调制解调的MATLAB实现(共48页).doc
《调制解调的MATLAB实现(共48页).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《调制解调的MATLAB实现(共48页).doc(48页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上调制解调的MATLAB实现摘要:数字调制是通信系统中的重要环节之一,数字调制技术的改进对于通信系统性能的提高具有重要的作用。现代通信系统要求传输的质量好,通信的距离远、通信的容量大,调制技术是其中的关键技术,因此人们正努力的研究调制解调技术,使得调制解调技术更好的服务于现代通信系统。本文首先分析几种数字解调系统的几种基本调制解调方法,然后用MATLAB实现调制与解调的基本功能,并且进行仿真的验证。本文通过介绍2ASK,2FSK,2PSK的基本原理和调制解调的实现,对其进行分析,然后设计运用Simulink这个仿真软件对二进制调制解调系统进行模型的构建、系统的设计、仿真
2、的演示、结果的显示、误差的分析和综合性能的分析,本文重点对2ASK,2FSK,2PSK进行性能比较和误差分析。通过分析可以在实际运用中,根据情况而选择最佳的调制方式。本文以MATLAB为软件平台,充分利用其提供的通信工具箱和信号处理工具箱中的模块,对数字调制解调系统进行设计仿真,并且进行误差分析。关键词:MATLAB;调制解调;ASK;FSK;PSK;分析与仿真。专心-专注-专业MODULATION AND DEMODULATION MATLAB IMPLEMENTATIONAbstract: The digital modulation is one important aspect of
3、the communication system, the improvement of digital modulation techniques for improved performance of the communication system has an important role. The quality of modern communication systems require transmission distance communication, communication capacity modulation technique is one of the ke
4、y technologies, people are efforts modulation and demodulation techniques, better modulation and demodulation techniques in modern communication systems. This paper analyzes several digital demodulation system several basic modulation and demodulation method, and then use the basic functions of modu
5、lation and demodulation MATLAB simulation verification.By 2ASK, 2FSK 2PSK the basic principles and modem implementation, analyze it, and then design use Simulink simulation software binary modulation and demodulation system model construction, system design, simulation, presentation, resultsthe disp
6、lay, error analysis and performance analysis, this paper focuses on 2ASK 2FSK, 2PSK performance comparison and error analysis. Analysis in the practical application, according to the situation and choose the best modulation.In this paper, MATLAB software platform, to take full advantage of its commu
7、nications toolbox and signal processing toolbox module, digital modulation and demodulation system design and simulation, and error analysis. Key words: MATLAB; Modulation and demodulation;ASK;FSK;PSK; Analysis and Simulation.目录1 前言1.1课题研究的背景伴随着进入20世纪以来,晶体管、集成电路的出现和普及、无线通信的迅速发展。尤其是在20世纪后半叶,随着人造地球卫星的
8、发射,大规模的集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世,通信技术也在以下几个不同得方向都取得了很大的成功:(1) 微波中继通信,使长距离,大容量通信成为了现实;(2) 卫星通信和移动通信的出现,使人们随时随地可通信的愿望得以实现;(3) 光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前人们无法想象的地步;(4) 计算机的出现更是将通信技术推上了更加高的层次,借助于计算机和现代电信网的融合,使得地球就像变成了一个地球村;(5) 微电子技术的发展,使得通信设备变得越来越小,价格也越来越低,范围却越来越广。(6) 电信技术和电信产业正向数字化,网络与综合化,远程与大容量化,移动与个人化等方面发展。
9、而现代通信系统关键技术之一的调制解调技术将是人们研究的重要方向。所以研究调制解调技术对于现代通信具有十分重要的意义。1.2 MATLAB/simulink简介MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将、矩阵计算、数值分析、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等许多强大功能集成在一个便于使用的视窗环境中,为工程设计、科学研究以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C等)的编辑模式,它代表着当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB可以进行矩阵运算
10、、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他程序语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供了一个动态的系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在这个环境中,不需要大量书写程序,而是需要通过简单的鼠标操作,就可以构造出比较复杂的系统。Simulink具有适应范围广、结构和流程清晰、贴近实际、仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时并有许多的第三方软件和硬件可应用于或者被要求应用于Simulin
11、k。Simulink是MATLAB中的一种可视化的仿真工具,是一种基于MATLAB的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制和数字信号处理的建模与仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模,它也支持多速率系统,也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型,Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI),这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成,它提供了一种更快捷、直接明了的方式,而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink是用于动态系统和嵌入式系统
12、的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统,包括通讯、控制、视频处理、图像处理信号处理和信号处理系统,Simulink提供了交互式的图形化环境和可以定制的模块库来对其进行一些设计、仿真、执行和测试。建立在Simulink基础之上其他的产品扩展了Simulink多领域建模功能,也提供了用于设计、执行、验证和确认任务相应的工具。Simulink与MATLAB紧密相连,可以直接访问MATLAB许多的工具来进行算法的研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。1.3通信系统的组成实现信息传递所需要的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。以基本的点对
13、点通信为例,通信系统的基本组成(通常也称为一般模型)如图 1.1 所示。图 1.1 通信系统的一般模型 图1.1中,信源(信息源,也称发终端)的作用是把待传输的消息转换成原始电信号,如电话系统中电话机可看成是信源。信源输出的信号称为基带信号。所谓基带信号是指没有经过调制(进行频谱搬移和变换)的原始电信号,其特点是信号频谱从零频附近开始,具有低通形式,。根据原始电信号的特征,基带信号可分为数字基号和模拟基带信号,相应地,信源也分为数字信源和模拟信源。 发送设备的作用是产生适合于在信道中传输的信号,即使发送信号的特征和信道特性相匹配,并且具有足够的功率以满足远距离传输的需要。因此,发送设备涵盖的内
14、容很多,可能包含变换、放大、过滤、编码、调制等过程。对于多路传输系统,发送设备中还包含多路复用器。 信道是指信号传输的通道,如电缆信道、光缆信道、无线信道等;其容量决定该系统能传送多少信息。图中的噪声源,是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。 接收设备的功能是将信号放大和反变换(如译码、解调等),其目的是从受到减损的接收信号中恢复出原始电信号。对于多路复用信号,接收设备中还包括解调多路复用,实现正确分路的功能。此外,它还要尽量减少在传输过程中噪声与干扰所带来的影响。 信宿(也称受信者或收终端)是将复原的原始电信号转换成相应的消息,如电话机将对方传来的电信号还原成了声音。按照
15、信道中传输的是模拟信号还是数字信号,可以把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统,其模型如下图1-2所示,其中包含两种重要变换。第一种变换是,在发送端把连续消息变换成原始电信号,在接收端进行相应的反变换,这种变换是由信源来实现的。第二种变换是,把基带信号变换成适合在信道中传输的信号,并且在接收端进行相应的反变换。完成这种变换与反变换的通常是调制器与解调器。受信者解调器信道噪声源调制器信息源图1.2 模拟通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传输信息的通信系统,如下图1.3所示。数字通信包含着很多技术,主要有信源编码与译码、信道编码与译码、加密与
16、解密、同步以及数字调制与解调等等。信源编码主要有两个作用:一是提高信息传输的有效性,既是通过某种压缩技术想办法减少码元数目和降低码元速率。另一种是完成模/数(A/D)转换,是当信息源给的是模拟信号时,信源编码器将其转换成数字信号,来实现模拟信号的数字化传输。而信源译码是信源编码的逆过程。信道编码的目的是加强数字信号的抗干扰能力。数字信号在信道中传输时会受到噪声等的影响然后会引起差错。为了能够减少差错,信道编码器对传输的码元按照一定的规则加入了一些保护成分(监督元),组成了所谓的“抗干扰编码”。接收端的信道译码则是按照相应的逆规则进行解码,从中发现错误与纠正错误,从而提高通信系统的可靠性。在一些
17、保密通信的场合,为了能够保证所传信息的安全,人为的将传输的数字扰乱,既是加上密码,这种过程就叫做加密。在接收端则进行相应的解密,从而恢复出原来的信息。数字调制是把基带信号的频谱搬移到高频的地方,从而形成适合在信道中传输的带通信号。在接收端可以采用相干解调或者是非相干解调还原出数字基带信号。对于高噪声下的信号检测,一般是用相关器或者是匹配滤波器来实现。同步是使收发两端的信号在时间上保持步调一致,这是保证数字通信系统准确、有序、可靠工作的前提条件。受信者解密器译码器解调器信道调制器编码器信息源加密器噪声源 图1.3 数字通信系统模型 1.4调制研究的目的和意义1. 将基带信号变换成适合在信道中传输
18、的已调信号 将m(t)信号所具有的频谱M(w)搬移到某频率w0处,使之与信道可传输的频谱相适应。例如,人们发出的语音信号的频率在几十Hz到十几kHz范围内,这种信号从工程角度看,不可能通过天线进行无线电传输,这是因为天线的辐射效率取决于天线的几何尺寸与工作波长之比,一般要求天线长度应在发射信号波长十分之一以上,因此语音信息信号必须通过调制, 也就是将具有频谱为M(w)的搬移到m(t)在工程上能实现传播的信道频谱范围内。 2. 改善系统的抗噪声性能 通过调制,增强信息信号的抗噪声能力。例如,在某种情况下,频率调制(FM)比幅度调制(AM)抗噪声的能力强。在绪论中已指出,提高通信的可靠性必须以降低
19、其有效性为代价,反之也是一样。这就是通常所说的信噪比和带宽的互换,而这种互换,而这种互换是通过不同的调制方式来实现的。如当信道噪声比较严重时,为了确保通信的可靠,可以选择某种合适的调制方式 (例如调频)来增加信号频带的宽度。这样,虽然传输信息的速率相同而所需的频带却加宽,显然 信息传输的效率(有效性)降低了,但抗干扰能力却增强了。 3. 实现信道的多路复用 信道的频率资源十分宝贵,在一个物理信道上,如一根电缆中或一个波束上,仅传输一个信息信号m(t)则极大地浪费了这一物理信道上远比m(t)的频率范围宽的其他频率范围。这时可以采用调制的方法将多个信号的频谱按一定的规则排列在信道带宽的相应频段内,
20、从而实现同一信道中多个信号互不干扰地同时传输,这称为频分复用。此外, 还可对多个信号在不同时间顺序取样,然后依次送入同一信道,实现信道的时分复用。当然,复用的方法和允许复用的路数(信号数)与调制方式及信道本身的特性有关。通过对调制系统的仿真,我们还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。2 2ASK、2FSK、2PSK、2QSK的基本原理和实现2.1 2ASK的基本原理和调制解调实现振幅键控是利用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。当数字基带信号为二进制时,则为二进制振幅键控(2ASK)。 设发送的二进制符号序列由“0”
21、,“1”序列组成,发送“0”符号的概率为P,发送“1”符号的概率为1-P,且相互之间独立。该二进制符号序列可以表示为: (2-1)其中: (2-2)是二进制基带信号时间间隔,g(t)是持续时间为的矩形脉冲: (2-3)则二进制振幅键控信号可以表示为: (2-4)二进制振幅键控信号时间波形如图2-1所示。由图2.1可以看出2ASK信号的时间波形随二进制基带信号s(t)通断而变化,所以又称其为通断键控信号(OOK 信号)。二进制振幅键控信号的产生方法如图2.2所示,图2.2(a)是采用模拟相乘的方法实现,图2.2(b)是采用数字键控方法实现的。由图 2.1 可以看出,2ASK信号与模拟调制中的AM
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 调制 解调 MATLAB 实现 48
限制150内