数字调制系统仿真

一数字调制系统仿真实验

基本原理

当调制信号位二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。在二进制数字调制中，载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态，常用的二进制数字调制方式有以下几种：二进制振幅键控调制（2ASK ）、二进制频移键控（2FSK ）、二进制移相键控（2PSK ）和二进制相对（或差分）相位键控（2DPSK ）。

1、 二进制振幅键控（2ASK ）

1) 调制方法

2ASK 信号可表示为：

式中，g(t)是持续时间为Ts 的矩形脉冲，即：

产生2ASK 的方法有两种，如图所示。

. s (t )

2ASK 调制原理框图

cosωc t

乘法器 载波 cosωc t

e 0(t )

s (t )

e 0(t )

开关电路

相应的调制输出如下图所示：

1) 2ASK 信号的解调

相干解调法：

??

?≤=t

T t t g s 其它0

2/1

)(??

?-=出现

以概率出现以概率P P a n 11

0t nT t g a t t s t e c

n s n c ωωcos ])([cos )()(0∑-==

.

cos ωc t

相干解调法

相乘器 定时脉冲

输入

输出 带通 滤波器

低通 滤波器 抽样 判决器

包络检波法

.

包络检波法

带通 滤波器

半波或 全波整流

定时脉冲

低通 滤波器 抽样 判决器 输入

输出

2、 二进制频移键控（2FSK ）

1) 调制方法

2FSK 信号可表示为：

)

cos(])([)

cos(])([)

cos()()cos()()(2112110n n

s n n n

s n n n t nT t g a t nT t g a t t s t t s t e θω?ωθω?ω+-++-=+++=∑∑

式中，g(t)是持续时间为Ts 的矩形脉冲，即：

??

?≤=t

T t t g s 其它02/1)(

产生2FSK 的方法有两种，如图所示。

s (t )

2FSK 调制原理框图

cosωc t

模拟调频器

~f 1 e 0(t )

s (t ) e 0(t )

载波 开关电路

~f 2

FSK 调制信号的输出如下图所示：

??

?-=出现

以概率出现以概率P P a n 11

的反码

为n n a a

2) 解调方法

2FSK 信号有两种基本解调方法：非相干解调和相干解调，此外，还有鉴频法、过零检测法和差分检波法。

包络检波法

.

带通滤波器

包络检波器

抽样脉冲

抽样判决器

输入

输出

带通滤波器

包络检波器

相干解调法

.

带通滤波器

低通滤波器

抽样脉冲 抽样判决器

输入

输出

带通滤波器

低通滤波器

相乘器 相乘器 cos ω1t

cos ω1t

实验步骤 2ASK 仿真部分：

1、 根据2ASK 调制原理，采用相乘器或者开关电路产生2ASK 信号，用

SystemVue 仿真实现，观察输出的2ASK 波形。

2、 计算ASK 信号的带宽，并与利用分析窗口得到的信号功率谱进行对比。

3、 根据信号的带宽设定合适的带通滤波器，并采用非相干解调法（包络检

波法）或者相干解调法对产生的2ASK 信号进行解调，注意缓冲器中判决门限电平的设置，观察解调后的信号的波形，并与原波形进行比较。 4、 具体的仿真系统如下图所示：

FSK仿真部分：

1、根据2FSK调制原理，采用相乘器或者开关电路产生2FSK信号，用

SystemVue仿真实现，观察输出的2FSK波形。

2、计算2FSK信号的带宽，并与利用分析窗口得到的信号功率谱进行对比。

3、根据信号的带宽设定合适的带通滤波器，（若基带信号的码速率为10b/s，

载波频率为150Hz和100Hz,则可设定带通滤波器的两个截止频率分别为

120Hz和170Hz）并采用非相干解调法（包络检波法）或者相干解调法

对产生的2FSK信号进行解调，（其中包络检波器可采用截止频率为5Hz

的低通滤波器表示）观察解调后的信号的波形，并与原波形进行比较。

4、具体的仿真系统如下图所示：

实验结果

1、假定数字基带信号的码速率为10b/s，采用频率为30Hz的载波进行2ASK

调制，试画出2ASK信号的频谱图。

2、修改ASK中缓冲器的判决门限电平，解调输出的波形将发生什么变化？

3、假定数字基带信号的码速率为10b/s，采用频率为100Hz和150Hz的载波进行2FSK调制，试画出2FSK信号的频谱图。

数字基带传输系统仿真及性能分析

数字基带传输系统

基带传输包含着数字通信技术的许多问题，频带传输是基带信号调制后再传输的，因此频带传输也存在基带问题。基带传输的许多问题，频带传输同样须考虑。如果把调制与解调过程看作是广义信道的一部分，则任何数字传输系统均可等效为基带传输系统。理论上还可证明，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统来代替。

基带传输系统设计中的误码

产生误码的原因：基带传输中的误码将造成基带系统传输误码率的提升，影响基带系统工作性能。误码是由接收端抽样判决器的错误判决造成的，造成错误判决的原因主要有两个：码间串扰和信道加性噪声的影响。码间串扰是由于系统传输总特性（包括收发滤波器和信道特性）不理想，导致前后码元的波形畸变、展宽，并使前面波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽样时刻上，从而对当前码元的判决造成干扰。接收端能否正确恢复信息，在于能否有效地抑制噪声和减小码间串扰。

（1）主函数：

clear all;

N=100;%生成的bit个数

n=16; %每个bit的抽样点数

signal=signalsource(N);

hdb3_signal=hdb3(signal,n);

filtersignal=filter_Nyquist(hdb3_signal);

samplesignal=sampling(filtersignal,n);

ssignal=reverse_hdb3(samplesignal,n);

draw(N,n,signal,hdb3_signal,filtersignal,samplesignal,ssignal);

（2）信源：

function signal=signalsource(N)

Signal=rand(1,N)>0.75;

3）码型编码—HDB3码

①function hdb3NRZ_signal=hdb3NRZ(signal) last_V=-1;

last_B=-1;

hdb3NRZ_signal=zeros(size(signal));

count=0;

for i=1:length(signal)

if signal(i)==1

hdb3NRZ_signal(i)=-last_B;

last_B=hdb3NRZ_signal(i);

count=0; else

count=count+1;

if count==4

count=0;

hdb3half_signal(i)=-last_V;

last_V=hdb3NRZ_signal(i);

if hdb3NRZ_signal(i)*last_B==-1 end

②function hdb3_signal=hdb3(signal,n) %hdb3_signal=hdb3RZ(signal,n)

%函数输出hdb3_signal为码型转换后的传输码型HDB3码

a=hdb3NRZ(signal);

a0=zeros（1，n/2）；

hdb3_signal=[];

for j=1:length(signal);

a1=[];

for jj=1:n/2

a1=[a1,a(j)];

end

hdb3_signal=[hdb3_signal,a1,a0];

End

5抽样判决——恢复为HDB3码

function samplesignal=sampling(signal,n)

%函数输出samplesignal为抽样判决后恢复的信息

%函数输入n为每个bit的抽样点数samplesignal=[];

for i=n/2:n:length(signal) if signal(i)>0.5 for j=1:n

samplesignal=[samplesignal,1];

end

elseif signal(i)<-0.5 for j=1:n

samplesignal=[samplesignal,-1];

end else

for j=1:n

samplesignal=[samplesignal,0];

End

6码型译码——恢复为欲传输的01比特流

function signal=reverse_hdb3(hdb3_signal,n)

%函数输入hdb3_signal为经过抽样之后形成的双极性的不归零的HDB3码signal=[]; last_B=-1; last_V=-1;

j=0;

for i=n/2:n:length(hdb3_signal) j=j+1;

if hdb3_signal(i)==1|hdb3_signal(i)==-1 signal(j)=1;

if last_B*hdb3_signal(i)==1 signal(j)=0;

if last_V*hdb3_signal(i)==-1 signal(j-3)=0;

end

last_B=hdb3_signal(i);

else

signal(j)=0;

end

end

a.码型编码后的HDB 3码

b进行抽样判决之后，恢复的不归零的HDB3码

c 码型译码的输出，恢复为欲传送的01bit流

d基带后存数系统合成图：

仿真分析

1、实验测试结果，包括译码结果、误码率与信噪比之间的关系

理想状态下，对信号随机的提取，编码器输入为1000001110001000，通过encode函数后，因为加入了监督码，信号变得复杂密集，编码输出为1011000101001110110001011000

通过译码输出为1000001110001000，与编码输入一致。说明循环码的检错和纠错能力性能好。输出多项式为：g(x)=(x+a) (x+a2) (x+a3)=a6+a5x+a4x+a3x2+ a3x +a2x+x3

以randint函数重新做一个输入信号并进行编码，结果与上例相似，输入与输出一致。

由上面所有的图可以发现，编码器输入信号并不完全相同，因为对信号的提取是随机的，所以码元也是随机的，信号经过编码器后，因为要加入监督码，所以波形变得更加密集了。信号经过译码后，波形和编码器输入信号大致相同，说明循环码的检错和纠错能力可以

降低基带传输误码率的方式及效率分析数字基带的误码率与输入的信噪比有关,信噪比又与输入信号的能量以及噪声

的能量有关。