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数字基带调制

在大多数媒体进行交流沟通,只有一个固定的频率范围可用于传输消息。交流信息的一种方法不属于固定频率的频谱范围,否则不适合渠道或一个,是改变载波信号根据您的消息中的信息信号。这种改变称为调制。发射机发送调制符号。然后,接收方恢复原始消息通过一个过程被称为符号解调。

调制方法

数字基带调制调节数字传输符号为正弦波形。通信工具箱™软件提供功能应用各种数字基带调制方法。一个载波信号改变的过程根据消息的信息信号取决于调制方法。载波信号的一般形式,年代(t)是

年代(t)=一个(t)因为[2πf₀t+ϕ(t)]

传送组件是振幅(一个)、频率(f₀),或阶段(ϕ)单独或结合在一起。

数字调制类型	调制方法
振幅调制振幅调制的例子	脉冲幅度调制(PAM) 正交幅度调制(QAM)
振幅和相位调制振幅和相位调制的例子	振幅和脉冲移键控(APSK) 数字视频广播系统——APSK (DVBS-APSK) mil - 188 - qam
连续相调制连续相位调制的例子	连续相频移键控(CPFSK) 连续相调制(CPM) 高斯最小移键控(实现GMSK) 最小移键控(MSK)
频率调制频率调制的例子	频移键控(移频键控)
正交频分复用调制 OFDM调制的例子	正交频分复用(OFDM)
相位调制相位调制的例子	相移键控(相移键控) 微分相移键控(DPSK) 抵消正交移相键控(OQPSK)
格子码调制格子编码调制的例子	格子码调制(中医) 相移键控——中医(PSK-TCM) 正交调幅-中医(QAM-TCM)

数字调制类型

调制方法

振幅调制

振幅调制的例子

脉冲幅度调制(PAM)

正交幅度调制(QAM)

振幅和相位调制

振幅和相位调制的例子

振幅和脉冲移键控(APSK)

数字视频广播系统——APSK (DVBS-APSK)

mil - 188 - qam

连续相调制

连续相位调制的例子

连续相频移键控(CPFSK)

连续相调制(CPM)

高斯最小移键控(实现GMSK)

最小移键控(MSK)

频移键控(移频键控)

正交频分复用(OFDM)

相移键控(相移键控)

微分相移键控(DPSK)

抵消正交移相键控(OQPSK)

格子码调制

格子编码调制的例子

格子码调制(中医)

相移键控——中医(PSK-TCM)

正交调幅-中医(QAM-TCM)

请注意

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。除非另有指示,这些调制技术不执行脉冲整形或过滤。有关示例,请参见调制和脉冲整形滤波的例子。

建模概念

数字和模拟调制信号改变剧增根据消息中的信息符号。数字调制限制消息一组有限的符号和输出信号复包络的调制信号。

模拟基带与通频带

一个灯是一个过程载波信号根据信息在改变消息信号。通过正确解调恢复消息,奈奎斯特采样定理要求f_年代> 2 (f_c+f),在那里f_年代代表了模拟采样率,f_c代表了载波频率,f表示消息信号的最高频率。通常情况下,f_c> >f。

调制可以建模基带或通频带模拟。基带仿真,也被称为低通滤波器等效方法,需要较少的计算。

请注意

而通信工具箱软件支持数字和模拟调制的基带仿真,它支持通频带模拟模拟调制。金宝app

当模拟基带调制产生复杂的调制信息信号的包络线,输出信号y是一个复数的信号与模拟通频带调制器的输出。如果调制通频带的信号波形

$Y_{1} (t) \sqrt{2} 因为 (2 π f_{c} t + ϕ) - Y_{2} (t) \sqrt{2} 罪 (2 π f_{c} t + ϕ),$

在哪里f_c是载波频率,ϕ是载波信号的初始相位,然后基带仿真承认这等于真正的一部分

$((Y_{1} (t) + j Y_{2} (t)) e^{j ϕ}] 经验值 (j 2 π f_{c} t) 。$

基带仿真模型只有方括号内的一部分。在这里,j是- 1的平方根。基带调制信号向量y是一个复杂信号的抽样

$(Y_{1} (t) + j Y_{2} (t)) e^{j θ} 。$

如这个图所示,

数字调节器接受实值输入位向量(或符号)和返回复数输出信号(或样品)。
数字解调器花接受复数的输入信号(或样品),并返回实值输出位向量(或符号)。

数字调制器与实值输入和复值输出。数字解调器与复数的输入和实值输出。

如果你想单独的复杂调制信号的同步和正交组件,您可以使用复杂Real-Imag(金宝app模型)块,或真正的和图像放大MATLAB^®功能。

适合一个给定的调制方法,可以想象的复杂调制信号通过查看:

调制星座图样本
阶段树眼图
频谱分析仪的频率响应

请注意

如果你喜欢使用模拟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,模拟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。

代表数字信号

使用数字调制调节一个单通道的信息,开始真正的消息,其值是整数的范围[0,(米1)),在那里米代表的调制顺序米象征字母表。代表一个单通道的信息在一个列向量或多通道信息的一个矩阵,矩阵的每一列代表一个频道。例如,调节使用八个符号字母:

列向量[2 3 7 1 0 5 5 2 6]”是一个有效的单通道调制器的输入。
两列矩阵[2 3;3 3;7 3;0 3;]是一个有效的多路调制器的输入。多通道输入消息的矩阵指定第二个通道,一个常数值3。

有关更多信息,请参见信号的术语。

整数值和Binary-Valued符号

大多数数字调制函数、系统对象和块可以接受整数值或binary-valued符号。对于调节器,你指定的输入类型为整数或二进制。解调器花,你指定输出类型为整数或二进制。

当您配置的调制器输入符号整数值,调制器接受整数值的范围(0,(米- - - - - -1)]。米代表了调制顺序。
当您配置的调制器比特值的输入符号,调制器接受binary-valued表示整数的输入。调制器收集binary-valued符号组b=日志₂(米)位,b代表了每个符号的比特数。输入向量的长度必须是一个整数的倍数b。在这个配置中,调制器的地图b位到符号在调制器的输出。调制器输出的调制符号为每个组b位。

符号映射

符号映射指定使用的顺序调制器地图的一群b输入位对应的相量星座图的象征。达到下界的误比特率的限制,多级调制方案通常利用灰色编码技术。的订单调制符号的二进制表示相邻符号只相差一点。结合Gray-coded订购与前向纠错技术在通信系统能够纠正一位错误有助于减少多级调制方案的误比特率。为示例,演示的的符号映射和误码率性能和二进编码,明白了符号映射的例子。

大多数的通信工具箱软件调制特性使用Gray-coded符号映射为默认设置。其他符号映射选项是二进制编码和custom-coded。使用的财产或参数名称符号映射输入控制不同适合所使用的特定的调制方法。

为了说明订购,这个表显示8-PSK调制相量关系的输出与相应的调制器整数或二进制符号输入值时符号映射使用Gray-encoding和二进制编码。

8-PSK调制器输出	Gray-Encoding		二进制编码
8-PSK调制器输出	调制器整数输入	调制器二进制输入	调制器整数输入	调制器二进制输入
`经验值`(0)	0	000年	0	000年
`经验值`(jπ/ 4)	1	001年	1	001年
`经验值`(jπ/ 2)=`经验值`(j2π/ 4)	3	011年	2	010年
`经验值`(j3π/ 4)	2	010年	3	011年
`经验值`(jπ)=`经验值`(j4π/ 4)	6	110年	4	One hundred.
`经验值`(j5π/ 4)	7	111年	5	101年
`经验值`(j3π/ 2)=`经验值`(j6π/ 4)	5	101年	6	110年
`经验值`(j7π/ 4)	4	One hundred.	7	111年

这个星座图块输出相量贴上Gray-coded 8-PSK调制符号的值。比较表,你可以看到行条目Gray-encoding逆时针顺序出现在星座图,显示只有1位邻近样本之间的区别。

情节展示8-PSK星座符号对应的整数和Gray-coded二进制值标签。

错误率表现Gray-Coded M-PSK调制。你可以分析数据比较的理论性能与仿真性能。M-PSK调制的理论误差概率象征

$P_{E} (米) = e r f c (\sqrt{\frac{E_{年代}}{N_{0}}} 罪 (\frac{π}{米}))$

在哪里误差补函数是互补的误差函数,E_年代/N₀能量的比值,在噪声功率谱密度的符号,然后呢米是调制的秩序。

确定位错误概率,符号的错误概率,P_E,需要转换成位错误。没有符号的一般公式误差转换。尽管如此,上限和下限容易建立。实际的错误概率,P_b,可以证明是有界的

$\frac{P_{E} (米)}{{日志}_{2} 米} \leq P_{b} \leq \frac{米 / 2}{米 - 1} P_{E} (米)$

下限所对应的符号发生了灰色编码。上限对应于二进制编码的情况下。类似的误码率性能改进Gray-coded符号映射适用于其他调制方法。更多信息符号错误率(SER)和比特误码率(BER)的解析表达式,明白了解析表达式中使用的误码率分析。

信号Upsampling和速度的变化

一些数字调制方法可以输出一个upsampled版本的调制符号。相应的数字解调方法可以接受一个upsampled版本的调制符号作为输入。每个符号的样品控制代表了upsampling因素和必须是一个正整数。此表列出了调制方法,提供upsampling支持。金宝app

数字调制类型	调制方法
连续相调制	连续相频移键控(CPFSK) 连续相调制(CPM) 高斯最小移键控(实现GMSK) 最小移键控(MSK)
频率调制	频移键控(移频键控)
相位调制	抵消正交移相键控(OQPSK)

数字调制类型

调制方法

连续相调制

连续相频移键控(CPFSK)

连续相调制(CPM)

高斯最小移键控(实现GMSK)

最小移键控(MSK)

频率调制

频移键控(移频键控)

相位调制

抵消正交移相键控(OQPSK)

一个input-to-output Upsampling结果:

尺寸变化对单频处理。
率变化进行多重速率的处理模型金宝app^®。多重速率的处理不是一个考虑MATLAB。

在仿真金宝app软件,仿真运行速度选项设置为单频处理或多重速率的处理。

率变化的更多信息,请参阅样品和框架的概念。

这个表总结了导致upsampled输出基于处理速度的选择和样品每个符号的数量(N_SPS)在你的模拟调制和解调。

计算类型	率的选择	Upsampled输出
调制	单频处理	CPM和调频——输出向量长度N_SPS倍的整数或二进制字输入向量。输出样本时间等于输入样本的时间。对于OQPSK——输出向量长度是2N_SPS倍的整数或二进制字输入向量。
调制	多重速率的处理	CPM和调频——输出向量相同大小作为输入向量。输出样本的时间1 /N_SPS次输入样本的时间。对于OQPSK——输出向量是一个标量。输出样本的时间1/2N_SPS次输入样本的时间。
解调	单频处理	CPM和调频——数量的整数或二进制字输出向量1 /N_SPS次的样品数量的输入向量。输出样本时间等于输入样本的时间。对于OQPSK——输出向量1/2N_SPS次的样品数量的输入向量。
解调	多重速率的处理	CPM和调频——输出向量相同大小作为输入向量。输出样本的时间N_SPS次输入样本的时间。解调信号是推迟了一个输出的符号周期N_SPS> 1并从调频解调器是子程序库。没有延迟N_SPS= 1或者如果解调器CPM子程序库。对于OQPSK——输出信号包含一个整数或一个二进制字。输出样本时间是2N_SPS次输入样本的时间。解调信号是推迟了一个输出的符号周期N_SPS> 1。

延迟在数字解调

一些数字解调技术产生延迟之间的输入和输出。这些延迟取决于解调技术的配置和调制信号的特征。由于延迟,数据进入一个调制和解调功能T出现在输出时T+延迟。特别是,如果你的模拟计算误差统计或比较发送数据和接收数据,仿真时必须考虑延迟执行计算或比较。有关示例,请参见解调延迟的例子。

解调类型	情况下,延迟发生	的延迟
调频解调器中列出频率调制	纸浆包处理	延迟=一个输出时间
中列出的所有解调器对象和块连续相调制	单频处理,D=回溯深度值	延迟=D输出时间
中列出的所有解调器对象和块连续相调制	块配置为多重速率的处理,如果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=回溯长度价值	延迟=D+ 1的输出时间
OQPSK解调器中列出相位调制	单频处理	OQPSK解调延迟变化取决于脉冲整形滤波器和输入/输出设置。有关更多信息,请参见`comm.OQPSKDemodulator`和OQPSK解调器基带。
	模块配置为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`
	模块配置为多重速率的处理和变步解算器或模型使用任务模式参数设置为`单任务`
中列出的所有解调器对象和块格子码调制	配置为连续操作Tr等于回溯深度值和代码率k/n	延迟=Tr×k输出位

请注意

其他来源的延迟来自M-DPSK, DQPSK, DBPSK解调器花。这些解调器花产生输出的第一个示例与输入无关。这种延迟微分调制技术相关,而不是特定的实现。占延迟,指定一个示例计算误码率计算延迟。例如,看到的comm.DQPSKDemodulator。

努力——与不痒的决定解调

所有通信工具箱解调功能,系统对象,并使用艰难的决定可以解调二进制数据块。解调器功能,系统的一些对象,还可以使用柔软的决定解调二进制数据块。

艰难的决定解调的计算为每个收到样品并选择最小汉明距离最小距离的象征。当艰难的决定输出符号有平等的汉明距离多个码字,码字的是随机选择的。使用不痒的决定解调可以降低决策错误的概率,但更多的计算量。

两个不痒的决定算法可用:(LLR)和近似LLR精确对数似然比。确切LLR提供最大的准确性,但慢,而近似LLR不准确但更有效率。有关示例,请参见与不痒的决定解调的例子。

确切的LLR算法使用有限精度算法计算指数。为计算涉及到非常大的积极或消极的震级,确切的LLR算法产生:

正或负如果噪声方差是一个非常大的价值
南如果噪声方差和信号功率都是很小的值

近似LLR算法不计算指数。你可以避免正,负,南结果通过使用近似LLR算法。

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:

$l (b) = 日志 (\frac{公关 (b = 0 | r = (x, y))}{公关 (b = 1 | r = (x, y))})$

假设所有符号概率相等的LLR AWGN信道可以表示为:

$l (b) = 日志 (\frac{\sum_{年代 \in {年代}_{0}} e^{- \frac{1}{σ^{2}} ({(x - {年代}_{x})}^{2} + {(y - {年代}_{y})}^{2})}}{\sum_{年代 \in {年代}_{1}} e^{- \frac{1}{σ^{2}} ({(x - {年代}_{x})}^{2} + {(y - {年代}_{y})}^{2})}})$

噪声组件沿着同相正交轴被认为是独立、平等的权力,也就是说, $σ_{x}^{2} = σ_{y}^{2} = σ^{2} / 2$ 。

这个表中描述的变量代表值。

变量	描述
$r$	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

近似LLR算法

近似计算LLR只通过使用最近的星座点接收到的样品,0(1)钻头的位置,而不是所有星座点在确切LLR完成。它是定义在[8]为:

$l (b) = - \frac{1}{σ^{2}} (\underset{年代 \in {年代}_{0}}{最小值} ({(x - {年代}_{x})}^{2} + {(y - {年代}_{y})}^{2}) - \underset{年代 \in {年代}_{1}}{最小值} ({(x - {年代}_{x})}^{2} + {(y - {年代}_{y})}^{2}))$

访问数字调制模块

打开数字基带调制子程序库通过双击它的图标调制图书馆。

此表列出了子程序库数字基带调制子程序库。双击图标数字基带调制子程序库查看块在每个子程序库。

在图书馆数字基带图标	的调制
APSK	振幅和相位调制
CPM (MSK,实现GMSK)	连续相位调制
移频键控	频移键控调制
OFDM	调制正交频分
PAM / QAM	相振幅和正交振幅调制
相移键控	相移键控调制
MIL188兼容标准(dvb)	数字视频广播卫星和mil - std - 188标准兼容调节
中医	格子码调制

这个表列出了一般调制器块连同条件一般调制器相当于一个具体案例调制器块。解调器花的情况是类似的。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。

一般的调制器	一般调制器条件	具体案例调制器
一般QAM调制器基带	预定义的星座包含米= 2^b点一个矩形点阵。米调制秩序和吗b是每个符号位的数量由每个星座点表示。	矩形QAM调制器基带
M-PSK调制器基带	多状态数参数设置为`2`。	BPSK调制基带
M-PSK调制器基带	多状态数参数设置为`4`。	QPSK调制器基带
M-DPSK调制器基带	多状态数参数设置为`2`。	DBPSK调制器基带
M-DPSK调制器基带	多状态数参数设置为`4`。	DQPSK调制基带
CPM调制基带	多状态数参数设置为`2`和频率脉冲波形参数设置为`高斯`。	实现GMSK调制器基带
	多状态数参数设置为2,频率脉冲波形参数设置为`矩形`,脉冲持续时间参数设置为`1`。	MSK调制器基带
	频率脉冲波形参数设置为`矩形`和脉冲持续时间参数设置为`1`。	CPFSK调制基带
一般中医编码器	预定义的信号星座包含米= 2^b点一个矩形点阵。	矩形QAM中医编码器
一般中医编码器	预定义的信号星座包含米= 2^b点一个圈。	M-PSK中医编码器

的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,M-FSK特性不同于CPFSK特性在其面具接口和解调器的实现。

引用

[1]Jeruchim米歇尔•C。,Philip Balaban, and K. Sam Shanmugan.模拟通信系统。第二版。波士顿,MA:施普林格,2000年。

[2]Proakis约翰·G。数字通信。第五。纽约:麦格劳希尔,2007。

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

[4]安德森,约翰·B。,T或一个ulin, and Carl-Erik 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.“直观的理由和地图的简化实现卷积码译码器。”IEEE在选定地区通讯》杂志上16日,没有。2(1998年2月):260 - 64。https://doi.org/10.1109/49.661114。