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数字调制系统分析与仿真

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1 引言 1. 1 数字调制的意义

数字调制是指用数字基带信号对载波的某些参量进行控制， 使载波的

这些参 量随基带信号的变化而变化。 根据控制的载波参量的不同， 数字调制有调幅、 调 相和调频三种基本形式， 并可以派生出多种其他形式。 由于传输失真、 传输损耗 以及保证带内特性的原因， 基带信号不适合在各种信道上进行长距离传输。 为了 进行长途传输， 必须对数字信号进行载波调制， 将信号频谱搬移到高频处才能在 信道中传输。因此，大部分现代通信系统都使用数字调制技术。另外，由于数字 通信具有建网灵活， 容易采用数字差错控制技术和数字加密， 便于集成化， 并能 够进入综合业务数字网 （ISDN 网），所以通信系统都有由模拟方式向数字方式过 渡的趋势。 因此，对数字通信系统的分析与研究越来越重要， 数字调制作为数字 通信系统的重要部分之一，对它的研究也是有必要的。通过对调制系统的仿真， 我们可以更加直观的了解数字调制系统的性能及影响性能的因素， 从而便于改进 系统，获得更佳的传输性能。 1. 2 Matlab 在通信系统仿真中的应用

随着通信系统复杂性的增加 ,传统的手工分析与

电路板试验等分析设计方法 已经不能适应发展的需要 ,通信系统计算机模拟仿真技术日益显示出其巨大的优 越性 .。计算机仿真是根据被研究的真实系统的模型 ,利用计算机进行实验研究的 一种方法 .它具有利用模型进行仿真的一系列优点 ,如费用低 ,易于进行真实系统 难于实现的各种试验 ,以及易于实现完全相同条件下的重复试验等。 Matlab 仿真 软件就是分析通信系统常用的工具之一。 Matlab 是一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境 ,它用于科学和工程 的计算与可视

化。 Matlab 的编程功能简单 ,并且很容易扩展和创造新的命令与函 数。应用 Matlab 可方便地解决复杂数值计算问题。 Matlab 具有强大的 Simulink 动态仿真环境 ,可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。 Simulink 支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统 ,也支持多种采样速率 的多速率系统 ;Simulink 为用户提供了用方框图进行建模的图形接口 ,它与传统的 仿真软件包用差分方程和微分方程建模相比 ,更直观、方便和灵活。用户可以在 Matlab 和 Simulink 两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。用于实现 通信仿真的通

信工具包 (Communication toolbox,也叫 Commlib,通信工具箱)是 Matlab 语言中的一个科学性工具包 ,提供通信领域中计算、研究模拟发展、系统 设计和分析的功能 ,可以在 Matlab 环境下独立使用 ,也可以配合 Simulink 使用。另 外，Matlab的图形界面功能 GUI (Graphical User Interface)能为仿真系统生成一 个人机交互界面，便于仿真系统的操作。因此，Matlab在

通信系统仿真中得到了 广泛应用，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 数字调制可以分为二进制调制和多进制调制， 多进制调制是二进制调制的推 广，所以本文主要讨论二进制的调制与解调， 最后简单讨论一下多进制调制中的 差分相位键控调制( M-DPSK )。

最常见的二进制数字调制方式有二进制振幅键控 ( 2-ASK ) 、移频键控( 2-FSK ) 和移相键控(2-PSK和2-DPSK)。下面是这几种调制方式的相关原理。 2.1 二进制幅度键控( 2-ASK )

幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。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。 2-ASK 信号功率谱密度的特点如下：

(1) 由连续谱和离散谱两部分构成；连续谱由传号的波形 g(t )经线性调制后决 定，离散谱由载波分量决定； ( 2)已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。 2.2 二进制频移键控( 2-FSK)

频移键控是利用两个不同频率 f1 和 f2 的振荡源来代表信号 1 和 0，用数字 信号的 1 和 0去控制两个独立的振荡源交替输出。 对二进制的频移键控调制方式， 其有效带宽为

B=2xF+2Fb,xF是二进制基带信号的带宽也是FSK信号的最大频偏， 由于数字信号的带宽即

Fb值大，所以二进制频移键控的信号带宽 B较大，频带 利用率小。 2-FSK 功率谱密度的特点

如下： (1) 2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成,?离散谱出现在fl和f2位 置；

(2) 功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。若两个载频之差 |f1 -f2| w,fs则出 现单峰。 2.3 二进制相移键控( 2-PSK)

在相移键控中，载波相位受数字基带信号的控制，如在二进制基带信号中 为0时，载波相位为0或n为1时载波相位为n或0。载波相位和基带信号有 一一对应的关系，从而达到调制的目的。 2-PSK信号的功率密度有如下特点： (1) 由连续谱与离散谱两部分组成；

(2) 带宽是绝对脉冲序列的二倍；

(3) 与2ASK功率谱的区别是当P= 1/2时，2PSK无离散谱，而2ASK存在离散

2.4 多进制数字调制

上面所讨论的都是在二进制数字基带信号的情况，在实际应用中，我们常常 用一种称为多进制(如 4进制， 8进制， 16进制等)的基带信号。多进制数字调 制载波参数有 M 种不同的取值，多进制数字调制比二进制数字调制有两个突出 的优点：一是有于多进制数字信号含有更多的信息使频带利用率更高； 二是在相 同的信息速率下持续时间长， 可以提高码元的能量， 从而减小由于信道特性引起 的码间干扰。现实中用得最多的一种调制方式是多进制相移键控( MPSK)。

多进制相移键控又称为多相制，因为基带信号有 M 种不同的状态，所以它 的载波相位有 M 种不同的取值，这些取值一般为等间隔。在多相制移键控有绝 对移相和相对移相两种，实际

中大多采用四相绝对移相键控(4PSK,有称QPSK)， 四相制的相位有0、n /2 n 3n /2四种，分别对应四种状态11、01、00、10。 3 数字调制系统的仿真设计 3.1 数字调制系统各个环节分析

典型的数字通信系统由信源、 编码解码、调制解调、信道及信宿等环节构成， 其框图如图3.1所示: 数字调制是数字通信系统的重要组成部分，数字调制系统的输入端是经编码 器编码后适合在信道中传输的基带信号。对数字调制系统进行仿真时，我们并不 关心基带信号的码型，因此，我们在仿真的时候可以给数字调制系统直接输入数 字基带信号，不用在经过编码器。 图3.1数字通信系统模型 3.1.1仿真框图

MATLAB提供的图形界面仿真工具 Simulink由一系列模型库组成，包括

Sources信源模块），Sinks（显示模块），Discrete（离散系统模块），Linear（线性环

节）， Nonlinear（非线性环节），Connections连接）,Blocksets&Toolboxes其他环节）。特别 是在Blocksets&Toolboxes中还提供了用于通信系统分析设计和仿真的专业化模 型库CommTbxLibrary。在这里，整个通信系统的流程被概括为：信号的产生与 输出、编码与解码、调制与解调、滤波器以及传输介质的模型。在每个设计模块 中还包含有大量的子模块，它们基本上覆盖了目前通信系统中所应用到的各种模 块模型。通信系统一般都可以建立数学模型。 根据所需仿真的通信系统的数学模 型（或数学表达式），用户只要从上述各个模型库中找出所需的模块，用鼠标器拖到 模型窗口中组合在一起，并设定好各个模块参数，就可方便地进行动态仿真•从输 出模块可实时看到仿真结果，如时域波形图、频谱图等。每次仿真结束后还可以 更改各参数，以便观察仿真结果的变化情况。另外，对 Simulink中没有的模块， 可运用S函数生成所需的子模块，并且可以封装和自定义模块库，以便随时调用。 根据Simulink提供的仿真模块，数字调制系统的仿真可以简化成如图 3.2所 示的模型: 噪声源 图3. 2数字调制系统仿真框图

3.1.2信号源仿真及参数设置

Simulink通信工具箱中的Comm Sources/Data Source提供了数字信号源

Bernoulli Bin ary Ge nerator,这是一个按Bernoulli分布提供随机二进制数字信号的 通用信

号发生器。在现实中，对受信者而言，发送端的信号是不可预测的随机信 号。因此，我们在仿真中可以用Bernoulli Bin ary Gen erator来模拟基带信号发生器。 其中主要参数的含义为： Probability of a zero :产生的信号中0符号的概率，在仿真的时候一般设 成0.5,这样

便于频谱的计算； Initial seed :控制随机数产生的参数，要求不小于 30，而且与后面信道

中的Initial seed设置不同的值； Sample time：抽样时间，这里指一个二进制符号所占的时间，用来控制号 发生的速

率，这个参数必须与后面调制和解调模块的 Symbol period保持 一致。 3.1.3调制与解调模块

Simulink通信工具箱中提供了数字信号各种调制方式的模块， 如AM、CPM、

FM及PM等。虽然不同的调制模块，参数设置有所不同，但很多参数在各种调 制中是一致的，

下面我们以DPSK调制模块为例介绍一下调制模块的参数及其设 置，其余模块将在下面仿真模型的建立过程中详细介绍。 M-DPSK Modulator Passba nc和 M-DPSK Demodulator Passba nd 分别是数字

信号DPSK调制和解调的专用模块，其中主要参数有： M-ary number：输入信号的阶次数，比如2-DPSK就是2阶的；

Symbol period:符号周期，即，一个符号所占的时间，这必须与信号源的

Sample time保 持一致；

基带信号 基带信号

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4ASK载波调制信号的调制解调与性能分析(1)解析

4ASK载波调制信号的调制解调与性能分析(1)解析

******************实践教学*******************兰州理工大学计算机与通信学院2014年春季学期通信系统仿真训练课程设计题目： 4ASK载波调制信号的调制解调与性能分析专业班级：通信工程四班姓名：赵天宏学号： 11250414指导教师：彭清斌成绩：摘要实际通信中的许多信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使得载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即正弦载波调制。

通过MATLAB软件平台，设计并实现了多进制幅移键控（M-ary Amplitude-Shift Keying，MASK）中的四电平调制（4-ary Amplitude ShiftKeying，4ASK）的调制系统和解调系统。

本文首先介绍了四电平调制和解调的原理，随后介绍载波产生、振幅调制、振幅判别等功能模块的设计，最后给出了整体调制解调的模块图和仿真波形。

关键词：载波调制、数字通信、四电平调制和解调目录一、设计目的和要求 11.1设计目的 11.2设计要求 1二、设计内容及原理 22.1 四进制ASK信号的表示式 22.2产生方法 32.3 4ASK调制解调原理 3三、运行环境及MATLAB简介 63.1运行环境 63.2 MATLAB简介 6四、详细设计 74.1载波信号的调制 74.2调制信号的解调 74.3编程语言 84.4测试结果 9五、调试分析 10六、参考文献 11总结 12一、设计目的和要求1.1设计目的：本次课程设计的任务是四进制振幅键控（4ASK）数字调制系统仿真和分析。

主要内容是对二进制数字信源进行四进制振幅键控（4ASK）数字调制，画出信号波形及功率谱。

并分析其性能。

课程设计主要目的是深入理解和掌握振幅通信系统的各个关键环节，包括调制、解调、滤波、传输、噪声对通信质量的影响等。

在数字信号处理实验课的基础上更加深入的掌握数字滤波器的设计原理及实现方法。

2PSK数字信号的调制与解调-分享版

2PSK数字信号的调制与解调-分享版

信息对抗大作业一、实验目的。

使用 MATLAB构成一个加性高斯白噪声情况下的2psk 调制解系统，仿真分析使用信道编码纠错和不使用信道编码时，不同信道噪声比情况下的系统误码率。

二、实验原理。

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。

数字调制技术的两种方法：①利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；②利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。

这种方法通常称为键控法，比如对载波的相位进行键控，便可获得相移键控（PSK）基本的调制方式。

图 1相应的信号波形的示例101数字调相：如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，它们应处于" 同相 " 状态；如果其中一个开始得迟了一点，就可能不相同了。

如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为" 反相 " 。

一般把信号振荡一次（一周）作为360 度。

如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180 度，也就是反相。

当传输数字信号时， "1" 码控制发 0 度相位， "0" 码控制发 180 度相位。

载波的初始相位就有了移动，也就带上了信息。

相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。

在2PSK 中，通常用初始相位0 和π分别表示二进制“1”和“ 0”。

因此， 2PSK信号的时域表达式为(t)=Acos t+)其中，表示第 n 个符号的绝对相位：=因此，上式可以改写为图 22PSK信号波形解调原理2PSK信号的解调方法是相干解调法。

基于MATLAB的模拟信号数字化系统的研究与仿真

基于MATLAB的模拟信号数字化系统的研究与仿真

所谓脉冲编码调制：就是将模拟信号的抽样量化值转换成二进制码组的过程。下图给 出了脉冲编码调制的示意图。
脉冲编码调制（PCM）原理：
图 1-9 脉冲编码调制示意图
PCM 系统的原理方框图如下图所示，同种，输入的模拟信号 m（t）经抽样、量化、
编码后变换成数字信号，经心道传送到接收端的译码器，由译码器还原出抽样值，再经过
定理内容：抽样定理在时域上可以表述为：对于一个频带限制在（0，fH）Hz 内的时间 连续信号 f(t),如果以 Ts≤1/(2fH)秒间隔对其进行等间隔抽样，则 f（t）将被所得到的 抽样值完全确定。模拟信号的抽样过程如下图。
图 1-2 模拟信号抽样的过程示意图
下图分析可知模拟信号抽样过程中各个信号的波形与频谱。
模拟信号数字化系统的研究与仿真
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通信原理课程设计
图 1-4 两种情况下的抽样信号频谱分析
应该注意的一点是：抽样频率并不是越高越好。只要能满足抽样频率大于奈奎斯特频 率，并留有一定的防卫带即可。
1.1.2 带通信号的抽样定理
实际中遇到的许多信号时带通型信号，模拟信号的频道限制在 fL～fH 之间，fL 为信号 最低频率，fH 为最高频率。而且当 fH>B，其中 B=fH-fL 时，该信号通常被成为带通型信号， 其中 B 为带通信号的频带。
对于带通信号，如果采用低通抽样定理的抽样速率 fs≥2fh，对频率限制在 fL 与 fH 之间 的带通型信号抽样，肯定能满足频谱不混叠的要求，如图所示。
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图 1-5 带通信号的抽样频谱
定理内容：一个带通信号 f（t），其频率限制在 fL 与 fH 之间，带宽为 B=fh-fl，如果 最小抽样速率 fs=2fh/n，n 是一个不超过 fh/B 的最大整数，那么 f（t）就可以完全由抽 样值确定。 下面两种情况说明：
基于QAM调制的无线衰落信道的性能分析与仿真论文

基于QAM调制的无线衰落信道的性能分析与仿真论文

*****************实践教学*****************兰州理工大学计算机与通信学院2013年秋季学期《通信系统综合训练》题目：基于QAM调制的无线衰落信道的性能分析与仿真专业班级：通信工程（1）班姓名：赵晓瑾学号：10250131指导教师：王惠琴成绩：摘要本次课程设计利用MATLAB软件对16QAM调制解调系统进行仿真,其中，信道采用瑞利衰落信道和高斯信道，调制方式为正交振幅调制方式，解调方式为相干解调方式。

并以此分析16QAM系统的信号经过的各个处理过程，由程序得到瑞利衰落信道下的系统误码率图，并与高斯信道下的误码率图进行对比。

矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。

关键词：16QAM;调制解调;瑞利信道;目录一、前言..................................................................................................................... 0聞創沟燴鐺險爱氇谴净。

二、16QAM调制解调系统基本原理............................................................................ 1残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。

2.1 调制及解调的相关概念............................................................................... 1酽锕极額閉镇桧猪訣锥。

2.2 16QAM调制系统.......................................................................................... 1彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。

2.2.1 16QAM系统的原理.......................................................................... 2謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。