【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)電纜調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：電纜調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)(論文)的基本內(nèi)容：(1)了解目前電纜調(diào)制解調(diào)器的發(fā)展?fàn)顩r；(2)分析常用調(diào)制解調(diào)器，學(xué)習(xí)matlab的用法；(3)設(shè)計(jì)電纜調(diào)制解調(diào)器，并進(jìn)行仿真；(4)總結(jié)歸納所完成的任務(wù)，找出不足之處。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分：題目：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　設(shè)計(jì)或論文專題的基本內(nèi)容：學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目日期　　　　　　　　　　　　　第　2　周指導(dǎo)教師簽字：2010年　3　月　8　日 IV 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要電纜調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要在通信系統(tǒng)中，從消息變換過來的原始信號所占的有效頻帶往往具有頻率較低的頻譜分量（例如語音信號），如果將這種信號直接在信道中傳輸，則會嚴(yán)重影響信息傳送的有效性和可靠性，因此這種信號在許多信道中都是不適宜傳輸?shù)?。在通信系統(tǒng)的發(fā)射端經(jīng)常需要有調(diào)制過程，將低頻信號搬移到高頻信號[1]。使之轉(zhuǎn)換成始于信道傳輸或便于信道多路復(fù)用的已調(diào)信號；在接收端則需要解調(diào)過程，將已調(diào)信號還原成原來有用的信號。在調(diào)制解調(diào)中利用matlab信號處理工具箱提供的有關(guān)函數(shù)，可以很方便的實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)制解調(diào)過程。本文研究有線電視網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)速度的問題。電纜調(diào)制解調(diào)器在兩個不同的方向上分別發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。在上行通道作為用戶端向前端發(fā)送數(shù)據(jù)信息的通道。它是一種匯聚式通信，因此對抗噪性能的要求比較高；另外，由于當(dāng)今對稱業(yè)務(wù)如視頻會議日益增長，這些業(yè)務(wù)要求首發(fā)的數(shù)是近乎相等的，這與上行信道的匯聚噪聲形成了一對矛盾。因此需要在一定的噪聲比下通過調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率。本文首先對調(diào)制解調(diào)的基本方法以及matlab的基本使用進(jìn)行概述，指出數(shù)字調(diào)制解調(diào)在遠(yuǎn)距離傳輸中的優(yōu)勢：極大的增強(qiáng)信息的抗干擾能力以及信息傳輸距離；然后，本文提出了采用QPSK調(diào)制解調(diào)方法，該模型包括調(diào)制、信道、解調(diào)三部分。接著，考慮到QAM調(diào)制解調(diào)較高的頻帶利用率以及傳輸質(zhì)量，本文提出了QAM調(diào)制解調(diào)。利用直接序列擴(kuò)頻能使QAM的抗 造性能大大增加。設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是在保證信噪比的前提下盡可能的減少信號傳輸誤碼率，從而在保證傳輸素的同時(shí)保證信息傳輸。最后，本文基于matlab對本文提出的QPSK和QAM調(diào)制解調(diào)進(jìn)行仿真分析比較，仿真結(jié)果顯示本文提出的用直接序列擴(kuò)頻完善QAM的方法的誤碼率最低。關(guān)鍵詞：調(diào)制解調(diào)；matlab；通信；DS東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄目錄畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 I摘要 IIAbstract III第1章 緒 論 1 課題研究的背景和來源 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 課題研究的實(shí)際意義 3 本文的主要工作以及內(nèi)容安排 3第2章 相關(guān)知識介紹 5 調(diào)制解調(diào)基本方法 5 模擬調(diào)制 5 幅度調(diào)制 5 角度調(diào)制 6 數(shù)字調(diào)制 8 振幅鍵控 8 移頻鍵控 8 移相鍵控 9 正交調(diào)制 12 擴(kuò)頻方法介紹 14 擴(kuò)頻信號特性 14 15 19 Matlab簡介 20 matlab背景介紹 20 matlab常用工具箱以及函數(shù)簡介 20 matlab m文件、命令文件及函數(shù)文件 21 matlab 輸出格式 22 本章小結(jié) 22第3章 調(diào)制解調(diào)器的分析與設(shè)計(jì) 25 調(diào)制解調(diào)器的分析 25 QPSK調(diào)制解調(diào)器 25 QAM調(diào)制解調(diào)器 25 調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì) 26 QPSK調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì) 26 QAM調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì) 27 誤碼率計(jì)算 28 本章小結(jié) 28第4章 仿真分析 31 QPSK仿真 31 擴(kuò)頻仿真 31 結(jié)果分析 32 本章小結(jié) 32第5章 總結(jié) 33 工作總結(jié) 33 設(shè)計(jì)的不足之處和需要改進(jìn)的方向 33 今后的工作展望 33參考文獻(xiàn) 35致謝 37東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 0 緒論第1章 緒 論 課題研究的背景和來源通信的主要目的是傳輸消息。消息的形式多種多樣，可以是符號、文字、語聲、圖像等。各種不同消息可以分為兩類，即數(shù)字（離散）消息和模擬（連續(xù)）消息。消息傳遞時(shí)，首先需要轉(zhuǎn)換成電信號。相應(yīng)電信號的形式也可分成兩類，即模擬信號和數(shù)字信號。同樣按照信道傳輸?shù)男盘栴愋?，可以將通信系統(tǒng)分成兩類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)中，常對消息進(jìn)行兩種變換：首先，將消息變?yōu)樵茧娦盘?。由于原始電信號通常具有很低的頻率分量，一般不宜直接傳輸。第二種變換：將原始電信號（基帶信號）變?yōu)檫m合信道傳輸?shù)念l帶信號，在接收端再進(jìn)行相反變換。這種變換和反變換通常稱為調(diào)制和解調(diào)。數(shù)字通信系統(tǒng)中，雖然傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信息，但同樣少不了調(diào)制和解調(diào)（頻帶傳輸系統(tǒng)）。通信的根本任務(wù)是如何保證遠(yuǎn)距離傳輸信息的正確性，這方面數(shù)字通信系統(tǒng)具有先天的優(yōu)勢。這是因?yàn)閿?shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖请x散的數(shù)字信號，與模擬通信相比，更能適應(yīng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)的要求：第一：抗干擾能力強(qiáng)尤其中繼傳輸，可再生而消除噪聲的積累；第二：傳輸差錯可控制，從而改善傳輸質(zhì)量；第三：便于使用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)來對數(shù)字信息進(jìn)行處理，是通信系統(tǒng)的功能增強(qiáng)。第四：易于做高保密性的加密處理；第五：可以綜合傳遞各種消息，使通信系統(tǒng)的功能增強(qiáng)。因?yàn)槿缟显?，?shù)字通信系統(tǒng)在各方面逐漸代替模擬通信系統(tǒng)成為現(xiàn)代通信的最基本方式。 可見，調(diào)制解調(diào)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中起著重要作用。調(diào)制的重要性體現(xiàn)在：將基帶信號變換成適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號；實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用及改善系統(tǒng)抗噪聲性能；而解調(diào)的重要性為：從帶有噪聲干擾和畸變的信道輸出信號中，恢復(fù)還原原來的基帶信號[2]。在計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通信中，隨著個人電腦的普及和Internet技術(shù)的飛速發(fā)展，一系列新的Internet服務(wù)，包括提供音頻、視頻流，本地信息服務(wù)（社區(qū)資訊和服務(wù)），登陸CDROM服務(wù)器，視頻點(diǎn)播（VOD）等等層出不窮，對于網(wǎng)絡(luò)速度（帶寬）的需求也隨之水漲船高，于是相繼出現(xiàn)了ISDN(綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng))、Cable Modem（電纜調(diào)制解調(diào)器）、xDSL(x數(shù)字用戶線路)等新的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)和產(chǎn)品。目前接入技術(shù)的發(fā)展主要集中在以下幾方面：高速調(diào)制解調(diào)器，指56Kbps Modem撥號模擬調(diào)制解調(diào)器；速率在64K~128K的ISDN；速率在640Kbps到8Mbps之間的非對稱數(shù)字用戶線調(diào)制解調(diào)器（ASDL）；速率達(dá)30Mbps線纜調(diào)制解調(diào)器（Cable Modem）；電力線傳輸（PLC）；光纖入戶（FTTH）以及無線接入等。其中ASDL和PLC都屬于雙絞銅線傳輸，速度上已接近理論極限，而且真正可以解決視頻應(yīng)用的只能是光纖入戶和Cable Modem，當(dāng)然從技術(shù)上將，最佳方案是光纖入戶?！肮饫w入戶”這個方案之所以吃紅此不能實(shí)現(xiàn)，并不是技術(shù)問題，而是投資額巨大和利用率較低，暫時(shí)是一種大馬拉小車的超豪華方案，也就是說在經(jīng)濟(jì)上還不現(xiàn)實(shí)。那么，既技術(shù)成熟又經(jīng)濟(jì)可行的方案就只有Cable Modem了[3]。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀利用電纜調(diào)制解調(diào)器在HFC（Hybrid Fiber Coaxial，混合光纜同軸網(wǎng)）上傳送數(shù)據(jù)，用其作為互聯(lián)網(wǎng)的寬帶接入網(wǎng)是非常誘人的，有著良好的發(fā)展前景。原始是這種方法成本低、頻帶寬，是現(xiàn)有有線電視網(wǎng)寬帶接入技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。在美國有50個地方做試驗(yàn)網(wǎng)，而象加州Ahome網(wǎng)已開始商業(yè)運(yùn)行。在1996年12月舉行的96Westernshow有線電視大展上，有20家公司推出電纜調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)品。一些大公司如DEC、Philips等采用多家公司的產(chǎn)品做系統(tǒng)集成服務(wù)，用HFC網(wǎng)做接入網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的 OSS (操作支撐系統(tǒng))軟件也已出現(xiàn)?？傊?，電纜調(diào)制解調(diào)器經(jīng)過幾年的發(fā)展已開始進(jìn)入實(shí)用期。盡管如此，美國電纜調(diào)制解調(diào)器的發(fā)展并沒有原來預(yù)期的那么快。其原因是在美國有線電視網(wǎng)大部分還是多年前鋪設(shè)的同軸電纜網(wǎng)，性能較差，絕大部分是單向的，沒有上行能力。改造需要大量投資，一般有線電視公司負(fù)擔(dān)不起。另一原因是有線電視公司的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理能力和服務(wù)意識沒有電信公司那么強(qiáng)，比較而言體制也有缺陷，要提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，存在一個適應(yīng)的過程。目前已發(fā)展的、供家庭用戶接入互聯(lián)網(wǎng)使用的電纜調(diào)制解調(diào)器大多是雙向不對稱的。一般來說，下行占用一個NTSC（National Television Stadnards Committee，（美國）國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會） 6MHz通道，采用64QAM調(diào)制提供高達(dá)30Mbps的傳送速率，而上行通道則在5～40MHz帶中選擇干擾較低的位置，占用1～2MHz帶寬，用QPSK(或BPSK)調(diào)制提供500Kbps～2Mbps傳送速率，第一代電纜調(diào)制解調(diào)器的標(biāo)準(zhǔn)大致是這樣。典型產(chǎn)品如Motorola的Cybersurfr電纜調(diào)制解調(diào)器，下行30Mbps，上行786Kbps(占用600KHz帶寬)。IBM則推出其雙向的Cableonline系統(tǒng)。它的下行速率為30Mbps。這種電纜調(diào)制解調(diào)器輸入按照以太網(wǎng)協(xié)議連接用戶，輸出為ATM（Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸模式）信號，在前端可用ATM交換機(jī)進(jìn)行交換，解決了對來自多個光結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換的問題。 課題研究的實(shí)際意義電纜調(diào)制解調(diào)器是一種可以通過有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)接入的裝置。它一般有兩個接口，一個用來連接有線電視端口，另一個與計(jì)算機(jī)相聯(lián)。電纜調(diào)制解調(diào)器包括調(diào)制解調(diào)部分、電視接收調(diào)諧、解密解密和協(xié)議適配等部分，它還可以是一個橋接器、路由器、網(wǎng)絡(luò)控制器或集線器[4]。一個電纜調(diào)制解調(diào)器要在兩個不同的方向上接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，把上下、行數(shù)字信號用不同的調(diào)制方式調(diào)制在雙向傳輸?shù)哪骋粋€6MHz或8MHz帶寬的電視頻道上。本課題研究的系統(tǒng)，就是要用matlab仿真電纜調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制解調(diào)部分，用matlab對調(diào)制解調(diào)進(jìn)行仿真，輸入隨即信號，經(jīng)過調(diào)制、濾波、高斯信道、解調(diào)以后計(jì)算信號誤碼率。 本文的主要工作以及內(nèi)容安排本文主要研究了Cable Modem的調(diào)制解調(diào)問題，在信道中信噪比一定的情況下，保證誤碼率的前提下，根據(jù)QAM調(diào)制解調(diào)原理，并根據(jù)仿真數(shù)據(jù)對其進(jìn)行性能分析。各章的內(nèi)容組織如下：第一章 緒論。對電