基于MATLAB的基本数字调制解调系统的设计

最新推荐文章于 2023-09-11 15:09:32 发布

MATLAB设计897

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文章标签：人工智能机器学习 python 编程语言物联网

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本文详细探讨了MATLAB Simulink平台上的二进制调制解调技术，包括BASK、BFSK、BPSK，通过仿真模型设计、参数设置、误差分析，展示了不同调制方式的性能对比。研究旨在提升通信效率并优化误码率，为通信系统设计提供实践指导。

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基于MATLAB的基本数字调制解调系统的设计

一、摘要

现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好，作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。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Simulink设计仿真，并且进行误差分析。

调制与解调是通信系统中十分重要的一个环节，针对不同的信道环境选择不同的调制与解调方式可以有效地提高通信系统中的频带利用率，改善接收信号的误码率。本设计运用Simulink仿真软件对二进制调制解调系统进行模型构建、系统设计、仿真演示、结果显示、误差分析以及综合性能分析，重点对BASK，BFSK，BPSK进行性能比较和误差分析。在实际应用中，视情况选择最佳的调制方式。

本文首先介绍了课题研究的背景，然后介绍系统设计所用的Simulink仿真软件，随后介绍了载波数字调制系统的原理，并根据原理构建仿真模型，进行数字调制系统仿真，最后对设计进行总结，并归纳了Simulink软件使用中需要注意的事项。本文的主要目的是对Simulink的学习和对数字调制解调理论的掌握和深化，为今后在通信领域继续学习和研究打下坚实的基础。

关键词：通信系统；Simulink仿真；数字化调制解调；BASK；BFSK；BPSK

二、提纲

3.6.1 2ASK信号的功率谱密度 20

3.6.2 2FSK信号的功率谱密度 21

3.6.3 2PSK及2DPSK 信号的功率谱密度 22

三、统设计与仿真

2ASK信号的调制与解调

2ASK信号调制仿真

(1) 建立系统模型。首先进行模块选择，进行系统搭建。先从Simulink工具箱选择器件：从Sources中选取Pulse Generator作为方波信号源，从Math Operations中选取Product作为乘法器，从Sinks中选取Scope作为示波器；再从DSP模块的DSP Sources中选取sine wave作为载波信号。2ASK信号调制的模型方框图由sine wave信号源、方波信号源、相乘器等模块组建成功，simulink模型如图4.1所示。

图4.1 2ASK信号调制仿真模型

其中正弦信号是载波信号，方波代表S（t）序列的信号源，正弦信号和方波相乘后就得到2ASK信号，也就是二进制键控信号。若一个信号状态始终为零，相当于处在断开状态，此时常称为通断键控信号。二进制振幅键控方式是数字调制中出现最早的，也是最简单的。这种方法最初用于电报系统，但是由于它在抗噪声的能力上较差，故在数字通信中用的不多。不过，二进制振幅键控常常作为研究其他数字调制方式的基础，熟悉它也是必要的。

参数设置。建立好模型之后就要设置系统参数，以达到系统的最佳仿真。从正弦信号源开始依次的仿真参数设置如下图所示。

图4.2所示，其中sin函数是幅度为2、频率为1Hz、采样周期为0.005的双精度DSP信号。图4.3所示的方波是基于采样的，其幅度设置为2、周期为3、脉冲持续设置2、采样时间为1。

图4.2 正弦信号参数设置

图4.3 方波信号源的参数设置

系统仿真及各点波形图。经过参数的设置后，就可以进行系统的仿真。下面是示波器显示的各点的波形图。第一个波形是方波信号源输出的方波；第二个波形正弦信号源输出的频率为1Hz的正弦波；第三个是方波与正弦波经过乘法器后输出的2ASK信号。

图4.4 仿真各点波形图

2ASK信号解调仿真

建立Simulink模型。2ASK的解调分为相干解调和非相干解调法，下面采用相干解调法对2ASK信号进行解调。相干解调也叫同步解调，就是将已调信号恢复出载波，再用载波信号同已调信号相乘，经过低通滤波器和抽样判决器恢复出原始信号S(t)。同样先从Simulink模块选择器件：从Sources中选取Pulse Generator作为方波信号源，从Math Operations中选取Product作为乘法器，从Sinks中选取Scope作为示波器；再从DSP工具箱的DSP Sources中选取sine wave作为载波信号，方波信号与正弦波信号相成后生成2ASK信号。2ASK信号经过低通滤波器后再经过判决器便可解调出原始信号。Simulink模型如下。

图4.5 2ASK解调模型

参数设置。建立好模型之后，开始设置各点的参数，由于低通滤波器是滤去高频载波的，才能恢复出原始信号，所以为了使已调信号的频谱有明显的搬移，使视觉有更直观的印象，就要使载波和信息源的频率有明显的差别，所以载波的频率设置的要相对高一些，这里设置为150Hz。为了更好的恢复出信源信号，所以在此直接使用原载波信号作为同步载波信号。下面是主要部件的参数设置。

图4.6 低通滤波器的参数设置

将图4.2中正弦信号的频率设置为150Hz，其他参数不变。

系统仿真及各点波形。仿真波形如图4.7所示，由上到下的顺序：第一个波形是原始信号，第二个是载波信号，第三调制后的2ASK信号，第四个是2ASK信号与载波信号相乘后得到的信号，第五个是经过低通滤波器的波形，第六个是经抽样判决器后解调出的原始信号。
误码率分析。由于在解调过程中没有信道和噪声，所以误码率相对较小，一般是由于码间串扰或是参数设置的问题，可以得出此系统的误码率为0.3636。