基于MATLAB的数字调制技术仿真

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电信中使用不同类型的调制技术来发射和接收射频(RF)信号。使用MATLAB工具,我们可以分析这些信号的调制技术及其数学表示。我们可以分析载频参数,如幅值、相位和频率。利用MATLAB工具进行仿真可以帮助我们获得真实世界的特性。

数字调制是数模转换(DAC),解调或检测是模数转换(ADC)。调制后的数字信号可以通过电缆、微波或卫星等多种媒体传输。本项目模拟了以下几种数字调制技术:

  1. 相移键控(PSK):(a)二进制相移键控(BPSK), (b)正交相移键控(QPSK),和(c)八相移键控(8PSK)
  2. 振幅移位键控(ASK)
  3. 通断键控(书)
  4. 正交调幅

BPSK调制

在PSK调制中,载波信号的相位根据输入的数字数据而改变。它是一种用于视频、飞机和卫星信号的数字调制技术。最直接的PSK类型被称为二进制相移键控(BPSK),其中“二进制”指的是使用两个相位偏移(一个用于逻辑高,一个用于逻辑低)。

即BPSK是一种两相调制方案,二进制消息中的0和1由载波信号中的两种不同相位表示:二进制1的=0°,二进制0的=180°。

我们可以把BPSK看作是简单地反转载波以响应一种逻辑状态,并让它独自响应另一种逻辑状态。

在BPSK调制中,根据数字比特流(调制输入二进制信号),射频载波的相位被偏移180度。' 1 '导致相变,' 0 '不产生任何相变。然而,随着相位的变化,BPSK信号的两个峰值振幅保持不变。

运行digital_modulation。m文件,在屏幕右侧的下拉菜单中选择BPSK选项。您将得到如图1所示的BPSK调制信号的模拟输出。

BPSK调制
图1:BPSK调制

进入调制BPSK信号与载波发生器产生的载波信号相乘。乘法器的输出包含高频和低频分量。

QPSK调制

QPSK是PSK的一种形式,其中00、01、10或11中的两个信息位同时被调制,从0、90、180或270度的四种可能载波相移中选择一个。在相同的带宽下,QPSK允许信号携带比普通PSK多一倍的信息。QPSK用于卫星传输MPEG2视频、有线调制解调器、视频会议、移动电话系统和其他形式的射频载波数字通信。

QPSK相位按照二进制位1和0改变。QPSK调制信号的程序输出如图2所示。

QPSK调制
图2:QPSK调制

8相移键控调制

我们可以实现带宽效率,当我们表示每个信号元素映射一个以上的比特。在BPSK调制中,数字数据1和0用180度相位变化表示。这里,每个符号使用一位。在QPSK调制中,这些被表示为90度的相移,因此两个比特被映射到每个信号上。在多级PSK中,使用不同的相位角映射两个以上的位。在8PSK中,八个不同的相角被使用,其中传入位使用三个位编码。图3为8PSK信号的仿真输出。

8相移键控调制
图3:8PSK调制

问调制

ASK是一种振幅调制,它以信号振幅变化的形式表示二进制数据。任何调制信号都具有高频载波信号。在ASK调制中,信号幅度的电平可以用来表示二进制逻辑0和1。逻辑0用载波信号的低电平幅值表示,逻辑1用载波信号的高电平幅值表示,如图4所示。

问调制
图4:ASK调制

书灯

OOK调制因其简单、实现成本低而成为控制应用中的一种流行技术。它的优点是允许发射机在传输“0”时闲置,从而节省电力。OOK调制的缺点在于存在一个不需要的信号。随着控制和数据通信设备的增多,无法通信的情况也越来越严重。

OOK是ASK调制的一种形式,它将数字数据表示为载波信号的存在或不存在。我们可以把载波信号看作是一个开或关的开关。在其最简单的形式中,载波信号的存在代表一个二进制的“1”,它的不存在代表一个二进制的“0”,如图5所示。

书灯
图5 OOK调制

QAM调制

QAM已经用于一些模拟传输,包括AM立体声传输。QAM为数据提供了一种高效的调制形式,并用于移动电话和Wi-Fi系统。

QAM是两个载波相位偏移90度(即正弦和余弦)被调制和组合的信号。由于它们的90°相位差,它们是正交的,因此得名。通常一个信号被称为同相或' I '信号,另一个称为' Q '信号。MATLAB仿真得到的调制输出波形如图6所示。

QAM调制
图6:QAM调制

由I和Q载波组合而成的整体信号包含振幅和相位变化。鉴于振幅和相位都存在变化的事实,它也可以被认为是振幅和相位调制的混合。QAM是一个数字调制方法家族和一个相关的模拟调制方法家族的名字,广泛应用于现代电信传输信息。

它通过改变(调制)两个载波的振幅来传递两个模拟信息信号或两个数字比特流。QAM广泛用于数字通信系统的调制方案,如802.11 Wi-Fi标准。通过设置合适的星座尺寸,仅受通信信道的噪声水平和线性度的限制,QAM可以获得任意高的频谱效率。QAM正被用于光纤系统。

源代码将很快共享。


Pankaj A. Raut是一位电子爱好者。他的兴趣包括计算机视觉,机器人,光学,计算摄影和社会计算。

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