通信系統(tǒng)MATLAB仿真.ppt
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1、第6章 通信系統(tǒng)仿真,6.1 通信工具箱函數(shù) 6.2 信息的度量和編碼 6.3 差錯控制編/譯碼方法 6.4 模擬調制和解調 6.5 數(shù)字調制和解調 6.6 通信系統(tǒng)的性能仿真 6.7 擴頻通信系統(tǒng)的仿真,6.1通信工具箱的函數(shù),在MATLAB的Communication Toolbox(通信工具箱)中提供了許多仿真函數(shù)和模塊,用于對通信系統(tǒng)進行仿真和分析。主要包括兩部分內容:通信函數(shù)命令和Simulink的Communications Blockset(通信模塊集)仿真模塊。用戶既可以在MATLAB的工作空間中直接調用工具箱中的函數(shù),也可以使用Simulink平臺構造自己的仿真模塊,以達到擴
2、充工具箱的內容。通信工具箱中的函數(shù)名稱和內容列表,其內容包含:,Signal Sources(信號源函數(shù)); Signal Analysis function(信號分析函數(shù)); Source Coding(信源編碼); Error Control Coding(差錯控制編碼函數(shù)); Lower Level Function for Error Control Coding(差錯控制編碼的底層函數(shù)); Modulation/Demodulation(調制/解調函數(shù)) Special Filters(特殊濾波器設計函數(shù)); Lower Level Function for Specials Fil
3、ters(設計特殊濾波器的底層函數(shù)); Channel Functions(信道函數(shù)); Galosi Field Computation(有限域估計函數(shù)); Utilities(實用工具函數(shù))。,6.2 信息的量度與編碼,信源熵的輸出可以用隨機過程來表達。對于一個離散無記憶平穩(wěn)隨機過程,其信息量 (熵)定義為:,,,其中X表示信源取值集合,p(x)是信源取值x的概率。,,6.2.1 Huffman編碼 信源編碼可分為兩類:無失真編碼和限失真編碼。Huffman編碼的基本原理就是為概率較小的信源輸出分配較長的碼字,而對那些出現(xiàn)可能性較大的信源輸出分配較短的碼字。,Huffman編碼算法及步
4、驟如下: 將信源消息按照概率大小順序排隊。 按照一定的規(guī)則,從最小概率的兩個消息開始編碼。 將經(jīng)過編碼的兩個消息的概率合并,并重新按照概率大小排序,重復步驟。 重復上面步驟,一直到合并的概率達到1時停止。這樣便可以得到編碼樹狀圖。 按照后出先編碼的方式編程,即從數(shù)的根部開始,將0和1分別放到合并成同一節(jié)點的任意兩個支路上,這樣就產(chǎn)生了這組Huffman碼。,6.2.2 MATLAB信源編/譯碼方法,大多數(shù)信源(比如語音、圖像)最開始都是模擬信號,為了將信源輸出數(shù)字化,信源必須量化為確定數(shù)目的級數(shù)。量化方案可劃分為標量量化和矢量量化兩種。在標量量化中每個信源輸出都分別被量化,標量量化可進一步分為
5、均勻量化和非均勻量化。在均勻量化中量化區(qū)域是等長的;在非均勻量化中量化區(qū)域可以是不等長的。矢量量化是對信源輸出組合進行整體量化。,在標量量化中,隨機標量X的定義域被劃分成N個互不重疊的區(qū)域Ri,1 i 6、律壓擴計算函數(shù)compand( ),格式:out=compand(in, param, V, method) 功能:實現(xiàn),,律或A律壓擴,其中param為,,值,V為峰值。壓擴方式由method指定。,,,(2) 產(chǎn)生量化索引和量化輸出值的函數(shù)quantiz( ) 格式:indx=quantiz(sig, partition) 功能:根據(jù)判斷向量partition,對輸入信號sig產(chǎn)生量化索引indx,indx的長度與sig矢量的長度相同。 (3) 采用訓練序列和Lloyd算法優(yōu)化標量算法的函數(shù)lloyds( ) 格式:parition, codebook=lloyds(training_se 7、t, ini_codebook) 功能:用訓練集矢量training_set優(yōu)化標量量化參數(shù)partition和碼本codebook。ini_codebook是碼本codebook的初始值。,例6-2 用訓練序列和Lloyd算法,對一個正弦信號數(shù)據(jù)進行標量化。 MATLAB程序如下: N=23; %以3比特傳輸信道 t=0:100*pi/20; u=cos(t); p,c=lloyds(u,N); %生成分界點矢量和編碼手冊 index,quant,distor=quantiz(u,p,c); %量化信號 plot(t,u,t,quant,*); 該程序運行結果如圖6.3所示。,2.預測量化 8、 根據(jù)過去發(fā)送的信號來估計下一個將要發(fā)送的信號值。 (1) 差分脈沖調制編碼函數(shù)dpcmenco( ) 格式:indx=dpcmenco(sig, codebook, partition, predictor) 功能:返回DPCM編碼的編碼索引indx。其中參數(shù)sig為輸入信號,predictor為預測器 傳遞函數(shù),其形式為0, t1,, tm。 預測誤差的量化參數(shù)由partition和predictor指定。 (2) 信源編碼中的DPCM解碼函數(shù)dpcmdeco( ) 格式:sig=dpcmdeco(indx, codebook, predictor) 功能:根據(jù)DPCM信號編碼索引in 9、dx進行解碼。predictor為指定的預測器,codebook為 碼本。,(3) 用訓練數(shù)據(jù)優(yōu)化差分脈沖調制參數(shù)的函數(shù)dpcmopt( ) 格式:predictor=dpcmopt(training_set, ord) 功能:對給定訓練集的預測器進行估計,訓練集及其順序由training_set和ord指定,預測器由predictor輸出。,,例6-3 用訓練數(shù)據(jù)優(yōu)化DPCM方法,對一個余弦信號數(shù)據(jù)進行標量化。 MATLAB程序如下: N=23; %以3比特傳輸信道 t=0:100*pi/20; u=cos(t); predictor,codebook,partition=dpcmopt( 10、u,1,N); %優(yōu)化的預測傳遞函數(shù) index,quant=dpcmenco(u,codebook,partition,predictor); %使用DPCM編碼 sig, equant=dpcmdeco(index, codebook, predictor); %使用DPCM解碼 plot(t,u,t,equant,*); 運行后所得圖形如圖6.4所示。,6.3 差錯控制編/譯碼方法,在通信系統(tǒng)中,差錯控制編/譯碼技術被廣泛地用于檢查和糾正信息在傳遞過程中發(fā)生的錯誤。在發(fā)送端,差錯控制編碼添加了一定的冗余碼元到信源序列;接收時就利用這些冗余信息來檢測和糾正錯誤。糾錯編碼主要有分 11、組碼和卷積碼兩種類型。 MATLAB通信工具箱提供了一系列函數(shù)用于有限域計算。概率解碼中最常用的是Viterbi解碼,用于卷積碼解碼。常用的糾錯編碼方法包括線性分組碼、海明碼、循環(huán)碼、BCH碼、Reed-Solomon碼和卷積碼。,1. 糾錯編碼函數(shù)encode( )及譯碼函數(shù)decode( ) 格式:code=encode(msg, N, K, method, opt) 功能:用method指的方法完成糾錯編碼。其中msg代表信息碼元;method是允許的編碼方法,包括hamming 、linear等, opt是一個可選擇的優(yōu)化參數(shù)。 格式:msg=decode(code,n,k,metho 12、d) 功能:用指定的method方式進行譯碼。為了正確地復制出信源序列,編碼和譯碼的調用方式必須相同。,,2. 卷積糾錯編碼函數(shù)convenc( ) 格式:code=convenc(msg, trellis) 功能:利用poly2trellis函數(shù)定義的格形trellis 結構,對二進制矢量信息msg進行卷積 編碼。編碼器的初始狀態(tài)為零狀態(tài)。,3. 將卷積編碼多項式轉換成格形(trellis)結構函數(shù)poly2trellis( ) 格式:trellis = poly2trellis(constrainlength, codegenerator) 功能:將前向反饋卷積編碼器的多項式轉換成一格形( 13、trellis)結構。,4. 利用Viterbi 算法譯卷積碼函數(shù)vitdec( ) 格式:decoded = vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype) 功能:利用Viterbi 算法譯卷積碼。Code為poly2trellis函數(shù)或istrellis函數(shù)定義的格形 trellis結構的卷積碼。參數(shù)tblen 取正整數(shù),表示記憶(traceback)深度。參數(shù)opmode 代表解碼操作模型。,,,例6-6 利用vitdec函數(shù)對一個信號進行卷積碼譯碼的例子。 MATLAB程序如下: t = poly2trellis(3 3,4 5 7;7 4 2) 14、; k = log2(t.numInputSymbols); msg = 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1; code = convenc(msg,t); tblen = 3; d1=vitdec(code,t,tblen,cont,hard); d m p in = vitdec(code,t,tblen,cont,hard); 該程序運行結結果:d1與d相同;d為信息msg的延遲結果, d(tblen*k+1:end)與 msg(1:end-tblen*k)相同。,6.4 模擬調制與解調,根據(jù)調制信號的不同,可將調制分為模擬調制和數(shù)字調制。模擬調制的輸入信號為 15、連續(xù)變化的模擬量,數(shù)字調制的調制信號是離散的數(shù)字量。在對調制進行仿真模擬有帶通的和基帶的兩種選擇。帶通仿真的載波信號包含于傳輸模型中。由于載波信號的頻率遠高于輸入信號,根據(jù)抽樣定理,抽樣頻率必須至少大于兩倍的載波頻率才能正確地恢復信號,因此對高頻信號的模擬仿真效率低、速度慢。為了加速模擬仿真,一般使用基帶仿真,也稱為低通對等方法?;鶐Х抡媸褂脦ㄐ盘柕膹桶j。,6.4.1帶通模擬調制與解調,模擬調制通常分為:幅度調制(AM)、頻率調制(FM)和相位調制(PM)。幅度調制又可分為常規(guī)幅度調制(AM)、抑制雙邊帶幅度調制(DSB-AM)、抑制單邊帶幅度調制(SSB-AM)和正交幅度調制(QAM)等 16、。解調就是從調制信號中提取消息信號。解調過程與利用何種解調方式有關。在模擬調制的仿真中包含兩個頻率:載波頻率 fc和仿真的采樣頻率 fs。,,,1雙邊幅度調制(DSB-AM)與解調 在DSB-AM中,已調信號的時域表示如下式:,,,其中m(t)是消息信號,,,為載波,,,是載波的頻率(單位赫茲Hz),,,是初始相位。,,對u(t) 作傅立葉變換,即可得到信號的頻域表示:,傳輸帶寬BT 是消息信號帶寬的兩倍,即:,DSB-AM調制信號的解調過程如圖6.7所示,調制信號與接收機本地振蕩器所產(chǎn)生的正弦信號相乘可得混頻器輸出:,,圖6.7 DSB-AM調制信號的解調,然后利用低通濾波器對低通分量進行濾 17、波即可恢復被調信號。,圖6.5 信號調制前后比較,圖6.6 DSB-AM調幅前后頻譜,圖6.9未調制信號、解調信號及其相應的頻譜比較,,,2單邊幅度調(SSB-AM)與解調 去掉DSB-AM的一邊就得到SSB-AM。依據(jù)所保留的邊帶是上邊,還是下邊,可以分為USSA和LSSB兩種不同的方式,此時信號的時域表示為:,,在頻域表示為:,,,其中,,的希爾特變換,定義為,,, 在頻域中為:,是,,,單邊SSB幅度調制占有DSB-AM的一半的帶寬,即等于信號帶寬:,,,SSB-AM調制信號的解調過程基本上與DSB-AM調制信號的解調過程是相同的,即調制信號與本地振蕩器的輸出進行混頻得:,,,然后利用低 18、通濾波器對低通分量進行濾波即可恢復被調信號。,圖6.11 上、下邊帶調制信號頻譜,圖6.10 上、下邊帶調制信號,圖6.12未調制信號、解調信號及其相應的頻譜比較,,,這里a是調制指數(shù),,,是經(jīng)過歸一化處理的消息信號。,在常規(guī)AM中,調制信號的時域表示為:,,,,,,,,,,,,3. 常規(guī)幅度調制(AM) 常規(guī)幅度調制(AM)在很多方面與雙邊幅度調制類型。不同的是,用,,對u(t)作傅里葉變換,即可得到信號的頻域表示:,,常規(guī)幅度調制(AM)信號的解調,可采用包絡檢波器來實現(xiàn)。包絡檢波器可得到AM調制信號的包絡為: 式中mn(t)與被調信號m(t)成比例,1對應于可由直流電路分離出來的載波 19、分量。,圖6.13 常規(guī)幅度調制信號,圖6.14 常規(guī)幅度調制信號頻譜,圖6.15 常規(guī)幅度調制信號,4正交幅度調制 正交幅度調制(QAM)調制信號為:,,其中mI(t)為同相信號,mQ(t)為正交信號,fc是載波頻率(單位赫茲Hz), 是初始相位。正交幅度調制過程如圖6.16所示。對應的解調過程如圖6.17所示。,,圖6.16 正交幅度調制框圖,圖6.17 正交幅度調制的解調框圖,,5頻率調制 頻率調制亦稱為等振幅調制。在頻率調制過程中,輸入信號控制載波的頻率,使已調信號u(t)的頻率按輸入信號的規(guī)律變化。調制公式為:,,其中u(t)是調制后的信號,fc是載波的頻率(單位赫茲Hz), 是 20、初始相位, 是瞬時相位,隨著輸入信號的振幅變化。 的計算公式為:,,其中 為比例常數(shù)。,,頻率調制的解調過程使用鎖相環(huán)方法,如圖6.18所示。,圖6.18 FM解調框圖,,其中 為比例常數(shù),稱為調制器的靈敏度。相位調制的解調過程如圖6.19所示。,6相位調制 相位調制則是利用輸入信號m(t)控制已調信號u(t)的相位,控制規(guī)律為:,其中u(t)是調制后的信號,fc是載波的頻率(單位赫茲Hz), 是初始相位, 是瞬時相位,隨著輸入信號的振幅變化。 的計算公式為:,,圖6.19 PM解調框圖,7帶通模擬調制/解調函數(shù) (1) 帶通模擬調制函數(shù)amod( ) 格式:y=amod(x,Fc, 21、Fs,method) 功能:用載波為Fc(Hz)的信號來調制模擬信號x,采樣頻率為Fs(Hz),F(xiàn)c Fs。變量Fs可以是標量也可以為一個二維的矢量。二維矢量中第一個值為采樣頻率,第二個值為調制載波的初相,初相以弧度表示,默認值為0。根據(jù)采樣定理,采樣頻率必須大于或等于調制信號最高頻率的兩倍。字符串變量method指定所用的調制方式,見表6.4。,(2) 帶通模擬解調函數(shù)ademod( ) 格式:z=ademod(y,Fc,Fs,method...) 功能:對載波為Fc的調制信號y進行解,采樣頻率Fs,F(xiàn)cFs。它是amod函數(shù)的逆過程,amod與ademod選擇的調制方式必須相同,否則不容易 22、正確復制出源信號。該函數(shù)在解調中用到一個低通濾波器,低通濾波器傳輸函數(shù)的分子、分母由輸入?yún)?shù)num、den指定,低通濾波器的采樣時間等于1/Fs。當num=0或缺省時,函數(shù)使用一個默認的巴特沃斯低通濾波器,可由num,den=butter(5,Fc*2/Fs)生成。字符串變量method指定所用的調制方式, 見表6.4。,例6-13 使用MATLAB對一信號進行正交幅度調制。 MATLAB程序如下: Fs=100; %采樣頻率 Fc=15; %載波頻率 t=0:0.025:2; %采樣時間 x=sin(pi*t,2*pi*t); %信號 y=amo 23、d(x,Fc,Fs,qam); %正交幅度調制 z=ademod(y,Fc,Fs,qam); %正交幅度解調 plot(t,x(:,1),-,t,z(:,1),--) %繪制調制信號 hold; plot(t,x(:,2),-o,t,z(:,2),--*) %繪制調制信號 程序運行得到的信號和解調信號的波形如圖6.20所示。,,6.4.2 基帶模擬調制/解調,,基帶仿真,也稱低通對等方法,使用帶通信號的復包絡作為輸入信號。設B為原始信號帶寬,基帶仿真要求仿真抽樣率大于或等于2B ,而一般的有 B< 24、分別是載波信號的頻率和相位。利用z(t)的估值可以恢復信號u(t), 相干解調 接收信號z(t)的同相和正交分量為:, 非相干解調 非相干解調可以應用于 DSB-SC AM 、 DSB-TC AM 、 FM 和 PM 。對于AM調制, 非相干解調可以使用包絡檢測法。,,圖6.23 基帶調制/解調,,,1基帶模擬調制函數(shù)amodce( ) 格式:y=amodce(x,Fs,method,) 功能:對輸入信號x進行調制,輸出復包絡信號。輸入輸出的采樣頻率為Fs(Hz)。輸出y為一個復矩陣。Fs可以是標量也可以為二維的矢量。二維矢量中第一個值為采樣頻率,第二個值為載波信號的初相,初相以弧度表示,默 25、認值為0。字符串變量method指定所用的調制方式,見表6.3。,2基帶模擬解調函數(shù)ademodce( ) 格式:z =ademodce(y,Fs,method) 功能:對接收的復包絡信號y進行解調,y的采樣頻率為Fs(Hz)。Fs可為標量也可以為二維矢量。矢量中第一個值為采樣頻率,第二個值為調制載波的初相,初相為弧度表示,且默認值為 0。采樣頻率必須與調制中所用的采樣頻率一致,但初相可以不一致。 函數(shù)在解調中可使用低通濾波器,低通濾波器傳輸函數(shù)的分子、分母分別由輸入?yún)?shù)num和den指定,低通濾波器的采樣時間為1/Fs 秒。當num=0或缺省時,該函數(shù)將不使用低通濾波器。字符串變量meth 26、od指定所用的調制方式, 見表6.3。 。,例6-15 利用MATLAB對一信號進行基帶調制解調。 MATLAB程序如下: Fs=100; %信號采樣頻率 t=0:1/Fs:5; %信號采樣時間 x=sin(2*pi*t),.5*cos(5*pi*t),sawtooth(4*t); %輸入信號原 y=amodce(x,Fs,fm); %調制 z=ademodce(y,Fs,fm); %解調 subplot(2,1,1);plot(x); %繪制源信號 subplot(2,1,2);plot(z); %繪制調制解調 27、后的信號 程序運行得到的信號源和解調信號的波形如圖6.24所示。,,6.5 數(shù)字調制與解調,1M元幅度鍵控調制(M-ASK) M元幅度鍵控調制包含兩部分,M-ASK映射和模擬幅度調制。M-ASK映射將輸入的 數(shù)字碼符映射到區(qū)間-x, x,數(shù)字碼符取值范圍是 0, M-1區(qū)間內的整數(shù)。輸出信號 的幅值分別為-x, x的M-1等分點。,按數(shù)字調制的方法分類可以分為多進制幅度鍵控 (M-ASK)、正交幅度鍵控(QASK)、多進制頻率鍵控(M-FSK)以及多進制相位鍵控(M-PSK)。數(shù)字調制包括數(shù)模轉換和模擬調制兩部分,如圖6.25所示。,,圖6.25數(shù)字調制過程,,,3M 元頻率鍵控調制(M-FS 28、K) M 元頻率鍵控調制是通過使用輸入信號控制輸出信號的頻率來實現(xiàn)對數(shù)字信號的調制。M-FSK調制過程分成兩部分,即映射和模擬調制。映射過程將輸入信號反映成載波頻率變化,模擬調制即FM。M-FSK的解調有兩種方法,即相干法和非相干法。相干方法要求事先知道已調信號的相位,而非相干方法則不要求相位信息 , 它可以在解調過程中恢復已調信號的相位信息。,2M元正交鍵控調制(M-QASK) M-QASK是數(shù)字調制使用得最多的一種方法。它一般將輸入的數(shù)字碼符映射成為同相和正交的兩個獨立分量,然后用模擬QAM法對它們進行調制;在接收方,接收的信號被解調為同相和正交信號,從它們映射過程中恢復原始信號。有許 29、多種方法可將輸入信號映射成同相和正交分量。通信工具箱為M-QASK提供三種方案,即平面直角點集、圓點集和用戶定義任意點集。,4M-元相位鍵控調制(M-PSK) M-PSK通過改變已調信號的相位信息來實現(xiàn)對數(shù)字信號的調制。M-PSK設置不同的初 相移位以區(qū)別不同的數(shù)字碼符。M-PSK調制器輸入信號的取值區(qū)間0, M-1,數(shù)字 i對應的相位位移為,,6.5.1 帶通數(shù)字調制/解調,1. 數(shù)字帶通調制函數(shù)dmod( ) 格式:y=dmod(x, Fc, Fd, Fs, method ) 功能:用頻率為Fc(Hz)的載波去調制數(shù)字信號,然后再輸出采樣頻率為Fs(Hz)的仿真已調信號,F(xiàn)s/Fd 必須是 30、一個正整數(shù)。當輸入x是一個矩陣時,x中每列做不相關處理,輸出矩陣y的行數(shù)是Fs/Fd(x的行數(shù))。若變量Fs是一個兩維矢量。當它為矢量時,第一個元素是采樣頻率,第二個元素是調制載波信號的初相(弧度),且默認值為0。要求FsFcFd。method 為調制方法,見表6.6。,2數(shù)字帶通解調函數(shù)ddemod( ) 格式:z=ddemod(y, Fc, Fd, Fs, method ) 功能:解調載波為Fc(Hz)的數(shù)字調制信號y,其抽樣頻率為Fd(Hz),計算抽樣頻率為Fs(Hz)。該函數(shù)為dmod的逆過程,對頻率與函數(shù)為dmod 中求要相同。當Fd為一個二維矢量時,F(xiàn)d中的第二個值即為輸出抽樣點的 31、時間偏移量(必須是整數(shù),默認為0)。該函數(shù)測出接收碼到編碼中所有可能的碼的距離,然后以離接收碼最近的碼作為輸出數(shù)字碼。除method =msk和method =fsk解調外,該函數(shù)可使用一個指定的低通濾波器,該濾波器的傳輸函數(shù)由分子num和分母den指定,濾波器的抽樣時間為1/Fs,缺省濾波器時,在解調時無積分器。,,,(a) 調制解調前后的信號,(b)星座圖,圖6.2716-QASK調制,例6-16 利用MATLAB進行帶通數(shù)字調制解調M元正交幅度鍵控調制。,6.5.2 基帶數(shù)字調制/解調 1基帶數(shù)字調制函數(shù)dmodce( ) 格式:y=dmodce(x, Fd, Fs, method, ) 32、 功能:調制一個帶復包絡的數(shù)字信號,主要用于基帶數(shù)字調制。輸出y為復數(shù),其采樣頻率為Fs,輸入x的采樣頻率為Fd,F(xiàn)s/Fd必須是一個正整數(shù)。當輸入x是一個矩陣時,x中每列是相互獨立的,輸出矩陣y的行數(shù)是Fs/Fd*x的行數(shù)。當變量Fs為兩維矢量,矢量中第一個值是抽樣頻率,第二個值是調制載波的初始相位(弧度),默認值為0。method 為調制方法,見表6.6。,2數(shù)字基帶解調函數(shù)ddemodce( ) 格式:z=ddemodce(y,Fd,Fs,method) 功能:解調數(shù)字基帶調制信號y,其抽樣頻率為Fd (Hz), 計算抽樣頻率為Fs(Hz)。Fs/Fd必須為正整數(shù),變量Fd可以是一個標量 33、或兩維矢量,矢量中第一個值是抽樣頻,第二個值為抽樣時間偏移量(必須為整數(shù)),默認值為0。,3AWGN信道函數(shù)awgn 格式:y=awgn(x,snr) 功能:向功率為0dB的信號x添加高斯白噪聲,輸出信號y的信噪比SNR為參數(shù)snr (單位dB)。如果信號x為復信號,該函數(shù)添加復高斯白噪聲。,,例6-17 利用MATLAB對信號進行基帶數(shù)字調制解調。 MATLAB程序如下: M=4; %設置M的數(shù)目 Fd=1; %信號采樣速率 Fs=32; %采樣頻率 SNRperBit=5; %信噪比 adjSNR=SNRperBit-10*log 34、10(Fs/Fd)+10*log10(log2(M)); x=randint(5000,1,M); %源信號 %正交FSK調制 tone=0.5; %頻隙間隙f=Fd/2 randn(state,1945724); %設置RANDN產(chǎn)生器的狀態(tài) w1=dmodce(x,Fd,Fs,fsk,M,tone); %調制 y1=awgn(w1,adjSNR,measured,,dB); % 對調制信號添加噪聲 z1=ddemodce(y1,Fd,Fs,fsk,M,tone);%調制 ser1=symerr(x,z1) %輸出符號誤差率 %非正交FSK調制 tone=0.25; 35、randn(state,1945724); %設置RANDN產(chǎn)生器的狀態(tài) w2=dmodce(x,Fd,Fs,fsk,M,tone); %調制 y2=awgn(w2,adjSNR,measured,,dB); % 對調制信號添加噪聲 z2=ddemodce(y2,Fd,Fs,fsk,M,tone); %解調 ser2=symerr(x,z2) %輸出符號誤差率,6.6 通信系統(tǒng)的性能仿真,6.6.1通信系統(tǒng)的誤碼率仿真 通信系統(tǒng)誤碼率的大小是衡量通信系統(tǒng)性能的好壞。無論是仿真帶通系統(tǒng)還是基帶通信系統(tǒng),通信系統(tǒng)模型的誤碼率的計算過程主要由設置相關參數(shù)、創(chuàng)建 36、信號及信源編碼、調制、對調制信號添加高斯噪聲、解調、計算系統(tǒng)的誤碼率等步驟組成。,6.6.2 誤碼率仿真界面 MATLAB提供了一種有效的分析誤碼率的工具誤碼率仿真界面,它可用來計算和比較不同調制方式、不同差錯控制編碼方式和不同信道噪聲模型條件下的通信系統(tǒng)的誤碼率。 在MATLAB命令窗中輸入命令: commgui 即可打開一個圖形用戶界面窗口誤碼率仿真界面。誤碼率仿真界面包含了通信系統(tǒng)中信號處理的全部過程:信號源信號的生成;信號經(jīng)過差錯控制編碼和調制后發(fā)送;疊加在信道噪聲后送到接收設備;經(jīng)過解調和解碼恢復出原始數(shù)據(jù)、進行誤碼率的計算過程等。,圖6.29 誤碼率仿真窗口,誤碼率仿真窗 37、口上半部分功能區(qū)域,分為以下四個部分: Source(信號源); Err-Ctr-Code(差錯控制編碼); Modulation(信號調制編碼); Channel(信道)。,6.6.3 眼圖/散射圖 1眼圖 在研究數(shù)字傳輸碼間干擾及其它信道噪聲的時候,眼圖是一個很方便的工具。眼圖是一個接收信號相對于時間的關系曲線。當?shù)竭_x軸的時間上限時,信號回到時間初始點,這樣便產(chǎn)生了一幅重疊畫。產(chǎn)生眼圖的常用方法是使用示波器,將示波器的掃描頻率設為1/T,其中T是信號周期。 格式:eyediagram(x, N) 功能:繪制信號x的眼圖,該信號在一個掃描周期中有N個抽樣點。N必須大于1。,,圖6 38、.31 眼圖(無偏移),例6-22 試繪制QASK調制信號的眼圖。,2散射圖 散射圖與眼圖密切相關。散射圖記錄了在給定判決點處信號的值。在MATLAB通信工具箱中也提供了一條專用函數(shù)命令scatterplot來繪制散射圖。 格式:scatterplot(x, N) 功能:根據(jù)指定的參數(shù)N繪制信號x的散射圖。x可為實向量,也可為復數(shù)向量,或只有兩列的矩陣,第一為信號的實部,第二列為信號的虛部。繪制x中的第N點時從第一個值開始,默認值N=1。,圖6.32 散步圖,例6-23 試制散QASK調制信號的繪射圖。,6.7擴頻通信系統(tǒng)的性能仿真,圖6.33 數(shù)字擴頻通信系統(tǒng)基本框圖,為了正確進行信號的擴頻 39、解擴處理,必須使接收機的本地 PN 序列與接收信號中所包含的PN 序列建立時間同步。擴頻通信系統(tǒng)按其工作方式的不同可分為下列幾種:直接序列擴展頻譜系統(tǒng)、跳頻擴頻系統(tǒng)、跳時擴頻系統(tǒng)、混合式。只討論兩種基本的擴頻系統(tǒng)的仿真:直接擴頻(DS)和跳頻(FH)系統(tǒng)。,6.7.1直接序列擴頻(DS-SS)系統(tǒng),如果假設采用BPSK 方式發(fā)送二進制信息序列的擴頻通信。設信息速率為 R bit/s,碼元間隔為Tb=1/Rs傳輸信道的有效帶寬為Bc (Hz)(BcR ),在調制器中, 信息序列的帶寬擴展為W= Bc , 載波相位以每秒W次的速率按偽隨機序列發(fā)生器序列改變載波相位,即是直接序列擴頻。,,,,,,, 40、,,,,,,,,,,,,,圖6.34 二進制信息序列的擴頻通信,圖6.36 直擴信號抑制正弦干擾效果圖,例6-24 利用MATALB仿真演示直擴信號抑制正弦干擾的效果。,6.7.2 跳頻擴頻系統(tǒng)(FH-SS) 跳頻擴頻系統(tǒng)將傳輸?shù)膸扺分為很多互不重疊的頻率點,按照信號時間間隔在一個或多個頻率點上發(fā)送信號,根據(jù)偽隨機發(fā)生器的輸出,傳輸?shù)男盘栠x擇相應的頻率點。即載波的頻率在“跳變”,“跳變”的規(guī)則由偽隨機序列決定。跳頻系統(tǒng)發(fā)射和接收部分框圖如圖6.38所示,跳頻系統(tǒng)的數(shù)字調制方式可選擇BFSK或MFSK。,,,,,,圖6.38 跳頻系統(tǒng)發(fā)射和接收部分框圖,圖6.39 BFSK/FH系統(tǒng)仿真框圖,例6-25 采用非相干解調,平方律判決器(即包絡判決器),利用MATLAB仿真FSK/FH系統(tǒng)在最嚴重的部分邊帶干擾下的性能。,
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