毕业设计（论文）-基于MATLAB的数字基带、调制传输演示系统.doc

重庆工业职业技术学院毕业论文课 题 名 称： 基于matlab的数字调制演示系统-专 业 班 级：计算机通信08通信301 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 二oo 年 月基于matlab的数字基带、调制传输演示系统摘 要 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，容易使学生感到乏味和难以接受。所以采用matlab语言及simulink仿真环境作为工具，制作出了一个数字调制演示系统gui设计方案。开发的演示系统设计简单、结构一致，具有可视化、开放性、可扩展性、易于学习和维护等优点。 演示系统主要演示二进制振幅键控、移频键控和移相键控数字通信系统.在simulink模块库中选取合适的数字通信仿真模块组成上述系统。在gui图形用户界面，按下一个按纽可以打开系统的simulink模型图，编辑对话框可以修改系统的相应参数，按下另一个按纽可以对该数字通信系统进行仿真仿真中可直观地观察到信号在通信系统各部分中的时域波形，和系统的误码率。从而可以看出参数对系统误码率的影响，以及比较各个系统的优劣。 关键词：数字通信系统 图形用户界面 振幅键控 移频键控 移相键控 abstract in teaching and designing digital communications, the traditional main methods were manual analysis and circuit board testing. all the variables in communication system are nonlinear. students can easily get puzzle .therefore, in teaching, a demonstration of the digital modulation system based on matlab is designed. the demonstration system design is visual, open, scalable and easy to learn and maintain . the demonstration systems mainly demonstration binary amplitude keying digital communications systems, frequency shift keying binary digital communication systems and binary phase shift keying digital communications systems. in the simulink block, select the appropriate digital communications simulation module to form the three digital communication systems .in graphical user interface gui, press a button to open simulink model of the system, editting dialog can modify the parameters of the system, press another button to simulate the digital communication system. in simulation the signals time-domain waveforms in various parts of the communication systems can be visually observed .so does the bit error rate. then we can see how parameters of the system affect bit error rate . key words : digital communication system gui ask fsk psk目 录1 前言12 数字信号传统系统的特点. 2 3数字基带调制与传原理. 3 4 pam调制原理.55qam的调制原理76 qpsk调制原理. .87dqpsk调制原理 98 数字调制传输仿真设计. .10 8.1matlab简介. 11 8.2 matlab的特点与功能. . 119 数字幅度调制的仿真模型.13 9.1脉冲幅度pam调制仿真 .14 9.2正交幅度qam调制仿真. 16 9.33qpsk与dqpsk调制的仿真模型19 10 数字调制传统性能分析21 10.1数字调制传输性能分.22. 10.2 qpsk与dqpsk调制抗噪声性能比较24 10.2 qpsk与dqpsk调制抗噪声性能比较2411 结束语27致谢28参考文献291 前言数字信号的传输系统就是信源所发出的信息经变换和处理后，送往信道上传输的是数字信号的通信系统。数字传输系统以其抗干扰能力强、便于存储、处理和交换等特点，已经成为现代通信网中的最主要的传输技术，广泛应用于现代通信网的各种通信和传输系统。 在数字信号传输系统中，信源发出的模拟信号经过数字终端的信源编码成为数字信号，终端发出的数字信号，经过信道编码变成适合于信道传输的数字信号，然后由调制器把信号调制到系统所使用的数字信道上，再传输到对端，经过相反的变换最终传送到信宿。 2 数字信号传输系统的特点：（1）抗干扰能力强、无噪声积累。在模拟通信中，为了提高信噪比，需要在信号传输过程中及时对衰减的传输信号进行放大，信号在传输过程中不可避免地叠加上的噪声也被同时放大。随着传输距离的增加，噪声累积越来越多，以致使传输质量严重恶化。对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限个离散值(通常取两个幅值)，在传输过程中虽然也受到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，即在适当的距离采用判决再生的方法，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，所以可实现长距离高质量的传输。（2）便于加密处理。信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理的比模拟通信容易得多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、解密处理。（3）便于存储、处理和交换。数字通信的信号形式和计算机所用信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换，可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化。（4）设备便于集成化、微型化。数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小、功耗低。（5）便于构成综合数字网和综合业务数字网。采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。另外，电话业务和各种非话业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网。（6）占用信道频带较宽。一路模拟电话的频带为4khz带宽，一路数字电话约占64khz，这是模拟通信目前仍有生命力的主要原因。随着宽频带信道(光缆、数字微波)的大量利用(一对光缆可开通几千路电话)以及数字信号处理技术的发展(可将一路数字电话的数码率由64kb/s压缩到32kb/s甚至更低的数码率)，数字电话的带宽问题已不是主要问题了。数字通信具有很多优点，所以各国都在积极发展数字通信。近年来，我国数字通信得到迅速发展，正朝着高速化、智能化、宽带化和综合化方向迈进。3数字基带、调制与传输原理3.1基带传输原理基带传输系统由发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器组成。如图2-1 所示。为发送滤波器的输入符号系列。在二进制的情况下，符号取值为0，1，接收滤波器的输出信号可表示为： （2-1）式中： （2-2）仅取决于发送滤波器至接收滤波器的传输特性 （2-3）抽样判决发送滤波器传输信道接收滤波器噪声源图2-1基带系统模型对于无码间干扰来说，传输特性必须满足奈奎斯特第一准则，但从实际的滤波器的实现和对定时的要求等方面考虑，采用升余弦频谱特性的，在最佳系统下， 取1，均为升余弦频谱特性，它的传输函数为： （2-4）基带信号的常用码型：（1）ami码：ami码是通信编码中的一种，为极性交替翻转码，分别有一个高电平课低电平表示两个极性。编码规则：消息代码中的0 传输码中的0 。消息代码中的1 传输码中的+1、-1交替。例如：消息代码：1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 ami码：+1 0 -1 0 +1 0 0 0 -1 0 +1 -1 +1 ami码的特点：1.由ami码确定的基带信号中正负脉冲交替，而0电位保持不变。所以由ami码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量。2.不易提取定时信号，由于它可能出现长的连0串。 ami码的解码规则：从收到的符号序列中将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。（2）hdb3码：三阶高密度双极性码编码规则：1.先将消息代码变换成ami码，若ami码中连0的个数小于4，此时的ami码就是hdb3码。2.若ami码中连0的个数大于4，则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一个非0符号(+1或-1)同极性的符号，用表示(+1+,-1-)。3.为了不破坏极性交替反转，当相邻符号之间有偶数个非0符号时，再将该小段的第1个0变换成或-，符号的极性与前一非零符号的相反，并让后面的非零符号从符号开始再交替变化。例如：消息代码：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1ami码：+1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 +1 -1 0 0 0 0 +1 -1hdb3码：+1 0 0 0 +v -1 0 0 0 -v +1 -1 +b 0 0 +v -1 +1hdb3码的特点：1.由hdb3码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量。2.hdb3中连0串的数目至多为3个，易于提取定时信号。3.编码规则复杂，但译码较简单。解码规则：1.从收到的符号序列中找到破坏极性交替的点，可以断定符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连码。2.再将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。（3）pst码：成对选择三进码（4）双相码：曼彻斯特码 manchester code (又称裂相码、双相码），一种用电平跳变来表示1或0的编码，其变化规则很简单，即每个码元均用两个不同相位的电平信号表示，也就是一个周期的方波，但0码和1码的相位正好相反。其对应关系为：001110信码：0 1 0 0 1 0 1 1 0双相码：01 10 01 01 10 01 10 10 01 曼彻斯特编码是一种自同步的编码方式，即时钟同步信号就隐藏在数据波形中。在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示“1”，从低到高跳变表示“0”。还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位开始时有无跳变表示“0”或“1”，有跳变为“0”，无跳变为“1”。 两种曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方，每位编码中有一跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。但每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。（5）miller码：miller码也称延迟调制码，是一种变形双向码。其编码规则：对原始符号“1”码元起始不跃变，中心点出现跃变来表示，即用10或01表示。对原始符号“0”则分成单个“0”还是连续“0”予以不同处理；单个“0”时，保持0前的电平不变，即在码元边界处电平不跃变，在码元中间点电平也不跃变；对于连续“0”，则使连续两个“0”的边界处发生电平跃变。密勒码可由双相码的下降沿去触发双稳电路产生。密勒码最初用于气象卫星和磁记录，现在也用于低速基带数传机。（6）cmi码：cmi码是传号反转码的简称，编码规律为：“1”码交替用“11”和“0”表示；“0”码用“01”表示。这种码型有较多的电平跃变，因此含有丰富的定时信息。（7）nbmb码：这是一类分组码，它把原信息码流的n位二进制码作为一组，变换为m位二进制码作为新的码组。（8）4b/3t码：4b/3t码型是1b/1t码型的改进型，它把4个二进制符号换成3个三进制符号。显然，在相同的消息符号速率下，4b/3t码的传输速率要比1b/1t的低，因而可提高单位频带的利用率。4 pam调制原理脉冲调制就是以时间上离散的脉冲作为载波，用模拟基带信号m（t）去控制脉冲串的某参数，使其按m（t）的规律变化。脉冲振幅，既是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。如果脉冲载波是由冲击脉冲组重的，抽样定理就是脉冲振幅调制的原理。但是，实际上真正的冲激脉冲串是不可能实现的，而通常只能采用窄脉冲串来实现。因此，研究窄脉冲作为脉冲载波的pam方式，将更加具有实际意义。图2-2 pam调制原理设脉冲载波以s(t)表示，它是由脉宽为秒。其产生方框图为2-2(a)所示，基带信号的波形及频谱如图2-2(b)所示；脉冲载波的波形及频谱如图2-2（c）所示；已抽样的信号波形及频谱如图2-2 (d)所示。 比较采用矩形窄脉冲进行抽样与采用冲激脉冲进行抽样（理想抽样）的过程和结果，可以得到以下结论： （1）它们的调制(抽样)与解调(信号恢复)过程完全相同，差别只是采用的抽样信号不同。 （2）矩形窄脉冲抽样的包络的总趋势是随上升而下降，因此带宽是有限的；而理想抽样的带宽是无限的。矩形窄脉冲的包络总趋势按sa函数曲线下降，带宽与有关。越大，带宽越小，越小，带宽越大。 （3）的大小要兼顾通信中对带宽和脉冲宽度这两个互相矛盾的要求。通信中一般对信号带宽要求是越小越好，因此要求大；但通信中为了增加时分复用的路数要求小，显然二者是矛盾的。5 qam的调制原理在qam（正交幅度调制）中，数据信号由相互正交的两个载波的幅度变化表示。模拟信号的相位调制和数字信号的psk（相移键控）可以被认为是幅度不变、仅有相位变化的特殊的正交幅度调制。因此，模拟信号频率调制和数字信号的fsk（频移键控）也可以被认为是qam的特例，因为它们本质上就是相位调制。这里主要讨论数字信号的qam，虽然模拟信号qam也有很多应用，例如ntsc和pal制式的电视系统就利用正交的载波传输不同的颜色分量。qam是一种矢量调制，将输入比特先映射（一般采用格雷码）到一个复平面（星座）上，形成复数调制符号，然后将符号的i、q分量（对应复平面的实部和虚部，也就是水平和垂直方向）采用幅度调制，分别对应调制在相互正交（时域正交）的两个载波（coswt和sinwt）上。这样与幅度调制（am）相比，其频谱利用率将提高1倍。qam是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下可实现更高的频带利用率，qam最高已达到1024-qam（1024个样点）。样点数目越多，其传输效率越高，例如具有16个样点的16-qam信号，每个样点表示一种矢量状态，16-qam有16态，每4位二进制数规定了16态中的一态，16-qam中规定了16种载波和相位的组合，16-qam的每个符号和周期传送4比特。qam调制器的原理是发送数据在比特/符号编码器（也就是串并转换器）内被分成两路，各为原来两路信号的1/2，然后分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出。接收端完成相反过程，正交解调出两个相反码流，均衡器补偿由信道引起的失真，判决器识别复数信号并映射回原来的二进制信号。如图4-2所示的是16-qam的调制原理图。作为调制信号的输入二进制数据流经过串并变换后变成四路并行数据流。这四路数据两两结合，分别进入两个电平转换器，转换成两路4电平数据。例如，00转换成-3，01转换成-1，10转换成1，11转换成3。这两路4电平数据g1（t）和g2（t）分别对载波cos2fct和sin2fct进行调制，然后相加，即可得到16-qam信号。6 qpsk调制原理数字相位调制（psk）是角度调制、恒定幅度数字调制的一种方式，通过改变发送波的相位来实现，除了其输入信号是数字信号以及输出的相位受限制以外，psk与传统的相位调制相似。对于经过m =2k相相位调制的数字信号来说，载波信号的相位一般有： （2-5）因此调制信号可用如下的式子表示： （2-6）其中：a是信号振幅；g t(t)为发射端的滤波脉冲（一般为矩形脉冲），决定发送信号的频谱特征；t为信号持续时间；es为每一个发送符号的能量；为载波的角频率。本文以相对简单但广泛采用的四相相位调制解调进行模拟仿真。四相相位键控（qpsk）也称之为正交psk。其调制及解调原理如图2-3所示。比特分离器10+2参考载波震荡器平衡调制器90相移平衡调制器bpfbpfbpf线性叠加q通道 逻辑1=+1v逻辑0=-1vqpsk输出二进制输入时钟输入i通道 逻辑1=+1v逻辑0=-1v图2-3调制原理从图3中可以看出：如果输入的二进制信息码流（假设+1 v 为逻辑1,-1 v 为逻辑0）串行进入比特分离器，产生2个码流以并行方式输出，分别被送入i（正交支路）通道及q（同相支路）通道，又各自经过一个平衡调制器，与一个和参考振荡器同频的正交的载波（和）调制形成了四相相移键控信号即得到平衡调制器的输出信号后，经过一个带通滤波器，然后再进行信号叠加，可以得到已经调制的qpsk 信号。qpsk 的4种（i ,q 组合为4种00,01,10 和11）输出相位有相等的幅度，而且2个相邻的相位相差值为90，但是输出相位并不满足我们前面所讲的（m =0,1, ,m -1），信号相位移可以偏移45和-45 ，接受端仍可以得到正确的解码。实际中数字输入电压必须比峰值载波电压高出很多，以确保平衡调制器的正常工作。经过调制的信号通过信道传输到达用户端，需要进行解调，这样一过程是与调制相类似的逆过程。首先，qpsk信号经过功率分离器形成两路相同的信号，进入乘积检波器，用两个正交的载波信号（和）实现相干解调，然后各自通过一个低通滤波器滤波得到低频和直流的成分，再经过一个并行2串行变换器，得到解调信号。qpsk的解调原理如图2-4 所示。bpf功率分离器载波恢复乘积检波器+90乘积检波器lpflpf并串变换器qpsk输入信号接收二进制数据图2-4解调原理7 dqpsk调制原理dqpsk又叫四相相对相移键控， qpsk具有固定的参考相位，它是以四进制码元本身的相位值来表示信息的。而dqpsk没有固定的参考相位，后一个四进制码元总是以它相邻的前一个四进制码元的终止相位为参考相位（或称为基准相位），因此，它是以前后两个码元的相位差值来表示信息的。由于dqpsk传输信息的特有方式，使得解调时不存在相位模糊问题，这是因为不论提取的载波取什么起始相位，对相邻两个四进制码元来说都是相等的，那么相邻两个四进制码元的相位差肯定与起始相位无关，也就不存在由于相干解调载波起始相位不同而引起的相位模糊问题，所以，在使用中都采用相对的四相调制。在2dpsk调制中，是先将绝对码变换成相对码，然后用相对码对载波进行绝对相移，同样在dqpsk调制中，将输入的双比特码经码型变换，将得到的相对双比特码进行qpsk调制，dqpsk原理框图如图2-5所示。图2-5调制原理dqpsk解调原理同qpsk是一样的，仅需要在qpsk解调器的并/串转换器之前加接一个差分译码器使相对码变为绝对码，便形成了dqpsk解调器，dqpsk解调原理框图如2-6所示。图2-6调制原理8数字调制传输仿真设计8.1 仿真软件matlab简介3 matlab简介 matlab是由美国math works 公司于1984年推出的软件产品。“matlab”是matrix laboratory的缩写, 中文意思为“矩阵实验室”。matlab 是一完整的并可扩展的高性能的数值计算和可视化软件, 是一种进行科学和工程计算的交互式程序语言。它的基本数据单元是不需要指定维数的矩阵, 它可直接用于表达数学是算式和技术概念, 而普通的高级语言只能对一个个具体的数据单元进行操作。因此解决同样的数值计算问题, 使用matlab 要比使用basic、fortran和c等语言效率高。matlab采用开发式的环境, 你可以读到它的原码、了解它的算法, 并能改变当前的函数或增添你自己编写的函数。在欧美的大学和研究机构中,matlab 是一种非常流行的计算机语言, 许多重要的学术刊物上发表的论文均是用matlab来分析计算和绘制各种图形。它还是一种有力的教学工具, 它在大学的线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、数字信号基带传输系统仿真等课程的教学中, 已成为标准的教学工具.1 matlab 语言简介 matlab是美国math works公司推出的用于数值计算和信号处理的数学计算软件包，与其他高级语言相比，不仅语法规则更为简单，而且在解决工程问题和科研教学的辅助方面更加直观、简洁和高效。matlab的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学，工程中常用的形式十分相似，故用matlab来解算问题要比用c语言完相同的事情简捷得多。目前，matlab 已经成为国际上最流行的科学与工程计算的软件工具，现在的 matlab 已经不仅仅是一个“矩阵实验室”了，它已经成为了一种具有广泛应用前景的全新的计算机高级编程语言了，有人称它为“第四代”计算机语言，它在国内外高校和研究部门正扮演着重要的角色。matlab 是一种科学计算软件，它集科学计算，自动控制，信号处理、神经网络和图象处理等于一体，具有极高的编程效率，是一个高级的数学分析与运算软件，可用作动态系统的建模与仿真。simulink则是matlab 为模拟动态系统而提供的一个面向用户的交互式程序，它采用鼠标驱动方式，允许用户在屏幕上绘制框图，模拟系统并能动态地控制该系统，支持线性和非线性系统，能够在连续时间域、离散时间域或者两者的混合时间域里进行建模。在系统仿真环境下提供了许多专业模块库：如cdma 参考模块库、通信模块库、dsp（数字信号处理器）模块库等等。其中通信系统工具箱中包含了对通信系统进行分析和仿真所需的信源编码、纠错编码、信道、调制解调以及其他所用的库函数和模块。利用matlab对数字传输系统进行了建模和仿真并对结果进行了分析，结果表明所建立的仿真系统达到了较高的精度。8.2 matlab的特点与功能： 特点(1)友好的工作平台和编程环境 随着matlab的商业化以及软件本身的不断升级，matlab的用户界面也越来越精致，更加接近windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。 (2)简单易用的程序语言 matlab语言更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。 (3)出色的图形处理功能 matlab自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和距阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。主要功能：1数值计算和符号计算功能。matlab的数值计算功能十分强大，它提供了十分丰富的数值计算函数，而且所采用的的数值计算算法都是国际公认的，最先进的，可靠的算法，其程序由世界一流专家编制，并经高度优化。并且matlab还和著名的符号计算语言maple结合，实现了matlab的符号计算功能。2绘图功能。matlab提供了两个层次的的绘图制作，一是对图形句柄进行的低层绘图操作，二是建立在低层操作之上的高层绘图操作。3matlab语言体系。matlab是一种高级的科学计算语言。它具有程序结构控制，函数调用，数据结构，输入输出，面向对象等程序语言特征。4matlab工具箱。matlab包含两种内容：基本部分和各种可选的工具箱。基本部分构成了matlab的核心内容，也是使用和构造工具箱的基础。matlab工具箱分两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。simulink 简介 simulink作为matlab的重要组成部分，它是一个对动态系统进行建模、仿真和分析的一个软件包，具有以下特点：（1）以调用模块代替程序的编写，以模块连成的框图表示系统，使得仿真系统建模与工程中的方框图统一起来，能较全面地研究通信系统，具有很高的开放性。（2）允许用户随意修改模块参数，并且可以直接无缝地使用matlab的所有分析工具，具有很高的交互性。（3）仿真结果可以近乎“实时”地以图形或数据显示出来，这与实验室操作是一样的。simulink是matlab是matlab软件的扩展，是实现动态系统建模和仿真的一个软件包。它与matlab语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。simulink提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。9 数字幅度调制的仿真模型为了考察两种调制方式的抗噪声性能，下问将创建两个仿真模型，分别用于实现脉幅调制和正交幅度调制。9.1脉冲幅度pam调制仿真图3-1所示是对信号实施脉幅调制的仿真模型。图3-1 脉幅调制仿真模型在pam调制的仿真中，random integer generator（随即数产生器）产生一个八进制整数序列，这个整数序列通过m-pam modulator（pam基带调制器模块）进行调制，得到基带调制信号。下面列出了随机整数产生器和pam基带调制器模块的参数设置情况，其中xsignallevel、xinitialseed和xsampletime分别表示整数序列的相数、随机整数产生器的初始化种子及其抽样间隔。图3-2 random integer generator参数设置m-pam modulator baseband参数设置如图3-3。图3-3 modulator baseband参数设置pam基带调制器模块产生的基带调制信号经过awgn channel（加性白噪声信道）后叠加了一定强度的噪声，这个信号由m-pam demodulator baseband（pam基带解调器模块）进行解调，参数设置如下说明。awgn channel参数设置如图3-4。图3-4 awgn channel参数设置m-pam demodulator baseband参数设置如图3-5。图3-5 m-pam demodulator baseband参数设置最后，error rate calculation（误码率统计模块）对原始信号和解调信号进行比较，统计得到pam调制的误码率，并且把误码率信息保存在matlab工作区变量xerrorrate中，error rate calculation参数设置如图3-6。图3-6 error rate calculation参数设置pam仿真模型的设计已经完毕。9.2正交幅度qam调制仿真qam调制的仿真模型与pam调制的模型非常相似，它只把pam基带调制器模块和解调器模块分别换成rectangular qam modulator baseband(qam基带调制器模块)和rectangular qam deodulator baseband（qam基带解调器模块），如图3-7。图3-7 qam仿真模型在qam调制的仿真模型中，信源、信道和信宿都与pam仿真模型保持一致，这样便于在相同条件下比较两种调制方式的性能，下面分别列出了qam基带调制器模块和qam基带解调去模块的参数设置情况，如图3-8和图所示3-9。图3-8 qam基带调制器模块的参数设置图3-9 qam基带解调器模块的参数设置pam仿真模型的设计已经完毕。9.3qpsk与dqpsk调制的仿真模型本节设计一个dqpsk调制和解调系统的仿真模型和一个qpsk调制和解调系统的仿真模型，以考察二者的抗噪声性能，并对其误码率进行比较。该仿真模型的系统结果如图3-10和图3-11所示。图3-10 dqpsk调制和解调系统的仿真模型图3-11 qpsk调制和解调系统的仿真模型在这两个仿真模型中，bernoulli binary generator（贝努利二进制序列产生器）产生一个二进制向量，向量的长度等于2，分别代表qpsk modulator baaseband（qpsk调制器）的两个输入信号。我分别采用dqpsk modulator baseband（dqpsk基带调制器模块）和qpsk modulator baseband（qpsk基带调制器模块）对该信号进行调制，产生dqpsk基带调制信号和qpsk基带调制信号。基带调制信号经过awgn channel（加性白噪声信道）后叠加了一定强度的噪声，然后分别让两个基带调制信号分别通过各自的解调器模块，对它们进行解调。二者解调器的参数设置保持一致，它们具有相同的相位偏移和抽样个数，并且都输出整数形式的解调信号。两个仿真模型中，贝努利二进制序列产生器产生的输出信号，经过bit to integer converter（数值转换模块）转换成整数后，各自的解调信号一个进入error rate calculation（误码率统计模块），二者误码率统计模块信号接收端的延时都等于xreceivedelay，同时把误码率的统计结果保存在工作区变量xerrorrate中。下面给出各个模块的参数设置。brnouli binary generator参数设置，如图3-12。图3-12 brnouli binary generator参数设置qpsk modulator baseband参数设置，如图3-13。图3-13 qpsk modulator baseband参数设置dqpsk modulator baseband参数设置，如图3-14。图3-14 dqpsk modulator baseband参数设置awgn channel参数设置如图3-15。图3-15 awgn channel参数设置qpsk demodulator baseband参数设置，如图3-16。图3-16 qpsk demodulator baseband参数设置dqpsk demodulator baseband参数设置，如图3-17。图3-17 dqpsk demodulator baseband参数设置error rate calculation的参数设置，如图3-18。图3-18 error rate calculation的参数设置pam仿真模型的设计已经完毕。10数字调制传输性能分析10.1 pam与qam调制抗噪声性能比较为了比较pam与qam两种调制方式在不同信噪比条件下的误码性能，需要写m文件用于实现对仿真模型参数的初始化以及循环执行仿真模型。下面的程序段是m文件的内容。%设置调制信号的相数(调制信号是介于0和xsignallevel-1之间的整数)clear all;clc;xsignallevel=8;%设置调制信号的抽样间隔xsampletime=1/100000;%设置仿真时间长度 xsimulationtime=10;%设置随机数产生器的初始化种子xinitialseed=37;%x表示信噪比的取值范围x=0:10;%y1表示ram调制的误符号率y1=x;%y2表示qam调制的误符号率y2=x;for i=1:length(x); %信噪比依次取向量x的数值 xsnr=x(i); %执行ram仿真模型 sim(ch1001); %从xerrorrate中获得调制信号的误符号率 y1(i)=xerrorrate(1);endfor i=1:length(x); %信噪比依次取向量x的数值 xsnr=x(i); %执行qam仿真模型 sim(ch1002); %从xerrorrate中获得调制信号的误符号率 y2(i)=xerrorrate(1);end%绘制信噪比与误符号率的关系曲线%点表示ram调制，三角表示qam调制semilogy(x,y1,.,x,y2,*);仿真结束之后得到如图3-19所示的snr在0-10之间的误码率曲线，其中圆点表示pam调制误码率，星点表示qam的误码率。图3-19 pam与qam调制snr（0-10）误码率曲线从图3-19中可以看到，这两种解调方式的误码率是比较接近的，而pam的抗噪声性能略优于qam。由于我们在仿真过程中把两种调制方式的抽样数（samples per symbol参数）设置为1，因而仿真得到的误码率略高于理论计算数值，当增大samples per symbol的数值时，pam和qam的抗噪声性能随之增强，仿真得到的误码率将降低，并且逐渐趋向于理论计算值。另外，改变m文件的x=0:10;变量，就可以对比出信噪比对两种振幅调制的误码率的影响。保持其它程序不变，将信噪比的取值范围改为x=20:30，执行仿真。仿真结束之后得到如图3-20所示的snr在20-30之间的误码率曲线，其中圆点表示pam调制误码率，星点表示qam的误码率。图3-20 pam与qam调制snr（20-30）误码率曲线从图3-19和图3-20可以观察出，在信噪比随着输入信噪比增大时，系统的误码率就降低；反之，当输入信噪比减小时，系统的误码率就增加，与理论相同。10.2 qpsk与dqpsk调制抗噪声性能比较为了得到qpsk调制与dqpsk调制的性能，编写m文件，对仿真模型中的各个变量进行赋值，然后依次改变信号的信噪比，循环执行仿真程序，两种调制都在相同条件下进行仿真，最后根据仿真的结果绘制曲线。m文件代码如下：%设置调制信号的抽样间隔xsampletime=1/100000;%设置仿真时间长度xsimulationtime=10;%设置随机数产生器的初始化种子xinitialseed=61 71;%设置qpsk调制的初始相位xphaseoffset=pi/4;%设置qpsk调制信号的抽样个数xsamplespersymbol=1;xreceivedelay=0;%x表示信噪比的取值范围x=0:10;%y1表示qpsk调制的误符号率y1=x;%y2表示dqpsk调制的误符号率y2=x;for