幾種數(shù)字調(diào)制方式的仿真與分析

摘要：提出了一種數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真平臺的設(shè)計(jì)方法。針對數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中五種常見的調(diào)制方式，基于Matlab將各個(gè)環(huán)節(jié)對調(diào)制性能的影響及仿真模型的可靠性進(jìn)行了跟蹤分析；最后利用圖形用戶界面(GUI)功能設(shè)計(jì)了一個(gè)仿真系統(tǒng)，比較了各種調(diào)制方式的性能，仿真結(jié)果與理論值比較接近。
關(guān)鍵詞：通信系統(tǒng)；數(shù)字調(diào)制；仿真與分析；可視化圖形界面

0 引言
數(shù)字調(diào)制是指用數(shù)字基帶信號對載波的某些參量進(jìn)行控制，使載波的這些參量隨基帶信號的變化而變化。根據(jù)控制的載波參量的不同，數(shù)字調(diào)制有調(diào)幅、調(diào)相和調(diào)頻三種基本形式，并可以派生出多種其他形式。由于傳輸失真、傳輸損耗以及保證帶內(nèi)特性的原因，基帶信號不適合在各種信道上進(jìn)行長距離傳輸，所以必須對數(shù)字信號進(jìn)行載波調(diào)制。通過對調(diào)制系統(tǒng)的仿真，更加直觀地了解數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能及影響性能的因素，從而便于改進(jìn)系統(tǒng)，獲得更佳的傳輸性能。
Matlab是一種交互式的、以矩陣為基礎(chǔ)的軟件開發(fā)環(huán)境。Matlab的編程功能簡單，并且很容易擴(kuò)展和創(chuàng)造新的命令與函數(shù)，是用于實(shí)現(xiàn)通信仿真的通信工具包(Communication Toolbox)，提供了通信領(lǐng)域中計(jì)算、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的功能。Matlab的圖形界面功能GUI(Graphical User Interface)能為仿真系統(tǒng)生成一個(gè)人機(jī)交互界面，便于仿真系統(tǒng)的操作。
本文針對數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中五種常見的調(diào)制方式，基于Matiab將各個(gè)環(huán)節(jié)對調(diào)制性能的影響及仿真模型的可靠性進(jìn)行了跟蹤分析；最后利用圖形用戶界面(GUI)功能設(shè)計(jì)了一個(gè)仿真系統(tǒng)，比較了各種調(diào)制方式的性能，仿真結(jié)果與理論值比較接近。

1 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)
典型的數(shù)字通信系統(tǒng)由信源、編碼解碼、凋制解調(diào)、信道及信宿等環(huán)節(jié)構(gòu)成，如圖1所示。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)是數(shù)字通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵步驟。

1．1 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)分析
根據(jù)Simulink提供的仿真模塊，數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真可以簡化成如圖2所示的模型。

1．2 仿真模型的設(shè)計(jì)及結(jié)果分析
1．2．1 2ASK的仿真和分析
2ASK的產(chǎn)生方法有兩種，如圖3所示。

2ASK解調(diào)的方法也有兩種相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成，如圖4所示。
根據(jù)圖3(a)所示方法產(chǎn)生2ASK信號，并用圖4(b)所示的相干解調(diào)法來解調(diào)，設(shè)計(jì)2ASK仿真模型如圖5所示。

(1)仿真結(jié)果時(shí)域分析
將圖5中各示波器的值輸出到Work space中，各環(huán)節(jié)波形如圖6所示。

從圖6可以看出，經(jīng)調(diào)制后的波形在符號1持續(xù)時(shí)間內(nèi)是載波波形，在符號0持續(xù)時(shí)間內(nèi)無波形。最后經(jīng)解調(diào)和抽樣判決出來的信號與源信號波形基本一致，只是有兩個(gè)碼元的延遲，這說明若將Error Rate Calculation的Receive delay參數(shù)設(shè)置為2，則此模型最后的誤碼率為0。這個(gè)值與理論值有些出入，原因是仿真時(shí)為便于觀察信號波形，將信號源發(fā)送碼元數(shù)設(shè)定為20(碼元速率為1，仿真時(shí)間20 s)，這遠(yuǎn)低于現(xiàn)實(shí)中的傳碼率，所以在只傳送20個(gè)碼元的情況下，誤碼率為0是可能的。
(2)仿真結(jié)果頻域分析
2ASK信號的中心頻譜被搬移到了載波頻率fc上。對圖6中數(shù)據(jù)做1 024點(diǎn)FFT可得頻域波形，如圖7所示。從圖中可以看到，源信號中心頻率經(jīng)調(diào)制后搬移到了載波頻率上。最后經(jīng)過抽樣判決后的頻譜與源信號頻譜也大體一致，說明該2ASK仿真模型是成功的、符合理論的。

1．2．2 2FSK的仿真和分析
如果信號源同2ASK一樣的假設(shè)，那么2FSK信號便是0符號對應(yīng)于載波ω1，而1符號則對應(yīng)于ω2的已調(diào)波形，而且ω1與ω2之間的改變是瞬間完成的。2FSK信號的產(chǎn)生如圖8所示。

2FSK信號最常用的解調(diào)方法是采用的相干檢測法，如圖9所示。