基于MATLAB

基于MATLAB的调制解调模块的仿真设计摘要：调制解调技术是实现现代通信的重要手段。本文阐述了移动通信中常用的四种调制解调技术，利用Matlab软件中的simulink模块实现QPSK,OQPSK,MSK,GMSK调制解调过程的仿真。并结合它们的调制解调原理，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系统的误码率、信号传输速率，证明了仿真模型的可行性。关键词：调制解调;仿真;Matlab;Simulink。SimulationDesignforModemMoudleBasedonMatlabAbstract：Modemtechnologyisanimportantmeanofrealizingthemoderncommunications.Thispaperexpoundsthecommonlyfourmodemtechnologyinmobilecommunication.ThesystemimplementsthesimulationforQPSK,OQPSK,MSKandGMSKbyusingsimulinkofMatlab.Combinedwiththeirprinciplesofmodulationanddemodulation,thepaperanalyzesthevariousaspectsoftheeffectsofmodulationperformanceandthereliabilityofsimulationmodels.Finally,thefeasibilityofsimulationmodelisprovedbasedontheanalysesofvariousmodulationsystemerrorrate,signaltransmissionrate.Keywords:Modem;Simulation;Matlab;Simulink.1前言1.1研究的背景与意义随着通信系统复杂性不断增加,传统设计已不能适应发展的需要,通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视,因此在设计新系统时,要对原有的系统做出修改或者进行相关研究,通常要进行建模和仿真,通过仿真结果来衡量方案的可行性,从中选择合理的系统配置和参数设置,然后进行实际应用。MATLAB作为一种功能强大的数据分析和工程计算高级语言,已被广泛应用于现代科学技术研究和工程设计的各个领域。调制解调技术在通信系统中不可或缺，因此，基于MATLAB的调制解调模块仿真设计对通信系统的教学和科研都具有积极的意义。1.2国内外研究现状计算机辅助分析和设计技术发展十分迅速，出现了大量实用仿真软件与工具，并引用于通信系统建模、分析和设计，使得通信系统仿真发展很快。计算机辅助技术基本上有两大类，一是基于公式的方法，用计算机计算复杂的公式；二是用计算机仿真系统的信号波形，即波形级仿真。通信系统仿真应用到了通信系统工程设计的各个阶段，无论是从早期的概念设计，还是实现、测试、使用等各个阶段。在概念定义阶段，通信系统仿真获得顶层指标；在接下来的设计和研发中，通信系统仿真确定硬件研发的指标，检验已完成子系统对这个系统性能的影响；在运行阶段，通信系统仿真可以用来确定解决问题的方法；通信系统仿真还可以预测系统的使用寿命。现代计算机硬件技术的快速发展，新一代的可视化的仿真软件的使用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，推动了通信系统仿真的快速发展。1.3论文结构安排第1章前言，简单介绍了Matlab对调制解调器研究的背景与意义和仿真的发展现状和趋势。第2章数字调制解调技术的相关原理，阐述了QPSK，OQPSK，MSK，GMSK调制解调的基本原理。第3章Matlab简介，主要介绍了Matlab的功能和Simulink模块的模型库。第4章分析调制解调系统仿真的各个环节，进一步了解调制解调步骤。第5章调制解调仿真，通过对QPSK，OQPSK，MSK，GMSK的调制解调仿真设计，进行仿真，并对它们进行比较。第6章结束语。2数字调制解调技术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，最后简单讨论一下四相移相键控（QPSK）调制是利用载波的4种不同相位来表征输入的数字信息，由于4种相位可代表4种数字信息，因此，对输入的二进制序列应先进行分组。四相移相键控（QPSK）、交错正交移相键控（OQPSK）属“不连续相位路径数字调制”；最小移频键控（MSK）属“线性连续相位路径数字调制”；高斯滤波最小频移频键控（GMSK）属“非线性连续相位路径数字调制”。本次我们所研究的调制方式有四相移相键控（QPSK）、交错正交移相键控（OQPSK）、最小移频键控（MSK）、高斯滤波最小频移频键控（GMSK）。下面是这几种调制方式以及其改进调制方式的相关原理[1]。基于MATLAB的调制解调模块的仿真设计摘要：调制解调技术是实现现代通信的重要手段。本文阐述了移动通信中常用的四种调制解调技术，利用Matlab软件中的simulink模块实现QPSK,OQPSK,MSK,GMSK调制解调过程的仿真。并结合它们的调制解调原理，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系统的误码率、信号传输速率，证明了仿真模型的可行性。关键词：调制解调;仿真;Matlab;Simulink。SimulationDesignforModemMoudleBasedonMatlabAbstract：Modemtechnologyisanimportantmeanofrealizingthemoderncommunications.Thispaperexpoundsthecommonlyfourmodemtechnologyinmobilecommunication.ThesystemimplementsthesimulationforQPSK,OQPSK,MSKandGMSKbyusingsimulinkofMatlab.Combinedwiththeirprinciplesofmodulationanddemodulation,thepaperanalyzesthevariousaspectsoftheeffectsofmodulationperformanceandthereliabilityofsimulationmodels.Finally,thefeasibilityofsimulationmodelisprovedbasedontheanalysesofvariousmodulationsystemerrorrate,signaltransmissionrate.Keywords:Modem;Simulation;Matlab;Simulink.1前言1.1研究的背景与意义随着通信系统复杂性不断增加,传统设计已不能适应发展的需要,通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视,因此在设计新系统时,要对原有的系统做出修改或者进行相关研究,通常要进行建模和仿真,通过仿真结果来衡量方案的可行性,从中选择合理的系统配置和参数设置,然后进行实际应用。MATLAB作为一种功能强大的数据分析和工程计算高级语言,已被广泛应用于现代科学技术研究和工程设计的各个领域。调制解调技术在通信系统中不可或缺，因此，基于MATLAB的调制解调模块仿真设计对通信系统的教学和科研都具有积极的意义。1.2国内外研究现状计算机辅助分析和设计技术发展十分迅速，出现了大量实用仿真软件与工具，并引用于通信系统建模、分析和设计，使得通信系统仿真发展很快。计算机辅助技术基本上有两大类，一是基于公式的方法，用计算机计算复杂的公式；二是用计算机仿真系统的信号波形，即波形级仿真。通信系统仿真应用到了通信系统工程设计的各个阶段，无论是从早期的概念设计，还是实现、测试、使用等各个阶段。在概念定义阶段，通信系统仿真获得顶层指标；在接下来的设计和研发中，通信系统仿真确定硬件研发的指标，检验已完成子系统对这个系统性能的影响；在运行阶段，通信系统仿真可以用来确定解决问题的方法；通信系统仿真还可以预测系统的使用寿命。现代计算机硬件技术的快速发展，新一代的可视化的仿真软件的使用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，推动了通信系统仿真的快速发展。1.3论文结构安排第1章前言，简单介绍了Matlab对调制解调器研究的背景与意义和仿真的发展现状和趋势。第2章数字调制解调技术的相关原理，阐述了QPSK，OQPSK，MSK，GMSK调制解调的基本原理。第3章Matlab简介，主要介绍了Matlab的功能和Simulink模块的模型库。第4章分析调制解调系统仿真的各个环节，进一步了解调制解调步骤。第5章调制解调仿真，通过对QPSK，OQPSK，MSK，GMSK的调制解调仿真设计，进行仿真，并对它们进行比较。第6章结束语。2数字调制解调技术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，最后简单讨论一下四相移相键控（QPSK）调制是利用载波的4种不同相位来表征输入的数字信息，由于4种相位可代表4种数字信息，因此，对输入的二进制序列应先进行分组。四相移相键控（QPSK）、交错正交移相键控（OQPSK）属“不连续相位路径数字调制”；最小移频键控（MSK）属“线性连续相位路径数字调制”；高斯滤波最小频移频键控（GMSK）属“非线性连续相位路径数字调制”。本次我们所研究的调制方式有四相移相键控（QPSK）、交错正交移相键控（OQPSK）、最小移频键控（MSK）、高斯滤波最小频移频键控（GMSK）。下面是这几种调制方式以及其改进调制方式的相关原理[1]。2.1二进制相移键控（2-PSK）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π，为1时载波相位为π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-PSK信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2ASK功率谱的区别是当P＝1/2时，2PSK无离散谱，而2ASK存在离散谱。2.1.1四相移相键控（QPSK）QPSK数字调制包括：模数转换、抽取或插值、匹配滤波、时钟和载波恢复等。在实际的调制解调电路中，采用的是非相干载波解调，本振信号与发射端的载波信号存在频率偏差和相位抖动，因而解调出来的模拟I、Q基带信号是带有载波误差的信号。这样的模拟基带信号即使采用定时准确的时钟进行取样判决，得到的数字信号也不是原来发射端得调制信号，误差的积累将导致抽样判决后的误码率增大，因此数字QPSK解调电路要对载波误差进行补偿，减少非相干载波解调带来的影响，此外，ADC的取样时钟也不是从信号中提取的，当取样时钟与输入的数据不同步时，取样将不在最佳取样时刻进行所得到的取样值的统计信噪比就不是最高，误码率就高，因此，在电路中还需要恢复出一个与输入符号率同步的时钟，来校正固定取样带来的样点误差，并且准确的位定时信息可以数字解调后的信道纠错解码提供正确的时钟。校正办法是由定时恢复和载波恢复模块通过某种算法产生定时和载波误差，插值或抽取器在定时和载波误差信号的控制下，对A/D转换后的取样值进行抽取或插值滤波，得到信号在最佳取样点的值，不同芯片采用的算法不尽相同，例如可以采用据辅助法载波相位和定时相位联合估计的最大似然算法。四相移相键控利用载波的四种不同相位来表征数字信息。由于每一种载波相位代表两个比特信息，故每个四进制码元又被称为双比特码元。我们把组成双比特码元的前一信息用表示，后一信息比特用表示。双比特码元中两个信息比特通常是按格雷码排列，它与载波相位的关系如下表，表1双比特码元与载波相位的关系Table1Therelationshipoftwo-bitandcarrierphase双比特码元载波相位A方式B方式00011110四相调制信号通常用下