数字调制GUI界面的设计方案

1 数字调制 面的设计方案 第一章 绪 论 字调制的意义 数字调制是指用数字基带信号对载波的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化。根据控制的载波参量的不同，数字调制有调幅、调相和调频三种基本形式，并可以派生出多种其他形式。 由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因，基带信号不适合在各种信道上进行长距离传输。为了进行长途传输，必须对数字信号进行载波调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。因此，大部分现代通信系统都使用数字调制技术。另外，由于数字通信具有建网灵活，容易采用 数字差错控制技术和数字加密，便于集成化，并能够进入综合业务数字网（ ），所以通信系统都有由模拟方式向数字方式过渡的趋势。因此，对数字通信系统的分析与研究越来越重要，数字调制作为数字通信系统的重要部分之一，对它的研究也是有必要的。通过对调制系统的仿真，我们可以更加直观的了解数字调制系统的性能及影响性能的因素，从而便于改进系统，获得更佳的传输性能。 通信系统仿真中的应用 随着通信系统复杂性的增加 ,传统的手工分析与电路板试验等分析设计方法已经不能适应发展的需要 ,通信系统计算机模拟仿真 技术日益显示出其巨大的优越性 .。计算机仿真是根据被研究的真实系统的模型 ,利用计算机进行实验研究的一种方法 如费用低 ,易于进行真实系统难于实现的各种试验 ,以及易于实现完全相同条件下的重复试验等。 真软件就是分析通信系统常用的工具之一。 一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境 ,它用于科学和工程的计算与可视化。 编程功能简单 ,并且很容易扩展和创造新的命令与函 2 数。应用 方便地解决复杂数值计算问题。 有强大的 可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统 ,也支持多种采样速率的多速率系统 ;用户提供了用方框图进行建模的图形接口 ,它与传统的仿真软件包用差分方程和微分方程建模相比 ,更直观、方便和灵活。用户可以在 种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。用于实现通信仿真的通信工具包 (叫 信工具箱 )是言中的一个科学性 工具包 ,提供通信领域中计算、研究模拟发展、系统设计和分析的功能 ,可以在 境下独立使用 ,也可以配合 用。另外， 图形界面功能 为仿真系统生成一个人机交互界面，便于仿真系统的操作。因此， 通信系统仿真中得到了广泛应用，本文也选用该工具对数字调制系统进行仿真。 究内容及创新点 主要研究内容 搭建 22 2字通信系统的 型和图形用户界面用 入参数，设置按钮，可以打开通信系统原理模型图，仿真后可以看到信号在通信系统中各部分的时域波形数据率和噪声对系统误码率的影响，通过比较误码率，可以粗略的比较上述三个数字通信系统的抗噪声性能 创新点 在数字通信的教学和设计中，传统的方法主要是手工分析与电路板试验，通信系统中所有变量相互之间是非线性的关系，大部分是较为繁琐的数字理论和推导，容易使学生感到乏味和难以接受。实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对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。使用计 出了适合教学使用的更直观方便的仿真系统。在通信原理课程教学中，其友好的人机界面能够直观地显示出信号在通信系统中各部分的时域波形，有利于理解和掌握完整的通信系统的概念，对教学产生有益的帮助 3 以方便地进行通信系统的分析和仿真，直观清楚，对于比较难理解的概念和原理有非常大的指导作用。配合 以改善现行的数字仿真方案的局限性。 第二章 数字调制系统 数字调制可以分为二进制调制和多进制调制，多进制调制是二进制调制的推广，所以本文主要讨论二进制的调制与解调，最后简单讨论一下多进制调制中的差分相位键 控调制（ 最常见的二进制数字调制方式有二进制振幅键控（ 2移频键控（ 2移相键控（ 2 2下面是这几种调制方式的相关原理。 进制幅度键控（ 2 幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字信号 1 或 0 的控制下通或断，在信号为 1 的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为 0 的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的 1 和 0。 2号功率谱密度的特点如下 ： （ 1）由连续谱和离散谱两部分构成；连续谱由传号的波形 g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定； （ 2）已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。 进制频移键控（ 2 频移键控是利用两个不同频率 振荡源来代表信号 1 和 0，用数字信号的 1和 0去控制两个独立的振荡源交替输出。对二进制的频移键控调制方式，其有效带宽为 B=2Fb,二进制基带信号的带宽也是 号的最大频偏，由于数字信号的带宽即 大，所以二进制频移键控的信号带宽 B 较大，频带利用率小。 2率谱密度的特点如下： (1) 2号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成 , 离散谱出现在 置； (2) 功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。若两个载频之差 |出 4 现单峰。 进制相移键控（ 2 在相移键控中，载波相位受数字基带信号的控制，如在二进制基带信号中为 0 时，载波相位为 0 或 ，为 1 时载波相位为 或 0。载波相位和基带信号有一一对应的关系，从而达到调制的目的。 2号的功率密度有如下特点： (1) 由连续谱与离散谱两部分组成； (2) 带宽是绝对脉冲序列的二倍； (3) 与 2率谱的区别是当 P 1/2 时， 2离散谱，而 2在离散谱。 进制数字调制 上面所讨论的都是在二进制数字基带信号的情况，在实际应用中，我们常常用一种称为多进制（如 4 进制， 8 进制， 16 进制等）的基带信号。多进制数字调制载波参数有 M 种不同的取值，多进制数字调制比二进制数字调制有两个突出的优点：一是有于多进制数字信号含有更多的信息使频带利用率更高；二是在相同的信息速率下持续时间长，可以提高码元的能量，从而减小由于信道特性引起 的码间干扰。现实中用得最多的一种调制方式是多进制相移键控（ 多进制相移键控又称为多相制，因为基带信号有 M 种不同的状态，所以它的载波相位有 M 种不同的取值，这些取值一般为等间隔。在多相制移键控有绝对移相和相对移相两种，实际中大多采用四相绝对移相键控（ 4称 四相制的相位有 0、 /2 、 、 3/2 四种，分别对应四种状态 11、 01、 00、 10。 第三章 数字调制系统的仿真设计 字调制系统各个环节分析 典型的数字通信系统由信源、编码解码、调制解调、信道及信宿等环节构成 ，其框图如图 示： 数字调制是数字通信系统的重要组成部分，数字调制系统的输入端是经编码 5 器编码后适合在信道中传输的基带信号。对数字调制系统进行仿真时，我们并不关心基带信号的码型，因此，我们在仿真的时候可以给数字调制系统直接输入数字基带信号，不用在经过编码器。 图 3 数字通信系统模型 信息源 编码器 调制器 信 道 解调器 解码器 受信者 噪声源 3. 1. 1 仿真框图 供的图形界面仿真工具 一系列模型库组成 ,包括源模块 )， 示模块 )， 散系统模块 )， 性环节 )，线性环节 )， 接 ),他环节 )。特别是在 还提供了用于通信系统分析设计和仿真的专业化模型库 这里，整个通信系统的流程被概括为：信号的产生与输出、编码与解码、调制与解调、滤波器以及传输介质的模型。在每个设计模块中还包含有大量的子模块，它们基本上覆盖了目前通信系统中所应用到的各种模块模型。通信系统一般都可以建立数学模型。根据所需仿真 的通信系统的数学模型 (或数学表达式 )，用户只要从上述各个模型库中找出所需的模块 ,用鼠标器拖到模型窗口中组合在一起 ,并设定好各个模块参数 , 就可方便地进行动态仿真 如时域波形图、频谱图等。每次仿真结束后还可以更改各参数 ,以便观察仿真结果的变化情况。另外，对 没有的模块，可运用 S 函数生成所需的子模块，并且可以封装和自定义模块库，以便随时调用。 根据 供的仿真模块，数字调制系统的仿真可以简化成如图 示的模型： 6 图 3 . 2 数字调制系统仿真框图 基带信号 调制器 信 道 解调器 基带信号 噪声源 号源仿真及参数设置 这是一个按 供随机二进制数字信号的通用信号发生器。在现实中，对受信者而言，发送端的信号是不可预测的随机信号。因此，我们在仿真中可以用 其中主要参数的含义为： of a 产生的信号中 0 符号的概率，在仿真的时候一般设成 样便于频谱的计算； 控制随机数产生的参数，要求不小于 30，而且与后面信道中的 置不同的值； 样时间，这里指一个二进制符号所占的时间，用来控制号发生的速率，这个参数必须与后面调制和解调模块的 持一致。 制与解调模块 信工具箱中提供了数字信号各种调制方式的模块，如 M 及 。 虽然不同的调制模块，参