MATLAB仿真应用-第5章(2)PPT课件

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第5章 数字通信系统的仿真
表5-35 GMSKModulatorBaseband （基带GMSK调制器）的主要参数
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第5章 数字通信系统的仿真 表5-36 AWGNChannel（加性高斯白噪声信道）的主要参数
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第5章 数字通信系统的仿真 表5-37 ErrorRateCalculation（误码率计算）的主要参数
键控）的仿真试验框图，图5-41是基带FSK（移频键控）调制
信号的频谱，图5-42是MSK（最小移频键控）的仿真试验框
图，图5-43是基带MSK（最小移频键控）调制信号的频谱，
图5-44是GMSK（高斯滚降最小移频键控）的仿真试验框图，
图5-45是基带GMSK（高斯滚降最小移频键控）调制信号的频
谱。表5-31~表5-37分别给出了三个仿真系统中模块的主要参
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-39 ASK调制信号的时域图和频域图
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第5章 数字通信系统的仿真
程序5-2 %产生一个最小码元宽度为64 n=1:8192; m=1:128;x(n)=randint(1,8192,2);x=［x(n)］′; y(n)=zeros(1,8192);z(m)=zeros(1,128); forn=1:8192
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第5章 数字通信系统的仿真 表5-39 SpectrumScope
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第5章 数字通信系统的仿真 表5-40 Discrete TimeScatterDiagram
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第5章 数字通信系统的仿真
表5-41 BPSKModulatorBaseband （基带BPSK调制器）的主要参数
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第5章 数字通信系统的仿真
显然，用于QPSK调制的基带信号应该是两个二进 制码，即2个比特，每个对应一个载波。所以QPSK调 制是四进制调制。在传输相同信息的情况下，QPSK的 1个符号比BPSK的时间长1倍（频带变窄）。而在相同 符号宽度的情况下，QPSK传输的信息比BPSK多1倍。 如果将两个载波的调制时间错开半个码元宽度，这样 的调制称为OQPSK（偏置正交移相键控）。OQPSK降 低了载波包络的突变，具有更好的性能。本小节中列 举三个基带移相键控调制的仿真例子，了解它们的工 作特性及占用带宽。
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第5章 数字通信系统的仿真
表5-42 QPSKModulatorBaseband （基带QPSK
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第5章 数字通信系统的仿真
表5-43 OQPSKModulatorBaseband （基带OQPSK调制器）的主要参数
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第5章 数字通信系统的仿真
表5-44 AWGNChannel （加性高斯白噪声信道）的主要参数
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-40 FSK基带调制仿真系统
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第5章 数字通信系统的仿真
为了便于比较，建立了三个条件基本一致的仿真系统，
即相同的信号源（伯努利随机二进制发生器），相同的传输
环境（加性高斯白噪声环境，FSK的信噪比为-3dB，其余两
个是-6dB），都是基带调制、解调模块。图5-40是FSK（移频
%求脉冲信号的FFT subplot(2,1,2);semilogy(u,magY2,′b′,u,magY3,′r′);grid
title(′ASKr-modulation′);axis(［0,1.2e9,3e-2,3］) figure(2) subplot(2,1,1);plot(n,x2);title(′ASKr′); axis(［0,640,-0.2,1.2］);grid subplot(2,1,2);plot(n,x); axis(［0,640,-1.2,1.2］);grid
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第5章 数字通信系统的仿真
为了便于比较，三个仿真系统条件基本一致，即 相同的信号源（随机整数发生器），相同的传输环境 （加性高斯白噪声环境信噪比为-5dB），都是基带调 制、解调模块。表5-38~表5-45分别给出了仿真系统中 各模块的主要参数。
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第5章 数字通信系统的仿真 表5-38 Random IntegerGenerator
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第5章 数字通信系统的仿真
u=(2*w1/pi)*1e9;
figure(1)
subplot(2,1,1);
plot(u,magY1,′b′,u,magY4,′r′);grid%将两信号频谱画 在一个图上，作比较 title(′ASKr′);axis(［4e8,1.6e9,0,1.1］)
X2=b′.*x2;%
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-49 QPSK（正交移相键控） 基带调制信号的频谱图和星座图
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-50 OQPSK（偏置正交移相键控） 基带调制仿真系统
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-51 OQPSK（偏置正交移相键控） 基带调制信号的频谱图和星座图
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-44 GMSK基带调制仿真系统
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-45 GMSK基带调制信号频谱
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第5章 数字通信系统的仿真
表5-31BernoulliRandomBinaryGenerator （伯努利二进制随机数产生器）的主要参数
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第5章 数字通信系统的仿真
5.5.4 本小节列举两个频带调制的例子。图5-52所示是频
带GMSK（高斯滚降最小移频键控）的仿真系统，图553所示是频带OQPSK（偏置正交移相键控）的仿真系 统。表5-46~表5-50分别给出了仿真系统中各模块的主 要参数。参数设置时，
(m=1:128 ifn==64*m-63%当n为64的整数倍时对z
z(m)=x(n);
ifm==ceil(n/64)
y(［(64*m-63):(64*m)］′)=z(m);
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第5章 数字通信系统的仿真 end%y成了一个以64 end end end n=1:8192;rm2=y(n); x2=rm2;%产生基带信号，64为最小长度的随机二进制序
数。注意，FSK系统误码表的接收延迟时间与MSK、GMSK
是不同的。三个系统的频谱仪参数是一致的，便于比较。
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-41 FSK基带调制信号频谱
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-42 MSK基带调制仿真系统
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-43 MSK基带调制信号频谱
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第5章 数字通信系统的仿真
表5-45ErrorRateCalculation （误码率计算）的主要参数
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第5章 数字通信系统的仿真
仿真结果说明在相同传输条件下，QPSK、OQPSK 调制以比BPSK调制高1倍的速率传输信息，QPSK误码 率高于BPSK约30倍，OQPSK误码率高于BPSK约1.4倍。 由于是相位调制，频谱反映了具有不同相位特性的同 一载波，因此频谱特性一致。正因为是相位调制，每 符号采样取16（大于1）可以得到更好的系统性能，此 时在误码表中应该正确地选取与之相应的接收延迟参 数。星座图显示的是传输环境SNR（信噪比）为6dB时 的图形。
第5章 数字通信系统的仿真
第5章 数字通信系统的仿真（2）
5.5 调制技术（数字调制） 5.6 多元调制仿真
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第5章 数字通信系统的仿真
5.5
5.5.1 ASK 幅度键控（数字幅度调制）就是把频率、相位作
为常量，而把振幅作为变量。 幅度随着输入的数字信号的变化而相应地变化。
下面的程序用于研究、描述频带ASK调制的时间、频 率的特性。图5-39所示是运行程序5-2后的结果。
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第5章 数字通信系统的仿真
仿真结果表明：在误码率为相同数量级的条件下， GMSK（高斯滚降最小移频键控）占有最小的频带宽度。此 时MSK、GMSK的传输环境的信噪比，比FSK还要低3dB。 综合抗干扰能力、占带宽度最好的是GMSK，MSK次之，最 后是FSK。
5.5.3
用二进制数字基带信号控制载频的相位来实现调制称为 移相键控PSK，即随着基带信号0、1的变化，载波的相位发 生0、π的变化。MATLAB中的BPSK（二进制移相键控）模 块，完成调制解调的工作。如果载波是一对正交的函数，譬 如sinωt、cosωt，同时对它们进行PSK调制，这样的调制称为 QPSK（正交移相键控）。
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第5章 数字通信系统的仿真
5.5.2 用二进制数字基带信号控制载频的频率实现调制
称为移频键控FSK。由于二进制基带信号变化时会引 起载波的相位突变等问题，又发展出MSK，称为最小 移频键控。为了进一步降低传输带宽，又发展出 GMSK，称为高斯滚降最小移频键控。这三种数字频 率调制也是目前应用广泛的调制方式。本小节就讨论 三种基带调制方式的仿真系统，了解它们的工作特性 及占用带宽。
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-39中，时域图的上图是最小码元宽度为64的随机 二进制基带信号。时域图的下图是基带信号进行频带 （fc=1GHz）ASK调制后的波形。频域图的上图是基带信 号进行频带（ fc =1GHz）ASK调制后的频谱，包络是用1 个宽度为64的方波信号进行频带（ fc =1GHz) ASK调制后 的频谱。频域图的下图是基带信号的频谱，包络是用1个 宽度为64的方波信号的频谱，它是用于与ASK基带调制 信号的频谱作比较的。由图可见，宽度为64的方波信号 与最小码元宽度为64的随机二进制基带信号的频谱特性 吻合得很好。
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-46、图5-48、图5-50分别是BPSK（二进制移 相键控）、QPSK（正交移相键控）、OQPSK（偏置 正交移相键控）的仿真系统。图5-47、图5-49、图5-51 分别是BPSK（二进制移相键控）、QPSK（正交移相 键控）、OQPSK（偏置正交移相键控）的信号频谱图 和星座图。
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-46 BPSK（二进制移相键控）基带调制仿真系统
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-47 BPSK（二进制移相键控） 基带调制信号的频谱图和星座图
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-48 QPSK（正交移相键控） 基带调制仿真系统
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y2=X2(1:(2^13));
Y2=fft(y2,(2^13));magY2=abs(Y2(1:1:(2^12)+1))/(200)+e ps;
%求基带信号的FFT
k1=0:(2^12);w1=(2*pi/2(0221^13))*k1;
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第5章 数字通信系统的仿真
u=(2*w1/pi)*1e9; Y3=fft(x3,(2^13));magY3=abs(Y3(1:1:(2^12)+1))/(35)+eps;
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第5章 数字通信系统的仿真
图5-52 频带GMSK（高斯滚降最小移频键控）仿真系统
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第5章 数字通信系统的仿真 表5-32 SpectrumScope（频谱仪）的主要参数
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第5章 数字通信系统的仿真
表5-33M FSKModulatorBaseband （基带M FSK
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第5章 数字通信系统的仿真
表5-34MSKModulatorBaseband （基带MSK
n=［1:(2^13)］;
x1=cos(n.*1e9*2*pi/4e9);%载频1GHz
x=x1.*x2;%ASK
b=blackman(2^13);%
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第5章 数字通信系统的仿真
X=b′.*x;%ASK x3=［ones(1,64)zeros(1,8128)］;% y1=X(1:(2^13));y4=x1.*x3;% Y1=fft(y1,(2^13));magY1=abs(Y1(1:1:(2^12)+1))/(200); %求调制基带信号的FFT Y4=fft(y4,(2^13));magY4=abs(Y4(1:1:(2^12)+1))/(37); %求调制后脉冲信号的FFT k1=0:(2^12);w1=(2*pi/(2^13))*k1;