【正文】 隨著現(xiàn)代電子技術的發(fā)展，通信技術正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化和寬帶化的方向發(fā)展。隨著科學技術的進步，人們對通信的要求越來越高，各種技術會不斷地應用于通信領域，各種新的通信業(yè)務將不斷地被開發(fā)出來。到那時人們的生活將越來越離不開通信。 通信系統(tǒng)主要分類根據(jù)通信的業(yè)務和用途分類，有常規(guī)通信、控制通信等。其中常規(guī)通信又分為話務通信和非話務通信。話務 通信業(yè)務主要是電話服務為主，程控數(shù)字電話交換網(wǎng)絡的主要目標就是為普通用戶提供電話通信服務。非話務通信主要是分組數(shù)據(jù)業(yè)務、計算機通信、傳真、視頻通 信等等。在過去很長一段時期內(nèi)，由于電話通信網(wǎng)最為發(fā)達，因而其它通信方式往往需要借助于公共電話網(wǎng)進行傳輸，但是隨著Internet網(wǎng)的迅速發(fā)展，這一狀況已經(jīng) 發(fā)生了顯著的變化?？刂仆ㄐ胖饕ㄟb測、遙控等等，如衛(wèi)星測控、導彈測控、遙控指令通信等等都是屬于控制通信的范圍。數(shù)字調(diào)制是指用數(shù)字基帶信號對載波的某些參量進行控制，使載波的這些參量隨基帶信號的變化而變化。根據(jù)控制的載波參量的不同，數(shù)字調(diào)制有調(diào)幅、調(diào)相和調(diào)頻三種基本形式，并可以派生出多種其他形式。由于傳輸失真、傳輸損耗以及保證帶內(nèi)特性的原因，基帶信號不適合在各種信道上進行長距離傳輸。為了進行長途傳輸，必須對數(shù)字信號進行載波調(diào)制，將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。因此，大部分現(xiàn)代通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術。另外，由于數(shù)字通信具有建網(wǎng)靈活，容易采用數(shù)字差錯控制技術和數(shù)字加密，便于集成化，并能夠進入綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ISDN網(wǎng)），所以通信系統(tǒng)都有由模擬方式向數(shù)字方式過渡的趨勢。因此，對數(shù)字通信系統(tǒng)的分析與研究越來越重要，數(shù)字調(diào)制作為數(shù)字通信系統(tǒng)的重要部分之一，對它的研究也是有必要的。通過對調(diào)制系統(tǒng)的仿真，我們可以更加直觀的了解數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能及影響性能的因素，從而便于改進系統(tǒng)，獲得更佳的傳輸性能。根據(jù)是否采用調(diào)制，可以將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和調(diào)制傳輸?；鶐鬏斒菍⑽唇?jīng)調(diào)制的信號直接傳送，如音頻市內(nèi)電話（用戶線上傳輸?shù)男盘枺?、Ethernet網(wǎng)中傳輸?shù)男盘柕取Ｕ{(diào)制的目的是使載波攜帶要發(fā)送的信息，對于正弦載波調(diào)制，可以用要發(fā)送的信息去控制或改變載波的幅度、頻率或相位。接收端通過解調(diào)就可以恢復出信息。在通信系統(tǒng)中，調(diào)制的目的主要有以下幾個方面：（1）便于信息的傳輸。調(diào)制過程可以將信號頻譜搬移到任何需要的頻率范圍，便于與信道傳輸特性相匹配。如無線傳輸時，必須要將信號調(diào)制到相應的射頻上才能夠進行無線電通信。（2）改變信號占據(jù)的帶寬。調(diào)制后的信號頻譜通常被搬移到某個載頻附近的頻帶內(nèi)，其有效帶寬相對于載頻而言是一個窄帶信號，在此頻帶內(nèi)引入的噪聲就減小了，從而可以提高系統(tǒng)的抗干擾性。（3）改善系統(tǒng)的性能。由信息論可知，有可能通過增加帶寬的方式來換取接收信噪比的提高，從而可以提高通信系統(tǒng)的可靠性，各種調(diào)制方式正是為了達到這些目的而發(fā)展起來的。本文比較全面的分析了2ASK、2FSK、2PSK、QAM、QPSK和MSK的通信結構，并利用Simulink對該通信系統(tǒng)進行建模仿真評估分析。2數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號能夠在信道中傳輸，要求信道應具有低通形式的傳輸特性。然而，在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號。 圖 21 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結構 數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，一般可以采用模擬調(diào)制的方法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。但是，數(shù)字基帶信號具有與模擬基帶信號不同的特點，其取值是有限的離散狀態(tài)。這樣，可以用載波的某些離散狀態(tài)來表示數(shù)字基帶信號的離散狀態(tài)?；镜臄?shù)字調(diào)制方式有：振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK)、正交振幅鍵控(QAM)、多相相移鍵控信號(QPSK)、最小移頻鍵控(MSK)。本章重點論述數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的原理及其抗噪聲性能。(2ASK)原理簡介幅度鍵控可以通過乘法器和開關電路來實現(xiàn)。載波在數(shù)字信號1或0的控制下通或斷，在信號為1的狀態(tài)載波接通，此時傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號為0的狀態(tài)下，載波被關斷，此時傳輸信道上無載波傳送。那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無還原出數(shù)字信號的1和0。2ASK信號功率譜密度的特點如下：（1）由連續(xù)譜和離散譜兩部分構成；連續(xù)譜由傳號的波形g(t)經(jīng)線性調(diào)制后決定，離散譜由載波分量決定；（2）已調(diào)信號的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍。振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號而變化的數(shù)字調(diào)制。當數(shù)字基帶信號為二進制時，則為二進制振幅鍵控。 設發(fā)送的二進制符號序列由0，1序列組成，發(fā)送0符號的概率為P，發(fā)送1符號的概率為1P，且相互獨立。該二進制符號序列可表示為 （211）其中: （212）Ts是二進制基帶信號時間間隔，g(t)是持續(xù)時間為Ts的矩形脈沖: （213）則二進制振幅鍵控信號可表示為 （214）二進制振幅鍵控信號時間波型如圖 211所示。 由圖 211可以看出，2ASK信號的時間波形e2ASK(t)隨二進制基帶信號s(t)通斷變化，所以又稱為通斷鍵控信號(OOK信號)。 二進制振幅鍵控信號的產(chǎn)生方法如圖 213所示，圖(a)是采用模擬相乘的方法實現(xiàn)，圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法實現(xiàn)。由圖 212可以看出，2ASK信號與模擬調(diào)制中的AM信號類似。所以，對2ASK信號也能夠采用非相干解調(diào)(包絡檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測法)，其相應原理方框圖如圖 213所示。2ASK信號非相干解調(diào)過程的時間波形如圖 214所示。圖 211二進制振幅鍵控信號時間波型圖212 二進制振幅鍵控信號調(diào)制器原理框圖圖 213 二進制振幅鍵控信號解調(diào)器原理框圖圖 2142ASK信號非相干解調(diào)過程的時間波形(2FSK) 原理簡介頻移鍵控是利用兩個不同頻率f1和f2的振蕩源來代表信號1和0，用數(shù)字信號的1和0去控制兩個獨立的振蕩源交替輸出。對二進制的頻移鍵控調(diào)制方式，其有效帶寬為B=2xF+2Fb，xF是二進制基帶信號的帶寬也是FSK信號的最大頻偏，由于數(shù)字信號的帶寬即Fb值大，所以二進制頻移鍵控的信號帶寬B較大，頻帶利用率小。2FSK功率譜密度的特點如下：(1) 2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分構成，離散譜出現(xiàn)在f1和f2位置；(2) 功率譜密度中的連續(xù)譜部分一般出現(xiàn)雙峰。若兩個載頻之差|f1 f2|≤fs，則出現(xiàn)單峰。在二進制數(shù)字調(diào)制中，若正弦載波的頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化，則產(chǎn)生二進制移頻鍵控信號(2FSK信號)。二進制移頻鍵控信號的時間波形如圖221所示，圖中波形g可分解為波形e和波形f，即二進制移頻鍵控信號可以看成是兩個不同載波的二進制振幅鍵控信號的疊加。 若二進制基帶信號的1符號對應于載波頻率f1，0符號對應于載波頻率f2，則二進制移頻鍵控信號的時域表達式為 （215） （21 6） （2 17） 圖 221 二進制移頻鍵控信號的時間波形由圖 2 6 可看出，bn是an的反碼，即若an=1，則bn=0，若an=0，則bn=1，于是bn=，θn和分別代表第n個信號碼元的初始相位。在二進制移頻鍵控信號中，和θn不攜帶信息，通?？闪詈挺萵為零。因此，二進制移頻鍵控信號的時域表達式可簡化為 （21 8） 二進制移頻鍵控信號的產(chǎn)生，可以采用模擬調(diào)頻電路來實現(xiàn)，也可以采用數(shù)字鍵控的方法來實現(xiàn)。圖 222是數(shù)字鍵控法實現(xiàn)二進制移頻鍵控信號的原理圖， 圖中兩個振蕩器的輸出載波受輸入的二進制基帶信號控制，在一個碼元Ts期間輸出f1或f2兩個載波之一。  二進制移頻鍵控信號的解調(diào)方法很多，有模擬鑒頻法和數(shù)字檢測法，有非相干解調(diào)方法也有相干解調(diào)方法。 采用非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種方法的原理圖如圖2 9 所示。 其解調(diào)原理是將二進制移頻鍵控信號分解為上下兩路二進制振幅鍵控信號，分別進行解調(diào)，通過對上下兩路的抽樣值進行比較最終判決出輸出信號。非相干解調(diào)過程的時間波形如圖 223所示。 圖 222 二進制移頻鍵控信號解調(diào)器原理圖圖 223 (a) 非相干解調(diào)。 (b) 相干解調(diào)圖 224 2FSK非相干解調(diào)過程的時間波形過零檢測法解調(diào)器的原理圖和各點時間波形如圖 224所示。其基本原理是，二進制移頻鍵控信號的過零點數(shù)隨載波頻率不同而異，通過檢測過零點數(shù)從而得到頻率的變化。 在圖 224中，輸入信號經(jīng)過限幅后產(chǎn)生矩形波，經(jīng)微分、 整流、波形整形，形成與頻率變化相關的矩形脈沖波，經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波，便恢復出與原數(shù)字信號對應的基帶數(shù)字信號。(2PSK) 原理簡介在二進制數(shù)字調(diào)制中，當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進制移相鍵控(2PSK)信號。 通常用已調(diào)信號載波的 0176。和 180176。分別表示二進制數(shù)字基帶信號的 1 和 0。 二進制移相鍵控信號的時域表達式為e2PSK(t)=g(tnTs)*cosωct ( 21 9)其中， an與2ASK和2FSK時的不同，在2PSK調(diào)制中，an應選擇雙極性，即 （2110） （2–111）若g(t)是脈寬為Ts， 高度為1的矩形脈沖時，則有e2PSK(t)=cosωct， 發(fā)送概率為P cosωct， 發(fā)送概率為1P由式(2 1 11)可看出，當發(fā)送二進制符號1時，已調(diào)信號e2PSK(t)取0176。相位，發(fā)送二進制符號0時，e2PSK(t)取180176。相位。若用φn表示第n個符號的絕對相位，則有 φn= 0176。， 發(fā)送 1 符號180176。， 發(fā)送 0 符號。這種以載波的不同相位直接表示相應二進制數(shù)字信號的調(diào)制方式，稱為二進制絕對移相方式。二進制移相鍵控信號的典型時間波形如圖 231所示。圖 231二進制移相鍵控信號的時間波形二進制移相鍵控信號的調(diào)制原理圖如圖 232所示。 其中圖(a)是采用模擬調(diào)制的方法產(chǎn)生2PSK信號，圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生2PSK信號。 2PSK信號的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào)， 解調(diào)器原理圖如圖 233 所示。在相干解調(diào)過程中需要用到與接收的2PSK信號同頻同相的相干載波。2PSK信號相干解調(diào)各點時間波形如圖 234所示。 當恢復的相干載波產(chǎn)生180176。倒相時，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號全部出錯。過零檢測法原理圖和各點波形如圖 235所示.圖 2322PSK信號的調(diào)制原理圖圖 2332PSK信號的解調(diào)原理圖圖 2342PSK信號相干解調(diào)各點時間波形這種現(xiàn)象通常稱為倒π現(xiàn)象。由于在2PSK信號的載波恢復過程中存在著180176。的相位模糊，所以2PSK信號的相干解調(diào)存在隨機的倒π現(xiàn)象，從而使得2PSK方式在實際中很少采用。 圖 235 過零檢測法原理圖和各點波形(QAM) 原理簡介正交振幅鍵控是一種將兩種調(diào)幅信號（2ASK和2PSK）匯合到一個信道的方法，因此會雙倍擴展有效帶寬。正交調(diào)幅被用于脈沖調(diào)幅，特別是在無線網(wǎng)絡應用。 圖 241不同進制QAM的星座圖正交調(diào)幅信號有兩個相同頻率的載波，但是相位相差90度（四分之一周期，來自積分術語）。一個信號叫I信號，另一個信號叫Q信號。從數(shù)學角度將一個信號可以表示成正弦，另一個表示成余弦。兩種被調(diào)制的載波在發(fā)射時已被混和。到達目的地后，載波被分離，數(shù)據(jù)被分別提取然后和原始調(diào)制信息相混和。QAM是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，利用這種已調(diào)信號的頻譜在同一帶寬內(nèi)的正交性，實現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息的傳輸。該調(diào)制方式通常有二進制QAM（4QAM）、四進制QAM（l6QAM）、八進制QAM（64QAM）、…，對應的空間信號矢量端點分布圖稱為星座圖，分別有16…個矢量端點。電平數(shù)m和信號狀態(tài)M之間的關系是對于4QAM，當兩路信號幅度相等時，其產(chǎn)生、解調(diào)、性能及相位矢量均與4PSK相同。QAM調(diào)制器的原理是發(fā)送數(shù)據(jù)在比特/符號編碼器（也就是串–并轉(zhuǎn)換器）內(nèi)被分成兩路，各為原來兩路信號的1/2，然后分別與一對正交調(diào)制分量相乘，求和后輸出。接收端完成相反過程，正交解調(diào)出兩個相反碼流，均衡器補償由信道引起的失真，判決器識別復數(shù)信號并映射回原來的二進制信號。如圖42所示的是16QAM的調(diào)制原理圖。作為調(diào)制信號的輸入二進制數(shù)據(jù)流經(jīng)過串–并變換后變成四路并行數(shù)據(jù)流。這四路數(shù)據(jù)兩兩結合，分別進入兩個電平轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成兩路4電平數(shù)據(jù)。例如，00轉(zhuǎn)換成3，01轉(zhuǎn)換成1，10轉(zhuǎn)換成1，11轉(zhuǎn)換成3。這兩路4電平數(shù)據(jù)g1（t）和g2（t）分別對載波cos2πfct和sin2πfct進行調(diào)制，然后相加，即可得到16QAM信號。 QAM的一