畢業(yè)設(shè)計（論文）基于matlab的數(shù)字基帶、調(diào)制傳輸演示系統(tǒng)

1、重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文課 題 名 稱： 基于MATLAB的數(shù)字調(diào)制演示系統(tǒng)-專 業(yè) 班 級：計算機通信08通信301 學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 二OO 年 月基于MATLAB的數(shù)字基帶、調(diào)制傳輸演示系統(tǒng)摘 要 在數(shù)字通信的教學(xué)和設(shè)計中，傳統(tǒng)的方法主要是手工分析與電路板試驗。通信系統(tǒng)中所有變量相互之間是非線性的關(guān)系，大部分是較為繁瑣的數(shù)字理論，容易使學(xué)生感到乏味和難以接受。所以采用MATLAB語言及SIMULINK仿真環(huán)境作為工具，制作出了一個數(shù)字調(diào)制演示系統(tǒng)GUI設(shè)計方案。開發(fā)的演示系統(tǒng)設(shè)計簡單、結(jié)構(gòu)一致，具有可視化、開放性、可擴展性、易于學(xué)習(xí)和維護等優(yōu)點。 演示系統(tǒng)主要演示二

2、進制振幅鍵控、移頻鍵控和移相鍵控數(shù)字通信系統(tǒng).在Simulink模塊庫中選取合適的數(shù)字通信仿真模塊組成上述系統(tǒng)。在GUI圖形用戶界面，按下一個按紐可以打開系統(tǒng)的Simulink模型圖，編輯對話框可以修改系統(tǒng)的相應(yīng)參數(shù)，按下另一個按紐可以對該數(shù)字通信系統(tǒng)進行仿真仿真中可直觀地觀察到信號在通信系統(tǒng)各部分中的時域波形，和系統(tǒng)的誤碼率。從而可以看出參數(shù)對系統(tǒng)誤碼率的影響，以及比較各個系統(tǒng)的優(yōu)劣。 關(guān)鍵詞：數(shù)字通信系統(tǒng) 圖形用戶界面 振幅鍵控 移頻鍵控 移相鍵控 Abstract In teaching and designing digital communications, the traditio

3、nal main methods were manual analysis and circuit board testing. All the variables in communication system are nonlinear. Students can easily get puzzle .Therefore, in teaching, a demonstration of the digital modulation system based on MATLAB is designed. The demonstration system design is visual, o

4、pen, scalable and easy to learn and maintain . The demonstration systems mainly demonstration binary amplitude keying digital communications systems, frequency shift keying binary digital communication systems and binary phase shift keying digital communications systems. In the Simulink block, selec

5、t the appropriate digital communications simulation module to form the three digital communication systems .In graphical user interface GUI, press a button to open Simulink model of the system, editting dialog can modify the parameters of the system, press another button to simulate the digital comm

6、unication system. In simulation the signals time-domain waveforms in various parts of the communication systems can be visually observed .so does the bit error rate. then we can see how parameters of the system affect bit error rate . Key Words : Digital Communication System GUI ASK FSK PSK目 錄1 前言12

7、 數(shù)字信號傳統(tǒng)系統(tǒng)的特點. 2 3數(shù)字基帶調(diào)制與傳原理. 3 4 PAM調(diào)制原理.55QAM的調(diào)制原理76 QPSK調(diào)制原理. .87DQPSK調(diào)制原理 98 數(shù)字調(diào)制傳輸仿真設(shè)計. .10 8.1Matlab簡介. 11 8.2 Matlab的特點與功能. . 119 數(shù)字幅度調(diào)制的仿真模型.13 9.1脈沖幅度PAM調(diào)制仿真 .14 9.2正交幅度QAM調(diào)制仿真. 16 9.33QPSK與DQPSK調(diào)制的仿真模型19 10 數(shù)字調(diào)制傳統(tǒng)性能分析21 10.1數(shù)字調(diào)制傳輸性能分.22. 10.2 QPSK與DQPSK調(diào)制抗噪聲性能比較24 10.2 QPSK與DQPSK調(diào)制抗噪聲性能比較24

8、11 結(jié)束語27致謝28參考文獻291 前言數(shù)字信號的傳輸系統(tǒng)就是信源所發(fā)出的信息經(jīng)變換和處理后，送往信道上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號的通信系統(tǒng)。數(shù)字傳輸系統(tǒng)以其抗干擾能力強、便于存儲、處理和交換等特點，已經(jīng)成為現(xiàn)代通信網(wǎng)中的最主要的傳輸技術(shù)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信網(wǎng)的各種通信和傳輸系統(tǒng)。 在數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)中，信源發(fā)出的模擬信號經(jīng)過數(shù)字終端的信源編碼成為數(shù)字信號，終端發(fā)出的數(shù)字信號，經(jīng)過信道編碼變成適合于信道傳輸?shù)臄?shù)字信號，然后由調(diào)制器把信號調(diào)制到系統(tǒng)所使用的數(shù)字信道上，再傳輸?shù)綄Χ?，?jīng)過相反的變換最終傳送到信宿。 2 數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)的特點：（1）抗干擾能力強、無噪聲積累。在模擬通信中，為了提高信噪比，

9、需要在信號傳輸過程中及時對衰減的傳輸信號進行放大，信號在傳輸過程中不可避免地疊加上的噪聲也被同時放大。隨著傳輸距離的增加，噪聲累積越來越多，以致使傳輸質(zhì)量嚴重惡化。對于數(shù)字通信，由于數(shù)字信號的幅值為有限個離散值(通常取兩個幅值)，在傳輸過程中雖然也受到噪聲的干擾，但當(dāng)信噪比惡化到一定程度時，即在適當(dāng)?shù)木嚯x采用判決再生的方法，再生成沒有噪聲干擾的和原發(fā)送端一樣的數(shù)字信號，所以可實現(xiàn)長距離高質(zhì)量的傳輸。（2）便于加密處理。信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄栽絹碓街匾瑪?shù)字通信的加密處理的比模擬通信容易得多，以話音信號為例，經(jīng)過數(shù)字變換后的信號可用簡單的數(shù)字邏輯運算進行加密、解密處理。（3）便于存儲、處理和交

10、換。數(shù)字通信的信號形式和計算機所用信號一致，都是二進制代碼，因此便于與計算機聯(lián)網(wǎng)，也便于用計算機對數(shù)字信號進行存儲、處理和交換，可使通信網(wǎng)的管理、維護實現(xiàn)自動化、智能化。（4）設(shè)備便于集成化、微型化。數(shù)字通信采用時分多路復(fù)用，不需要體積較大的濾波器。設(shè)備中大部分電路是數(shù)字電路，可用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路實現(xiàn)，因此體積小、功耗低。（5）便于構(gòu)成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。采用數(shù)字傳輸方式，可以通過程控數(shù)字交換設(shè)備進行數(shù)字交換，以實現(xiàn)傳輸和交換的綜合。另外， 業(yè)務(wù)和各種非話業(yè)務(wù)都可以實現(xiàn)數(shù)字化，構(gòu)成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。（6）占用信道頻帶較寬。一路模擬 的頻帶為4kHz帶寬，一路數(shù)字 約占64kHz，

11、這是模擬通信目前仍有生命力的主要原因。隨著寬頻帶信道(光纜、數(shù)字微波)的大量利用(一對光纜可開通幾千路 )以及數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展(可將一路數(shù)字 的數(shù)碼率由64kb/s壓縮到32kb/s甚至更低的數(shù)碼率)，數(shù)字 的帶寬問題已不是主要問題了。數(shù)字通信具有很多優(yōu)點，所以各國都在積極發(fā)展數(shù)字通信。近年來，我國數(shù)字通信得到迅速發(fā)展，正朝著高速化、智能化、寬帶化和綜合化方向邁進。3數(shù)字基帶、調(diào)制與傳輸原理3.1基帶傳輸原理基帶傳輸系統(tǒng)由發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器、抽樣判決器組成。如圖2-1 所示。為發(fā)送濾波器的輸入符號系列。在二進制的情況下，符號取值為0，1，接收濾波器的輸出信號可表示為： （2-1

12、）式中： （2-2）僅取決于發(fā)送濾波器至接收濾波器的傳輸特性 （2-3）抽樣判決發(fā)送濾波器傳輸信道接收濾波器噪聲源圖2-1基帶系統(tǒng)模型對于無碼間干擾來說，傳輸特性必須滿足奈奎斯特第一準則，但從實際的濾波器的實現(xiàn)和對定時的要求等方面考慮，采用升余弦頻譜特性的，在最佳系統(tǒng)下， 取1，均為升余弦頻譜特性，它的傳輸函數(shù)為： （2-4）基帶信號的常用碼型：（1）AMI碼：AMI碼是通信編碼中的一種，為極性交替翻轉(zhuǎn)碼，分別有一個高電平課低電平表示兩個極性。編碼規(guī)則：消息代碼中的0 傳輸碼中的0 。消息代碼中的1 傳輸碼中的+1、-1交替。例如：消息代碼：1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1

13、AMI碼：+1 0 -1 0 +1 0 0 0 -1 0 +1 -1 +1 AMI碼的特點：1.由AMI碼確定的基帶信號中正負脈沖交替，而0電位保持不變。所以由AMI碼確定的基帶信號無直流分量，且只有很小的低頻分量。2.不易提取定時信號，由于它可能出現(xiàn)長的連0串。 AMI碼的解碼規(guī)則：從收到的符號序列中將所有的-1變換成+1后，就可以得到原消息代碼。（2）HDB3碼：三階高密度雙極性碼編碼規(guī)則：1.先將消息代碼變換成AMI碼，若AMI碼中連0的個數(shù)小于4，此時的AMI碼就是HDB3碼。2.若AMI碼中連0的個數(shù)大于4，則將每4個連0小段的第4個0變換成與前一個非0符號(+1或-1)同極性的符號

14、，用表示(+1+,-1-)。3.為了不破壞極性交替反轉(zhuǎn)，當(dāng)相鄰符號之間有偶數(shù)個非0符號時，再將該小段的第1個0變換成或-，符號的極性與前一非零符號的相反，并讓后面的非零符號從符號開始再交替變化。例如：消息代碼：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1AMI碼：+1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 +1 -1 0 0 0 0 +1 -1HDB3碼：+1 0 0 0 +V -1 0 0 0 -V +1 -1 +B 0 0 +V -1 +1HDB3碼的特點：1.由HDB3碼確定的基帶信號無直流分量，且只有很小的低頻分量。2.HDB3中連0串的數(shù)目至多為3個，易于提

15、取定時信號。3.編碼規(guī)則復(fù)雜，但譯碼較簡單。解碼規(guī)則：1.從收到的符號序列中找到破壞極性交替的點，可以斷定符號及其前面的3個符號必是連0符號，從而恢復(fù)4個連碼。2.再將所有的-1變換成+1后，就可以得到原消息代碼。（3）PST碼：成對選擇三進碼（4）雙相碼：曼徹斯特碼 Manchester code (又稱裂相碼、雙相碼），一種用電平跳變來表示1或0的編碼，其變化規(guī)則很簡單，即每個碼元均用兩個不同相位的電平信號表示，也就是一個周期的方波，但0碼和1碼的相位正好相反。其對應(yīng)關(guān)系為：001110信碼：0 1 0 0 1 0 1 1 0雙相碼：01 10 01 01 10 01 10 10 01 曼

16、徹斯特編碼是一種自同步的編碼方式，即時鐘同步信號就隱藏在數(shù)據(jù)波形中。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時鐘信號，又作數(shù)據(jù)信號；從高到低跳變表示“1”，從低到高跳變表示“0”。還有一種是差分曼徹斯特編碼，每位中間的跳變僅提供時鐘定時，而用每位開始時有無跳變表示“0”或“1”，有跳變?yōu)椤?”，無跳變?yōu)椤?”。 兩種曼徹斯特編碼是將時鐘和數(shù)據(jù)包含在數(shù)據(jù)流中，在傳輸代碼信息的同時，也將時鐘同步信號一起傳輸?shù)綄Ψ剑课痪幋a中有一跳變，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干擾性能。但每一個碼元都被調(diào)成兩個電平，所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的1/2。（5）Miller碼：Mil

17、ler碼也稱延遲調(diào)制碼，是一種變形雙向碼。其編碼規(guī)則：對原始符號“1”碼元起始不躍變，中心點出現(xiàn)躍變來表示，即用10或01表示。對原始符號“0”則分成單個“0”還是連續(xù)“0”予以不同處理；單個“0”時，保持0前的電平不變，即在碼元邊界處電平不躍變，在碼元中間點電平也不躍變；對于連續(xù)“0”，則使連續(xù)兩個“0”的邊界處發(fā)生電平躍變。密勒碼可由雙相碼的下降沿去觸發(fā)雙穩(wěn)電路產(chǎn)生。密勒碼最初用于氣象衛(wèi)星和磁記錄，現(xiàn)在也用于低速基帶數(shù)傳機。（6）CMI碼：CMI碼是傳號反轉(zhuǎn)碼的簡稱，編碼規(guī)律為：“1”碼交替用“11”和“0”表示；“0”碼用“01”表示。這種碼型有較多的電平躍變，因此含有豐富的定時信息。（

18、7）nBmB碼：這是一類分組碼，它把原信息碼流的n位二進制碼作為一組，變換為m位二進制碼作為新的碼組。（8）4B/3T碼：4B/3T碼型是1B/1T碼型的改進型，它把4個二進制符號換成3個三進制符號。顯然，在相同的消息符號速率下，4B/3T碼的傳輸速率要比1B/1T的低，因而可提高單位頻帶的利用率。4 PAM調(diào)制原理脈沖調(diào)制就是以時間上離散的脈沖作為載波，用模擬基帶信號M（t）去控制脈沖串的某參數(shù)，使其按M（t）的規(guī)律變化。脈沖振幅，既是脈沖載波的幅度隨基帶信號變化的一種調(diào)制方式。如果脈沖載波是由沖擊脈沖組重的，抽樣定理就是脈沖振幅調(diào)制的原理。但是，實際上真正的沖激脈沖串是不可能實現(xiàn)的，而通常

19、只能采用窄脈沖串來實現(xiàn)。因此，研究窄脈沖作為脈沖載波的PAM方式，將更加具有實際意義。圖2-2 PAM調(diào)制原理設(shè)脈沖載波以s(t)表示，它是由脈寬為秒。其產(chǎn)生方框圖為2-2(a)所示，基帶信號的波形及頻譜如圖2-2(b)所示；脈沖載波的波形及頻譜如圖2-2（c）所示；已抽樣的信號波形及頻譜如圖2-2 (d)所示。 比較采用矩形窄脈沖進行抽樣與采用沖激脈沖進行抽樣（理想抽樣）的過程和結(jié)果，可以得到以下結(jié)論： （1）它們的調(diào)制(抽樣)與解調(diào)(信號恢復(fù))過程完全相同，差別只是采用的抽樣信號不同。 （2）矩形窄脈沖抽樣的包絡(luò)的總趨勢是隨上升而下降，因此帶寬是有限的；而理想抽樣的帶寬是無限的。矩形窄脈沖

20、的包絡(luò)總趨勢按Sa函數(shù)曲線下降，帶寬與有關(guān)。越大，帶寬越小，越小，帶寬越大。 （3）的大小要兼顧通信中對帶寬和脈沖寬度這兩個互相矛盾的要求。通信中一般對信號帶寬要求是越小越好，因此要求大；但通信中為了增加時分復(fù)用的路數(shù)要求小，顯然二者是矛盾的。5 QAM的調(diào)制原理在QAM（正交幅度調(diào)制）中，數(shù)據(jù)信號由相互正交的兩個載波的幅度變化表示。模擬信號的相位調(diào)制和數(shù)字信號的PSK（相移鍵控）可以被認為是幅度不變、僅有相位變化的特殊的正交幅度調(diào)制。因此，模擬信號頻率調(diào)制和數(shù)字信號的FSK（頻移鍵控）也可以被認為是QAM的特例，因為它們本質(zhì)上就是相位調(diào)制。這里主要討論數(shù)字信號的QAM，雖然模擬信號QAM也有

21、很多應(yīng)用，例如NTSC和PAL制式的電視系統(tǒng)就利用正交的載波傳輸不同的顏色分量。QAM是一種矢量調(diào)制，將輸入比特先映射（一般采用格雷碼）到一個復(fù)平面（星座）上，形成復(fù)數(shù)調(diào)制符號，然后將符號的I、Q分量（對應(yīng)復(fù)平面的實部和虛部，也就是水平和垂直方向）采用幅度調(diào)制，分別對應(yīng)調(diào)制在相互正交（時域正交）的兩個載波（coswt和sinwt）上。這樣與幅度調(diào)制（AM）相比，其頻譜利用率將提高1倍。QAM是幅度、相位聯(lián)合調(diào)制的技術(shù)，它同時利用了載波的幅度和相位來傳遞信息比特，因此在最小距離相同的條件下可實現(xiàn)更高的頻帶利用率，QAM最高已達到1024-QAM（1024個樣點）。樣點數(shù)目越多，其傳輸效率越高，例

22、如具有16個樣點的16-QAM信號，每個樣點表示一種矢量狀態(tài)，16-QAM有16態(tài)，每4位二進制數(shù)規(guī)定了16態(tài)中的一態(tài)，16-QAM中規(guī)定了16種載波和相位的組合，16-QAM的每個符號和周期傳送4比特。QAM調(diào)制器的原理是發(fā)送數(shù)據(jù)在比特/符號編碼器（也就是串并轉(zhuǎn)換器）內(nèi)被分成兩路，各為原來兩路信號的1/2，然后分別與一對正交調(diào)制分量相乘，求和后輸出。接收端完成相反過程，正交解調(diào)出兩個相反碼流，均衡器補償由信道引起的失真，判決器識別復(fù)數(shù)信號并映射回原來的二進制信號。如圖4-2所示的是16-QAM的調(diào)制原理圖。作為調(diào)制信號的輸入二進制數(shù)據(jù)流經(jīng)過串并變換后變成四路并行數(shù)據(jù)流。這四路數(shù)據(jù)兩兩結(jié)合，分

23、別進入兩個電平轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成兩路4電平數(shù)據(jù)。例如，00轉(zhuǎn)換成-3，01轉(zhuǎn)換成-1，10轉(zhuǎn)換成1，11轉(zhuǎn)換成3。這兩路4電平數(shù)據(jù)g1（t）和g2（t）分別對載波cos2fct和sin2fct進行調(diào)制，然后相加，即可得到16-QAM信號。6 QPSK調(diào)制原理數(shù)字相位調(diào)制（PSK）是角度調(diào)制、恒定幅度數(shù)字調(diào)制的一種方式，通過改變發(fā)送波的相位來實現(xiàn)，除了其輸入信號是數(shù)字信號以及輸出的相位受限制以外，PSK與傳統(tǒng)的相位調(diào)制相似。對于經(jīng)過M =2k相相位調(diào)制的數(shù)字信號來說，載波信號的相位一般有： （2-5）因此調(diào)制信號可用如下的式子表示： （2-6）其中：A是信號振幅；g T(t)為發(fā)射端的濾波脈沖（一般

24、為矩形脈沖），決定發(fā)送信號的頻譜特征；T為信號持續(xù)時間；Es為每一個發(fā)送符號的能量；為載波的角頻率。本文以相對簡單但廣泛采用的四相相位調(diào)制解調(diào)進行模擬仿真。四相相位鍵控（QPSK）也稱之為正交PSK。其調(diào)制及解調(diào)原理如圖2-3所示。比特分離器10+2參考載波震蕩器平衡調(diào)制器90°相移平衡調(diào)制器BPFBPFBPF線性疊加Q通道 邏輯1=+1V邏輯0=-1VQPSK輸出二進制輸入時鐘輸入I通道 邏輯1=+1V邏輯0=-1V圖2-3調(diào)制原理從圖3中可以看出：如果輸入的二進制信息碼流（假設(shè)+1 V 為邏輯1,-1 V 為邏輯0）串行進入比特分離器，產(chǎn)生2個碼流以并行方式輸出，分別被送入I（正

25、交支路）通道及Q（同相支路）通道，又各自經(jīng)過一個平衡調(diào)制器，與一個和參考振蕩器同頻的正交的載波（和）調(diào)制形成了四相相移鍵控信號即得到平衡調(diào)制器的輸出信號后，經(jīng)過一個帶通濾波器，然后再進行信號疊加，可以得到已經(jīng)調(diào)制的QPSK 信號。QPSK 的4種（I ,Q 組合為4種00,01,10 和11）輸出相位有相等的幅度，而且2個相鄰的相位相差值為90°，但是輸出相位并不滿足我們前面所講的（m =0,1, ,M -1），信號相位移可以偏移45°和-45 °，接受端仍可以得到正確的解碼。實際中數(shù)字輸入電壓必須比峰值載波電壓高出很多，以確保平衡調(diào)制器的正常工作。經(jīng)過調(diào)制的信號

26、通過信道傳輸?shù)竭_用戶端，需要進行解調(diào)，這樣一過程是與調(diào)制相類似的逆過程。首先，QPSK信號經(jīng)過功率分離器形成兩路相同的信號，進入乘積檢波器，用兩個正交的載波信號（和）實現(xiàn)相干解調(diào)，然后各自通過一個低通濾波器濾波得到低頻和直流的成分，再經(jīng)過一個并行2串行變換器，得到解調(diào)信號。QPSK的解調(diào)原理如圖2-4 所示。BPF功率分離器載波恢復(fù)乘積檢波器+90°乘積檢波器LPFLPF并串變換器QPSK輸入信號接收二進制數(shù)據(jù)圖2-4解調(diào)原理7 DQPSK調(diào)制原理DQPSK又叫四相相對相移鍵控， QPSK具有固定的參考相位，它是以四進制碼元本身的相位值來表示信息的。而DQPSK沒有固定的參考相位，后

27、一個四進制碼元總是以它相鄰的前一個四進制碼元的終止相位為參考相位（或稱為基準相位），因此，它是以前后兩個碼元的相位差值來表示信息的。由于DQPSK傳輸信息的特有方式，使得解調(diào)時不存在相位模糊問題，這是因為不論提取的載波取什么起始相位，對相鄰兩個四進制碼元來說都是相等的，那么相鄰兩個四進制碼元的相位差肯定與起始相位無關(guān)，也就不存在由于相干解調(diào)載波起始相位不同而引起的相位模糊問題，所以，在使用中都采用相對的四相調(diào)制。在2DPSK調(diào)制中，是先將絕對碼變換成相對碼，然后用相對碼對載波進行絕對相移，同樣在DQPSK調(diào)制中，將輸入的雙比特碼經(jīng)碼型變換，將得到的相對雙比特碼進行QPSK調(diào)制，DQPSK原理框

28、圖如圖2-5所示。圖2-5調(diào)制原理DQPSK解調(diào)原理同QPSK是一樣的，僅需要在QPSK解調(diào)器的并/串轉(zhuǎn)換器之前加接一個差分譯碼器使相對碼變?yōu)榻^對碼，便形成了DQPSK解調(diào)器，DQPSK解調(diào)原理框圖如2-6所示。圖2-6調(diào)制原理8數(shù)字調(diào)制傳輸仿真設(shè)計8.1 仿真軟件MATLAB簡介3 Matlab簡介 MATLAB是由美國Math Works 公司于1984年推出的軟件產(chǎn)品。“MATLAB”是Matrix Laboratory的縮寫, 中文意思為“矩陣實驗室”。MATLAB 是一完整的并可擴展的高性能的數(shù)值計算和可視化軟件, 是一種進行科學(xué)和工程計算的交互式程序語言。它的基本數(shù)據(jù)單元是不需要指

29、定維數(shù)的矩陣, 它可直接用于表達數(shù)學(xué)是算式和技術(shù)概念, 而普通的高級語言只能對一個個具體的數(shù)據(jù)單元進行操作。因此解決同樣的數(shù)值計算問題, 使用MATLAB 要比使用BASIC、FORTRAN和C等語言效率高。MATLAB采用開發(fā)式的環(huán)境, 你可以讀到它的原碼、了解它的算法, 并能改變當(dāng)前的函數(shù)或增添你自己編寫的函數(shù)。在歐美的大學(xué)和研究機構(gòu)中,MATLAB 是一種非常流行的計算機語言, 許多重要的學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表的論文均是用MATLAB來分析計算和繪制各種圖形。它還是一種有力的教學(xué)工具, 它在大學(xué)的線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、數(shù)字信號基帶傳輸系統(tǒng)仿真等課程的教學(xué)中, 已成為標準

30、的教學(xué)工具.1 MATLAB 語言簡介 MATLAB是美國Math Works公司推出的用于數(shù)值計算和信號處理的數(shù)學(xué)計算軟件包，與其他高級語言相比，不僅語法規(guī)則更為簡單，而且在解決工程問題和科研教學(xué)的輔助方面更加直觀、簡潔和高效。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)，工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C語言完相同的事情簡捷得多。目前，MATLAB 已經(jīng)成為國際上最流行的科學(xué)與工程計算的軟件工具，現(xiàn)在的 MATLAB 已經(jīng)不僅僅是一個“矩陣實驗室”了，它已經(jīng)成為了一種具有廣泛應(yīng)用前景的全新的計算機高級編程語言了，有人稱它為“第四代”計算機語言，它在國內(nèi)外

31、高校和研究部門正扮演著重要的角色。MATLAB 是一種科學(xué)計算軟件，它集科學(xué)計算，自動控制，信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖象處理等于一體，具有極高的編程效率，是一個高級的數(shù)學(xué)分析與運算軟件，可用作動態(tài)系統(tǒng)的建模與仿真。Simulink則是MATLAB 為模擬動態(tài)系統(tǒng)而提供的一個面向用戶的交互式程序，它采用鼠標驅(qū)動方式，允許用戶在屏幕上繪制框圖，模擬系統(tǒng)并能動態(tài)地控制該系統(tǒng)，支持線性和非線性系統(tǒng)，能夠在連續(xù)時間域、離散時間域或者兩者的混合時間域里進行建模。在系統(tǒng)仿真環(huán)境下提供了許多專業(yè)模塊庫：如CDMA 參考模塊庫、通信模塊庫、DSP（數(shù)字信號處理器）模塊庫等等。其中通信系統(tǒng)工具箱中包含了對通信系統(tǒng)進行

32、分析和仿真所需的信源編碼、糾錯編碼、信道、調(diào)制解調(diào)以及其他所用的庫函數(shù)和模塊。利用MATLAB對數(shù)字傳輸系統(tǒng)進行了建模和仿真并對結(jié)果進行了分析，結(jié)果表明所建立的仿真系統(tǒng)達到了較高的精度。8.2 Matlab的特點與功能： 特點(1)友好的工作平臺和編程環(huán)境 隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。 (2)簡單易用的程序語言 MATLAB語言更加符合科技人員對數(shù)學(xué)表達式的書

33、寫格式。使之更利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。 (3)出色的圖形處理功能 MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和距陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖?？捎糜诳茖W(xué)計算和工程繪圖。主要功能：1數(shù)值計算和符號計算功能。MATLAB的數(shù)值計算功能十分強大，它提供了十分豐富的數(shù)值計算函數(shù)，而且所采用的的數(shù)值計算算法都是國際公認的，最先進的，可靠的算法，其程序由世界一流專家編制，并經(jīng)高度優(yōu)化。并且MATLAB還和著名的符號計算語言Maple結(jié)合，實現(xiàn)了MATLAB的符號計算功能。2繪圖功能。MATLAB提供

34、了兩個層次的的繪圖制作，一是對圖形句柄進行的低層繪圖操作，二是建立在低層操作之上的高層繪圖操作。3MATLAB語言體系。MATLAB是一種高級的科學(xué)計算語言。它具有程序結(jié)構(gòu)控制，函數(shù)調(diào)用，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，輸入輸出，面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z言特征。4MATLAB工具箱。MATLAB包含兩種內(nèi)容：基本部分和各種可選的工具箱。基本部分構(gòu)成了MATLAB的核心內(nèi)容，也是使用和構(gòu)造工具箱的基礎(chǔ)。MATLAB工具箱分兩大類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。SIMULINK 簡介 Simulink作為MATLAB的重要組成部分，它是一個對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的一個軟件包，具有以下特點：（1）以調(diào)用模塊代替程序的編寫，

35、以模塊連成的框圖表示系統(tǒng)，使得仿真系統(tǒng)建模與工程中的方框圖統(tǒng)一起來，能較全面地研究通信系統(tǒng)，具有很高的開放性。（2）允許用戶隨意修改模塊參數(shù)，并且可以直接無縫地使用MATLAB的所有分析工具，具有很高的交互性。（3）仿真結(jié)果可以近乎“實時”地以圖形或數(shù)據(jù)顯示出來，這與實驗室操作是一樣的。Simulink是MATLAB是MATLAB軟件的擴展，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件包。它與MATLAB語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。Simulink提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集

36、成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。9 數(shù)字幅度調(diào)制的仿真模型為了考察兩種調(diào)制方式的抗噪聲性能，下問將創(chuàng)建兩個仿真模型，分別用于實現(xiàn)脈幅調(diào)制和正交幅度調(diào)制。9.1脈沖幅度PAM調(diào)制仿真圖3-1所示是對信號實施脈幅調(diào)制的仿真模型。圖3-1 脈幅調(diào)制仿真模型在PAM調(diào)制的仿真中，Random Integer Generator（隨即數(shù)產(chǎn)生器）產(chǎn)生一個八進制整數(shù)序列，這個整數(shù)序列通過M-PAM Modulator（PAM基帶調(diào)制器模塊）進行調(diào)制，得到基帶調(diào)制信號。下面列出了隨機整數(shù)產(chǎn)生器和PAM基帶調(diào)制器模塊的參數(shù)設(shè)置情況，其中xSignalL

37、evel、xInitialSeed和xSampleTime分別表示整數(shù)序列的相數(shù)、隨機整數(shù)產(chǎn)生器的初始化種子及其抽樣間隔。圖3-2 Random Integer Generator參數(shù)設(shè)置M-PAM Modulator Baseband參數(shù)設(shè)置如圖3-3。圖3-3 Modulator Baseband參數(shù)設(shè)置PAM基帶調(diào)制器模塊產(chǎn)生的基帶調(diào)制信號經(jīng)過AWGN Channel（加性白噪聲信道）后疊加了一定強度的噪聲，這個信號由M-PAM Demodulator Baseband（PAM基帶解調(diào)器模塊）進行解調(diào)，參數(shù)設(shè)置如下說明。AWGN Channel參數(shù)設(shè)置如圖3-4。圖3-4 AWGN Ch

38、annel參數(shù)設(shè)置M-PAM Demodulator Baseband參數(shù)設(shè)置如圖3-5。圖3-5 M-PAM Demodulator Baseband參數(shù)設(shè)置最后，Error Rate Calculation（誤碼率統(tǒng)計模塊）對原始信號和解調(diào)信號進行比較，統(tǒng)計得到PAM調(diào)制的誤碼率，并且把誤碼率信息保存在MATLAB工作區(qū)變量xErrorRate中，Error Rate Calculation參數(shù)設(shè)置如圖3-6。圖3-6 Error Rate Calculation參數(shù)設(shè)置PAM仿真模型的設(shè)計已經(jīng)完畢。9.2正交幅度QAM調(diào)制仿真QAM調(diào)制的仿真模型與PAM調(diào)制的模型非常相似，它只把PAM基

39、帶調(diào)制器模塊和解調(diào)器模塊分別換成Rectangular QAM Modulator Baseband(QAM基帶調(diào)制器模塊)和Rectangular QAM Deodulator Baseband（QAM基帶解調(diào)器模塊），如圖3-7。圖3-7 QAM仿真模型在QAM調(diào)制的仿真模型中，信源、信道和信宿都與PAM仿真模型保持一致，這樣便于在相同條件下比較兩種調(diào)制方式的性能，下面分別列出了QAM基帶調(diào)制器模塊和QAM基帶解調(diào)去模塊的參數(shù)設(shè)置情況，如圖3-8和圖所示3-9。圖3-8 QAM基帶調(diào)制器模塊的參數(shù)設(shè)置圖3-9 QAM基帶解調(diào)器模塊的參數(shù)設(shè)置PAM仿真模型的設(shè)計已經(jīng)完畢。9.3QPSK與DQ

40、PSK調(diào)制的仿真模型本節(jié)設(shè)計一個DQPSK調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真模型和一個QPSK調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真模型，以考察二者的抗噪聲性能，并對其誤碼率進行比較。該仿真模型的系統(tǒng)結(jié)果如圖3-10和圖3-11所示。圖3-10 DQPSK調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真模型圖3-11 QPSK調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真模型在這兩個仿真模型中，Bernoulli Binary Generator（貝努利二進制序列產(chǎn)生器）產(chǎn)生一個二進制向量，向量的長度等于2，分別代表QPSK Modulator Baaseband（QPSK調(diào)制器）的兩個輸入信號。我分別采用DQPSK Modulator Baseband（DQPSK基帶調(diào)制器模

41、塊）和QPSK Modulator Baseband（QPSK基帶調(diào)制器模塊）對該信號進行調(diào)制，產(chǎn)生DQPSK基帶調(diào)制信號和QPSK基帶調(diào)制信號?；鶐д{(diào)制信號經(jīng)過AWGN Channel（加性白噪聲信道）后疊加了一定強度的噪聲，然后分別讓兩個基帶調(diào)制信號分別通過各自的解調(diào)器模塊，對它們進行解調(diào)。二者解調(diào)器的參數(shù)設(shè)置保持一致，它們具有相同的相位偏移和抽樣個數(shù)，并且都輸出整數(shù)形式的解調(diào)信號。兩個仿真模型中，貝努利二進制序列產(chǎn)生器產(chǎn)生的輸出信號，經(jīng)過Bit to Integer Converter（數(shù)值轉(zhuǎn)換模塊）轉(zhuǎn)換成整數(shù)后，各自的解調(diào)信號一個進入Error Rate Calculation（誤碼率

42、統(tǒng)計模塊），二者誤碼率統(tǒng)計模塊信號接收端的延時都等于xReceiveDelay，同時把誤碼率的統(tǒng)計結(jié)果保存在工作區(qū)變量xErrorRate中。下面給出各個模塊的參數(shù)設(shè)置。Brnouli Binary Generator參數(shù)設(shè)置，如圖3-12。圖3-12 Brnouli Binary Generator參數(shù)設(shè)置QPSK Modulator Baseband參數(shù)設(shè)置，如圖3-13。圖3-13 QPSK Modulator Baseband參數(shù)設(shè)置DQPSK Modulator Baseband參數(shù)設(shè)置，如圖3-14。圖3-14 DQPSK Modulator Baseband參數(shù)設(shè)置AWGN Ch

43、annel參數(shù)設(shè)置如圖3-15。圖3-15 AWGN Channel參數(shù)設(shè)置QPSK Demodulator Baseband參數(shù)設(shè)置，如圖3-16。圖3-16 QPSK Demodulator Baseband參數(shù)設(shè)置DQPSK Demodulator Baseband參數(shù)設(shè)置，如圖3-17。圖3-17 DQPSK Demodulator Baseband參數(shù)設(shè)置Error Rate Calculation的參數(shù)設(shè)置，如圖3-18。圖3-18 Error Rate Calculation的參數(shù)設(shè)置PAM仿真模型的設(shè)計已經(jīng)完畢。10數(shù)字調(diào)制傳輸性能分析10.1 PAM與QAM調(diào)制抗噪聲性能比較

44、為了比較PAM與QAM兩種調(diào)制方式在不同信噪比條件下的誤碼性能，需要寫M文件用于實現(xiàn)對仿真模型參數(shù)的初始化以及循環(huán)執(zhí)行仿真模型。下面的程序段是M文件的內(nèi)容。%設(shè)置調(diào)制信號的相數(shù)(調(diào)制信號是介于0和xSignalLevel-1之間的整數(shù))clear all;clc;xSignalLevel=8;%設(shè)置調(diào)制信號的抽樣間隔xSampleTime=1/100000;%設(shè)置仿真時間長度 xSimulationTime=10;%設(shè)置隨機數(shù)產(chǎn)生器的初始化種子xInitialSeed=37;%x表示信噪比的取值范圍x=0:10;%y1表示RAM調(diào)制的誤符號率y1=x;%y2表示QAM調(diào)制的誤符號率y2=x;f

45、or i=1:length(x); %信噪比依次取向量x的數(shù)值 xSNR=x(i); %執(zhí)行RAM仿真模型 sim('ch1001'); %從xErrorRate中獲得調(diào)制信號的誤符號率 y1(i)=xErrorRate(1);endfor i=1:length(x); %信噪比依次取向量x的數(shù)值 xSNR=x(i); %執(zhí)行QAM仿真模型 sim('ch1002'); %從xErrorRate中獲得調(diào)制信號的誤符號率 y2(i)=xErrorRate(1);end%繪制信噪比與誤符號率的關(guān)系曲線%點表示RAM調(diào)制，三角表示QAM調(diào)制semilogy(x,y1,

46、'.',x,y2,'*');仿真結(jié)束之后得到如圖3-19所示的SNR在0-10之間的誤碼率曲線，其中圓點表示PAM調(diào)制誤碼率，星點表示QAM的誤碼率。圖3-19 PAM與QAM調(diào)制SNR（0-10）誤碼率曲線從圖3-19中可以看到，這兩種解調(diào)方式的誤碼率是比較接近的，而PAM的抗噪聲性能略優(yōu)于QAM。由于我們在仿真過程中把兩種調(diào)制方式的抽樣數(shù)（Samples per symbol參數(shù)）設(shè)置為1，因而仿真得到的誤碼率略高于理論計算數(shù)值，當(dāng)增大Samples per symbol的數(shù)值時，PAM和QAM的抗噪聲性能隨之增強，仿真得到的誤碼率將降低，并且逐漸趨向于理論

47、計算值。另外，改變M文件的x=0:10;變量，就可以對比出信噪比對兩種振幅調(diào)制的誤碼率的影響。保持其它程序不變，將信噪比的取值范圍改為x=20:30，執(zhí)行仿真。仿真結(jié)束之后得到如圖3-20所示的SNR在20-30之間的誤碼率曲線，其中圓點表示PAM調(diào)制誤碼率，星點表示QAM的誤碼率。圖3-20 PAM與QAM調(diào)制SNR（20-30）誤碼率曲線從圖3-19和圖3-20可以觀察出，在信噪比隨著輸入信噪比增大時，系統(tǒng)的誤碼率就降低；反之，當(dāng)輸入信噪比減小時，系統(tǒng)的誤碼率就增加，與理論相同。10.2 QPSK與DQPSK調(diào)制抗噪聲性能比較為了得到QPSK調(diào)制與DQPSK調(diào)制的性能，編寫M文件，對仿真模

48、型中的各個變量進行賦值，然后依次改變信號的信噪比，循環(huán)執(zhí)行仿真程序，兩種調(diào)制都在相同條件下進行仿真，最后根據(jù)仿真的結(jié)果繪制曲線。M文件代碼如下：%設(shè)置調(diào)制信號的抽樣間隔xSampleTime=1/100000;%設(shè)置仿真時間長度xSimulationTime=10;%設(shè)置隨機數(shù)產(chǎn)生器的初始化種子xInitialSeed=61 71;%設(shè)置QPSK調(diào)制的初始相位xPhaseOffset=pi/4;%設(shè)置QPSK調(diào)制信號的抽樣個數(shù)xSamplesPerSymbol=1;xReceiveDelay=0;%x表示信噪比的取值范圍x=0:10;%y1表示QPSK調(diào)制的誤符號率y1=x;%y2表示DQPS

49、K調(diào)制的誤符號率y2=x;for i=1:length(x);%信噪比依次取向量x的數(shù)值 xSNR=x(i); %執(zhí)行RAM仿真模型 sim('ch1005'); %從xErrorRate中獲得調(diào)制信號的誤符號率 y1(i)=xErrorRate(1);%執(zhí)行QAM仿真模型 sim('ch1003');%從xErrorRate中獲得調(diào)制信號的誤符號率 y2(i)=xErrorRate(1);end%點表示QPSK調(diào)制，星號表示DQPSK調(diào)制semilogy(x,y1,'.',x,y2,'*');在信噪比比較高的條件下，如果仿真的時

50、間不夠長，這時候仿真得到的誤比特率通常為零。為此，我們把貝努利二進制序列產(chǎn)生器的抽樣間隔xSampleTime設(shè)置為1/100000，同時把仿真數(shù)據(jù)的精度。由此帶來的另外一個問題是仿真需要較長的執(zhí)行時間。仿真結(jié)果如圖所示3-21。在圖3-21所示中，實心圓點表示QPSK調(diào)制信號的誤碼率性能，星號則是DQPSK調(diào)制信號的誤碼率。從圖中可以看到，在相同的條件下（相同的數(shù)據(jù)源、相同的信噪比以及相同的調(diào)制信號抽樣數(shù)），DQPSK調(diào)制信號的性能優(yōu)于QPSK。與幅度調(diào)制相同，改變M文件的x=0:10;變量，就可以對比出信噪比對兩種振幅調(diào)制的誤碼率的影響。保持其它程序不變，將信噪比的取值范圍改為x=10:2

51、0，執(zhí)行仿真。仿真結(jié)束之后得到如圖3-22所示的SNR在10-20之間的誤碼率曲線，其中圓點表示QPSK調(diào)制誤碼率，星點表示DQPSK的誤碼率。從圖3-21和圖3-22可以觀察出，在信噪比隨著輸入信噪比增大時，系統(tǒng)的誤碼率就降低；反之，當(dāng)輸入信噪比減小時，系統(tǒng)的誤碼率就增加，與理論相同。圖3-21 QPSK與DQPSK調(diào)制SNR在0-10之間誤碼率曲線圖3-22 QPSK與DQPSK調(diào)制SNR在10-20之間誤碼率曲線11結(jié)束語綜上所述，通過計算機仿真電子通信系統(tǒng)，具有廣泛的適應(yīng)性和極高的靈活性。在硬件試驗中改變系統(tǒng)參數(shù)也許意味著重做硬件，而在軟件中只需對特定參數(shù)進行相應(yīng)設(shè)置，同時利用Simu

52、link 可視化建模仿真和MATLAB簡單編程的特點，可以實現(xiàn)較為復(fù)雜的系統(tǒng)。因此，MATLAB/Simulink 在通信系統(tǒng)仿真方面具有強大的功能和優(yōu)越性。致謝本文得以完成是與方方面面的關(guān)懷和幫助分不開的。首先，我要衷心的感謝我的指導(dǎo)教師汪彥龍老師，從論文的選題到研究工作的進行，汪老師都給與我最大的幫助、指導(dǎo)和鼓勵，并盡力為我創(chuàng)造了良好的環(huán)境，從而使我在面臨一些困難的情況下完成了論文的研究工作。汪老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度給我留下了深刻的印象，也使我學(xué)到了很多終生受益的東西。我還要感謝與我一起學(xué)習(xí)和生活的羅建軍、唐思遠、李可、葉光柱、張振宇同學(xué)，他們在學(xué)術(shù)上或生活上都給了極大幫助，使我度過了許多難關(guān)

53、，令我的生活快樂和充實。最后我要感謝我的家人，正是他們的支持、鼓勵和幫助才使我大學(xué)階段的學(xué)業(yè)得以順利完成。參考文獻4.主要參考資料(1).丁玉美 高西全 彭學(xué)愚著，數(shù)字信號處理。西安電子科技大學(xué)出版社(2).樊昌信等著 通信原理。國防工業(yè)出版社(3).沈振元 聶志泉 趙雪荷著 通信系統(tǒng)原理。西安電子科技大學(xué)出版社(4).譚揚林 謝冬青著 數(shù)字通信原理。湖南大學(xué)出版社(5).姚天任 孫洪著 現(xiàn)代數(shù)字信號處理。華中科技大學(xué)出版社(6).張輝 曹麗娜著 現(xiàn)代通信原理與技術(shù)。西安電子科技大學(xué)出版社(7).WD斯坦利著 數(shù)字信號處理。科學(xué)出版社(8).鄒理和著 數(shù)字濾波器。國防工業(yè)出版社 (9).鄭君里

54、等著 信號與系統(tǒng)。 高等教育出版社(10). 劉宏友, 李莉, 彭鋒編著 MATLAB 6基礎(chǔ)及應(yīng)用 重慶大學(xué)出版社(11). 孫祥, 徐流美, 吳清編著 MATLAB 7.0基礎(chǔ)教程 清華大學(xué)出版社(12). 張葛祥, 李娜編著 MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用 清華大學(xué)出版社附錄：外文翻譯In Wang Zuoliangs translation practices, he translated many poems, especially the poems written by Robert Burns. His translation of Burns “A Red, Red Rose”

55、brought him fame as a verse translator. At the same time, he published about ten papers on the translation of poems. Some argue that poems cannot be translated. Frost stresses that poetry might get lost in translation. According to Wang, verse translation is possible and necessary, for “The poet-translator brings over some exciting work from another cultur