基于Matlab的调制解调系统仿真设计

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　第 8 卷 第 5 期 　2005 年 10 月 上 海 电 机 学 院 学 报 J OU RNAL OF SHAN GHA I DIANJ I UN IV ERSIT Y Vol. 8 No. 5 　 Oct . 2005 　 收稿日期 :2005203208 作者简介 :张宇伟 (19822) ,女 ,专业方向 :图像处理、信息编码 ;上海师范大学数理信息学院通信与信息系统硕士研究生。 文章编号 　167122730 (2005) 0520014204 基于 Matlab 的调制解调系统仿真 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 张宇伟1 , 　王耀明2 (1.上海师范大学 数理信息学院 ,上海 , 200234 ; 2.上海电机学院 信息工程系 ,上海 , 200240) 　　摘 　要 　设计了差分编码移相键控 (2DPS K) 调制解调系统的工作流程图 ,并利用 Matlab 软件对 该系统的动态进行了模拟仿真。利用仿真的结果 ,从基带信号的眼图可以衡量数字信号的传输质量 ;由 系统的输入和输出波形图可以看出 ,仿真实验良好。2DPS K 调制解调系统的仿真设计 ,为以后进一步 研究基于 Matlab 的通信实验仿真系统奠定了坚实的基础。 　　关键词 　调制解调器 ; 差分移相编码 ; 仿真设计 　　中图分类号　TN 915. 05 　　　文献标识码 　B Simulative Design of Modem System Based on Matlab Zhang Yuwei1 , 　Wang Yaoming2 (1. College of Mat hematics and Science , Shanghai Normal U niversity , Shanghai , 200234 ; 2. Information Engineering Depart ment , Shanghai DianJ i U niversity , Shanghai , 200240) 　　Abstract 　Matlab sof tware is used to simulate the 2DPS K modem system , which is based on t he program table. By observing t he simulated Eye and Scat ter diagrams and Wave diagrams , t he result of the experiment is very good and successf ul . Simulative design of 2DPSK modem system lays a solid foundation for f urt her researching the simulation system of t he communication experiment based on the Matlab software. 　　Key words 　modem ; differential p hase shif t keying (DPS K) ; simulation design 　　调制解调器 ( Modem) 是数字通信技术中的一 个重要组成部分 ,并广泛应用于单位企业和个人家 庭中。对于从事这方面工作的技术人员以及与该技 术有关的学生和教师来讲 ,都需要对 Modem 工作 的原理和工作次序作更好的了解 ,则对他们的工作 和学习有许多帮助。基于这种原因 ,本文设计了以 差分编码的移相键控 (2DPS K) 的调制解调系统的 工作流程图 ,并利用 Matlab 软件对该系统的动态进 行了模拟仿真。 1 　2DPSK调制解调系统基本工作原理 差分编码移相 2DPS K 在数字通信系统中是一 种重要的调制方式 ,其抗噪性能和信道频带利用率 均优于移幅键控 (AS K) 和移频键控 ( FS K) ,因而在 实际的数据传输系统中得到广泛的应用。2DPS K 调制解调系统的原理框图如图 1 所示。 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 1 　2DPSK调制解调系统原理框图 Fig. 1 　Functional block diagram of 2DPSK modem 图 2 　2DPSK调制解调系统框图 Fig. 2 　Block diagram of 2DPSK modem 1. 1 　调制器 调制器采用数字调制方式。它是由晶体振荡 器、分频器、差分编码和调相电路组成。在图 1 中 , 晶体振荡器产生11. 059 2 M Hz 的方波信号 ,该信 号经 9 %、64 %分频电路后分别产生调制器和解调 器所需的19. 2 k Hz 载波信号2. 4 k Hz 时钟信号。 显然 ,此系统的码元速率是 2 400 bit ·s - 1 。差分移 相是利用前后相邻码元信号的相对载波相位变化来 传递数字信息。这时码元不是以固定相位基准为参 考相位的 ,而是以前一码元的相位作为参考相位。 即 :当传送“1”时 ,后一码元的相位相对前一码元的信 号相位变化 180°而当传送“0”时 ,前后码元相位同。 差分编码器的作用就是对“数据入端”的数字信号进 行差分编码 ,然后再对差分编码输出的差分信号进行 绝对调相 ,得到二相差分移相信号 (2DPSK信号) 。 1. 2 　解调器 解调器采用相干解调方式。它是由带通滤波 器、相乘器、低通滤波器、抽样判决和码变换电路组 成。当数字信号在传输过程中 ,由于信道中的加性 随机噪声 ,使解调端输入的 2DPS K 信号叠加有白 噪声和其他干扰 ,所以用带通滤波器来滤出干扰和 噪声 ,在其输出端得到频带受限的 2DPS K 信号。 相乘器和低通滤波器一起组成相干解调器。其作用 是将带通滤波器输出的信号和本地恢复的相干载波 进行比较 ,再经低通滤波器滤出基带信号。在抽样 判决电路中 ,抽判脉冲对基带信号比较、判决 ,由于 判决后输出的信号为相对码信号 ,因而需进行码变 换 ———差分解码 ,经差分解码器便恢复出与“数据输 入”相应的数字基带信号。在无噪声情况下 ,解调恢 复出的信号与调制器输入的信号是完全相同的。 2 　2DPSK调制解调系统仿真设计 应用 Matlab 软件中的 Simulink 进行可视化设 计。系统实现的是 2DPS K 调制解调系统的动态仿 真 ,其结果如图 2 所示。2DPS K 调制解调系统的组 成 :信号源、2DPS K调制解调子系统、输出结果显示 51　2005 年第 5 期 张宇伟 ,等 :基于 Matlab 的调制解调系统仿真设计 　　 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 子系统、示波器、高斯白噪声信道。 2. 1 　信 　号 根据设计要求 ,选择了 3 种基本的信号源 :规则 码全“1”全“0”,“1 :1”信号和 31 位的伪随机码。 2. 2 　调制模块 2DPSK 调制解调系统的调制过程分为两部分 (见图 3) :差分解码和调相。 图 3 　差分解码和调相 Fig. 3 　Block diagram of differential encode and PM modulator 　　(1) 对由信号源产生的数字基带信号{ an }进行 差分编码 ,即利用公式 bn = an Ý bn - 1 式中 : bn ———传输信道中的差分编码 将原有信号由绝对码 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示变为用经差分编码处 理的相对码表示。设计中 ,选择了位于 Communi2 cations Blockset/ Modulation/ Source Coding / Dif2 ferential Encoder 的差分编码器 ,它根据当前时刻 之前的所有输入信息计算输出信号达到差分编码的 作用。 (2) 对差分编码后的信号进行调相 ,即利用输 出信号与本地载波相乘的绝对调相 。可以选择 Modulation 子库中的频带相位调制器 ( PM Modu2 lator Passband)模块。 2. 3 　信道模块 信道是通信系统的基本环节之一 ,信道的传输 质量影响着信号的接收和解调。这种影响表现在两 个方面 :一是产生噪声 ,二是减弱信号的强度和改变 信号的形状。通信系统的设计目标是使接收端能够 再现发送端发送的原始数据。因此 ,在设计通信系 统的过程中 ,信道对传输信号的影响是一个不可或 缺的环节。为了使仿真的通信系统与实际更为相 似 ,选择了加性高斯白噪声 (A W GN channel) 模块。 它位于 Blocket s/ Communications Blockset/ Chan2 nels/ AW GN Channel ,其作用是在输入信号中自动 加入高斯白噪声。 2. 4 　解调模块 在本设计中 ,2DPS K 调制解调系统采用相干解 调的方式 ,即输出已调信号与本地载波信号进行极 性比较 ,经过低通滤波器滤出基带信号 ,再利用抽样 判决和差分解码恢复出数字基带信号。因此 ,这一 模块分成四部分 :带通、低通、抽样判决和差分解码。 2DPS K信号在传输的过程中由于信道中的高 斯白噪声 ,使它不可避免地受到各种噪声的干扰。 利用带通滤波器可以有效地滤除噪声 ,更加有利于 后面的解调。解调系统如图 4 所示。 图 4 　2DPSK调制解调系统的解调系统 Fig. 4 　Block diagram of the demodulator in 2DPSK modem 　　从 DSP Blockset 子库中选取模拟带通率滤波 器模块 ,利用公式 : 带通频率 = f c ±B2 , 　B = 2 f s 式中 : f c ———载波频率 B ———带宽 f s ———信号频率 以 31 位伪随机码为例 ,载波频率 f c = 19. 2 k Hz ,计算出系统所需带通滤波器的上下边界分别 为 :6 000 ,250 000 rad ·s - 1 。 从带通滤波器输出了频带受限的 2DPSK信号 , 与所加正弦载波 (即与调相所用载波同频同相的相干 载波)相乘 ,再经过低通滤波器 ,完成了相干解调。选 取相乘模块和低通滤波器模块一起组成相干解调。 61 上 　海 　电 　机 　学 　院 　学 　报 2005 年第 5 期　 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　　由解调后经低通滤波器输出的基带信号 ,以码 元定时作为同步信号在示波器屏幕上显示的波形 , 即基带信号的眼图 ,如图 5 所示。干扰和失真所产 生的传输畸变 ,可以在眼图上清楚地显示出来。 图 5 　解调出的基带信号的眼图 Fig. 5 　Diagram of modulated baseband signal eye 　　从解调器出来的基带信号 ,会直接经过抽样判 决器。抽样是对模拟信号进行周期性扫描 ,把时间 上连续信号变成时间上离散信号。经过抽样信号包 含原信号的所有信息 ,它能无失真地恢复出原模拟 信号。根据设计要求 ,抽样时间 Ts = 40 min ,抽样 频率 f s = 1/ Ts ,抽样值出现是等间隔的 ,抽样脉冲 的幅度随模拟信号的变化而变化。因为模型库中没 有现成的抽样判决模块可以选用 ,笔者编写了一个 相应的 S 函数。 对抽样后的信号进行比较、判决 ,将输入的 2DPSK信号还原成相对码。再由差分译码器 ( an = bnÝ bn - 1 )把相对码转换成绝对码。恢复出的信号与信 号源输出信号存在一定的单位延时 ,波形基本一致。 以 31 位伪随机码为例 ,其部分输出波形如图 6 所示。 图 6 　31 位伪随机码及其各部分输出波形 Fig. 6 　Diagrams of output wave 3 　结 　语 在利用 Matlab 中的 Simulink 和 S2函数共同完 成的 2DPSK 调制解调系统仿真设计中 ,由于信道 中引入了适当的高斯白噪声 ,还有接收端带通滤波 器的参数设置问题 ,观察系统产生的眼图后就会发 现码间干扰和噪声的影响 ,它使解调后的输出波形 与信号源产生的波形相比有一定的畸变和时延。 为了更好地改善系统的传输性能 ,在设置每个 模块的参数时都须经过严密计算得出确切的值。此 外 ,同步也是该通信系统中一个重要的研究问题。 本设计中采用了相干解调的设计方式 ,接收端需要 提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波 , 这样才能保证载波同步。解调出的基带信号要经过 抽样判决器。抽样判决的时刻应位于每个码元的终 止时刻 ,因此 ,在接收端必须产生一个用作抽样判决 的定时脉冲序列 ,它和码元接收的终止时刻应对齐 , 还应与系统输入的时钟信号相一致 ,这样就保证了 系统的位同步。解决了以上几点问题后 ,系统的输 出波形得以改善 ,误码率降低 ,信息传输的质量更为 可靠 ,基本达到的设计要求。 参考文献 [1 ] 　张威 . 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All rights reserved. http://www.cnki.net IC 卡抄取黑匣子中的报税数据 ,并按时到税务机关 进行报税 ,否则开票系统会自动锁死 ,不能进行开票 等业务操作 ,以实现数据的安全性。 2 . 4 　数据加密技术的展望 　　税控系统的信息安全的技术主要包括监控、扫 描、检测、加密、认证、防攻击、防病毒以及审计等几 个方面 ,其中密码技术是信息安全的核心技术 ,建立 的安全 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 不仅仅是数据的安全 ,也必须要涉及使 用上的安全。建立起的安全标准能否起到作用 ,关 键在于安全标准的规划设计方向是否正确。目前对 数据加密技术的新技术有 :密码专用芯片集成 ;寻求 新算法 :跳出以常见的迭代为基础的构造思路 ,脱离 基于某些数学问题复杂性的构造方法 ;加密最终将 被集成到系统和网络中 ,例如 IPV6 (新一代 R8 位互 联网 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 )协议就已有了内置加密的支持以及量子 加密技术的研究等。 3 　结 　论 整个防伪税控收款机系统分为税务端和客户端 两套软件系统 ,无论是税务端的还是客户端 ,其安全 性设计是整个税控收款机系统的关键技术 ,它的每 个业务处理环节 ,不仅有防伪税控系统软件的支持 , 更重要的是有防伪税控专用设备提供数据存储、安 全性和保密性等方面的保障。按照这个原则设计出 来税控收款机 ,现已在上海市网络税务系统中的税 控收款机开发和研究项目中通过鉴定。防伪税控系 统的发明、推广和使用极大地增加了国家税收 ,并已 成为我国税收征管强有力的手段之一。 参考文献 [1 ] 　GB18240. 122003 ,税控器规范[ S] . [2 ] 　王育民 , 刘建伟. 通信网的安全———理论与技术 [ M]. 西安 :西安电子科技大学出版社 1999. 1882229 ,2642 278. [3 ] 　GB218240 , 税控收款机技术术语[ S] . [4 ] 　温巧燕 ,杨义先 ,等. 密码学基础 (第二卷) [ M ] . 北京 : 人民邮电出版社 ,2005. 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