1、淮北师范大学 2012 届学士学位论文 基于MATLAB的数字调制方法的实现学院 、 专业 物理与电子信息学院 电子信息工程 研 究 方 向 信号与信息处理 学 生 姓 名 岳丹丹 学 号 20081342152 指导教师姓名 姜恩华 指导教师职称 副 教 授 2012 年 4 月 26 日 淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的数字调制方法的实现II基于 MATLAB 的数字调制方法的实现岳丹丹淮北师范大学 物理与电子信息学院 安徽 淮北（235000）摘 要 本文将着重讨论数字通信系统中的调制解调系统的基本原理以及实现方法，并在 MATLAB 软件平台上仿真实现几种
2、常见的数字调制方式。最常用实现数字调制方法是键控法:可获得振幅键控（Amplitude Shift Keying,ASK） 、频移键控（Freqency Shift Keying,FSK）和相移键控（Phase Shift Keying, PSK）.数字信息有二进制和多进制之分。文中将对二进制数字调制方法进行阐述，主要对二进制幅度键控（2ASK） 、二进制频移键控（2FSK）和二进制相移键控（2PSK）实现仿真分析。本文将结合 MATALB 模块和 Simulink 工具箱的实现，对二进制幅度键控（2ASK） 、二进制频移键控（2FSK）和二进制相移键控（2PSK）实现进行仿真结果进行分析，从
3、而更深入地掌握数字调制系统的相关知识。关键词 MATLAB；数字通信系统；调制；仿真 淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的数字调制方法的实现IIIRealization of digital modulation method based on MATLABYue DandanSchool of Physics and Electronic Information Huaibei Normal University Anhui Huaibei 235000Abstract This paper focuses on the basic principles and r
4、ealization ways of modulation demodulation system in digital communication systems ,and achieve some common digital modulation on the platform of MATLAB simulation software. The most commonly used digital modulation is the Shift Keying which includes Amplitude Shift Keying (ASK), Frequence Shift Key
5、ing(FSK), and Phrase Shift Keying (PSK) modulation. This design using MATLAB and SIMULINK Toolbox programming in MATLAB software platform to emulation two pairs Amplitude Shift Keying(2ASK) system, binary Frequency Shift Keying(2FSK), binary Phase Shift Keying(2PSK) modulation .Digital information c
6、an be divided into binary system and multi- system.This paper will tell the way of binary system digital modulation,mainly achieve simulation and analysis of ASK,FSK,PSK.It will combine with MATALB model block and the realization of Simulink toolbox so that we can understand the knowledge related wi
7、th digital modulation system more deeply. Keywords MATLAB; Simulation of communication systems ; Simulation淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的数字调制方法的实现IV目 次引 言 .11 数字调制系统的基本原理 .22 MATLAB 简介 .32.1 MATLAB 主要产品构成 .32.2 MATLAB 的特点 .33 数字调制的基本原理 .53.1 二进制幅度调制（2ASK） .53.2 二进制频移调制（2FSK） .83.3 二进制相位调制（2PSK） .错误
8、！未定义书签。4 数字调制的 MATLAB/SIMULINK 仿真及分析 .144.1 2ASK 的 MATLAB/Simulink 仿真及分析 .144.2 2FSK 的 MATLAB/Simulink 仿真及分析 .19总 结 .24参考文献 .25致 谢 .26淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的数字调制方法的实现1引 言MATLAB 是目前国际上流行的进行科学研究、工程计算的软件。它起源于矩阵运算，并已经发展成为一种高度集成的计算机语言。MATLAB 具有强大的数学运算能力、方便实用的绘图功能及语言的高度集成性。除具备卓越的数值计算能力之外，它还提供了专业水平
9、的符号计算、文字处理、可视化建模仿真、实时控制等功能。可以预见，在科学运算、自动控制、科学绘图、通信仿真等领域，MATLAB 语言将长期保持其独一无二的地位。在通信领域 MATLAB 更有明显优势，因为通信领域中很多问题是研究系统性能的，传统的方法只有构建一个实验系统，采用各种方法进行测量，才能得到所需数据，这样不仅需要花费大量的资金用于试验系统的构建，而且系统构建周期长，系统参数的调整也十分困难。而 MATLAB 的出现使得通信系统的仿真能够用于计算机模拟实现，免去构建实验系统的不便，而且操作十分简便，只需要输入不同的参数就能得到不同情况下系统的性能，而且在结构的观测和数据的存储方面也比传统
10、的方式有很多优势。因而 MATLAB 在通信仿真领域得到越来越多的应用。本文主要研究的是基于 MATLAB 的数字调制解调技术。介绍了几种数字调制方法的原理，通过理论分析及 MATLAB 仿真最终得出总结。淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的数字调制方法的实现21.数字调制系统的基本原理在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字频带信号，数字调制系统的基本结构如图 1 所示：图 1 数字调制系统的基本结构数字调
11、制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调制方式是：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK 或 DPSK)。淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的数字调制方法的实现32.MATLAB 简介MATLAB 是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环
12、境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 两大部分。Matlab 产品组是支持从概念设计、算法开发、建模仿真，到实时实现的理想的集成环境。可以用来进行：(1)数据分析；(2)数值和符号计算；(3)工程与科学绘图；(4)控制系统设计；(5)数字图像信号处理；(6)财务工程；(7)建模、仿真、原型开发(8)应用开发；(9)图形用户界面设计。MATLAB 产品组被广泛地应用于包括信号与图像处理、控制系统设计、通信、系统仿真等诸多领域。开放式的结构使 Matlab 产品组很容易针对特定的需求进行扩充，从而在不断深化对问题认识的同时，提高自身的竞争力。2.1 MATLAB 主要产品构成：(1)M
13、atlab:所有 MathWorks 公司产品的数值分析和图形基础环境；(2)MATLAB Toolbox：一系列专用的 MATLAB 函数库，解决特定领域的问题；(3)MATLAB Compiler：将 MATLAB 语言编写的 M 文件自动转换成 C 或 C+文件，支持用户进行独立应用开发；(4)Simulink：结合了框图界面和交互仿真能力的非线性动态系统仿真工具；(5)Stateflow：与 Simulink 框图模型相结合，描述复杂事件驱动系统的逻辑行为，驱动系统在不同的模式之间进行切换；(6)RealTime Workshop：直接从 Simulink 框图自动生成 C 或 Ada
14、 代码，用于快速原型和硬件在回路仿真，整个代码生成可以根据需要完全定制；(7)Simulink Blockset：专门为特定领域设计的 Simulink 功能块的集合，用户也可以利用己有的块或自编写的 C 和 MATLAB 程序建立自己的块。2.2 MATLAB 语言的特点(1)编程效率高MATLAB 是一种面向科学与工程计算的高级语言，允许用数学形式的语言编写程序，且比 C 语言等更加接近我们书写计算公式的思维方式，用 MATLAB 编写程淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的数字调制方法的实现4序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题。由于它编写简单，所以编程效率高，易
15、学易懂。(2)用户使用方便MATLAB 语言是一种解释执行的语言。它可以把编辑、编译、连接和执行融为一体。它能在同一画面上进行灵活操作，快速排除输入程序中的书写错误、语法错误，以至语意错误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度。(3)扩充能力强、交互性好用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数，以便提高 MATLAB使用效率和扩充它的功能。另外，通过建立 Me 调文件的形式，混合编程，方便地调用有关的 FORTRAN、C 语言的子程序，还可以在 FORTRAN、C 语言中方便地使用 MATLAB 的数值计算功能这样良好的交互性使程序员可以使用以前编写过的程序，减少重复性工作，也使现
16、在编写的程序具有重复利用的价值。(4)移植性、开放性好MATLAB 可以很方便地移植到能运行 C 语言的操作平台上。除了内部函数外，MATLAB 所有的核心文件和工具箱文件都是公开的，都是可读可写的源文件，用户可以通过对源文件的修改和自己编程构成新的工具箱。(5)语言简单、内涵丰富MATLAB 语言中最基本最重要的成分是函数。同一函数名，不同数目的输入变量及不同数目的输出变量，就会代表着不同的含义。这不仅使 MATLAB 的库函数功能更丰富，而且还大大减小了需要的磁盘空间，使得 MATLAB 编写的 M 文件简单、短小而高效。(6)高效方便的矩阵和数组运算MATLAB 语言规定了矩阵的算术运算
17、符、关系运算符等。这些运算符大部分可以毫无改变地照搬到数组间的运算。另外，它不需要定义数组的维数，它可以给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解问题时大为高效、方便，这是其他高级语言所不能比拟的。(7)方便的绘图功能MATLAB 的绘图是十分方便的。它有一系列绘图函数，只需要调用不同的绘图函数，在图上标出图题等，简单易行。淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的数字调制方法的实现53.数字调制方法的基本原理调制在通信系统中的作用至关重要。广义的调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制） ，在无线通信中和其他大多数场合，调制一词均指载波调制。载波调制，就是用调制信号去
18、控制载波的参数的过程，使载波的某一个或几个参数按照调制信号的规律而变化。调制信号是指来自信源的消息信号（基带信号） ，这些信号可以是模拟的，也可以是数字的。未受调制的周期性振荡信号称为载波，它可以是正弦波，也可以是非正弦波（如周期性脉冲序列） 。载波调制后称为已调信号，它含有调制信号的全部特征。解调（也称检波）则是调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。本章主要介绍的数字调制方式是用数字频带传输系统的二进制数字调制和多进制为例，在二进制数字调制中，载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态,对应于数字“0”和“1” ，而多进制数字调制中信号参数（M 进制，M2）有 M 种取值。3.1
19、 二进制幅度调制（2ASK） 1.一般原理与实现方法数字幅度调制又称幅度键控（ASK） ，二进制幅度键控记作 2ASK1。2ASK 是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送“1” ，无载波输出时表示发送“0” 。根据幅度调制的原理，2ASK 信号可表示为：(1)ttseco)(0式中， 为载波角频率， 为单极性 NRZ 矩形脉冲序列c)(t(2)nbTtgas)(其中，g(t)是持续时间为 、高度为 1 的矩形脉冲，常称为门函数； 为二进bT na制数字序列。淮北师范大学 2012 届学士毕业论文 基于 MATLAB 的数字
20、调制方法的实现6(3) ）出 现 概 率 为 （， 出 现 概 率 为， Pan1012. MATLAB 实现以数字信号序列 10110010 为例，给出产生 2ASK 信号的 MATLAB 程序如下，波形图如图 2 所示。t=0:2*pi/99:2*pi; m1=;c1=;for n=1:length(s)if s(n)=0;m=zeros(1,100);else s(n)=1;m=ones(1,100);endc=sin(f*t); m1=m1 m;c1=c1 cendask=c1.*m1;subplot(211);plot(m1)title(原始信号 );axis(0 100*length(s) -0.1 1.1);subplot(212);plot(ask)title(ASK 信号);
