数字调制

二进制数字调制仿真及性能 摘 要：数字调制是通信系统中最为重要的环节之一，数字调制技术的改进也是通信系统性能提高的重要途径。本文首先分析了数字调制系统的三种基本调制方法，然后，运用Matlab对这几种数字调制方法进行编程和仿真。通过仿真，观察了调制过程中各环节时域的波形，并结合这几种调制方法的调制原理，跟踪分析了各个环节对调制性能的影响及仿真模型的可靠性。最后，在仿真的基础上分析比较了各种调制方法的性能，并通过比较仿真模型与理论计算的性能，证明了仿真模型的可行性。 关键词：数字调制；分析与仿真；Matlab； 数字通信系统 现代数字通信系统由两个主要部分构成：数字信号的基带传输系统和数字信号的频带传输系统，其中，数字信号频带传输系统的应用最为广泛。频带传输系统是指将原始的数字基带信号，经过频谱搬移，变换成适合在频带上传输的频带信号，而传输这种信号的系统就称为频带传输系统。在频带传输系统中，根据已调信号参数改变类型的不同，可分为用基带信号控制一个载波幅度的数字调幅信号(ASK)；用基带信号控制一个载波频率的数字调频信号(FSK)和用基带信号控制一个 载波相位的数字调相信号(PSK)。本文将对二进制的数字信号进行仿真分析。 1.2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。 课程目的 2．1二进制数字调制原理 2.1.1二进制振幅键控 基本原理 振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和相位保持不变。在2ASK中，载波的幅度变化只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。 2ASK信号的一般达式为：e2ASK(t)=s(t)coswct 2ASK的matlab仿真过程如下: s=[1 0 1 0 1 1 0 1]; t=0:2*pi/99:2*pi; m1=[]; c1=[]; for n=1:length(s) if s(n)==0; m=zeros(1,100); else s(n)==1; m=ones(1,100); end c=sin(2*t); m1=[m1 m]; c1=[c1 c]; end a=c1.*m1; subplot(3,1,1); plot(m1) title('原始信号'); subplot(3,1,2); plot(c1) title('载波信号'); axis([0 100*length(s) -0.1 1.1]); subplot(3,1,3); plot(a); title('ASK已调信号'); 2ASK的时间波形如下图： 2.1.2二进制频移键控 基本原理 频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。 e2FSK(t)=s1(t)cosw1t+s2(t)cosw2t 2FSK的matlab仿真过程如下； s=[1 0 1 0 1 1 0 1]; t=0:2*pi/99:2*pi; m1=[]; c1=[]; b1=[]; for n=1:length(s) if s(n)==0; m=ones(1,100);c=sin(8*t); b=zeros(1,100); else s(n)==1; m=ones(1,100);c=sin(2*t); b=ones(1,100); end m1=[m1 m]; c1=[c1 c]; b1=[b1 b]; end f=c1.*m1; subplot(4,1,1); plot(b1); title('原始信号'); subplot(4,1,2); plot(c1) title('载波信号c1'); axis([0 100*length(s) -0.1 1.1]); subplot(4,1,3); plot(f);title('FSK已调信号'); 2FSK的调制过程时间波形如下图 2.1.2二进制相移键控. 基本原理 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信号的时域表达式为 e2PSK(t)=s(t)coswct 2PSK的matlab仿真过程如下 s=[1 0 1 0 1 1 0 1]; t=0:2*pi/99:2*pi; m1=[]; c1=[]; b1=[]; for n=1:length(s) if s(n)==0; m=-ones(1,100); b=zeros(1,100); else s(n)==1; m=ones(1,100); b=ones(1,100); end c=sin(2*t); m1=[m1 m]; c1=[c1 c]; b1=[b1 b]; end p=c1.*m1; subplot(5,1,1); plot(b1); title('原始信号'); subplot(5,1,2); plot(c1) title('载波信号c1'); axis([0 100*length(s) -0.1 1.1]); subplot(5,1,3); plot(p); title('PSK已调信号'); 2PSK的调制过程时间波形如下图 3.3 二进制数字调制系统的性能比较分析 下面将针对二进制数字调制系统的误码率性能、频带利用率、对信道的适应能力等方面的性能作一简要比较。  1误码率 在信道高斯白噪声的干扰下，各种二进制数字调制系统的误码率取决于解调器输入信噪比，而误码率表达式的形式则取决于解调方式。在恒参信道中，对于相同的信噪比r，相干解调的PSK系统的误码率最小；对于不同的调制方式，当信噪比相同时，PSK的误码率小于FSK，而FSK系统的误码率又小于ASK系统；在相同的误码率下，PSK要求的r最小，FSK次之；ASK系统要求r最大，它们之间分别相差3 dB。因此在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。 2 频带宽度 当信号码元宽度为Ts时，2ASK系统和2PSK系统的频带宽度近似为2/Ts，即 B2ASK=B2PSK=2/Ts 2FSK系统的频带宽度近似为 B2FSK=|f2-f1|+2/Ts 因此，从频带宽度或频带利用率上看，2FSK系统的频带利用率最低。 3 对信道特性变化的敏感性 在选择数字调制方式时，还应考虑系统的最佳判决门限对信道特性的变化是否敏感。在2FSK系统中，判决器是根据上下两个支路解调输出样值的大小来作出判决，不需要人为地设置判决门限，因而对信道的变化不敏感。在2PSK系统中，当发送不同符号的概率相等时，判决器的最佳判决门限为零，与接受机输入信号的幅度无关，不随信道特性的变化而变化。对于2ASK系统，判决器的最佳判决门限为a/2（当P（1）=P（0），它与接收机输入信号的幅度有关。当信道特性发生变化时，接收机输入信号的幅度将随着发生变化，从而导致最佳判决门限也随之而变。这时接收机不易保持在最佳判决门限状态，因此，2ASK对信道特性变化敏感，性能最差。