抗噪声能力比ASK和FSK都要好而且不易受信道特性变化的影响,但2PSK系统会出现倒π现象,实际中很少采用,而多采用差分相移键控DPSK[1]。通过此次的调制与解调仿真,使我们对2ASK、2FSK、2PSK调制与解调的工作原理以及Simulink软件有了比较深刻的认识和了解。进而改善这几种数字调制方式在实际应用中存在的如频谱利用率低、抗多径衰落能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重等不足之处。 1.1.2 研究意义
对数字通信系统仿真的意义在于促进了信息技术与此方面知识的整合,同时对在一定程度上克服仪器设备的不足,构造、组合新型通信系统,根据实际情况选择合适的调制方式,加强使用者的综合素质也具有重要意义。
本课题根据现代数字通信发展具体实际情况,对数字信号在传输过程中的调制解调过程利用MatlabSimulink软件进行设计和仿真。加深对数字通信系统的认识,提前了解信号在传输过程中可能遇到的问题,从而及早采用适当的方法加以预防和克服,使得通信系统在实际应用中运行的更为顺利,更好的保重人们能及时的发出和收到可靠、安全、高质量的信息。同时通过发现和解决数学通信系统在仿真中遇到的棘手的问题,促进国际通信技术的发展。
1.2 国内外研究现状
近几年,通信技术飞速发展,从二十世纪九十年代初以来,全球
向信息密集的工作方式和生活方式转变。从传统的电话、电报、电视、收音机到如今的移动电话、传真、卫星通信,这些通信方式使数据和信息的传递速率得到很大的提高。
在设计数字传输系统时,调制技术作为实现高效通信的关键问题,是通信技术中研究的重点之一。随着科技的发展,现代调制技术在模拟电话网络、卫星通信、蜂窝移动通信、视频广播系统、宽带接入网等方面都取得了迅速的发展。
电话网络是最为普及而且资源最为丰富的传输网络,它的调制方式在经历了FSK、4-DOSK、QAM后,现在主要以脉冲编码调制(PCM)为主,最高传输速率可以达到56kbps。近几年,随着科技与经济的迅速发展,卫星通信在通信方式中也逐渐占有重要地位。1965年,国际卫星通信组织成立,并发射了第一课静止国际通信卫星,由此开启了卫星通信的大门。我国的同步通信卫星是在1984年4月升空并投入使用。由于卫星通信具有非线性特性,以BOSK、QPSK、OQPSK、π4-QPSK为主的恒定包络调制技术得到了广泛的应用。同时,以QPSK、SQAM等为主的非恒定包络调制技术在经过改进后,以频谱集中、抗非线性失真、误码性能好、频谱利用率高等特点引起了人们的普遍关注。亚洲是世界上的蜂窝系统发展速度最快的地区,现代蜂窝移动通信系统中,调制方式主要以PSK、固定电平QAM和可变电平QAM为主。其中,可变电平的星形QAM能提供可变的传输速率,根据信道情况选用合适的调制方式。当信道失真严重时,多采用4PSK方式;当SNR较高时,多采用32或64电平的星形QAM方式。视频广播(DVB)系统自1992年出现以来,如今已普及全球并发展为DVB-S系统、DVB-C系统和DVB-T系统。其中,DVB-S系统多采用BPSK和QPSK方式对信号进行调制,DVB-C系统则多采用16、64、256电平的QAM调制方式和VSB(残留边带调制)方式对信号进行调制。因为宽带接入网技术已经成为通信发展的前沿技术,所以利用电缆调制解调器在有线电视混合光
缆同轴网上传送数据,用其做为互联网的宽带接入网是现有有线电视网宽带技术发展的热点。利用同轴电缆进行数据传输时多采用QPSK、QAM和VSB等调制方式;利用双绞线进行数据传输时则多采用QAM、CAM(无载波幅度相位调制)、DMT和DWMT等调制方式。
近几年,随着人类外太空探索步伐的不断前进,深空通信数字调制技术也得到了迅速的发展。目前,卫星通信系统多采用BPSK和QPSK等调制方式,但这两种方式在卫星通信中容易产生频谱扩展。基于此,经过大量的研究,CCSDS(时空系统咨询委员会)建议采用与深空网络接收机结构相兼容的宽带有效调制技术,JPL(喷气推进实验室)也研究出一系列的深空探测任务调制方案。
第二章 仿真的意义和仿真软件
2.1 仿真的意义
在当代,信息科学发展迅速,用于研发、测试的仪器更新速度也正在加快,随着科技含量的提高,价格也越来越昂贵。受经济条件的限制,许多从事研究与开发的工程技术人员不能够拥有先进的仪器设备,采用仿真的方法可以在一定程度上克服因缺乏合适的仪器设备而带来的问题。再者,由于现代通信系统功能强大且都比较复杂,在实际电子通信系统中进行试验研究比较困难或根本无法实现时,仿真技术就成为必然的选择。
电子与通信领域与计算机技术有着密切的联系,因此计算机仿真可以用于大部分电子工程、现代通信技术和通信系统的实验研究工作,成为现代电子系统和通信系统研究的主要手段。本质上,只要能构造出系
统的数学模型,MatlabSimulink就可以对任意的系统进行仿真,而且在实际应用中,MatlabSimulink特别适合于针对电子通信系统模块的系统级仿真[2]。
传统的研究开发工作是从购买元件,做印制电路板,搭建电路,配置相应的仪器做实验开始的,这样的方法复杂而且容易造成资源的浪费。现代通信设备和通信系统的设计步骤是:需求分析、方案设计、建模、仿真实验、制作芯片、设备制造和系统集成。建模、仿真技术在研究、开发领域举足轻重,直接影响到研发、设计通信设备和通信系统的成败。
2.2 仿真软件Matlab简介
Matlab是美国Math Works公司于1967年推出的矩阵实验室Matrix Laboratory的缩写,是一种跨平台的,用于矩阵数值计算的简单高效的数学语言[3]。MATLAB的编程语句接近数学描述,可读性好,其强大的图形功能和可视化数据处理能力也是其他如C、C++、Fortran等计算机高级语言望尘莫及的。Matlab使人们摆脱了常规计算机编程的繁琐,从而让人们能够把大部分的时间、精力放到研究问题的数学建模上,使科学研究的效率得到了极大的提高。目前,Matlab已经被理工科大学广泛采用,成为几乎各门专业课程进行虚拟实验的有效工具。在科研部门,Matlab成为全世界科技人员进行学术交流首选的共同语言,国内外有关著名论文的大部分数值结果和图形都是用Matlab完成的。
与其他计算机高级语言相比,Matlab独特的优势主要表现在: 1.Matlab是一种跨平台的数学语言。采用Matlab编写的程序可以
在目前所有的操作系统上运行,不依赖于计算机类型和操作系统类型。
2.Matlab是一种超高级语言。Matlab平台本身是用C语言写成的,汇聚了许多专业数学家和过程学者多年编写的最新的数学算法库,在编程效率,程序的可读性、可靠性和可移植性上远远超过了其他的计算机高级语言。
3.Matlab语法简单,编程风格接近数学语言描述,是数学算法开发和验证的最佳工具。在其他计算机高级语言中需使用许多语句才能实现的功能,如矩阵分解和求逆、快速傅里叶变换等,在Matlab中用简单的几句指令即可实现,且其数值算法的可信度和可靠性都很高。
此外,Matlab还有计算精度高,绘图功能强大,具有串口操作、声音输入输出等硬件操控能力,执行效率比其他语言高等特点。
Matlab系统由语言体系、工作环境、图形系统、数学函数库和应用程序接口五个主要部分组成。
1.Matlab是高层次的矩阵数组语言,具有条件控制、函数调用、面向对象等程序语言特性,利用它既可以完成算法设计和算法实验的基本步骤,也可以开发复杂的应用程序。
2.Matlab的工作环境是对其管理功能的总称,包括管理工作空间中的变量数据输入、输出的方式和方法,和开发、调试、管理M文件的各种工具。
3.图形系统不仅包括完成2D和3D数据图示、图像处理、动画生成、图像显示等功能需要的高层Matlab命令,也包括用户对图形、图像进行特性控制的低层Matlab命令以及开发图形用户界面GUI应用程序的各种工具。
4.Matlab数学函数库是对Matlab使用的各种数学算法的总称,包