【正文】 .......... 3 通信的概念 .................................................... 3 通信的發(fā)展史簡(jiǎn)介 .............................................. 5 通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) ............................................ 5 2 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng) .......................................................... 6 二進(jìn)制 振幅 鍵控 (2ASK) ................................................ 6 二進(jìn)制移頻鍵控 (2FSK) ................................................ 9 二進(jìn)制移相鍵控 (2PSK) ............................................... 12 二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的功率譜密度 ......................................... 14 2ASK 信號(hào)的功率譜密度 ........................................ 14 2FSK 信號(hào)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(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較 ....................................... 35 帶寬比較 ..................................................... 35 對(duì)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(xiàn) ................................................................... 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(jiǎn)介 以數(shù)字信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)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(hào)對(duì)高頻載波進(jìn)行調(diào)制得到高頻已調(diào)信號(hào)，高頻已調(diào)信號(hào)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(hào)?；鶐盘?hào)不適合直接在帶通型信道上傳輸，需 要將其進(jìn)行調(diào)制，使傳輸頻帶適合信道的通頻帶。 鍵控 用電鍵對(duì)載波進(jìn)行控制，這是借用了電報(bào)傳輸中的一個(gè)術(shù)語。載波鍵控是以數(shù)字信號(hào)作為電碼，用它對(duì)正弦載波進(jìn)行控制，使載波的某個(gè)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(hào)變化而變化。 單位時(shí)間內(nèi)的鍵控次數(shù)稱為鍵控速率（又稱符號(hào)速率或傳輸碼元速率），其單位為波特 (baud)。單位時(shí)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(hào)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(gè)步驟進(jìn)行：①參考載波與鍵控信號(hào)相乘，得到基帶信號(hào)；②通過低通濾波器（或積分器）對(duì)此基帶信號(hào)過濾，以便最大限度地集中信號(hào)能量并濾除噪聲；③對(duì)過濾后的基帶信號(hào)進(jìn)行采樣和判決，并還原出形狀規(guī)則的數(shù)字信號(hào)脈沖，這個(gè)過程也稱為信號(hào)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(hào)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(cè)。在選擇濾波器的響應(yīng)時(shí)，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(hào)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(jìn)制數(shù)字信號(hào)在加性高斯白噪聲信道上通過載波鍵控方式傳輸時(shí)，如果收信端采用最佳相干檢測(cè)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(hào)能量， 0N 為噪聲譜密度， )(xerfc 為互補(bǔ)誤差函數(shù)， ? 為鍵控波形的互相關(guān)系數(shù)。對(duì)于移相鍵控， ? =1；對(duì)于移幅鍵控和移頻鍵控， ? =0?？?以看出，為達(dá)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(shí)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(gè)對(duì)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(gè)二進(jìn)制碼元。它的頻譜效率較高、抗干擾性較強(qiáng)，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(gè)調(diào)制碼元偏移半個(gè)碼長(zhǎng)，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(diǎn)，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(diǎn)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(dòng)通信和衛(wèi)星通信。 MATLAB/Simulink 的簡(jiǎn)介 MATLAB 美國(guó) Mathworks 公司于 1967 年推出了矩陣實(shí)驗(yàn)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(guó)際上流行的進(jìn)行科學(xué)研究、工程計(jì)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(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算與可視化功能、簡(jiǎn)單易用、開放式可擴(kuò)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析、算法研究和應(yīng)用開發(fā)的基 本工具和首選平臺(tái)。 MATLAB 具有其他高級(jí)語言難以比擬的一些優(yōu)點(diǎn)，如編寫簡(jiǎn)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(yùn)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(hào)處理及科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域，并且已經(jīng)被認(rèn)可為能夠有效提高工作效率、改善設(shè)計(jì)手段的工具。在通信領(lǐng)域 MATLAB更是優(yōu)勢(shì)明顯，因?yàn)橥ㄐ蓬I(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(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用各種方法進(jìn)行測(cè)量，才能得到所需的數(shù)據(jù)，這樣 不僅需要話費(fèi)大量的資金用于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建，而且系統(tǒng)構(gòu)建周期長(zhǎng)，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(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)，免去構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的不便，而且操作十分簡(jiǎn)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(cè)和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方面也比傳統(tǒng)的方式有很多優(yōu)勢(shì)。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(gè)專業(yè)領(lǐng)域大門的鑰匙。 Simulink Simulink是 MATLAB 提供的用于對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)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(hào)的模塊，可以在仿真的過程中隨時(shí)觀察仿真結(jié)果。同時(shí)，通過 Simulink 的存儲(chǔ)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jí)結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)，因此具有內(nèi)在的模塊化設(shè)計(jì)要求?；谝幌掠悬c(diǎn)， 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(hào)處理、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械控制和虛擬實(shí)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(diǎn)： 1） 基于矩陣的數(shù)值計(jì)算； 2） 高級(jí)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(kuò)展； 4） 豐富的數(shù)據(jù) I/O 接口； 5） 提供與其他高級(jí)語言的接口； 6） 運(yùn)行多平臺(tái)（ PC/UNIX）。 根據(jù)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)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(hào)發(fā)生連續(xù)變化的模塊；離散模塊則是輸出信號(hào)固定間隔變化的模塊。對(duì)于連續(xù)模塊， Simulink 采用積分方式計(jì)算輸出信號(hào)的數(shù)值，因此，連續(xù)模塊主要涉及數(shù)值的計(jì)算及 積分。離散模塊的輸出信號(hào)在下一個(gè)采樣到來之前保持恒定，這個(gè)時(shí)候， Simulink 只需要以一定的間隔計(jì)算輸出信號(hào)的數(shù)值?；旌夏K是根據(jù)輸入信號(hào)的類型來確定信號(hào)類型的，它既能產(chǎn)生連續(xù)輸出信號(hào)，也能夠產(chǎn)生離散輸出信號(hào)。 如果一個(gè)仿真模型中只包含離散模塊，這個(gè)時(shí)候， Simulink 采用固定步長(zhǎng)的方式進(jìn)行仿真（即每隔一定的間隔計(jì)算一次輸出信號(hào)）。當(dāng)所有的離散模塊都有相同的采樣間隔時(shí)，Simulink 只需要按照這個(gè)間隔實(shí)施仿真；否則， Simulink 采用多速率方式進(jìn)行仿真。多速率仿真模式的一種方案是選取一個(gè)最大的可用間 隔，使之適用于所有的離散模塊。這個(gè)間隔一般是各個(gè)離散模塊采樣間隔的最大公約數(shù)。對(duì)于可變步長(zhǎng)方式，多速率仿真模型按照各個(gè)模塊的采樣間隔列出系統(tǒng)可能那個(gè)的仿真時(shí)刻，在仿真時(shí)刻到來的時(shí)候，只對(duì)相應(yīng)的離散模塊實(shí)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(duì)模塊進(jìn)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(zhǎng)進(jìn)行仿真。對(duì)于其中的離散模塊， Simulink 可以按照離散模塊的方式進(jìn)行仿真，這個(gè)仿真步長(zhǎng)稱為主步長(zhǎng)。每個(gè)步長(zhǎng)中， Simulink 使用小步長(zhǎng)間隔，通過積分運(yùn)算得到連續(xù)狀態(tài)的當(dāng)前輸出信號(hào)。 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(hào)來實(shí)現(xiàn)信息的傳輸和交換。盡管現(xiàn)在已廣泛地利用光信號(hào)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸（特別是在長(zhǎng)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(shí)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(jìn)行傳輸，同時(shí)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(chǔ)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(gè)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