基于MATLAB的PSK调制和解调及仿真

基于MATLAB的PSK调制和解调及仿真 摘要 —I— 基于MATLAB的PSK调制和解调及仿真 摘要 —II— 摘要 Psk调制是 通信系统中最为重要的环节之一Psk调制技术的改进也是通信系统性能提高的重要 途径。本文首先分析了数字调制系统的基本调制解调 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 然后运用Matlab及附带的 图形仿真工具 ——Simulink设计了这几种数字调制方法的仿真模型。通过仿真观察 了调制解调过程中各环节时域和频域的波形并结合这几种调制方法的调制原理跟踪 分析了各个环节对调制性能的影响及仿真模型的可靠性。最后在仿真的基础上分析 比较了各种调制方法的性能并通过比较仿真模型与理论计算的性能证明了仿真模型 的可行性。另外本文还利用Matlab的图形用户界面GUI功能为仿真系统设计了一个 便于操作的人机交互界面使仿真系统更加完整操作更加方便。 关键词数字调制分析 与仿真MatlabSimulinkGUI图形界面ABSTRACT —III— ABSTRACT In this paper methods of psk modulation are introduced firstly. Then their simulation models are built by using MATLAB’s simulation tool SIMULINK. Through observing the results of simulation the factors that affect the capability of the psk modulation system and the reliability of the simulation models are analyzed. And then the capability of three digital modulation simulation models 2-PSK 4-PSK and have been compared as well as comparing the results of simulation and theory. At last the conclusion is gotten: The simulation models are reasonable. In addition an operation interface is designed which can simplify the manipulation of the simulation system by mean of the Graphical User Interface which short for GUI. Keywords: PSK modulation analysis simulation MATLAB SIMULINK GUI 目录 —IV— 目录 摘 要 ...................................................... II ABSTRACT ................................................. III 目录 ...................................................... IV 前言 ....................................................... 1 1绪论...................................................... 2 1.1通信技术的历史和发展 ................................ 2 1.2数字调制技术 ........................................ 3 1.3数字调制的发展现状和趋 势 ............................ 4 1.4本章小结 ............................................ 5 2 MATLAB仿真技 术 .......................................... 6 2.1通信仿真 ............................................ 6 2.2 MATLAB简介 ......................................... 9 2.3 Simulink简介 ...................................... 12 2.4 本章小结 ........................................... 14 3 PSK 调制系 统 ............................................ 15 3.1 2PSK数字调制原理 .................................. 15 3.2 4PSK的调制和解调 .................................. 19 3.3 本章小结 ........................................... 23 4 PSK调制解调系统的仿真 .................................. 24 4.1 2PSK调制解调系统的仿 真 ............................ 24 4.2 4PSK调制解调系统的仿真 ............................ 25 4.3利用 MATLAB研究4PSK信号 ........................... 27 4.4 本章小 结 ........................................... 29 结论 ...................................................... 30 参考文 献 .................................................. 31 致谢 ...................................................... 32 附 录 ...................................................... 33 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 —1— 前言 现代通信的发展趋势为数字化随着现代通信技术的不断开发数字调制技术已 日趋成熟在各个领域都得到了广泛的应用和认同。因此本文对PSK的数字调制和解 调进行了仿真。现代社会发展要求通信系统功能越来越强性能越来越高构成越来越 复杂这就要借助于功能强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。现代计算 机科学技术快速发展已经研发出了新一代的可视化的仿真软件。这些功能强大的仿 真软件使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷由此也使得通信系 统仿真技术得到了更快的发展。本文使用的是功能强大的MATLAB软件。 MATLAB是一种使用简便的、特别适用于科学研究和工程计算的高级语言与其他计算机语言相比它的特点是简洁和智能化具有极高的编程和调试效率。通过使用MATLAB工具箱函数对数字调制进行仿真更能直观彻底的掌握数字通信数字调制的原理。有助于我们的学习和研究加深对知识的理解和运用。 MATLAB的便利性还体现在它的仿真结果还可以存放到MATLAB 的工作空间里做事后处理。方便我们修改参数对不同情况下的输出结果进行对比。 由于MATLAB和SIMULINK是集成在一起的因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 —2— 1绪论 1.1通信技术的历史和发展 1.1.1通信的概念 通信就是克服距离上的障碍从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的是信息的物理表现例如语音、文字、数据、图形和图像等都是消息Message。消息由模拟消息如语音、图像等以及数字消息如数据、文字等之分。所有消息必须在转换成电信号通常简称为信号后才能在通信系统中传输。所以信号Signal是传输消息的手段信号是消息的物资载体。 相应的信号可以分为模拟信号和数字信号模拟信号的自变量可以是连续的或离散的但幅度是连续的如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的但幅度是离散的如计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。 通信的目的是传递消息但对受信者有用的是消息中包含的有效内容即信息Information。消息是具体的、表面的而信息是抽象的、本质的且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。通信技术特别是数字通信技术近年来发展非常迅速它的应用越来越广泛。 数字通信系统较模拟通信系统而言具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而数字通信更能适应对通信技术的高要求。 1.1.2通信的发展史简介 远古时代远距离的传递消息是以书信的形式来完成的这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。1837年发明的莫尔斯电磁式电报标志着电通信的开始。之后利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876年贝耳发明了电话利用电信号实现了语音信号的有线传递使信息的传递变得既迅速又准确这标志着模拟通信的开始由于它比电报更便于交流使用所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的电话通信技术比电报得到了更为迅速和广泛的发展。1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现使得数字通信迅速发展。在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替现有的模拟黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 —3— 电视也正在被数字电视所代替。数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途 1.2数字调制技术 通信按照传统的理解就是信息的传输与交换。在当今信息社会通信则与遥感计算技术紧密结合成为整个社会的高级“神经中枢”。没有通信人类社会是不可想象的。一般来说社会生产力水平要求社会通信水平与之相适应。若通信水平跟不上社会成员之间的合作程度就受到限制。可见通信是十分重要的。 通信传输的消息是多种多样的可以是符号的文字的数据和图像的等等。各种不同的消息可以分为两类一类称为离散消息另一类称为连续消息。离散消息的状态是可数的或离散的比如符号文字或数据等。离散消息也称数字消息。而连续消息则是其状态连续变化的消息例如连续变化的语音图像 等。连续消?渤颇,庀?,虼税凑招诺乐写涞氖悄,庑藕呕故鞘中藕趴梢越ㄐ畔低撤治,馔ㄐ畔低澈褪滞ㄐ畔低场?数字通信有以下突出的特点第一数字信号传输时信道噪声或干扰所造成的差错原则上是可以控制的。第二当需要保密的时候可以有效的对基带信号进行人为的“扰乱”即加上密码。 数字通信系统可以用下图表示 数字通信在近20年来得到了迅速的发展其原因是 1 抗干扰能力强 2 便于进行各种数字信号处理 编码器 调制器 信 道 解调器 译码器 受信者 解密器 信息源 加密器 噪 声 源 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 —4— 3 易于实现集成化 4 经济效益正赶上或超过模拟通信 5 传输与交换可结合起来传输电话与传输数据也可结合起来成为一个统一整体有利于实现综合业务通信网。 本设计主要研究数字通信过程中的调制解调过程。从原理上说受调载波可以是任意的只要已调信号适合心动的传输就可以了但是实际上大多数通信系统中都选择正弦信号作为载波。这是因为正弦信号简单便于产生和接收。 1.3数字调制的发展现状和趋势 进入20世纪以来随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。特别是在20世纪后半叶随着人造地球卫星的发射大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。 1 微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。 2 移动通信和卫星通信的出现使人们随时随地可通信的愿望可以实现。 3 光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。 4 电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次借助现代电信网和计算机的融合人们将世界变成了地球村。 5 微电子技术的发展使通信终端的体积越来越小成本越来越低范围越来越广。例如2003年我国的移动电话用户首次超过了固定电话用户。根据国家信息产业部的统计数据到2005年底移动电话用户近4亿。 随着现代电子技术的发展通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步人们对通信的要求越来越高各种技术会不断地应用于通信领域各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。 本文中提到的调制方式大都是可以实用的已经采用多年并且至今仍然被采用着。但是这些调制方法还不是很完善有许多值得改进之处。因此在这些基本的数字调制方法基础上多年来不断研究出新的或改进的调制方法。实际上在基本的和先进的调制方法之间并没有明确的界限。这些方法都是不间断地发展出来的后来者自然比原有者更先进。 此外随着技术的进步特别是超大规模集成电路和数字信号处理技术的发展使得复杂的电路设计得以用少量的几块即成电路模块实现有些硬件电路的功能还可以用软件代替实现。因此使得一些较复杂的调制技术能够容易地实现并投入使用。这方面的条件使得新的更复杂的调制体制迅速地不断涌现。 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 —5— 目前改进的数字调制方式主要有偏置正交相移键控 /4正交差分相移键控最小频移键控高斯最小频移键控正交频分复用网格编码调制等这里对最小频移键控作一介绍 1.4本章小结 本章主要讲述了通信、调制、数字通信的概念发展以及在生活中的应用价值。从大的方面到小的方面层层递进一直到本文所要讲的主旨内容数字调制。 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 —6— 2 MATLAB仿真技术 2.1通信仿真 2.1.1通信仿真简介 随着科学技术、仿真理论及计算机的不断发展仿真技术不断提高。在如今的科学研究中仿真技术提高了科学研究水平缩短了科学研究周期、降低了科学研究成本及风险、促进了各不同领域学科融合、加速了科研成果转化为生产力。可以说仿真技术已成为科学研究中必不可少的实用技术。因此在现 代科学研究及应用中仿真技术被广泛应用于数学、物理、电子、通信、医学、生物等众多领域。 所谓系统仿真通俗的说就是模型试验它是指通过系统模型试验去研究一个已经存在的或者正在设计的系统的过程。系统仿真它不是对原型的简单再现而是按照研究的侧重点对系统进行提炼以利于研究者抓住问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的本质这种建立在模型系统上的实验技术称为仿真技术。仿真方法可以分为3类实物仿真、数学仿真和半实物仿真。系统仿真的研究重点在于仿真环节即在模型建立之后设计适当的算法并编制成计算机程序。因此便产生了很多仿真算法和仿真软件其中以MATLAB提供的动态仿真工具Simulink最为耀眼它不仅具有强大的功能并且具有很好的使用性。MATLAB就是大量的计算机仿真软件中的优秀代表它在科学研究特别是电子信息科学中有着极为广泛的应用。MATLAB现已被广泛应用于数学、通信、信号处理、自动控制、神经网络、图形处理等许多不同学科的研究中。 仿真是衡量系统性能的工具它通过仿真模型的仿真结果来推断原系统的性能从而为新系统的建立或原系统的改造提供可靠的参考。实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统对这个系统做出的任何改变都可能影响到整个系统的性能和稳定。因此在对原有的通信系统做出改进或建立一个新系统之前通常需要对这个系统进行建模和仿真通过仿真结果衡量 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的可行性从中选择最合理的系统配置和参数设置然后再应用于实际系统中。这个过程就是通信仿真。通信系统仿真可以分成离散事件仿真和连续事件仿真。在离散事件仿真中仿真系统只对离散事件做出反应而在连续事件仿真中仿真系统对输入信号产生连续的输出信号。离散事件仿真是对实际通信系统的一种简化它的仿真建模比较简单整个仿真过程需要花费的时间也比连续仿真少。虽然离散事件仿真舍弃了一些仿真细节在有些场合显得不够具体但仍然是通信系统仿真的主要形式。 与一般的仿真过程类似在对通信系统实施仿真之前首先需要研究通信系统的特性通过归纳和抽象建立通信系统的仿真模型。 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 —7— 2.1.2 通信仿真的一般步骤 通信系统仿真一般分成3个步骤即仿真建模、仿真实验和仿真分析。应该注意的是通信仿真是一个螺旋式发展的过程因此这3个步骤可能需要循环执行多次之后才能够获得令人满意的仿真结果。 1仿真建模 仿真建模是根据实际通信系统建立仿真模型的过程它是整个通信系统仿真过程中的一个关键步骤因为仿真模型的好坏直接影响着仿真结果的真实性和可靠性。 仿真模型一般是一个数学模型。数学模型有多种分类方式包括确定性模型和随机性模型静态模型和动态模型。确定性模型的输入变量和输出变量都有固定数值而在随机模型中至少有一个输入变量是随机的。静态模型不需要考虑时间变化因素动态模型的输入输出变量则需要考虑时间变化因素。一般情况下通信系统模型是一个随机动态系统。 在仿真建模过程中首先需要分析实际系统存在的问题或设立系统改造的目标并且把这些问题和目标转化成数学变量和公式。有了这些具体的仿真目标之后下一步是获取实际通信系统的各种参数如通信系统占用的带宽及其频率分布系统对于特定的输入信号产生的输出等。同时对于通信系统中的各个随机变量可以采集这些变量的数据然后通过数学工具来确定随机变量的分布特性。 有了上面的准备工作下一步就可以通过仿真软件来建立仿真模型了。 2仿真实验 仿真实验是一个或一系列针对仿真模型的测试。在仿真实验中通常需要多次改变仿真模型输入信号的数据以观察和分析仿真模型对这些输入信号的反应以及仿真系统在这个过程中表现出来的性能。需要强调的一点是仿真过程中使用的输入数据必须具有一定的代表性即能够从各个角度显著地改变仿 真输出信号的数值。 实施仿真之前需要确定的另外一个因素是性能尺度。性能尺度指的是能够衡量仿真过程中系统性能的输出信号的数值或根据输出信号计算得到的数值因此在实施仿真之前首先需要确定仿真过程中应该收集哪些仿真数据这些数据以什么样的格式存在以及收集多少数据。在明确了仿真系统对输入信号的要求之前最好把这些设置整理成一份简单的文档。编写文档是一个好习惯它能够帮助我们回忆起仿真过程的一些细节。当然文档的编写不一定要求很规范并且文档的大小应视仿真设计的规模而定。最后还应该明确各个输入信号的初始设置以及仿真系统内部各个状态的初始值。 仿真的运行实际上是计算机的计算过程这个过程一般不需要人工干预黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 —8— 花费的时间由仿真的复杂度确定。如果需要比较仿真系统在不同参数设置下的性能应该使仿真系统在取不同参数值时具有相同的输入信号这样才能保证分析和比较的客观性和可靠性。 3仿真分析 仿真分析是一个通信系统仿真流程中的最后一个步骤。在仿真分析过程中用户已经从仿真过程中获得了足够多的关于系统性能的信息但是这些信息只是一个原始的数据一般还需要经过数值分析和处理才能够获得饬肯低承阅艿某叨却佣竦枚仿真系统的一个总体评价。常用的系统性能尺度包括平均值方差 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 差最大值和最小值等它们从不同的角度描绘了仿真系统的性能。 图表是最简洁的说明工具它具有很强的直观性便于分析和比较因此仿真分析的结果一般都绘制成图表形式。我们使用的仿真工具一般都具有很强的绘图功能能够便捷地绘制各种类型的图表。 2.1.3 仿真技术在通信系统设计中的作用 仿真技术的主要应用之一就是辅助系统的设计过程也就是 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 、设计和实现通信系统的过程。实际系统的设计不同于传统的分析问题它有自己的特点。在设计过程中不能依靠对系统各单元特性的详细而精密的了解这里面有现实而又重要的原因。 系统设计师的基本目的是制造出一个系统使它在预计的使用寿命内满足一定的性能指标。假如我们已经有了一个能满足一定性能的具体设计方案所谓具体设计方案就是说系统中的每个部件都唯一地用一定的函数来描述. 2.1.4仿真的应用 我们主要通过以下几种仿真方法讲述目前正迅猛发展的仿真技术的许多的新的思想。 1 针对光纤系统研究的重点是光检测器的特性。光纤系统中误码率是很小的这样我们就可能在该例子采用运行时间减小技术配合蒙特卡罗仿真方法。 2 主要研究多径衰落环境下64QAM无线中继系统的错误概率性能BER的估计。在该系统中不同的QA输出可表示为单个基本脉冲时延加权的和仿真就是产生这些基本脉冲。进而计算BER。 3 主要是检测数字卫星通信系统的环境。这个系统中含有非线性这是一个难以处理的问题。另一个问题是模型描述越详细仿真就变得复杂费时。在这个研究中我们应当掌握复杂性与准确性的平衡在降低复杂性时采用一些技巧避免准确性的过分降低。 4 野战网初始拓扑的优化问题。由于网络节点和用户都在运动之中节黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 —9— 点数和用户数都可能十分大要保证野战网覆盖制定的地域范围并在很恶劣的战场环境下具有很好的抗毁能力网络的设计必须考虑很多参数这可能使网络仿真的运行时间过长启发算法利用迭代逼近使得设计结果与仿真运行时间能取得较好的折衷。 5 关于自适应滤波器的性能仿真. 2.2 MATLAB简介 2.2.1 MATLAB 的介绍及发展 MATLAB软件系列产品是一套高效强大的工程技术数值运算和系统仿真软件广泛应用于当今的航空航天、汽车制造、半导体制造、电子通信、医学研究、财经研究和高等教育等领域被誉为“巨人肩膀上的工具”。研发人员借助MATLAB软件能迅速测试设想构想综合评测系统性能快速 设计更好方案来确保更高技术要求。同时MATLAB也是国家教委重点提倡的一种计算工具。 MATLAB 软件是美国 Math works 公司的产品MATLAB 是英文 MATrix LABoratory矩阵实验室的缩写。从1984年推出了它的第一个DOS版本至今一经推出了6.