成都理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：數(shù)字通信原理姓名：學(xué)號(hào)： 成績(jī)：實(shí)驗(yàn)三的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)（參考）數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)原理（最常見的二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式有二進(jìn)制振幅鍵控（2）、移頻鍵控（2）鍵控（2和2）。下面是這幾種調(diào)制方式的相關(guān)原理。二進(jìn)制幅度鍵控（2）幅度鍵控可以通過(guò)乘法器和開關(guān)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。載波在數(shù)字信號(hào)1或0的控制下通或斷，在信號(hào)為1的狀態(tài)載波接通，此時(shí)傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號(hào)為0的狀態(tài)下，載波被關(guān)斷，此時(shí)傳輸信道上無(wú)載波傳送。那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無(wú)還原出數(shù)字信號(hào)的1和0。幅移鍵控法()()種比較高效的傳輸方式，但由于它的抗噪聲能力較差，尤其是抗衰落的能力不強(qiáng)，因而一般只適宜在恒參信道下采用。信號(hào)功率譜密度的特點(diǎn)如下：由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成；連續(xù)譜由傳號(hào)的波形定，離散譜由載波分量決定；已調(diào)信號(hào)的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍。二進(jìn)制頻移鍵控（2）

線性調(diào)制后決數(shù)字頻率調(diào)制又稱頻移鍵控（），22信號(hào)便是符號(hào)“1”對(duì)應(yīng)于載頻f1“0”對(duì)應(yīng)于載頻f2（與f1不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且f1與f2之間的改變是瞬間完成的。從原理上講，數(shù)字調(diào)頻可用模擬調(diào)頻法來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可用鍵控法來(lái)實(shí)現(xiàn)。模擬調(diào)頻法是利用一個(gè)矩形脈沖序列對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)頻，是頻移鍵控通信方式早期采用2率源進(jìn)行選通。鍵控法的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快、波形好、穩(wěn)定度高且易于實(shí)現(xiàn)，故應(yīng)用廣泛。頻移鍵控是利用兩個(gè)不同頻率f1和f2的振蕩源來(lái)代表信號(hào)1和0的1和0去控制兩個(gè)獨(dú)立的振蕩源交替輸出。對(duì)二進(jìn)制的頻移鍵控調(diào)制方式，其有效帶寬為22值大，所以二進(jìn)制頻移鍵控的信號(hào)帶寬B較大，頻帶利用率小。2點(diǎn)如下：2信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成,?離散譜出現(xiàn)在f1和f2置；12|21.1（1）；第二種方法是用以兩者的區(qū)別是前者的相位是連續(xù)的，后者由于兩個(gè)獨(dú)立的頻率源產(chǎn)生的兩個(gè)不同頻率的信號(hào)，故相鄰碼元的相位不一定是連續(xù)的。0f開關(guān)電路0f開關(guān)電路0s(t)1f1A(t)調(diào)頻器圖1.1（1） 圖1.1（2）2信號(hào)的接受也分為相干和非相干接受兩類。最常用的解調(diào)方法是采用的相干8-8個(gè)帶通濾波器的作用同于包絡(luò)檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應(yīng)的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器濾掉二倍頻信號(hào)，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號(hào)，抽樣判決器在抽樣脈沖到來(lái)時(shí)對(duì)兩個(gè)低頻信號(hào)的抽樣值V0（t）和V1(t)進(jìn)行比較判決（判決規(guī)則同于包絡(luò)檢波法），即可還原出基帶數(shù)字信號(hào)。如圖1.2所示。帶通濾波帶通濾波f0y0(t)相乘低通濾波(t)輸入輸出0(t) 抽樣判決帶通濾波f1(t)y1相乘低通濾波V(t)1定時(shí)脈沖二進(jìn)制相移鍵控（2）在相移鍵控中，載波相位受數(shù)字基帶信號(hào)的控制，如在二進(jìn)制基帶信號(hào)中為時(shí)，載波相位為0或π，為1時(shí)載波相位為π或0。載波相位和基帶信號(hào)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，從而達(dá)到調(diào)制的目的。2信號(hào)的功率密度有如下特點(diǎn)：由連續(xù)譜與離散譜兩部分組成；帶寬是絕對(duì)脈沖序列的二倍；2P＝1/2時(shí)，22存在離散譜。2信號(hào)的產(chǎn)生方法主要也是兩種。第一種是相乘法，用二進(jìn)制不歸零矩形脈沖信號(hào)與載波相乘，得到相位反相的兩種碼元，如圖是用此基帶信號(hào)控制一個(gè)開關(guān)電路，以選擇輸入信號(hào)，開關(guān)電路的輸入信號(hào)是相位相差1.3（2）。A(t)

s(t)載波s(t)A(t)載波s(t)A(t)移相本地載波圖1.3（1） 圖1.3（2）由于2信號(hào)實(shí)際上是以一個(gè)固定初相的末調(diào)載波為參考的，因此，解調(diào)時(shí)必須有與此同頻同相的同步載波。如果同步載波的相位發(fā)生變化，如 0相位變?yōu)橄?位 或0相位，則恢復(fù)的數(shù)字信息就會(huì)或“1”“0”，從而造成錯(cuò)誤的恢復(fù)。這種因?yàn)楸镜貐⒖驾d波倒相，而在接收端發(fā)生錯(cuò)誤恢復(fù)的現(xiàn)象稱為“倒 ”現(xiàn)象或“反向工作”現(xiàn)象。絕對(duì)移相的主要缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生相位模糊，造成反向工作。2信號(hào)的解調(diào)方法是相干接受法。由于信號(hào)本身就是利用相位傳遞信息的，所以在接收端必須利用信號(hào)的相位信息來(lái)解調(diào)信號(hào)，如圖1.4所示。V(t)V(t)帶通濾波相乘低通濾波抽樣判決本地載波提取圖1.4 2信號(hào)相干接收原理方框圖二進(jìn)制差分相移鍵控（2）二進(jìn)制差分相移鍵控(2)2不是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對(duì)載波相位值傳送數(shù)字信息。所謂相對(duì)載波相位是指本碼元初相與前一碼元初相之差。與2的波形不同，2波形的同一相位并不對(duì)應(yīng)相同的數(shù)字信息符號(hào)，而前后碼元2相位參考值，只要前后碼元的相對(duì)相位關(guān)系不破壞，則鑒別這個(gè)相位關(guān)系就可正確恢復(fù)數(shù)字信息。這就避免了2方式中的“倒π”現(xiàn)象發(fā)生。單從波形上看，2與2是無(wú)法分辯的，一方面，只有已知移相鍵控方式是絕對(duì)的還是相對(duì)的，才能正確判定原信息；另一方面，相對(duì)移相信號(hào)可以看作是把數(shù)字信息序列（絕對(duì)碼）信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)指出了一種借助絕對(duì)移相途徑實(shí)現(xiàn)的方法。2信號(hào)的解調(diào)有兩種解調(diào)方式，一種是差分相干解調(diào)，另一種是相干解調(diào)-碼變換法。后者又稱為極性比較－碼變換法。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)分析仿真框圖其框圖如圖2.1所示：數(shù)字調(diào)制是數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分，數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的輸入端是經(jīng)編碼器編碼后適合在信道中傳輸?shù)幕鶐盘?hào)。對(duì)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，我們并不關(guān)心基帶信號(hào)的碼型，因此，我們?cè)诜抡娴臅r(shí)候可以給數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)直接輸入數(shù)字基帶信號(hào)，不用在經(jīng)過(guò)編碼器。信編調(diào)信解解受息碼制道碼調(diào)信源器器器器者噪聲源圖2.1數(shù)字通信系統(tǒng)模型噪聲源提供的圖形界面仿真工具由一系列模型庫(kù)組成,包括(信源模塊顯示模塊離散系統(tǒng)模塊)，(線性環(huán)節(jié))，(非線性環(huán)節(jié))，(連接)(其他環(huán)節(jié))。特別是在中還提供了用于通信系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)和仿真的專業(yè)化模型庫(kù)。在這里，整個(gè)通信系統(tǒng)的流程被概在每個(gè)設(shè)計(jì)模塊中還包含有大量的子模塊，它們基本上覆蓋了目前通信系統(tǒng)中所應(yīng)用到的各種模塊模型。通信系統(tǒng)一般都可以建立數(shù)學(xué)模型。根據(jù)所需仿真的通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型(或數(shù)學(xué)表達(dá)式)，用戶只要從上述各個(gè)模型庫(kù)中找出所需的模塊,用鼠標(biāo)器拖到模型窗口中組合在一起,并設(shè)定好各個(gè)模塊參數(shù),就可方便地進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真.從輸出模塊可實(shí)時(shí)看到仿真結(jié)果,如時(shí)域波形圖、頻譜圖等。每次仿真結(jié)束后還可以更改各參數(shù),S函數(shù)生成所需的子模塊，并且可以封裝和自定義模塊庫(kù)，以便隨時(shí)調(diào)用。根據(jù)提供的仿真模塊，數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真可以簡(jiǎn)化成如圖2.2所示的模型：基帶信號(hào)基帶信號(hào)調(diào)制器信道調(diào)制器基帶信號(hào)噪聲源圖2.2數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真框圖信號(hào)源仿真及參數(shù)設(shè)置通信工具箱中的提供了數(shù)字信號(hào)源，這是一個(gè)按分布提供隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的通用信號(hào)發(fā)生器。在現(xiàn)實(shí)中，對(duì)受信者而言，發(fā)送端的信號(hào)是不可預(yù)測(cè)的隨機(jī)信號(hào)。因此，我們?cè)诜抡嬷锌梢杂脕?lái)模擬基帶信號(hào)發(fā)生器。其中主要參數(shù)的含義為：a 產(chǎn)生的信號(hào)中0符號(hào)的概率在仿真的時(shí)候一般設(shè)成這樣便于頻譜的計(jì)算；：控制隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的參數(shù)，要求不小于30，而且與后面信道中的設(shè)置不同的值；：抽樣時(shí)間，這里指一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)所占的時(shí)間，用來(lái)控制號(hào)發(fā)生的速率，這個(gè)參數(shù)必須與后面調(diào)制和解調(diào)模塊的保持一致。調(diào)制與解調(diào)模塊通信工具箱中提供了數(shù)字信號(hào)各種調(diào)制方式的模塊，如、、及等。雖然不同的調(diào)制模塊，參數(shù)設(shè)置有所不同，但很多參數(shù)在各種調(diào)制中是一致的，下面我們以調(diào)制模塊為例介紹一下調(diào)制模塊的參數(shù)及其設(shè)置，其余模塊將在下面仿真模型的建立過(guò)程中詳細(xì)介紹。和分別是數(shù)字信號(hào)調(diào)制和解調(diào)的專用模塊，其中主要參數(shù)有：：輸入信號(hào)的階次數(shù)，比如2就是2階的；：符號(hào)周期，即，一個(gè)符號(hào)所占的時(shí)間，這必須與信號(hào)源的保持一致；：載波頻率；：載波的初始相位；：輸入信號(hào)的抽樣時(shí)間；：輸出信號(hào)的抽樣時(shí)間。其中，各參數(shù)要滿足以下關(guān)系：>1/()<1/[2* +2/()]<1/[2* +2/()]信道在分析通信系統(tǒng)時(shí)通常選擇高斯噪聲作為系統(tǒng)的噪聲來(lái)考查，因?yàn)檫@種噪聲在現(xiàn)實(shí)中比較常見而且容易分析。中提供了帶有加性高斯白噪聲的信道：。仿真時(shí)可以用該模塊模擬現(xiàn)實(shí)中的信道，該模塊的主要參數(shù)有：30()：信號(hào)每個(gè)符號(hào)的能量與噪聲的功率譜密度的比值；()：信號(hào)功率與噪聲功率的比值；注：()和()是表征信號(hào)與噪聲關(guān)系的兩種方法，在一次仿真中只能選擇其中一個(gè)。誤碼計(jì)算儀信號(hào)經(jīng)過(guò)信道后，由于噪聲的干擾，在接收端可能出現(xiàn)誤碼，中提供了模塊來(lái)計(jì)算誤碼率，其主要參數(shù)的設(shè)置為：：接收延遲，表明在計(jì)算誤碼率時(shí)接收到的信號(hào)比源信號(hào)延遲的碼元數(shù)，便于準(zhǔn)確計(jì)算在誤碼計(jì)算儀后面再接一個(gè)模塊（比如結(jié)果顯示模塊），將數(shù)據(jù)傳到該模塊中（示出來(lái)）；默認(rèn)值為。示波器在仿真過(guò)程中，可以觀察各個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)域和頻域波形，因此，在各個(gè)環(huán)節(jié)加上示波器以觀察波形。另外，還可將示波器的數(shù)據(jù)輸出到中存儲(chǔ)，以便對(duì)仿真結(jié)果做進(jìn)一步處理，比如將各個(gè)環(huán)節(jié)的波形對(duì)比顯示和做頻域變換等。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析仿真模型的設(shè)計(jì)及結(jié)果分析了解了仿真所需的主要模塊后，下一步就是設(shè)計(jì)和仿真各種數(shù)字調(diào)制模型，并對(duì)仿真結(jié)果在時(shí)域和頻域進(jìn)行分析。運(yùn)用軟件進(jìn)行各種數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析比較。中有各種調(diào)制解調(diào)方式的現(xiàn)成模塊可以直接應(yīng)用，但是必須得設(shè)定正確的參數(shù)才能取得理想的仿真結(jié)果。通過(guò)仿真比較各種系統(tǒng)的占用帶寬和誤碼率等性能指標(biāo)。為了正確比較誤碼率，必須保證誤碼率比較器中比較的為發(fā)送碼元和對(duì)應(yīng)的接收碼元，因此根據(jù)系統(tǒng)不同需要進(jìn)行不同的延時(shí)；為了便于比較，建立了三個(gè)條件基本一致的仿真系統(tǒng)，即相同的信號(hào)源（伯努利隨機(jī)二進(jìn)制發(fā)生器相同的傳輸環(huán)境（加性高斯白噪聲環(huán)境信噪比為-5），都是基帶調(diào)制、解調(diào)模塊，最后顯示出誤碼率、傳輸錯(cuò)誤個(gè)數(shù)、傳輸總數(shù)。二進(jìn)制頻移鍵控（2）利用伯努利二進(jìn)制信號(hào)發(fā)生器（）成生數(shù)字信號(hào)，利用通信工具箱中提供了專門的調(diào)制和解調(diào)模塊應(yīng)用調(diào)制模塊能可方便地產(chǎn)生2信號(hào)，根據(jù)圖3.1所示仿真框圖。模型中運(yùn)用了工具箱中的現(xiàn)成調(diào)制解調(diào)模塊和信道模塊，然后用示波器觀察各環(huán)節(jié)波形，最后由誤碼計(jì)算儀計(jì)算誤碼。重要模塊參數(shù)設(shè)置如下信源： a :0.5:12345:0.001

圖3.1 2仿真模型調(diào)制解調(diào)器：：2():1000;2000;4000:16信道： :12345: :-5:1誤碼器： :0:0::延時(shí)器： :0:-1頻譜： :1024 :512 ::1024 :64: :[2…2]: :-30 :30:根據(jù)上述參數(shù)設(shè)置各模塊，運(yùn)行后，得出如下結(jié)果，分別設(shè)置調(diào)制解調(diào)器的頻率設(shè)為1、2、4。系統(tǒng)的功率譜密度曲線如圖3.2至圖3.4所示。圖3.2 f時(shí)2功率譜密度曲線圖圖3.3 f2kHz時(shí)2功率譜密度曲圖圖3.3 f2kHz時(shí)2功率譜密度曲2f時(shí)f2kHzf4kHzf小于碼元速率兩倍時(shí)，2已調(diào)信號(hào)功率譜密度曲線為單峰，出現(xiàn)混疊現(xiàn)象；當(dāng)f等于兩倍碼元速率時(shí)，恰好出現(xiàn)雙峰；當(dāng)f遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩倍碼元速率時(shí)，功率譜密度曲線為雙峰，頻譜基本不再混疊。最小頻移鍵控（）最小頻移鍵控二進(jìn)制頻移鍵控（2）的改進(jìn)，其仿真模型如圖3.5所示圖3.5 的仿真模型將信號(hào)源的設(shè)為1/2，其余參數(shù)可參照2，兩者參數(shù)類似。2調(diào)制頻譜3.譜旁瓣的下降非常迅速。這說(shuō)明信號(hào)的功率主要包含在主瓣之內(nèi)。因此，信號(hào)比較適合在窄帶信道中傳輸，對(duì)鄰道的干擾也較小。二進(jìn)制相移鍵控（2）利用隨機(jī)整數(shù)信號(hào)發(fā)生器（）成生數(shù)字信號(hào)，利用通信工具箱中提供了專門的調(diào)制和解調(diào)模塊，應(yīng)用調(diào)制模塊能可方便地產(chǎn)生2信號(hào)，根據(jù)圖3.7所示仿真框圖。重要模塊參數(shù)設(shè)置如下：信源：：2:12345:0.001調(diào)制解調(diào)器：：2：4信道、誤碼器、延時(shí)器、頻譜器參數(shù)設(shè)置參考2。根據(jù)上述參數(shù)設(shè)置各模塊，運(yùn)行后，得出如下結(jié)果，系統(tǒng)的功率譜密度曲線如圖3.8所示。圖3.8 2功率譜密度曲線2也同樣）2十分相似。相位調(diào)制和頻率調(diào)制一樣，本質(zhì)上是一種非線性調(diào)制，但在數(shù)字調(diào)相中，由于表征信息的數(shù)字調(diào)相同線性調(diào)制的數(shù)字調(diào)幅就聯(lián)系起來(lái)了，為此可以把數(shù)字調(diào)相信號(hào)當(dāng)作線性調(diào)制信號(hào)來(lái)處理了。但是不能把上述概念推廣到所有調(diào)相信號(hào)中去。二進(jìn)制差分相移鍵控（2）利用隨機(jī)整數(shù)信號(hào)發(fā)生器（）成生數(shù)字信號(hào)，利用通信工具箱中提供了專門的調(diào)制和解調(diào)模塊，應(yīng)用調(diào)制模塊能可方便地產(chǎn)生2信號(hào)，根據(jù)圖3.9所示仿真框圖。圖3.9 2仿真模型重要模塊參數(shù)設(shè)置：調(diào)制解調(diào)器：4其余參數(shù)與2相同。根據(jù)上述參數(shù)設(shè)置各模塊，運(yùn)行后，得出如下結(jié)果，系統(tǒng)的功率譜密度曲線如圖3.10所示。圖3.10 2功率譜密度曲線22信號(hào)有相同的功率譜；22信號(hào)帶寬相同，是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，2與2信號(hào)頻帶利用率也相同。4 數(shù)字調(diào)制誤碼率的計(jì)算與分析誤碼率（：）=中的誤碼/所傳輸?shù)目偞a數(shù)*100%。如果有誤碼就有誤碼率。802.3標(biāo)準(zhǔn)為1000定的可接受的最高限度誤碼率為10-10(5)而設(shè)定的,也就是千兆以太網(wǎng)的編碼方式。,致使信號(hào)在傳輸中遭到破壞，產(chǎn)生誤碼。噪音、交流電或閃電造成的脈沖、傳輸設(shè)備故障及其他因素都會(huì)導(dǎo)致誤碼（10；反之亦然。各種不同規(guī)格的設(shè)/（9由于種種原因,數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)。例如在傳輸過(guò)程中受到外界的干擾,或在通信系統(tǒng)內(nèi)部由于各個(gè)組成部分的質(zhì)量不夠理想