Документация

Методы модуляции

Communications Toolbox™ поддерживает эти методы модуляции для цифровых данных. Все методы в ультраправом реализованы в библиотечных блоках.

Как аналоговая модуляция, цифровая модуляция изменяет transmittable сигнал согласно информации в сигнале сообщения. Однако для цифровой модуляции сигнал сообщения ограничивается конечным множеством. Функции модуляции выводят комплексный конверт модулируемого сигнала. Функции Communications Toolbox позволяют вам модулировать и демодулировать сигналы с помощью различных цифровых методов модуляции. Графики созвездия позволяют вам визуализировать схему созвездия символов модуляции.

Доступные методы модуляции зависят от того, является ли входной сигнал аналогом или цифровой. Категория Модуляции перечисляет цифровые и аналоговые поддерживаемые методы модуляции.

Доступ к Цифровым Блокам Модуляции.  Откройте библиотеку Modulation путем двойного клика по значку в основной библиотеке блоков. Затем откройте подбиблиотеку Digital Baseband путем двойного клика по ее значку в библиотеке Modulation.

Библиотека Digital Baseband имеет собственные подбиблиотеки. Откройте каждую из этих подбиблиотек путем двойного клика по значку, перечисленному в таблице ниже.

Некоторые цифровые подбиблиотеки модуляции содержат блоки, которые реализуют определенные методы модуляции. Эти блоки модуляции конкретного случая используют тот же вычислительный код, который их общие дубликаты используют, но обеспечивают интерфейс, который или более прост или более подходит для конкретного случая. Эта таблица приводит общие модуляторы наряду с условиями, при которых общий модулятор, эквивалентно определенному модулятору. Ситуация аналогична для демодуляторов.

Кроме того, блок CPFSK Modulator Baseband похож на блок M-FSK Modulator Baseband, когда блок M-FSK использует непрерывные переходы фазы. Однако функции M-FSK этого продукта отличаются от функций CPFSK в своих интерфейсах маски и в реализациях демодулятора.

Основная полоса и симуляция полосы пропускания

Для данного метода модуляции два способа симулировать методы модуляции называются основной полосой и полосой пропускания. Основополосная симуляция, также известная как lowpass эквивалентный метод, требует меньшего количества расчета. Communications Toolbox поддерживает основополосную симуляцию для цифровой модуляции и симуляцию полосы пропускания для аналоговой модуляции.

Основополосные модулируемые заданные сигналы

Если вы используете полосовую модуляцию, чтобы произвести комплексный конверт y из модуляции сообщения сигнализируют о x, затем y сигнал с комплексным знаком, который связан с выходом модулятора полосы пропускания. Если модулируемый сигнал имеет форму волны

где f _c является несущей частотой, и θ является начальной фазой сигнала поставщика услуг, затем основополосная симуляция распознает, что это равняется действительной части

и модели только часть в квадратных скобках. Здесь j является квадратным корнем из-1. Комплексный вектор y выборка комплексного сигнала

Если вы предпочитаете работать с сигналами полосы пропускания вместо сгенерированных модулированных сигналов, то можно создать функции, которые преобразуют между двумя. Следует иметь в виду, что модуляция полосы пропускания имеет тенденцию быть более в вычислительном отношении интенсивной, чем полосовая модуляция, потому что сигнал поставщика услуг обычно должен производиться на высоком показателе.

Терминология модуляции

Модуляция является процессом, которым сигнал поставщика услуг изменен согласно информации в сигнале сообщения. Несущая частота, F _c, является частотой сигнала поставщика услуг. Частота дискретизации является уровнем, на котором сигнал сообщения производится во время симуляции.

Частота сигнала поставщика услуг обычно очень больше самой высокой частоты сигнала входного сигнала. Теорема отсчетов Найквиста требует, чтобы частота дискретизации симуляции, F _s, была больше два раза суммы несущей частоты и самой высокой частоты модулируемого сигнала для демодулятора, чтобы восстановить сообщение правильно.

Представление цифровых сигналов

Чтобы модулировать сигнал с помощью цифровой модуляции с алфавитом, имеющим M символы, начните с действительного сигнала сообщения, значения которого являются целыми числами от 0 до M-1. Представляйте сигнал путем листинга его значений в векторе, x. В качестве альтернативы можно использовать матрицу, чтобы представлять многоканальный сигнал, где каждый столбец матрицы представляет один канал.

Например, если модуляция использует алфавит с восемью символами, то векторный [2 3 7 1 0 5 5 2 6]' допустимый одноканальный вход к модулятору. Как многоканальный пример, матрица 2D столбца

[2 3;
 3 3;
 7 3;
 0 3;]

Сигналы с целочисленным знаком и сигналы с бинарным знаком

Некоторые цифровые блоки модуляции могут принять или сигналы с бинарным знаком или с целочисленным знаком. Соответствующие блоки демодуляции могут вывести или целые числа или группы отдельных битов, которые представляют целые числа. В этом разделе описывается модуляция блокирует целое число процесса или двоичные входы; случай для блоков демодуляции является реверсом. Необходимо отметить, что блоки модуляции имеют параметр Input type и что блоки демодуляции имеют параметр Output type.

Когда вы устанавливаете параметр Input type на Integer, блок принимает целочисленные значения от 0 к M-1. M представляет параметры блоков M-ary number.

Когда вы устанавливаете параметр Input type на Bit, блок принимает входные параметры с бинарным знаком, которые представляют целые числа. Блок собирает сигналы с бинарным знаком в группы K = _log2 (M) биты

где

K представляет количество битов на символ. Начиная с M = 2^K, K обычно упоминается как порядок модуляции.

Длина входного вектора должна быть целочисленным кратным K. В этой настройке блок принимает группу битов K и сопоставляет ту группу на символ в блоке выход. Блок выводит модулируемый символ того для каждой группы битов K.

Упорядоченное расположение созвездия (или Symbol Set Ordering)

В зависимости от схемы модуляции, Constellation ordering или параметра Symbol set ordering указывает как блок-диаграммы группа битов входа K к соответствующему символу. Когда вы устанавливаете параметр на Binary, блок-диаграммы [u (1) u (2) ... u (K)] до целого числа

и принимает, что это целое число является входным значением. u (1) старший значащий бит.

Если вы устанавливаете M = 8, Constellation ordering (или Symbol set ordering) к Binary, и слово двоичного входа [1 1 0], блок преобразует [1 1 0] до целого числа 6. Блок производит тот же выход, когда вход равняется 6, и параметром Input type является Integer.

Когда вы устанавливаете Constellation ordering (или Symbol set ordering или Symbol mapping) к Gray, блок использует серо-закодированное расположение и присваивает двоичные входы точкам предопределенного серо-закодированного сигнального созвездия. Предопределенное M-арное серо-закодированное сигнальное созвездие присваивает бинарное представление

M = 8; P = [0:M-1]';
de2bi(bitxor(P,floor(P/2)), log2(M),'left-msb')

к Pцелое число ^th.

Следующие таблицы показывают типичный Двоичный файл Серому отображению для M = 8.

Серое кодирование модулируемого сигнала

Для PSK, DPSK, FSK, QAM и типов модуляции PAM, созвездия Грэя получены путем установки отображения символа с серо-кодированием в соответствующей функции модуляции или Системе object®.

Для функций модуляции можно задать 'серый' для входного параметра порядка символа, чтобы получить серо-закодированную модуляцию.

Следующий пример использует qammod функция с серо-закодированным отображением символа.

y = [0:15];
y = de2bi(y);
M = 16;
symorder = 'gray';
xmap = qammod(y,M,symorder,'InputType','bit','PlotConstellation',true);

Проверяя график созвездия, вы видите, что модулируемые символы серо-закодированы, потому что все смежные элементы отличаются только на один бит.

Сверхдискретизируйте изменения уровня и сигналы

Некоторые цифровые блоки модуляции могут вывести сверхдискретизированную версию модулируемого сигнала, в то время как их соответствующие цифровые блоки демодуляции могут принять сверхдискретизированную версию модулируемого сигнала, как введено. В обоих случаях параметр Rate options представляет фактор повышающей дискретизации, который должен быть положительным целым числом. В зависимости от того, является ли входной сигнал односкоростным режимом или многоскоростным режимом, блок или изменяет размер вектора сигнала или его шаг расчета, как следующая таблица указывает. Только блоки OQPSK отклоняются от информации в таблице, в которой S заменяется 2S в масштабных коэффициентах.

Рисунки Изменений Размера или Уровня.  Следующая схематика иллюстрирует, как модулятор (кроме OQPSK) сверхдискретизировал триплет основанных на системе координат и демонстрационных чисел с основанием. В обоих случаях параметром Samples per symbol является 2.

Следующая схематика иллюстрирует как демодулятор (кроме OQPSK или один от подбиблиотеки CPM) процессы три вдвойне произведенных символа с помощью и основанных на системе координат и основанных на выборке входных параметров. В обоих случаях параметром Samples per symbol является 2. Основанное на выборке схематическое включает выходную задержку одного периода расчета.

Для получения дополнительной информации о задержках смотрите Задержки Цифровой Модуляции.

Точки сигнального созвездия DQPSK и переходы

Модель ниже строит выход блока DQPSK Modulator Baseband. Изображение показывает возможные переходы от каждого символа в сигнальном созвездии DQPSK к следующему символу.

Чтобы открыть эту модель, введите doc_dqpsk_plot в командной строке MATLAB. Чтобы создать модель, соберите и сконфигурируйте эти блоки:

Используйте параметры блоков по умолчанию, если в противном случае не проинструктировано. Соедините блоки как на рисунке выше. Выполнение модели производит следующий график. График отражает переходы среди восьми точек созвездия DQPSK.

Этот график иллюстрирует π/4-DQPSK модуляцию, потому что параметром Phase offset по умолчанию в блоке DQPSK Modulator Baseband является pi/4. То, чтобы видеть, как фаза возместила, влияет на сигнальное созвездие, измените параметр Phase offset в блоке DQPSK Modulator Baseband к pi/8 или другое значение. Запустите модель снова и наблюдайте, как график изменяется.

Прямоугольная модуляция QAM и точечная диаграмма

Модель ниже использует блок M-QAM Modulator Baseband, чтобы модулировать случайные данные. После передачи символов через шумный канал модель производит точечную диаграмму зашумленных данных. Схема предлагает то, на что базовое сигнальное созвездие похоже и показывает, что шум искажает модулируемый сигнал от созвездия.

Чтобы открыть эту модель, введите doc_qam_scatter в командной строке MATLAB. Чтобы создать модель, соберите и сконфигурируйте эти блоки:

Соедините блоки как показано на предыдущем рисунке. На вкладке Simulation, в разделе Simulate, устанавливает Stop time на 250. Раздел Simulate появляется на нескольких вкладках.

Выполнение модели производит точечную диаграмму как следующая. Ваш график может выглядеть несколько отличающимся, в зависимости от вашего значения Initial seed в блоке Random Integer Generator. Поскольку метод модуляции 16-QAM, график показывает 16 кластеров точек. Если бы не было никакого шума, график показал бы 16 точных точек созвездия вместо кластеров вокруг точек созвездия.

Вычислите коэффициент ошибок символа

Пример генерирует случайный цифровой сигнал, модулирует его, добавляет шум, демодулирует сигнал с шумом и вычисляет коэффициент ошибок символа. Шумные, модулируемые данные отображены на графике в схеме созвездия. Числовые результаты и график могут варьироваться из-за случайных входных данных.

Создайте случайное цифровое сообщение, и созвездие схематически изображают Системный объект.

M = 16; % Alphabet size, 16-QAM
x = randi([0 M-1],5000,1);

cpts = qammod(0:M-1,M);
constDiag = comm.ConstellationDiagram('ReferenceConstellation',cpts, ...
    'XLimits',[-4 4],'YLimits',[-4 4]);

Примените 16-QAM модуляцию и передайте сигнал через канал AWGN.

y = qammod(x,M);
ynoisy = awgn(y,15,'measured');

Демодулируйте ynoisy, чтобы восстановить сообщение и проверять коэффициент ошибок символа.

z = qamdemod(ynoisy,M);
[num,rt] = symerr(x,z)

num = 79

rt = 0.0158

Создайте схему созвездия из зашумленных данных. Ссылочное созвездие сигнала имеет 16 точно расположенных точек, но переданные символы с шумом добавили, заставляет график рассеивания иметь небольшой кластер точек, рассеянных вокруг каждой ссылочной точки созвездия.

constDiag(ynoisy)

Объедините импульсное формирование и фильтрацию с модуляцией

Модуляция часто сопровождается импульсным формированием, и демодуляции часто предшествуют фильтрация или операция интегрировать-и-выводить. Этот раздел представляет пример, включающий формирование меандра. Для примера, который использует повышенное формирование импульса косинуса, смотрите, что Импульс Формирует Используя Фильтр приподнятого косинуса.

Формирование меандра

Формирование меандра повторяет каждый выход от модулятора постоянное число времен, чтобы создать сверхдискретизированный сигнал. Несмотря на то, что это менее реалистично, чем другие виды формирования импульса, формирование меандра может быть первым шагом или исследовательским шагом в разработке алгоритмов. Если передатчик сверхдискретизировал модулируемый сигнал, то приемник должен проредить полученный сигнал перед демодуляцией. Код ниже использует rectpulse функция для формирования меандра в передатчике и intdump функция для субдискретизации в приемнике. “Интегрируют и выводят” операцию, один способ проредить полученный сигнал.

% Create a random digital message and a constellation diagram System
% object.
M = 16;                     % Alphabet size, 16-QAM
x = randi([0 M-1],5000,1);  % Message signal
Nsamp = 4;                  % Oversampling rate

% Apply 16-QAM modulation and rectangular pulse shaping. Transmit signal
% through an AWGN channel.
y = qammod(x,M);
ypulse = rectpulse(y,Nsamp);
ynoisy = awgn(ypulse,15,'measured');

% Downsample at the receiver.
ydownsamp = intdump(ynoisy,Nsamp);

% Demodulate to recover the message.
z = qamdemod(ydownsamp,M);

Дерево фазы для непрерывной фазовой модуляции

Этот пример строит дерево фазы, сопоставленное с непрерывной схемой фазовой модуляции. Дерево фазы является схемой, которая накладывает много кривых, каждая из которых строит фазу модулируемого сигнала в зависимости от времени. Отличные кривые следуют из различных входных параметров к модулятору.

Этот пример использует блок CPM Modulator Baseband для своих численных расчетов. Блок сконфигурирован с помощью формы импульса фильтра приподнятого косинуса. Пример также иллюстрирует, как можно использовать Simulink и MATLAB вместе. Пример использует команды MATLAB, чтобы запустить ряд симуляций с различными входными сигналами, собрать результаты симуляции и построить полный набор данных.

Чтобы открыть модель, введите doc_phasetree в командной строке MATLAB. Чтобы создать модель, соберите и сконфигурируйте эти блоки:

Не запускайте модель, потому что переменная s еще не задан в рабочем пространстве MATLAB. Вместо этого сохраните модель в папку на вашем пути MATLAB, с помощью имени файла doc_phasetree.

Второй шаг этого примера должен выполнить следующий код MATLAB:

% Parameters from the CPM Modulator Baseband block
M_ary_number = 2;
modulation_index = 2/3;
pulse_length = 2;
samples_per_symbol = 8;

L = 5;  % Symbols to display
pmat = [];
for ip_sig = 0:(M_ary_number^L)-1
    s = de2bi(ip_sig,L,M_ary_number,'left-msb');
    % Apply the mapping of the input symbol to the CPM
    % symbol 0 -> -(M-1), 1 -> -(M-2), etc.
    s = 2*s'+1-M_ary_number;
    sim('doc_phasetree', .9); % Run model to generate x.
    % Next column of pmat
    pmat(:,ip_sig+1) = unwrap(angle(x(:)));
end;
pmat = pmat/(pi*modulation_index);
t = (0:L*samples_per_symbol-1)'/samples_per_symbol;
plot(t,pmat); figure(gcf); % Plot phase tree.

Этот код задает параметры для Модулятора CPM, применяет отображение символа и строит результаты. Каждая кривая представляет различный экземпляр симуляции блока CPM Modulator Baseband с отличным (постоянным) входным сигналом.

Сначала выведите выборку в демодуляции DPSK

В дополнение к упомянутым выше задержкам M-DPSK, DQPSK и демодуляторы DBPSK производят выход, первая выборка которого не связана с входом. Это связано с дифференциальным методом модуляции, не конкретной реализацией его.

Пример: задержки от демодуляции

Демодуляция в модели ниже вызывает демодулируемый сигнал отстать, по сравнению с немодулируемым сигналом. Когда вычислительная ошибочная статистика, модель составляет задержку путем установки блока Error Rate Calculation параметр Receive delay на 0. Если бы параметр Receive delay имел различное значение, то показ коэффициента ошибок наверху блока Display был бы близко к 1/2.

Чтобы открыть эту модель, введите doc_oqpsk_modulation_delay в командной строке MATLAB. Чтобы создать модель, соберите и сконфигурируйте эти блоки:

Соедините блоки как показано на предыдущем рисунке. На вкладке Simulation, в разделе Simulate, устанавливает Stop time на 1000. Раздел Simulate появляется на нескольких вкладках. Затем запустите модель и наблюдайте коэффициент ошибок наверху значка блока Display. Ваш коэффициент ошибок будет варьироваться в зависимости от вашего значения Initial seed по блоку Random Integer Generator.