基于MATLAB的BPSK通信系統(tǒng)仿真

PAGEII基于MATLAB的BPSK通信系統(tǒng)仿真摘要：BPSK就是數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)中一種非常重要的方式。對(duì)于它的研究有助于我們掌握更加復(fù)雜的數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸方式。本文介紹了BPSK的調(diào)制原理，以及使用Simulink對(duì)其調(diào)制過(guò)程進(jìn)行仿真。Simulink是MATLAB中最重要的組件之一，它向用戶提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境，在這種環(huán)境中，用戶無(wú)須寫大量的程序，而只要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，選取適當(dāng)?shù)膸?kù)模塊，就可以構(gòu)造出復(fù)雜的仿真模型。文章對(duì)于Simulink模塊的庫(kù)作了比較詳細(xì)的介紹，如何進(jìn)行模塊參數(shù)的設(shè)置也作了說(shuō)明。使用Simulink仿真，直觀簡(jiǎn)便，極大地減輕了工作量，簡(jiǎn)化了復(fù)雜的通信過(guò)程分析，也極大的方便了我們對(duì)于通信系統(tǒng)的研究與掌握。關(guān)鍵詞：BPSK；Simulink；仿真BPSKCommunicationSystemSimulationBasedonMATABAbstract:BPSKisthedigitaltransmissionsysteminaveryimportantway.Foritsresearchhelpsustograspmorecomplextransmissionofadigitalcommunicationsystem.ThisarticleintroducestheBPSKmodulationprinciple,aswellasitsmodulationprocesssimulationusingSimulink.SimulinkisoneofthemostimportantcomponentsinMATLAB,itofferstheuseracomprehensiveanalysisofdynamicsystemsmodeling,simulationandintegrationenvironments,inthisenvironment,usersdonothavetowritealotofprograms,butmerelythroughsimple,intuitivemouseoperation,selecttheappropriatelibrarymodule,youcanconstructsophisticatedsimulationmodels.ArticleforaSimulinkblocklibraryforamoredetailedintroduction,describedhowtosetmoduleparameters.UsingSimulinksimulation,intuitiveandeasy,greatlyreducingtheworkload,simplifyinganalysisofcomplexcommunicationprocess,wasalsoveryhandyforcommunicationsystemofresearchandatourdisposal.Keywords:BPSK;Simulink;simulation目錄1序言 11.1數(shù)字通信系統(tǒng)研究的背景及意義 11.2數(shù)字通信的應(yīng)用現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展 12通信的基本知識(shí) 42.1通信的基本概念 42.2通信系統(tǒng)的通信過(guò)程與原理 42.2.1通信系統(tǒng)的一般模型 42.2.2模擬和數(shù)字通信系統(tǒng) 63BPSK的調(diào)制原理 83.1數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ) 83.2二進(jìn)制相移鍵控（BPSK） 94MATLAB的Simulink工具仿真 114.1MATLAB的簡(jiǎn)介 114.2Simulink的主要優(yōu)點(diǎn)[7] 124.3Simulink的模塊庫(kù)介紹 124.4Simulink簡(jiǎn)單模型的建立 154.52PSK調(diào)制的仿真 154.5.1鍵控調(diào)制法 154.5.2模擬調(diào)制法 194.6仿真結(jié)果分析 205結(jié)論 21參考文獻(xiàn) 22致謝 23PAGE241序言1.1數(shù)字通信系統(tǒng)研究的背景及意義古代通信利用自然界的基本規(guī)律和人的基礎(chǔ)感官（視覺，聽覺等）可達(dá)性建立通信系統(tǒng)，是人類基于需求的最原始通信方式。廣為人知的“烽火傳訊（2700多年前的周朝）”、“信鴿傳書”、“擊鼓傳聲”、“風(fēng)箏傳訊（2000多年前的春秋時(shí)期，公輸班和墨子為代表）”、“天燈（代表是三國(guó)時(shí)期的孔明燈的使用，發(fā)展到后期熱氣球成為其延伸）”、“旗語(yǔ)”以及隨之發(fā)展依托于文字的“信件（周朝已經(jīng)有驛站出現(xiàn)，傳遞公文）”都是古代傳訊的方式，而信件在較長(zhǎng)的歷史時(shí)期內(nèi)，都成為人們主要傳遞信息的方式。19世紀(jì)中葉以后，隨著電報(bào)、電話的發(fā)有，電磁波的發(fā)現(xiàn)，人類通信領(lǐng)域產(chǎn)生了根本性的巨大變革，從此，人類的信息傳遞可以脫離常規(guī)的視聽覺方式，用電信號(hào)作為新的載體，同此帶來(lái)了一系列鐵技術(shù)革新，開始了人類通信的新時(shí)代。利用電和磁的技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)通信的目的，是近代通信起始的標(biāo)志。近年來(lái)，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸需求的高速增長(zhǎng)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)和因特網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展，促進(jìn)了數(shù)字通信的快速發(fā)展?，F(xiàn)代數(shù)字通信一般都是以數(shù)字化為基礎(chǔ)的，數(shù)字傳輸技術(shù)是現(xiàn)代數(shù)字通信的基礎(chǔ)。隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字通信業(yè)務(wù)種類越來(lái)越多，不僅有電話、數(shù)據(jù)，還有電視、多媒體等等。數(shù)字通信的業(yè)務(wù)量也越來(lái)越大，對(duì)數(shù)字傳輸系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。為了擴(kuò)大傳輸容量、提高傳輸效率和確保數(shù)字傳輸系統(tǒng)的可靠性，就需要研究數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸?shù)认嚓P(guān)的問(wèn)題。1.2數(shù)字通信的應(yīng)用現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展通信的數(shù)字化革命使得通信系統(tǒng)既能傳輸語(yǔ)音，也能傳輸各種數(shù)據(jù)、圖像、文字、報(bào)表等其他信息。目前，數(shù)字通信在衛(wèi)星通信、光纖通信、移動(dòng)通信等方面的發(fā)展很快。下面我們上述幾個(gè)方面了解數(shù)字通信的現(xiàn)狀和未來(lái)[3]?！粜l(wèi)星通信衛(wèi)星通信是隨著現(xiàn)代航天技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種現(xiàn)代通信方式，它是利用人造衛(wèi)星為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)，在多個(gè)地球站之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由通信衛(wèi)星（如同步衛(wèi)星）、地球站、上行線路和下行線路組成。衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋地域廣、不受地理?xiàng)l件限制、通信容量大、可靠性高、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。自1960年第一顆衛(wèi)星發(fā)射以來(lái)，衛(wèi)星通信得到了很大的發(fā)展。作為一種重要的通信手段，衛(wèi)星通信已廣泛應(yīng)用于國(guó)際、國(guó)內(nèi)和區(qū)域通信和電視傳輸?！艄饫w通信光纖通信是以光導(dǎo)纖維作為傳輸媒體、以光波作為運(yùn)載工具的通信方式。光纖通信具有容量大、頻帶寬、傳輸損耗小、不受電磁干擾、成本低、通信質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。自1977年世界上第一個(gè)光纖通信系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，光纖通信的發(fā)展極為迅速，已成為通信、廣播電視、電力、交通、軍事等領(lǐng)域通信干線的主要傳輸手段。目前，光纖通信的主要應(yīng)用有：用于市話中繼線，光纖通信已經(jīng)取代了電纜；用于長(zhǎng)途干線通信，特別是SDH和DWDM的廣泛應(yīng)用，光纖通信已在長(zhǎng)途大容量通信中占有絕對(duì)主導(dǎo)地位；用于高質(zhì)量彩色電視傳輸，例如有線電視光纖同軸電纜網(wǎng)已經(jīng)成為電視電視傳輸?shù)闹鹘?；用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督和調(diào)度；用于交通監(jiān)視控制指揮；用于軍事通信等等。近年來(lái)，光纖通信技術(shù)發(fā)展很快，新技術(shù)、新器件、新工藝、新產(chǎn)品、新構(gòu)思、新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，推動(dòng)著光線通信技術(shù)的快速發(fā)展。目前，光線通信的發(fā)展方向是密集波分復(fù)用、全光網(wǎng)絡(luò)和新一代超高速光線通信系統(tǒng)。◆移動(dòng)通信移動(dòng)通信是指通信雙方或者至少其中一方在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行信息傳遞的通信方式。移動(dòng)通信不受時(shí)間和空間的限制，交流信息機(jī)動(dòng)、靈活、迅速、方便、自由，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)通信原理的重要手段。近年來(lái)移動(dòng)通信的發(fā)展非常迅速，特別是數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)將通信范圍劃為相距一定距離的小區(qū)，移動(dòng)用戶不僅可以從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)，而且可以從一個(gè)城市漫游到另一個(gè)城市，甚至從一個(gè)國(guó)家漫游到另一個(gè)國(guó)家，實(shí)現(xiàn)“充滿自由”的個(gè)人通信。數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要由移動(dòng)交換中心、基站和移動(dòng)終端組成，通過(guò)移動(dòng)交換中心與公用有線電話網(wǎng)相連，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電話與固定電話、移動(dòng)電話之間的通信。目前，廣泛應(yīng)用的第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，采用時(shí)分多址和窄帶碼分多址技術(shù)，形成了歐洲標(biāo)準(zhǔn)的GSM系統(tǒng)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)IS-95CDMA系統(tǒng)。隨著移動(dòng)通信的普及，移動(dòng)用戶數(shù)量成倍增長(zhǎng)，第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的不足也逐漸顯現(xiàn)，如全球漫游問(wèn)題、支持寬帶應(yīng)用問(wèn)題、與互聯(lián)網(wǎng)的融合問(wèn)題、系統(tǒng)容量問(wèn)題等。為此，近年來(lái)國(guó)際電信聯(lián)盟和全世界各國(guó)開始了第三代和第四代移動(dòng)通信技術(shù)的研究，形成WCDMA、CDMA2000、和TD-SCDMA三種第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)一頻段、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、全球無(wú)縫隙覆蓋、提供多媒體業(yè)務(wù)、頻譜利用率高、服務(wù)質(zhì)量高、保密性好等目標(biāo)。2通信的基本知識(shí)2.1通信的基本概念通信的目的是傳送消息中所包含的信息。消息是物質(zhì)或者精神狀態(tài)的一種反應(yīng)，在不同時(shí)期具有不同的表現(xiàn)形式。例如，話音、文字、數(shù)據(jù)、圖片或者活動(dòng)圖像等都是消息。各種不同的消息可以分成兩大類：一類稱為連續(xù)消息；另外一類稱為離散消息。連續(xù)消息是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或不可數(shù)的，如連續(xù)變化的話音、圖像等；離散消息則是指消息的狀態(tài)是可數(shù)的或者離散的，如符號(hào)、數(shù)據(jù)等。人們接受消息，關(guān)心的是消息中所包含的有效內(nèi)容，即信息。通信則是進(jìn)行信息時(shí)空的轉(zhuǎn)移，即把消息從一方傳送到另一方?；谶@種認(rèn)識(shí)，“通信”也就是“信息傳輸”或“消息傳輸”[1]。1837年查爾斯發(fā)明的有線電報(bào)開創(chuàng)了利用電傳遞信息（即電信）的新時(shí)代；1876年貝爾發(fā)明的電話已成為我們?nèi)粘Ｉ钪型ㄐ诺闹饕ぞ撸?918年，調(diào)幅無(wú)線電廣播、超外差接收機(jī)問(wèn)世；1936年，商業(yè)電視廣播開播；······伴隨著人類的文明、社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電信技術(shù)也是一日千里的速度飛速發(fā)展。電信技術(shù)的不斷進(jìn)步導(dǎo)致讓你們對(duì)電信的質(zhì)與量提出了更高的要求，這種要求反過(guò)來(lái)又促進(jìn)了電信技術(shù)的完善和發(fā)展。如今，在自然科學(xué)領(lǐng)域涉及通信這一術(shù)語(yǔ)時(shí)，一般是指“電通信”。廣義來(lái)講，光通信也是電通信，因此光也是一種電磁波。在電通信系統(tǒng)中，消息的傳遞是通過(guò)電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于電通信方式具有迅速、準(zhǔn)確、可靠且不受時(shí)間、地點(diǎn)、距離限制的特點(diǎn)，因此，100年來(lái)得到了飛速的發(fā)展和廣泛地應(yīng)用。2.2通信系統(tǒng)的通信過(guò)程與原理2.2.1通信系統(tǒng)的一般模型通信的目的是傳輸信息。通信系統(tǒng)的作用就是將信息從信源發(fā)送到一個(gè)或者多個(gè)目的地。對(duì)于電通信來(lái)說(shuō)，首先要把消息轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)發(fā)送設(shè)備，將信號(hào)送入信道，在接收端利用接受設(shè)接受信號(hào)作相應(yīng)的處理后，送給信宿轉(zhuǎn)換為原來(lái)的消息。這一過(guò)程可利用圖1所示的通信系統(tǒng)一般模型概括。信息源信息源發(fā)送設(shè)備信道接受設(shè)備受信者噪聲源圖1通信系統(tǒng)的一般模型圖1中各種部分的功能簡(jiǎn)述如下：◆信息源信息源又稱為信源，它的作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)(基帶信號(hào))。根據(jù)消息的種類不同，信源可以分為模擬信源和數(shù)字信源。模擬信源輸出的是連續(xù)的模擬信號(hào)，例如麥克風(fēng)（聲音→音頻信號(hào)）；數(shù)字信源則輸出離散的數(shù)字信號(hào)，例如電傳機(jī)（鍵盤字符計(jì)算機(jī)→數(shù)字信號(hào)）、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備。并且，模擬信源送出的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理后也可以送出數(shù)字信號(hào)?！舭l(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的作用是產(chǎn)生適合于在信道中傳輸?shù)男盘?hào)，即使發(fā)送的信號(hào)特性和信道特性相匹配，具有抗信道干擾能力，并且具有足夠的功率以滿足遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男枰?。因此，發(fā)送設(shè)備涵蓋的內(nèi)容很多，可能包含變換、放大、濾波、編碼、調(diào)制等過(guò)程。對(duì)于多路傳輸系統(tǒng)發(fā)送設(shè)備中還包括多路復(fù)用器[1]。◆信道信道是信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ溃ɑ蛎襟w），傳輸信道可分為有線信道和無(wú)線信道。當(dāng)信號(hào)經(jīng)過(guò)信道傳輸時(shí)，要注意信道帶寬W、信噪比S/N、信道容量C等特性。例如，信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸時(shí)，由于必然有能量的損耗，會(huì)產(chǎn)生信號(hào)功率的衰減；任何信道的頻率特性不可能為無(wú)限寬，不能百分百滿足傳輸信號(hào)的要求；信道中存在的電感和電容等儲(chǔ)能元件，會(huì)對(duì)信號(hào)的頻率特性產(chǎn)生影響[3]?！粼肼曉催@里的噪聲源是指非人為產(chǎn)生的，在通信系統(tǒng)中它是客觀存在的，在通信系統(tǒng)模型中，噪聲源是以集中形式表示的，實(shí)際上這種噪聲分散在通信系統(tǒng)中的各個(gè)部分。這種集中表示了便于理解和分析問(wèn)題[3]?！艚邮赵O(shè)備接收設(shè)備的功能是將信號(hào)放大和反變換（如譯碼、解調(diào)等），其目的是從受到減損的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出原始電信號(hào)。對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，接收設(shè)備中還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路功能。此外，它還要盡可能減小在傳輸過(guò)程中噪聲與干擾所帶來(lái)的影響[1]?！羰苄耪呤苄耪哂址Q為信宿，它是把消息傳送到目的地，其功能與信源剛好相反，即就是把原始電信號(hào)還原成相應(yīng)的消息，如音響等。2.2.2模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)消息的傳遞是通過(guò)它的物理載體——電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即把消息寄托在電信號(hào)的某一參量（如連續(xù)的幅度、頻率或者相位；脈沖波的幅度、寬度或位置）。按信號(hào)參量取值方式不同，可以把信號(hào)分為兩類：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。如果信號(hào)參量的取值是連續(xù)的，則稱之為模擬信號(hào)。例如話筒送出的輸出電壓包含有話音信號(hào)，并在一定的取值范圍內(nèi)連續(xù)變化。如果電信號(hào)的參量取值是離散的，則稱之為數(shù)字信號(hào)。如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入/輸出信號(hào)、PCM信號(hào)等。通常按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)?！裟M通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)，語(yǔ)言、音樂、電視(目前的電視)都是連續(xù)的信源，產(chǎn)生連續(xù)信號(hào)，直接傳輸連續(xù)信號(hào)的通信系統(tǒng)是模擬通信系統(tǒng)。其模型如圖2所示，信息源信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者噪聲源圖2模擬通信系統(tǒng)◆數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)，數(shù)字信源(如計(jì)算機(jī))或模擬信號(hào)數(shù)字化后的傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)（信源發(fā)出和信宿接收的是數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)，而信道傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)的通信過(guò)程或方式），它有兩種傳輸方式：（1）基帶傳輸：直接傳輸由消息變換過(guò)來(lái)的電信號(hào)，如圖3所示。數(shù)字信源數(shù)字信源編碼信道譯碼信宿圖3基帶傳輸（2）頻帶傳輸：如圖4所示信信息源加密器編碼器調(diào)制器信道解調(diào)器譯碼器受信者噪聲源圖4頻帶傳輸3BPSK的調(diào)制原理數(shù)字信號(hào)的傳輸通常分為基帶傳輸和頻帶傳輸。由消息轉(zhuǎn)換得到的原始電信號(hào)所占據(jù)的頻帶通常從直流和低頻開始，因而稱為基帶信號(hào)。在某些有線信道中，例如傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，數(shù)字基帶信號(hào)可以直接傳送，因此稱為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。但在大多數(shù)情況下，例如無(wú)線信道等，數(shù)字基帶信號(hào)必須經(jīng)過(guò)調(diào)制，將信號(hào)頻譜搬移到某一個(gè)高頻載波頻帶上才能在信道上傳輸，即數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸。數(shù)字基帶傳輸和數(shù)字頻帶傳輸是數(shù)字通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)[1]。3.1數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)調(diào)制在通信系統(tǒng)中至關(guān)重要。所謂的調(diào)制，就是把信號(hào)轉(zhuǎn)成適合在信道傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程。為了使數(shù)字信號(hào)信號(hào)在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號(hào)與信道特性相匹配。這種用數(shù)字信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字調(diào)制。在數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)中，調(diào)制的作用是要對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行某種變換，使之能夠在模擬信道中傳輸。調(diào)制的主要目的有[3]：將數(shù)字基帶信號(hào)頻譜搬移到高頻處，以便于以高頻電磁波形式發(fā)射出去。便于實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用。通過(guò)調(diào)制使各路基帶信號(hào)頻譜搬移到指定的位置，互不重疊，互不干擾。便于改善系統(tǒng)性能。香農(nóng)信道容量公式C=Wlb（1+S/N）指出，給定的信道容量C可以用不同的信道帶寬W和信噪比S/N的組合來(lái)傳輸。采用較大的帶寬能獲得較強(qiáng)的抗干擾能力，這種以帶寬換取信噪比的提高要通過(guò)調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字信息有二進(jìn)制和多進(jìn)制之分，因此，數(shù)字調(diào)制可以分為二進(jìn)制和多進(jìn)制調(diào)制。在二進(jìn)制調(diào)制中，信號(hào)參量只有兩種可能的取值，而在多進(jìn)制中，信號(hào)參量可能有M（M﹥2）種取值。當(dāng)調(diào)制信號(hào)是二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)時(shí)，這種調(diào)制稱為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。由于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)只有0和1兩種狀態(tài)，所以數(shù)字調(diào)制完全可以理解為像報(bào)務(wù)員用開關(guān)鍵控制載波的過(guò)程，因此，數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式一般均為較為簡(jiǎn)單的鍵控方式。常用的數(shù)字鍵控技術(shù)有振幅鍵控（AmplitudeShiftKeying，ASK）、頻移鍵控（FrequencyShiftKeying，F(xiàn)SK）、相移鍵控（PhaseShiftKeying，PSK）三種基本的數(shù)字調(diào)制方式。在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中，相移鍵控是一種非常重要的調(diào)制方式，也是一種基本的調(diào)制形式。對(duì)于二進(jìn)制相移鍵控的研究，是以點(diǎn)帶面，有利于推廣到更復(fù)雜、多進(jìn)制鍵控調(diào)制研究。3.2二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）BPSK全稱：BinaryPhaseShiftKeying，通常簡(jiǎn)記為2PSK。把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)值的轉(zhuǎn)換方式之一。是利用偏離相位的復(fù)數(shù)波浪組合來(lái)表現(xiàn)信息鍵控移相方式的一種。BPSK使用了基準(zhǔn)的正弦波和相位反轉(zhuǎn)的波浪，使一方為0，另一方為1，從而可以同時(shí)傳送接受2值(1比特)的信息。相移鍵控是利用載波的相位變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。2PSK中，通常用初始相位0和π分別表示二進(jìn)制“1”和“02-1其中，表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位：2-2因此，式（2-1）可以改為典型波形如圖5所示。圖5BPSK時(shí)間波形由于表示信號(hào)的兩種碼元的波形相同，極性相反，故2PSK信號(hào)一般可以表述為一個(gè)雙極性（bipolarity）全占空（100%dutyratio）矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波的相乘，即2-3其中這里，是脈寬為的單個(gè)矩形脈沖，而的統(tǒng)計(jì)特性為2-4即發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“0”時(shí)（取+1），取0相位；發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“1”時(shí)（?。?），取π相位。這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制絕對(duì)相移方式[1]。2PSK信號(hào)的調(diào)制原理框圖如圖6所示。碼型變換碼型變換S（t）雙極性不歸零乘法器e2psk（t）COSWC（t）圖6模擬調(diào)制COSWC（t）COSWC（t）180°移相0∏e2psk（t）開關(guān)電路4MATLAB的Simulink工具仿真4.1MATLAB的簡(jiǎn)介MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連matlab開發(fā)工作界面接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用[10]。MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLaboratory）的簡(jiǎn)稱，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。Simulink是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，它與MATLAB語(yǔ)言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語(yǔ)言的編程上。所謂模型化圖形輸入是指Simulink提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來(lái)就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以.mdl文件進(jìn)行存?。?，進(jìn)而進(jìn)行仿真與分析。4.2Simulink的主要優(yōu)點(diǎn)[7]適應(yīng)面廣。可構(gòu)造系統(tǒng)包括：線性、非線性系統(tǒng)；離散、連續(xù)及混合系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)和流程清晰。它外表以方塊圖形式呈現(xiàn)，采用分層結(jié)構(gòu)。既適于自上而下的設(shè)計(jì)流程，又適于自下而上逆程設(shè)計(jì)。仿真更為精細(xì)。它提供的許多模板更接近實(shí)際，為用戶擺脫理想化假設(shè)的無(wú)奈開辟了途徑。模型內(nèi)更容易向DSP，F(xiàn)PGA等硬件移植。4.3Simulink的模塊庫(kù)介紹Simulink模塊庫(kù)按功能進(jìn)行分為以下8類子庫(kù)：連續(xù)模塊（Continuous）Integrator：輸入信號(hào)積分Derivative：輸入信號(hào)微分State-Space：線性狀態(tài)空間系統(tǒng)模型Transfer-Fcn：線性傳遞函數(shù)模型Zero-Pole：以零極點(diǎn)表示的傳遞函數(shù)模型Memory：存儲(chǔ)上一時(shí)刻的狀態(tài)值TransportDelay：輸入信號(hào)延時(shí)一個(gè)固定時(shí)間再輸出VariableTransportDelay：輸入信號(hào)延時(shí)一個(gè)可變時(shí)間再輸出◆離散模塊（Discrete）Discrete-timeIntegrator：離散時(shí)間積分器DiscreteFilter：IIR與FIR濾波器DiscreteState-Space：離散狀態(tài)空間系統(tǒng)模型DiscreteTransfer-Fcn：離散傳遞函數(shù)模型DiscreteZero-Pole：以零極點(diǎn)表示的離散傳遞函數(shù)模型First-OrderHold：一階采樣和保持器Zero-OrderHold：零階采樣和保持器UnitDelay：一個(gè)采樣周期的延時(shí)函數(shù)和平臺(tái)模塊（Function&Tables）Fcn：用自定義的函數(shù)（表達(dá)式）進(jìn)行運(yùn)算MATLABFcn：利用matlab的現(xiàn)有函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算S-Function：調(diào)用自編的S函數(shù)的程序進(jìn)行運(yùn)算Look-UpTable：建立輸入信號(hào)的查詢表（線性峰值匹配）Look-UpTable(2-D)：建立兩個(gè)輸入信號(hào)的查詢表（線性峰值匹配）數(shù)學(xué)模塊（Math）Sum：加減運(yùn)算Product：乘運(yùn)算DotProduct：點(diǎn)乘運(yùn)算Gain：比例運(yùn)算MathFunction：包括指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、求平方、開根號(hào)等常用數(shù)學(xué)函數(shù)TrigonometricFunction：三角函數(shù)，包括正弦、余弦、正切等MinMax：最值運(yùn)算Abs：取絕對(duì)值Sign：符號(hào)函數(shù)LogicalOperator：邏輯運(yùn)算RelationalOperator：關(guān)系運(yùn)算ComplextoMagnitude-Angle：由復(fù)數(shù)輸入轉(zhuǎn)為幅值和相角輸出Magnitude-AngletoComplex：由幅值和相角輸入合成復(fù)數(shù)輸出ComplextoReal-Imag：由復(fù)數(shù)輸入轉(zhuǎn)為實(shí)部和虛部輸出Real-ImagtoComplex：由實(shí)部和虛部輸入合成復(fù)數(shù)輸出非線性模塊（Nonlinear）Saturation：飽和輸出，讓輸出超過(guò)某一值時(shí)能夠飽和。Relay：滯環(huán)比較器，限制輸出值在某一范圍內(nèi)變化。Switch：開關(guān)選擇，當(dāng)?shù)诙€(gè)輸入端大于臨界值時(shí)，輸出由第一個(gè)輸入端而來(lái)，否則輸出由第三個(gè)輸入端而來(lái)。ManualSwitch：手動(dòng)選擇開關(guān)信號(hào)和系統(tǒng)模塊（Signals&Systems）In1：輸入端。Out1：輸出端。Mux：將多個(gè)單一輸入轉(zhuǎn)化為一個(gè)復(fù)合輸出。Demux：將一個(gè)復(fù)合輸入轉(zhuǎn)化為多個(gè)單一輸出。Ground：連接到?jīng)]有連接到的輸入端。Terminator：連接到?jīng)]有連接到的輸出端。SubSystem：建立新的封裝（Mask）功能模塊接收器模塊（Sinks）Scope：示波器。XYGraph：顯示二維圖形。ToWorkspace：將輸出寫入MATLAB的工作空間。ToFile(.mat)：將輸出寫入數(shù)據(jù)文件。輸入源模塊（Sources）Constant：常數(shù)信號(hào)。Clock：時(shí)鐘信號(hào)。FromWorkspace：來(lái)自MATLAB的工作空間。FromFile(.mat)：來(lái)自數(shù)據(jù)文件。PulseGenerator：脈沖發(fā)生器。RepeatingSequence：重復(fù)信號(hào)。SignalGenerator：信號(hào)發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦、方波、鋸齒波及隨意波。SineWave：正弦波信號(hào)。Step：階躍波信號(hào)。4.4Simulink簡(jiǎn)單模型的建立◆建立模型窗口◆將功能模塊由模塊庫(kù)窗口復(fù)制到模型窗口◆對(duì)模塊進(jìn)行連接，從而構(gòu)成需要的系統(tǒng)模型4.52PSK調(diào)制的仿真根據(jù)PSK的調(diào)制原理，我們可以選擇鍵控調(diào)制法和模擬調(diào)制法進(jìn)行調(diào)制，首先，使用鍵控法對(duì)其調(diào)制仿真的過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的介紹；其次，簡(jiǎn)單的說(shuō)明一下模擬調(diào)制法。4.5.1鍵控調(diào)制法先對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行移相，再把載波信號(hào)、反相的載波信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)通過(guò)開關(guān)電路進(jìn)行PSK調(diào)制，其設(shè)計(jì)如圖8所示。圖82PSK鍵控法調(diào)制設(shè)計(jì)圖（1）仿真參數(shù)設(shè)置建立好模型以后要設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)，以使系統(tǒng)達(dá)到最好的仿真效果?！粽也ǎ侯l率4HZ，幅度+2。本來(lái)載波的頻率很高，但是為了觀察波形方便，所以，頻率設(shè)為4HZ。圖9正弦載波參數(shù)設(shè)置◆反相正弦波：頻率4HZ，幅度-2。本來(lái)載波的頻率很高，但是為了觀察波形方便，所以，頻率設(shè)為4HZ。又要求與載波反向，所以，幅度設(shè)為-2。圖10反相載波參數(shù)設(shè)置◆BernoulliBinaryGenerator(伯努利二進(jìn)制隨機(jī)序列產(chǎn)生器)是基于采樣的，其幅度設(shè)置為2，周期為3。圖11伯努利二進(jìn)制隨機(jī)序列產(chǎn)生器參數(shù)設(shè)置碼型變換器采用1變0不變調(diào)制，故極性設(shè)置為“Negative”。圖12◆多路選擇器：當(dāng)二進(jìn)制序列大于0時(shí)，輸出第一路信號(hào)；當(dāng)二進(jìn)制序列小于0時(shí)，輸出第二路信號(hào)。圖13多路選擇器參數(shù)設(shè)置（2）BPSK的仿真波形圖圖14BPSK的仿真波形圖4.5.2模擬調(diào)制法模擬調(diào)制法的仿真設(shè)計(jì)原理圖如下所示：圖152PSK模擬法調(diào)制設(shè)計(jì)圖仿真波形圖如下所示：圖16BPSK的仿真波形圖4.6仿真結(jié)果分析根據(jù)鍵控法的原理，要對(duì)正線載波進(jìn)行180°移相，于是在仿真時(shí)直接對(duì)于給定的正弦載波相位移相180°，即設(shè)置其幅度跟給定載波的幅度相反就可以了。開關(guān)電路（多路選擇器）就是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行選擇輸出，當(dāng)二進(jìn)制序列大于0時(shí)，輸出的是移相后的正弦載波；當(dāng)二進(jìn)制序列小于0時(shí)，輸出的是正弦載波，這樣就得到了BPSK的調(diào)制時(shí)間波形，如上圖15所示。對(duì)于模擬調(diào)制法，要對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行碼型變換，變成雙極性不歸零的數(shù)字信號(hào)，再跟載波相乘，雙極性不歸零碼如果是大于0，就直接輸出載波的波形；如果雙極性碼小于0，輸出的是反轉(zhuǎn)180°的載波，這樣就得到了如上圖16的BPSK的調(diào)制時(shí)間波形圖。兩種調(diào)制方法都能夠得到結(jié)果，但是，鍵控調(diào)制的方法比較復(fù)雜,而模擬法相對(duì)而言簡(jiǎn)單一些。對(duì)于正弦信號(hào)要進(jìn)行180°的移相，而在實(shí)際實(shí)現(xiàn)過(guò)程中移相技術(shù)的難點(diǎn)是寬帶相移網(wǎng)絡(luò)的制作，該網(wǎng)絡(luò)必須對(duì)正弦信號(hào)的所有頻率分量均要精確相移180°，這一點(diǎn)即使近似也是困難的。5結(jié)論在畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)之前，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)書上的內(nèi)容，通過(guò)查找相關(guān)的資料，了解了通信從古代到現(xiàn)代，再到當(dāng)代的發(fā)展歷程。同時(shí)，以前在課堂學(xué)習(xí)時(shí)沒有理解有關(guān)通信的概念、原理以及通信的過(guò)程，這次進(jìn)行了比較詳細(xì)的學(xué)習(xí)和全面的理解。在以前對(duì)于MATLAB的學(xué)習(xí)，只是停留在最基本的語(yǔ)法學(xué)習(xí)層面上，而使用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)建模以及仿真，根本沒有接觸過(guò)，所以，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)要用到Simulink對(duì)BPSK調(diào)制過(guò)程進(jìn)行仿真，是對(duì)自己一次挑戰(zhàn)和學(xué)習(xí)的過(guò)程吧。當(dāng)然，在使用Simulink過(guò)程遇到了很多的問(wèn)題。首先，就是熟悉Simulink的工作環(huán)境以及掌握一些常用的模塊。如何在建模的時(shí)候很快的找到自己想要的模塊，這些是靠平時(shí)一點(diǎn)一點(diǎn)的積累起來(lái)的，然后就是把這些模塊如何建立模型，在這個(gè)過(guò)程中，補(bǔ)習(xí)了一些Simulink的基本知識(shí)。還有就是嘗試了一下如何建立自己所需要功能的模塊，把新建立的模塊添加到自己的模塊庫(kù)中去等等方面的內(nèi)容；其次，在使用Simulink仿真時(shí)，一個(gè)最重要的問(wèn)題就是如何設(shè)置仿真參數(shù)，因此，在這個(gè)過(guò)程中查閱了許多相關(guān)的資料，介紹如何設(shè)置理想的