主要内容

数字调制

在大多数媒体进行交流沟通,只有一个固定的频率范围是用于传输。一种消息通信信号的频谱不属于固定频率范围,否则不适合渠道或一个,是改变剧增信号根据您的消息中的信息信号。这种改变称为调制,是你传输的调制信号。然后,接收方通过这一过程被称为恢复原始信号解调。

数字调制特性

调制技术

通信工具箱™支持这些数字数据的调制技术。万博1manbetx在最右边的所有方法中实现图书馆块。

模拟调制、数字调制改变剧增信号根据消息中的信息信号。然而,对于数字调制信号的消息被限制为一个有限集合。调制函数输出调制信号的复杂的信封。通信工具箱功能使您能够使用各种数字调制和解调信号调制技术。星座图允许您可视化的星座图调制符号。

请注意

除非另有指示,调制和解调函数不执行脉冲整形或过滤。看到结合与调制脉冲整形和过滤更多信息过滤。

可用的调制方法取决于输入信号是模拟或数字。的调制类别列出了支持数字和模拟调制技术。万博1manbetx

访问数字调制模块。打开灯库通过双击图标在主块库。然后打开数字基带调制库子程序库,双击它的图标。

数字基带图书馆有自己的子程序库。打开这些子程序库通过双击图标列在下表中。

的调制 在图书馆数字基带图标
振幅调制 我
相位调制 点
频率调制 调频
连续相位调制 CPM
格子码调制 中医

一些数字调制子程序库的包含块实现特定的调制技术。这些具体案例调制模块使用相同的计算一般同行使用的代码,但是提供一个接口,简单或更适合的具体情况。此表列出通用调节器以及一般调制器的条件等价于一个特定的调制器。解调器花的情况是类似的。

一般和特定的块

一般的调制器 一般调制器条件 特定的调制器
一般QAM调制器基带

预定义的星座包含2K点一个矩形点阵。

K是调制的秩序。

 矩形QAM调制器基带
M-PSK调制器基带 多状态数参数是2。 BPSK调制基带
多状态数参数是4。 QPSK调制器基带
M-DPSK调制器基带 多状态数参数是2。 DBPSK调制器基带
多状态数参数是4。 DQPSK调制基带
CPM调制基带 多状态数参数是2,频率脉冲波形参数是高斯。 实现GMSK调制器基带
多状态数参数是2,频率脉冲波形参数是矩形,脉冲持续时间参数是1。 MSK调制器基带
频率脉冲波形参数是矩形,脉冲持续时间参数是1。 CPFSK调制基带
一般中医编码器 包含2个预定义的信号星座K点一个矩形点阵。 矩形QAM中医编码器
包含2个预定义的信号星座K点一个圈。 M-PSK中医编码器

此外,CPFSK调制基带阻止类似于M-FSK调制器基带块,当M-FSK块使用连续相变。然而,这个产品的M-FSK特性不同于CPFSK特性在其面具接口和解调器的实现。

基带和通频带模拟

对于一个给定的调制技术,被称为两种方法模拟调制技术基带和通频带。基带仿真,也被称为低通滤波器等效方法,需要较少的计算。通信工具箱支持数字调制和通频带模拟基带仿真模拟调制。万博1manbetx

基带调制信号定义

如果你使用基带调制产生复杂的信封y消息的调制信号x,然后y是一个复数的信号,通频带调制器的输出有关。如果调制信号波形

Y 1 ( t ) 2 因为 ( 2 π f c t + θ ) − Y 2 ( t ) 2 罪 ( 2 π f c t + θ ) ,

在哪里fc是载波频率,θ是载波信号的初始相位,然后一个基带仿真承认这个等于现实的一部分吗

( ( Y 1 ( t ) + j Y 2 ( t ) ) e j θ ] 经验值 ( j 2 π f c t ) 。

和模型只有方括号内的一部分。在这里j是- 1的平方根。复杂的矢量y是一个复杂信号的抽样

( Y 1 ( t ) + j Y 2 ( t ) ) e j θ 。

如果你喜欢与通频带信号的基带信号,然后您可以构建两者之间的转换的函数。请注意,通频带调制往往是更多的计算量比基带调制载波信号通常需要在一个较高的采样率。

调制的术语

一个灯是一个过程载波信号根据信息在改变消息信号。的载波频率,Fc载波信号的频率。的采样率的消息信号采样过程中模拟。

载波信号的频率通常是大于输入消息信号的最高频率。奈奎斯特采样定理要求模拟采样率,F年代,大于两倍的和载频和调制信号的最高频率,以便正确解调恢复消息。

代表数字信号

调制信号用数字调制一个字母M的象征,从一个真正的消息信号的值从0到M - 1整数。通过列出一串它的值代表了信号在一个向量,x。或者,你可以用一个矩阵来表示一个多路信号,矩阵的每一列代表一个频道。

例如,如果灯使用一个字母有八个符号,那么向量[2 3 7 1 0 5 5 2 6]”是一个有效的单通道调制器的输入。作为一个多通道的例子,两列矩阵

[2 3;3 3;7 3;0 3;]
定义了一个双通道信号的第二通道的恒定值3。

信号和延迟

所有数字调制块过程只有离散时间信号和使用基带表示。输入和输出数据类型的描述如下图所示。

请注意

如果你想单独同相正交组件的复杂调制信号,使用复杂Real-Imag(万博1manbetx模型)块模型的数学操作库。万博1manbetx

整数值信号和Binary-Valued信号

一些数字调制块可以接受整数值或binary-valued信号。相应的解调模块可以输出整数或个人的团体代表整数。本节描述如何调制块过程整数或二进制输入;解调模块的情况是相反的。你应该有一个注意,调制块输入类型有一个参数,解调块输出类型参数。

当你设置输入类型参数整数,阻止接受整数值0来米- - - - - -1。米代表了多状态数块参数。

当你设置输入类型参数位,阻止接受binary-valued表示整数的输入。块收集binary-valued信号组K=日志2(米)位

在哪里

K代表了每个符号的比特数。自米= 2K,K通常称为调制秩序。

输入向量的长度必须是一个整数的倍数K。在这个配置中,块接受一群K位和地图,组织到一个符号在块的输出。块输出调制符号为每个组之一K位。

星座点(或符号设置排序)

根据调制方案,星座点或符号设置排序参数表明块地图的一群K输入相应的标志位。当你设置参数二进制块地图(u(1)u(2)……u(K)]的整数

∑ 我 = 1 K u ( 我 ) 2 K − 我

并假设这个整数输入值。u(1)是最重要的。

如果你设置米= 8,星座点(或符号设置排序)二进制和二进制输入单词(1 1 0),块(1 1 0)转换为整数6。块产生相同的输出,当输入6,输入类型参数是整数。

当您设置星座点(或符号设置排序或符号映射)灰色的块使用Gray-coded安排和分配二进制输入点的一个预定义的Gray-coded信号星座。预定义的多状态Gray-coded信号星座分配的二进制表示

M = 8;P = [0 m - 1): ';de2bi (bitxor (P,地板(P / 2)), log2 (M),“left-msb”)

到Pth整数。

下面的表显示典型的二进制灰色映射米= 8。

二进制位格雷映射

二进制代码 格雷码
000年 000年
001年 001年
010年 011年
011年 010年
One hundred. 110年
101年 111年
110年 101年
111年 One hundred.

灰色为整数的二进制映射

二进制代码 格雷码
0 0
1 1
2 3
3 2
4 6
5 7
6 5
7 4

灰色编码调制信号

打开生活的脚本

相移键控,DPSK、移频键控、QAM和PAM调制类型,灰色的星座是通过设置相应的调制函数的符号映射到Gray-encoding®或系统对象。

调制函数,您可以指定“灰色”符号的顺序输入参数获得Gray-encoded调制。

下面的例子使用了qammod函数与Gray-encoded符号映射。

y = [0:15];y = de2bi (y);M = 16;symorder =“灰色”;xmap = qammod (y、M、symorder“InputType”,“一点”,“PlotConstellation”,真正的);

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象标题16-QAM灰色映射,UnitAveragePower = false包含19线类型的对象,文本。

检查星座图中,您可以看到调制符号Gray-encoded因为所有相邻元素只有一点不同。

Upsample信号和速度的变化

一些数字调制块可以输出一个upsampled版本的已调信号,而相应的数字解调模块可以接受一个upsampled版本的调制信号作为输入。在这两种情况下,率的选择参数表示upsampling因子,它必须是一个正整数。根据输入信号是否单频模式或多频模式,阻止改变信号的矢量大小或其样本时间,下表显示。只有OQPSK块偏离表中的信息,在那个年代被2 S的缩放因子。

流程Upsampled调制数据(除了OQPSK方法)

计算类型 输入状态 结果
调制 单频处理 输出向量长度是S乘以整数的数量或二进制字输入向量。输出样本时间等于输入样本的时间。
调制 多重速率的处理 输出向量是一个标量。输出样例输入样本1 / S倍时间。
解调 单频处理 输出向量的整数或二进制字数量是1 / S *的样本数量的输入向量。输出样本时间等于输入样本的时间。
解调 多重速率的处理

输出信号包含一个整数或一个二进制字。输出样本是S次输入样本的时间。

此外,如果S > 1,解调器的点,点,或FM子程序库,解调信号延迟了一个输出示例。没有延迟如果S = 1或如果解调器CPM子程序库。

插图的大小和速度的变化。下面的图表说明一个调制器(除了OQPSK) upsamples三联体的框架和纸浆包整数。在这两种情况下,每个符号样本参数是2。

下面的图表说明一个解调器(除了OQPSK或一个CPM子程序库)过程三个双采样符号使用框架和纸浆包输入。在这两种情况下,每个符号样本参数是2。示意图纸浆包包括一个输出延迟的一个示例。

有关延误的更多信息,请参阅延迟数字调制。

PM调制

DQPSK信号星座点和过渡

这个示例使用:

开放模式

这个模型块DQPSK调制器的输出基带块。每个符号的图像显示了可能的转换DQPSK信号星座到下一个符号。

构建模型,收集和配置这些块:

随机整数生成器的块,数量多状态设置为4,设置初始种子任何正整数标量(随机结果您可以使用的输出randn函数),并设置示例. 01。

情节展示了π/ 4-DQPSK调制,因为默认的相位偏移参数DQPSK调制基带块π/ 4。如何影响信号星座的相位差,改变相位偏移参数DQPSK调制基带块π/ 8或另一个值。再次运行模型,观察情节如何变化。

我调制

矩形QAM调制和散点图

下面的模型使用M-QAM调制器基带调制随机数据块。通过符号通过噪声信道后,模型产生的噪声数据的散点图。图显示底层信号星座是什么样子和显示,噪声扭曲了调制信号的星座。

打开这个模型,输入doc_qam_scatter在MATLAB命令行。构建模型,收集和配置这些块:

  • 随机整数生成器在随机数据源通信源库的子程序库

    • 集多状态数来16。

    • 集最初的种子任何正整数标量,最好的输出randn函数。

    • 集样品时间来。1。

  • 矩形QAM调制器基带在数字基带调制的子程序库的子程序库

    • 集归一化法来峰值功率。

  • AWGN信道在渠道的图书馆

    • 集Es /不来20.。

    • 集象征期来。1。

  • 星座图在通讯汇库

    • 集符号来显示来160年。

连接块如前图所示。在模拟选项卡,模拟节中,设置停止时间来250年。的模拟部分出现在多个选项卡。

运行模型产生一个散点图如下。你的情节可能看起来有些不同,这取决于你最初的种子的价值随机整数生成器块。因为调制技术是16-QAM,情节显示16集群的点。如果没有噪音,情节将显示16的星座点而不是集群在星座点。

计算符号错误率

打开生活的脚本

示例生成一个随机数字信号,调节,增加了噪音,解调的信号,并计算符号错误率。吵闹的,调制数据绘制在一个星座图。数值结果和情节由于随机输入数据可能会有所不同。

创建一个随机数字信息系统对象和星座图。

M = 16;%字母大小,16-QAMx =兰迪([0 m - 1], 5000 1);部署= qammod (0: M - 1 M);constDiag = comm.ConstellationDiagram (“ReferenceConstellation”部署,…“XLimits”(4 - 4),“YLimits”4 [4]);

应用16-QAM通过AWGN信道调制和传输信号。

y = qammod (x, M);ynoisy = awgn (y, 15日“测量”);

解调ynoisy恢复消息并检查符号错误率。

z = qamdemod (ynoisy, M);(num, rt) = symerr (x, z)
num = 79
rt = 0.0158

从嘈杂的数据创建星座图。参考信号星座有16个精确位置点,但添加了噪声传播符号导致散点图有一个小的集群散落在每个参考星座点的点。

constDiag (ynoisy)

结合与调制脉冲整形和过滤

调制通常是紧随其后的是脉冲整形,解调之前通常是过滤或integrate-and-dump操作。本节给出了一个例子涉及矩形脉冲整形。为例,利用余弦脉冲整形,明白了使用提出了余弦滤波器脉冲整形。

矩形脉冲整形

打开生活的脚本

矩形脉冲形成重复每一个调制器的输出一个固定的次数来创建一个upsampled信号。虽然不如其他种类的脉冲整形,现实的矩形脉冲整形可以是一个或一个探索性步骤算法发展的第一步。如果发射机upsamples调制信号,接收机解调之前应该downsample接收信号。下面的代码使用rectpulse函数在发射机和矩形脉冲整形intdump函数将采样接收机。“集成和转储”操作是一种downsample接收到的信号。

%创建一个随机数字消息和星座图系统%的对象。M = 16;%字母大小,16-QAMx =兰迪([0 m - 1], 5000 1);%的消息信号Nsamp = 4;%过采样率%应用16-QAM调制和矩形脉冲整形。传输信号%通过AWGN信道。y = qammod (x, M);ypulse = rectpulse (y, Nsamp);ynoisy = awgn (ypulse 15“测量”);% Downsample接收机。ydownsamp = intdump (ynoisy Nsamp);%解调恢复消息。z = qamdemod (ydownsamp, M);

CPM调制

连续相位调制相位树

这个例子的情节相树与连续相位调制方案。树是一个相图,添加许多曲线,每个情节调制信号的相位。不同的曲线结果不同输入调制器。

下面的例子使用了CPM调制基带块的数值计算。块配置使用了余弦滤波器脉冲形状。这个例子还说明如何使用仿真软件和MATLAB在一起。万博1manbetx示例使用MATLAB命令运行一系列的模拟输入信号不同,收集仿真结果,情节完整的数据集。

请注意

与这个例子使用MATLAB和Simulink的方法,万博1manbetxcommcpmphasetree示例生成树使用仿真软件模型阶段没有额外的行MATLAB代码。万博1manbetx

打开模型,输入doc_phasetree在MATLAB命令行。构建模型,收集和配置这些块:

  • 常数(万博1manbetx模型)在仿真软件常用的模万博1manbetx块库

    • 集恒定值来年代(这将出现在MATLAB工作区)。

    • 集抽样方式来框架。

    • 集帧时间来1。

  • CPM调制基带

    • 集多状态数来2。

    • 集调制指数来2/3。

    • 集频率脉冲波形来提出了余弦。

    • 集脉冲持续时间来2。

  • 到工作空间(万博1manbetx模型)在仿真软件汇库万博1manbetx

    • 集变量名来x。

    • 集保存格式来数组。

不要运行模型,因为该变量年代还没有在MATLAB中定义的工作区。相反,将模型保存到一个文件夹在您的MATLAB路径,使用文件名doc_phasetree。

这个例子的第二步是执行以下MATLAB代码:

% CPM调制基带块的参数M_ary_number = 2;modulation_index = 2/3;pulse_length = 2;samples_per_symbol = 8;L = 5;%符号显示pmat = [];为ip_sig = 0:(M_ary_number ^ L) 1 s = de2bi (M_ary_number ip_sig L,“left-msb”);%应用CPM输入符号的映射%符号0 - > (m - 1)、1 - > - (m - 2),等等。= 2 *年代' + 1-M_ary_number;sim卡(“doc_phasetree”、。9);%运行模型生成x。pmat %下一列pmat (:, ip_sig + 1) =打开(角(x (:)));结束;pmat = pmat /(π* modulation_index);t = (0: L * samples_per_symbol-1) / samples_per_symbol;情节(t, pmat);图(gcf);%绘制阶段树。

这段代码定义了CPM调制参数,适用于符号映射和阴谋的结果。每个曲线代表的不同实例模拟CPM调制基带块用不同的输入信号(常数)。

确切的LLR算法

(LLR)的对数似然比的比值的对数概率的0位传输和1位传输接收信号。的LLR一点b被定义为:

l ( b ) = 日志 ( 公关 ( b = 0 | r = ( x , y ) ) 公关 ( b = 1 | r = ( x , y ) ) )

假设所有符号概率相等的LLR AWGN信道可以表示为:

l ( b ) = 日志 ( ∑ 年代 ∈ 年代 0 e − 1 σ 2 ( ( x − 年代 x ) 2 + ( y − 年代 y ) 2 ) ∑ 年代 ∈ 年代 1 e − 1 σ 2 ( ( x − 年代 x ) 2 + ( y − 年代 y ) 2 ) )

的变量代表值如下表所示。

变量 变量代表什么

r

接收信号与坐标(x,y)。

b

传播一些(K的多状态标志位,假设所有符号是等可能的。

年代 0

理想的符号或星座点0,在给定的位置。

年代 1

理想的符号或星座点1,在给定的位置。

年代 x

同相协调的理想象征或星座点。

年代 y

理想的正交坐标符号或星座点。

σ 2

基带信号的噪声方差。

σ x 2

噪声方差同相轴。

σ y 2

噪声方差交轴。

请注意

噪声组件沿着同相正交轴被假定是独立、平等的权力(也就是, σ x 2 = σ y 2 = σ 2 / 2 )。

近似LLR算法

近似计算LLR通过只考虑最近的星座点接收到的信号与0(1)钻头的位置,而不是所有星座点在确切LLR完成。它被定义为[8]:

l ( b ) = − 1 σ 2 ( 最小值 年代 ∈ 年代 0 ( ( x − 年代 x ) 2 + ( y − 年代 y ) 2 ) − 最小值 年代 ∈ 年代 1 ( ( x − 年代 x ) 2 + ( y − 年代 y ) 2 ) )

延迟数字调制

数字调制和解调块有时会招致他们的输入和输出之间的延迟,这取决于他们的配置属性的信号。下表列出了延迟和来源的情况下发生。

延误产生的数字调制和解调

调制和解调的类型 情况下,延迟发生 的延迟
调频解调器 纸浆包处理 一个输出时间
CPM子程序库中的所有解调器花 多重速率的处理,模型使用变步解算器或固定步解算器的任务模式参数设置为SingleTasking
D =回溯长度参数		 D + 1的输出时间
单频加工、D =回溯深度参数 D输出时间
OQPSK解调器 单频处理

有关更多信息,请参见OQPSK解调器基带。
多重速率的处理和模型使用一个固定的解决者任务模式参数设置为汽车或多任务处理。
多重速率的加工处理和变步解算器或模型使用任务模式参数设置为单身任务。
中医子程序库中的所有解码器 操作模式设置为连续Tr =回溯深度参数和代码率k / n Tr * k位输出

由于延迟,进入调制和解调的数据块在时间T T时刻出现在输出+延迟。特别是,如果你的模拟计算误差统计或比较发送与接收数据,它必须考虑延迟在执行计算或比较。

首先在DPSK解调输出示例

除了上面提到的延迟,M-DPSK, DQPSK, DBPSK解调器花产生输出的第一个示例与输入无关。这是有关微分调制技术,而不是它的特定实现。

例如:延迟解调

解调模型中低于导致解调信号滞后,相对于未调制的信号。当计算错误统计,模型占延迟通过设置出错率计算块的接收延迟参数0。如果接收延迟参数有不同的值,那么错误率显示的顶部显示块将接近1/2。

打开这个模型,输入doc_oqpsk_modulation_delay在MATLAB命令行。构建模型,收集和配置这些块:

  • 随机整数生成器在随机数据源通信源库的子程序库

    • 集多状态数来4。

    • 集最初的种子任何正整数标量。

  • OQPSK调制器基带下午,在子程序库的数字基带调制的子程序库

  • AWGN信道在渠道的图书馆

    • 集Es /不来6。

  • OQPSK解调器基带下午,在子程序库的数字基带调制的子程序库

  • 出错率计算在通讯汇库

    • 集接收延迟来1。

    • 集计算延迟来0。

    • 集输出数据来港口。

  • 显示(万博1manbetx模型)在仿真软件汇库万博1manbetx

    • 拖动底部边缘的图标显示足够大的3个条目。

连接块如前图所示。在模拟选项卡,模拟节中,设置停止时间来1000年。的模拟部分出现在多个选项卡。然后运行模型,观察显示块的顶部的错误率的图标。你的出错率将取决于你最初的种子值的随机整数发生器。

数字调制的选择的参考书目

[1]Jeruchim, m . C。,P。Balaban, and K. S. Shanmugan,模拟通信系统、纽约、充气出版社,1992年。

[2]Proakis, j·G。数字通信第三。纽约,麦格劳-希尔,1995年。

[3]Sklar, B。,数字通信:基本面和应用程序恩格尔伍德悬崖,新泽西,普伦蒂斯·霍尔出版社,1988年。

[4]安德森,j·B。,T. Aulin, and C.-E. Sundberg,数字相位调制、纽约、充气出版社,1986年。

[5]Biglieri E。,D. Divsalar, P.J. McLane, and M.K. Simon,介绍格子码调制与应用程序、纽约、麦克米伦,1991年。

[6]Pawula,水,“On M-ary DPSK Transmission Over Terrestrial and Satellite Channels,”IEEE通信COM-32卷,1984年7月,页752 - 761。

[7]史密斯,j·G。,“Odd-Bit Quadrature Amplitude-Shift Keying,”IEEE通信,COM-23卷,1975年3月,页385 - 389。

[8]维特比,a·J。,“An Intuitive Justification and a Simplified Implementation of the MAP Decoder for Convolutional Codes,”IEEE在选定地区通讯》杂志上2号,卷。16日,260 - 264页,1998年2月

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