移鍵控的調制器可以采用模擬信號調制電路來實現，但更容易的實現方法是煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 8 圖 中的鍵控法，兩個獨立的載波發(fā)生器的輸出受控于輸入的二進制信號，按照 1 或O分別選擇一個載波作為輸出。 FSK 方式實現起來比較容易，抗噪聲和抗衰減性能好，穩(wěn)定可靠，是中低速數據傳輸最佳選 擇。 圖 2FSK 調制原理圖 PSK 信號 在 PSK 調制時，載波的相位隨調制信號狀態(tài)不同而改變。如果兩個頻率相同的載波同時開始振蕩，這兩個頻率同時達到正最大值，同時達到零值，同時達到負最大值，此時它們就處于 “同相 ”狀態(tài) 。如果一個達到正最大值時，另一個達到負最大值，則稱為 “反相 ”。一般把信號振蕩一次 (一周 )作為 360 度。如果相差半個周期，我們說兩個波的相位差 180度，也就是反相。二進制相移鍵控中，載波的相位隨調制信號 1 或 0 而改變，通常用相位0。和 ?180 來分別表示 1 或 0。二進制相移鍵控已調信號的時域表達式為 ? ? ? ? tnTtgatS cn snB P SK?c os?????? ?? ? （ 29） ???????Pa n 11P1概率概率 （ 210） 若 ??tg 為單個矩形脈沖，則有 ? ? ? ?iccB P S K ttS ??? ???? c o sc o st （ 211） 其中， i? =0 或 ? 。當碼變化的時候，信號的相位有 ?180 的翻轉。 式 (29)所示 BPSK 信號與式 (21)所示 OOK 信號相對比可知， BPSK 信號是雙極性非歸零碼的雙邊帶調制，而 OOK 信號則是單極性非歸零碼的雙邊帶調制。 BPSK 調制信號沒有直流分量，因而是抑制載波的雙邊帶調制。由此可見， BPS 信號的功率譜與 OOK 信號的相同，只是少了一個離散的載頻分量。這一結論也同樣適用于基帶信號為其他形式的煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 9 BPSK 信號。 BPSK 調制器可 以采用相乘器，如圖 所示。將二進制信息由單記性變?yōu)殡p極性后與載波相乘，即可得到已調信號。另外，也可以用相位選擇器來實現，根據二進制信息 選擇載波的相位，也可得到已調信號。 圖 BPSK 調制原理圖 PSK 相移鍵控調制技術在數據傳輸中，尤其是在中速和中高速的數傳機2400bit/s4800bit/s 中得到了廣泛的應用。應用較多的是二相和四相調相，即QPSK(Quadrature Phaseshift Keying)， 在衛(wèi)星信道中傳送數字電視信號時采用的就是QPSK 調制方式，它可以看成是由兩 個 ZPSK 調制器構成的。輸入的串行二進制信息序列經串一并變換后分成兩路速率減半的序列，由電平轉換器分別產生雙極性二電平信號 I(t)和 Q(t)，然后對載波 Acos2? fct 和 Asin2? fct 進行調制，相加后即可得到 QPSK 信號。四相相移調制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數字信息，是四進制移相鍵控。QPSK 是在 M=4 時的調相技術，它規(guī)定了四種載波相位，分別為 45 度 ， 135 度 ， 225 度 ，275 度 。調制器輸入的數據是二 進制數字序列，為了能和四進制的載波相位配合起來，則需要把二進制數據變換為四進制數據，這就是說需要把二進制數字序列中每兩比特分成一組，共有四種組合，即 00， 01， 10， l1。 QPSK 中每次調制可傳輸 2 個信息比特，這些信息比特是通過載波的四種相位來傳遞的。 帶限白噪聲 白噪聲是指功率譜密度在整個頻域內均勻分布的噪聲。嚴格地說，白噪聲只是一種理想化模型，因為實際噪聲的功率譜密度不可能具有無限寬的帶寬，否則它的平均功率將是無限大，是物理上不可實現的，如圖 。然而，白噪聲在數學處理上比較方便，因此它是系統分析的有力工具。一般，只要一個 噪聲過程所具有的頻譜寬度遠遠大于它所作用系統的帶寬，并且在該帶寬中其頻譜密度基本上可以作為常數來考慮，就可以把它作為白噪聲來處理。 白噪聲具有頻帶寬、能量分布均衡、對被測系統干擾小的特點，在工程實際中，是一種使用十分廣泛的信號。當然用任何方法都無法產生理想的無限帶寬的白噪聲，實際應用中是要求信號的頻率特性在一定帶寬內具有白噪聲的頻率特性，即帶寬內各頻率分量能量近似相等。工程應用和試驗研究中，經常需要信號的帶寬可調，并具有較好的低通特性，一般還要求產生的白噪聲信號具有一定的 輸出功率。 煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 10 圖 理想白噪聲的功率譜密度和自相關函數 白噪聲的實現可以通過單一的 Logist 方程進行， Logist 方程見式 (211)。 Logist 所產生的迭代混沌序列是平穩(wěn)的隨機過程，并且當參數 K=4 時，所產生的信號的統計特性和時頻特性與白噪聲一致，因此用 Logist 方程可以產生白噪聲的理論成立。而且同時應用兩個 Logist 方程可以改善白噪聲的性能。 ? ? ? ? ? ?1,011 ????? xXXX nnn ? (212) 本章小結 在本章中主要簡單介紹了信號發(fā)生器的理論以及分類，研究了 ASK、 PSK、 FSK 和代縣白噪聲等常規(guī)信號的時頻域表達式、調制方法。為設計通信信號發(fā)生器奠定了技術和理論的基礎。為后面用 MATLAB 實現 ASK、 PSK、 FSK 信號奠定了理論基礎。 煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 11 第三章 MATLAB 的三種仿真辦法 仿真基礎原理 三種仿真方法 簡介 目前，計算機仿真已經成為解決 工 程實際問題的重要手段， Matlab軟件是其中功能最為強大的仿真軟件之 一。目前利用 Matlab進行系統性能仿真，主要有三種方法：其一是通過腳本程序的編寫，實現相關系統仿真和性能分析；其二是利用 Simulink模塊庫，通過鼠標拖拉的方式建立相關系統的仿真模型，對每個模塊進行參數設置，以達到動態(tài)系統仿真和性能分析的目的；其三是利用圖形用戶界面 GUI，創(chuàng)建各種菜單、按鈕等可視化界面，通過函數回調等手段，實現人機交互的系統仿真及其性能分析。 Matlab語言比較簡單，腳本程序的編寫也比較簡單，很多語言結構和風格與常用的 C語言非常相似，因此，對于初學者而言，是很容易上手的。 Simulink軟件具有豐富的模塊庫，其中公共模塊庫共包含 9個模塊庫：連續(xù)系統模塊庫、離散系統模塊庫、函數與表庫、數學運算庫、非線性系統模塊庫、信號與系統模塊庫、系統輸出模塊庫、系統輸人模塊庫、子系統模塊庫。除了公共模塊庫之外， Simulink中還集成了許多面向不同專業(yè)領域的專業(yè)模塊庫，如面向控制系統設計與分析的 Control System To