数字调制系统仿真

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：

e (t)s(t)cost[ag(tnT)]cost

0cnscn式中，g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲，即：

g(t)1tTs/20其它a0以概率P出现tn1以概率1P出现

产生2ASK的方法有两种，如图所示。

. 开关电路 s(t) 乘法器 e载波 0(t) cosωct e0(t) cosωct s(t) 2ASK调制原理框图 相应的调制输出如下图所示：

1) 2ASK信号的解调

相干解调法：

. 输入 带通 滤波器 相乘器 cosωct 低通 滤波器 相干解调法 抽样 输出 判决器 定时脉冲 包络检波法

. 输入 带通 滤波器 半波或 全波整流 低通 滤波器 包络检波法 抽样 输出 判决器 定时脉冲 2、 二进制频移键控（2FSK）

1) 调制方法

2FSK信号可表示为：

e0(t)s1(t)cos(1tn)s2(t)cos(1tn)[ang(tnTs)]cos(1tn)n[ang(tnTs)]cos(2tn)n

tTs/2其它t1g(t)0式中，g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲，即：

0an1 s(t) 以概率P出现以概率1P出现an为an的反码

产生2FSK的方法有两种，如图所示。

e0(t) 模拟调频器 cosωct 2FSK调制原理框图 ~f1 载波 ~f2 s(t) 开关电路 e0(t) FSK调制信号的输出如下图所示：

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

. 输入 带通滤波器 包络检波器 输出 抽样脉冲 带通滤波器 包络检波器 抽样判决器 相干解调法

. 输入 带通滤波器 相乘器 cosω1t 带通滤波器 相乘器 cosω1t 低通滤波器 输出 抽样脉冲 低通滤波器 抽样判决器 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 。