基于ＭＡＴＬＡＢ的相移键控系统仿真与分析

摘要：计算机仿真软件在通信系统工程设计中发挥着越来越重要的作用。本文利用MATLAB作为编程工具，设计了相移键控系统的模型，并且对模型的仿真流程以及仿真结果都给出具体详实的分析，为实际系统的构建提供了很好的依据。

关键词：相移键控系统 仿真 MATLAB

随着现代微电子技术、控制技术、软件技术以及通信技术的发展，传统的无线电系统对于硬件依赖性强、信号适应能力差，构成越来越复杂，软件无线电的出现带来了新的革命。软件无线电主要由天线、射频前端、宽带A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理器以及各种软件组成。软件无线电并非简单的将硬件功能由软件来实现，它是以软件为核心的全新的体系结构，与基于ASIC、FPGA以及其他基于软件的数字系统相比有其独特的优点，即整体的可编程性，因此它能够在单一的结构中多模工作和自适应的工作。软件无线电具有灵活性、可扩展性等主要特点，这主要是因为软件无线电的所有功能都是用软件来实现的，通过软件的增加、修改或升级就可以实现新的功能。可以说，功能的软件化是软件无线电的最大优势之一。在所有软件中，数字信号处理软件占据重要的位置，例如编码、调制、解调、译码、频谱分析等都可以采用信号处理算法来实现。

本文即是对软件无线电中基带处理部分——相移键控系统进行建模、仿真等分析。

1 相移键控系统仿真建模

众所周知第二代、第三代、HSDPA后三代、WiMAX以及超宽带(UWB)移动通信都是以数字调制为基础。而数字调制方式中，相移键控系统是应用最广泛的一种。

相移键控方式是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的方式。2PSK的信号形式一般表示为：

S(t)=∑ang(t-nT)cos(ωct)

式中，an的取值为-1，+1，即发送二进制符号0时，an取1；发送二进制符号1时，an取-1。

下面对采用矩形脉冲激励的2PSK传输系统进行仿真。模型如图1。

二进制信号源由Uniform Random Number Generator模块、Sign模块和Look-Up Table模块构成。Uniform Random Number模块在指定的区间上产生均匀分布的随机数。Sign模块将连续的随机数离散化。Sign模块的输出是：当输入大于0时输出为1；若输入为0则输出为0；当输入小于0时输出为-1。为了产生输出比特为等概率的+1和-1二进制信号源，加入Look-Up Table模块，它的输入—输出映射关系为：+1到-1，-1到-1，而0到+1。利用这三个模块即可得到二进制数字信号。

Fcn模块可以产生载波cos(4*pi*u），时间变量u从Clock模块得到。product模块用来产生已调信号。考虑到实际传输过程，信道采用无噪声信道和AWGN信道两种形式。接收端的匹配滤波器是利用Integrator模块按积分清除来实现的。复位信号由Pulse Generator模块产生。以上几个模块主要完成信号的调制、解调及传输。各部分输出信号均连接到Scope模块（相当于一台虚拟示波器）。仿真过程采用非归零矩形脉冲作为激励信号。其时域波形和频谱如图2。

无噪声干扰时仿真只需将图1中的AGWN Channel模块去掉即可，即发送端和接收端直接相连。发送端信号如图

3，波形由上至下分别为输入二进制序列、载波和已调信号。从已调信号波形中可以看出二进制符号0对应π相位的

载波；二进制符号1对应0相位的载波。接收端信号如图4，波形由上至下分别为乘法器输出、时钟信号和信宿波形。对比信源和信宿波形可以看出信号被无失真解调。

信道传输有噪声干扰时接收波形如图5，因为加入了白色高斯噪声，接收波形明显失真。图6中第一个波形是接收端解调后的波形，由于没有经过低通滤波，x(t)还包含载波及其高频谐波分量和随机噪声。信源波形图3与信宿波形图6是一致的，但仔细比较就会发现信宿信号比信源信号延迟了。这是由于噪声的存在。

噪声的存在会有误码，误码率取决于噪声的方差。由仿真运行结果分析可以得到2PSK系统的性能。在图7中，X轴表示信道的信噪比，Y轴表示信号的误码率。信噪比越大，误码率越低。图中的4条曲线分别表示当2PSK调制器和解调器的Symbol Error Rate取不同参数时的误码率性能。从图中可以看出，参数值越大，信号的误码率越低，但仿真需要的时间也会延长，所以应当合理设置其值。

3结论

本文采用MATLAB实现了通信系统调制与解调的仿真，给出了较详细的实现方法和仿真分析。仿真结果表明，它和理论计算和分析结果比较接近。

仿真模型的设计与分析，为实际系统的构建提供了很好的依据。同时也拓宽了研究分析的视野，可大大地提高研究设计的效率，具有重要的推广和应用价值。

参考文献

［1］李贺冰.simulink通信仿真教程.北京:国防工业出版社，2006.

［2］薛年喜.MATLAB在数字信号处理中的应用.北京:清华大学出版社，2003.

［3］周晓兰，张杰.MATLAB在通信系统仿真中的应用:计算机技术与发展，2006，(9):166-169.

~[4]孙屹.MATLAB通信与仿真开发手册.北京:国防工业出版社，2005.

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