【正文】 .......... 3 通信的概念 .................................................... 3 通信的發(fā)展史簡介 .............................................. 5 通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 ............................................ 5 2 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng) .......................................................... 6 二進制 振幅 鍵控 (2ASK) ................................................ 6 二進制移頻鍵控 (2FSK) ................................................ 9 二進制移相鍵控 (2PSK) ............................................... 12 二進制數(shù)字信號的功率譜密度 ......................................... 14 2ASK 信號的功率譜密度 ........................................ 14 2FSK 信號的功率譜密度 ........................................ 15 2PSK 的功率譜密度 ........................................... 16 3 調(diào)制與解調(diào)仿真 ........................................................... 17 2ASK 的調(diào)制與解調(diào)仿真 .............................................. 17 2FSK 的調(diào)制與解調(diào)仿真 .............................................. 21 2PSK 的調(diào)制與解調(diào)仿真 .............................................. 30 二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較 ....................................... 35 帶寬比較 ..................................................... 35 對信道特性變化的敏感性比較 ................................... 35 誤碼率比較 ................................................... 36 4總結(jié) ..................................................................... 36 參考文獻 ................................................................... 38 致 謝 ..................................................................... 39 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 1 1 緒論 數(shù)字調(diào)制的簡介 以數(shù)字信號作為調(diào)制信號的調(diào)制技術(shù)。一般采用正弦波作為載波，這種數(shù)字調(diào)制又稱為載波鍵控。在發(fā)射端需將數(shù)字基帶信號對高頻載波進行調(diào)制得到高頻已調(diào)信號，高頻已調(diào)信號經(jīng)信道傳輸后，在接收端經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)為數(shù)字基帶信號?；鶐盘柌贿m合直接在帶通型信道上傳輸，需 要將其進行調(diào)制，使傳輸頻帶適合信道的通頻帶。 鍵控 用電鍵對載波進行控制，這是借用了電報傳輸中的一個術(shù)語。載波鍵控是以數(shù)字信號作為電碼，用它對正弦載波進行控制，使載波的某個參數(shù)隨電碼變化。 根據(jù)正弦波受控參數(shù)的不同，載波鍵控可以分為三大類：移幅鍵控 (ASK)、移頻鍵控(FSK)、移相鍵控 (PSK)。它們分別是控制正弦波的幅度、頻率、相位隨著數(shù)字信號變化而變化。 單位時間內(nèi)的鍵控次數(shù)稱為鍵控速率（又稱符號速率或傳輸碼元速率），其單位為波特 (baud)。單位時間內(nèi)所傳輸?shù)男畔⒘?，稱為信息速率 (又稱比 特速率 )，其單位為比特／秒 (bit/s)，信息速率等于鍵控速率乘以鍵控信號所攜帶的平均信息量。 解調(diào) 最常用的解調(diào)方式是相干解調(diào)，它按以下幾個步驟進行：①參考載波與鍵控信號相乘，得到基帶信號；②通過低通濾波器（或積分器）對此基帶信號過濾，以便最大限度地集中信號能量并濾除噪聲；③對過濾后的基帶信號進行采樣和判決，并還原出形狀規(guī)則的數(shù)字信號脈沖，這個過程也稱為信號再生，適當(dāng)選擇低通濾波器的傳輸特性，使收信端的綜合頻域響應(yīng)和發(fā)送信號的頻譜滿足共軛匹配關(guān)系，就可以在加性高斯白噪聲信道上獲得最小誤碼性能， 這種解調(diào)稱為最佳相干檢測。在選擇濾波器的響應(yīng)時，應(yīng)使收發(fā)綜合響應(yīng)滿足奈奎斯特準(zhǔn)則，或采取必要的均衡措施，以消除或克服碼間干擾的帶來的誤差或影響。 數(shù)字信號在傳輸過程中由于干擾、噪聲和波形畸變的影響，可能產(chǎn)生誤碼。二進制數(shù)字信號在加性高斯白噪聲信道上通過載波鍵控方式傳輸時，如果收信端采用最佳相干檢測并消除碼間干擾，則平均誤碼率 eP 和歸一化信噪比 0/NES 的關(guān)系可以表示為 02121 NEe rfcP se ??? ? （ 11） 式中 SE 為單位碼元的平均信號能量， 0N 為噪聲譜密度， )(xerfc 為互補誤差函數(shù)， ? 為鍵控波形的互相關(guān)系數(shù)。對于移相鍵控， ? =1；對于移幅鍵控和移頻鍵控， ? =0?？?以看出，為達到同樣的誤碼率，移幅鍵控和移頻鍵控所需的歸一化信噪比等于移相鍵控的兩倍 。 實用數(shù)字調(diào)制 通信系統(tǒng)中采用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)有以下四種。①四相移相鍵控 (QPSK)：采用四個對四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 2 稱的相位來傳送兩個二進制碼元。它的頻譜效率較高、抗干擾性較強，是數(shù)字衛(wèi)星、數(shù)字微波和有線數(shù)傳中的一種主要調(diào)制方式。②參差四相移相鍵控 (OQPSK)和最小移頻鍵控(MFSK)：前者是將四相鍵控的兩個調(diào)制碼元偏移半個碼長，后者是將連續(xù)相位移頻鍵控的移頻指數(shù)定為 ，它們是四相鍵控的派生形式。它們具有包絡(luò)較恒定、非線性信道 引起的頻譜展寬較小等優(yōu)點，比較適用于衛(wèi)星信道。③八相移相鍵控 (8PSK)、正交部分響應(yīng)調(diào)制 (QPRS)、 16 狀態(tài)和 64 狀態(tài)正交調(diào)幅（ 16QAM 和 64QAM）：這是一些頻譜效率很高、誤碼性能也較好的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它們主要用于中、大容量的數(shù)字微波接力通信系統(tǒng)。④連續(xù)相位調(diào)制 (CPM)、受控調(diào)頻 (TFM)和高斯預(yù)濾波最小移頻鍵控 (GMFSK)：這是一些具有較好頻譜效率和誤碼性能的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，其主要特點是包絡(luò)恒定，旁瓣很低，非線性信道引起的頻譜展寬很小，可用于移動通信和衛(wèi)星通信。 MATLAB/Simulink 的簡介 MATLAB 美國 Mathworks 公司于 1967 年推出了矩陣實驗室“ Matrix Laboratory”（縮寫為 Matlab）這就是 Matlab 最早的雛形。開發(fā)的最早的目的是幫助學(xué)校的老師和學(xué)生更好的授課和學(xué)習(xí)。 MATLAB 是目前國際上流行的進行科學(xué)研究、工程計算的軟件，是當(dāng)今最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一，它以強大的科學(xué)計算與可視化功能、簡單易用、開放式可擴展環(huán)境。特別是所附帶的 30 多種面向不同領(lǐng)域的工具箱支持，使得它在許多科學(xué)領(lǐng)域中成為計算機輔助設(shè)計和分析、算法研究和應(yīng)用開發(fā)的基 本工具和首選平臺。 MATLAB 具有其他高級語言難以比擬的一些優(yōu)點，如編寫簡單、變成效率高、易學(xué)易懂等，因此 MATLAB 語言也被通俗地稱為演算紙式科學(xué)算法語言，用 MATLAB 來解決運算問題要比用 C、 Fortran 等語言完成相同的事情方便得多。 MATLAB 廣泛應(yīng)用于控制、通信、信號處理及科學(xué)計算等領(lǐng)域，并且已經(jīng)被認可為能夠有效提高工作效率、改善設(shè)計手段的工具。在通信領(lǐng)域 MATLAB更是優(yōu)勢明顯，因為通信領(lǐng)域中很多問題是研究系統(tǒng)性能的，傳統(tǒng)的方法只有構(gòu)建一個實驗系統(tǒng)，采用各種方法進行測量，才能得到所需的數(shù)據(jù)，這樣 不僅需要話費大量的資金用于實驗系統(tǒng)的構(gòu)建，而且系統(tǒng)構(gòu)建周期長，系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整也十分困難。而 MATLAB 的出現(xiàn)使得通信系統(tǒng)的仿真能夠用計算機模擬實現(xiàn)，免去構(gòu)建實驗系統(tǒng)的不便，而且操作十分簡便，只需要輸入不同的參數(shù)就能得到不同情況下系統(tǒng)的性能，而且在結(jié)構(gòu)的觀測和數(shù)據(jù)的存儲方面也比傳統(tǒng)的方式有很多優(yōu)勢。因而 MATLAB 在通信仿真領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用，掌握了 MATLAB 就好比掌握了開啟這個專業(yè)領(lǐng)域大門的鑰匙。 Simulink Simulink是 MATLAB 提供的用于對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的工 具包。 Simulink提供了專門用于顯示輸出信號的模塊，可以在仿真的過程中隨時觀察仿真結(jié)果。同時，通過 Simulink 的存儲模塊，仿真數(shù)據(jù)可以方便地以各種形式保存到工作空間或文件夾中，以供用戶在仿真結(jié)束后對數(shù)據(jù)進行分析和處理。另外， Simulink 把具有特定功能的代碼組織四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 3 成模塊的方式，并且這些模塊可以組織成具有等級結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)，因此具有內(nèi)在的模塊化設(shè)計要求。基于一下有點， Simulink 作為一種通信的仿真建模工具，廣泛應(yīng)用于通信仿真、數(shù)字信號處理、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機械控制和虛擬實現(xiàn)等領(lǐng)域中。 作為一款專 業(yè)仿真軟件， Simulink 具有一下特點： 1） 基于矩陣的數(shù)值計算； 2） 高級編程語言以及可視化的圖形操作界面； 3） 包含各領(lǐng)域的仿真工具箱，使用方便快捷并可以擴展； 4） 豐富的數(shù)據(jù) I/O 接口； 5） 提供與其他高級語言的接口； 6） 運行多平臺（ PC/UNIX）。 根據(jù)輸出信號與輸入信號的關(guān)系， Simulink 提供 3 種類型的模塊：連續(xù)模塊、離散模塊和混合模塊。連續(xù)模塊是指輸出信號發(fā)生連續(xù)變化的模塊；離散模塊則是輸出信號固定間隔變化的模塊。對于連續(xù)模塊， Simulink 采用積分方式計算輸出信號的數(shù)值，因此，連續(xù)模塊主要涉及數(shù)值的計算及 積分。離散模塊的輸出信號在下一個采樣到來之前保持恒定，這個時候， Simulink 只需要以一定的間隔計算輸出信號的數(shù)值。混合模塊是根據(jù)輸入信號的類型來確定信號類型的，它既能產(chǎn)生連續(xù)輸出信號，也能夠產(chǎn)生離散輸出信號。 如果一個仿真模型中只包含離散模塊，這個時候， Simulink 采用固定步長的方式進行仿真（即每隔一定的間隔計算一次輸出信號）。當(dāng)所有的離散模塊都有相同的采樣間隔時，Simulink 只需要按照這個間隔實施仿真；否則， Simulink 采用多速率方式進行仿真。多速率仿真模式的一種方案是選取一個最大的可用間 隔，使之適用于所有的離散模塊。這個間隔一般是各個離散模塊采樣間隔的最大公約數(shù)。對于可變步長方式，多速率仿真模型按照各個模塊的采樣間隔列出系統(tǒng)可能那個的仿真時刻，在仿真時刻到來的時候，只對相應(yīng)的離散模塊實施仿真，從而在一定程度上提高了仿真的效率。 如果仿真模型中包含了連續(xù)模塊， Simulink 將采用連續(xù)方式對模塊進行仿真。如果模塊中既包括連續(xù)模塊，又包含離散模塊， Simulink 采用兩種仿真步長進行仿真。對于其中的離散模塊， Simulink 可以按照離散模塊的方式進行仿真，這個仿真步長稱為主步長。每個步長中， Simulink 使用小步長間隔，通過積分運算得到連續(xù)狀態(tài)的當(dāng)前輸出信號。 通信技術(shù)的歷史 通信的概念 通信可定義為信息的傳輸和交換，或者定義為信息的傳送（ transfer）。這種廣義的定義，并未限制傳輸和交換的方式、手段等，而電信（ telemunication）則定義為借助電信號來實現(xiàn)信息的傳輸和交換。盡管現(xiàn)在已廣泛地利用光信號實現(xiàn)信息的傳輸（特別是在長途干線上），但從整體而言還是以電傳輸和交換為主，所以人們?nèi)苑Q目前的通信為電信。 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 4 信息是消息中包含的新的、有意義的且可被理解的、不可壓 縮的東西。這是信息的嚴(yán)格定義，信息的這些特征是最本質(zhì)的、缺一不可的。通信系統(tǒng)所傳送的消息不一定都是具有上述特征，因此消息是信息與某種沉余成分之和，或者說消息是信息的載體。 通信技術(shù)，特別是數(shù)字通信技術(shù)近年來發(fā)展非常迅速，它的應(yīng)用越來越廣泛。通信從本質(zhì)上來講就是實現(xiàn)信息傳遞功能的一門科學(xué)技術(shù)，它要將大量有用的信息無失真，高效率地進行傳輸，同時還要在傳輸過程中將無用信息和有害信息抑制掉。當(dāng)今的通信不僅要有效地傳遞信息，而且還有儲存、處理、采集及顯示等功能，通信已成為信息科學(xué)技術(shù)的一個重要組成部分。 通信系統(tǒng)就是 傳遞信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和，包括信息源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和信宿 (受信者 )，它的一