【正文】 經(jīng)濟(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)，為通信系統(tǒng)研究工作帶來(lái)了極大的方便。 本文做了以下工作：以 MATLAB 為工具，主要應(yīng)用 MATLAB 中的 GUI（圖形用戶接口）程序設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)通信平臺(tái)，能模擬 九 種調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生，傳輸以及解調(diào)接收，實(shí)現(xiàn)了在平臺(tái)上進(jìn)行參數(shù)輸入和圖形輸出的交互功能。 MATLAB。 回顧數(shù)字通信的發(fā)展歷程，調(diào)制解調(diào)技術(shù)和個(gè)人通信的移動(dòng)性以及無(wú)縫 隙覆蓋多媒體綜合業(yè)務(wù)需求將愈來(lái)愈突出。同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)局面的形成，促使運(yùn)營(yíng)企業(yè)積極拓展新業(yè)務(wù)、新應(yīng)用，向用戶提供豐富的選擇，以滿足用戶多方面、多層次的需求。作為其關(guān)鍵技術(shù)之一的調(diào)制解調(diào)技術(shù)一直是人們研究的一個(gè)重要方向。因此，在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)環(huán)節(jié)中，在進(jìn)行實(shí)際硬件系統(tǒng)試驗(yàn) 之前，軟件仿真已成為必不可少的一部分。 隨著通信系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，傳統(tǒng)的手工分析與電路板試驗(yàn)等分析設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展的需要，通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)日益顯示出其巨大的優(yōu)越性。因此，對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的分析與研究越來(lái)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(duì)它的研究也是有必要的。 仿真理論的日益成熟和 計(jì)算機(jī)及數(shù)字技術(shù)的飛速進(jìn)步，使通信信號(hào)的仿真可以做到交互性好，直觀，精確。 以及 2ASK， 2FSK，2PSK， 2DPSK 四種 種調(diào)制樣式的通信系統(tǒng)信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)，產(chǎn)生該五種信號(hào)的信源、調(diào)制后、通過(guò)信道后 (即加入了噪聲后 )、解調(diào)后的信號(hào)的時(shí)域 波形和頻譜。圖中 ， 在發(fā)送端信息源（也稱發(fā)送端）的作用是把各種可能消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)。圖中的噪聲源是信道中的噪聲及分散在通信系統(tǒng)其他各處的噪聲的集中表示。離散消息是指消息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散型的。 為了傳遞消息，各種消息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。如果電信號(hào)的參量連續(xù)取值，則稱這樣的信號(hào)為模擬信號(hào)。因此，模擬通信系統(tǒng)里常需要有第二種變換：將原始電信號(hào)變換成其頻帶適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，并在接收端進(jìn)行反變換。因此，原始電信號(hào)又稱為基帶信號(hào)，而已調(diào)信號(hào)則常稱為頻帶信號(hào)。這里的調(diào)制器與解調(diào)器就代表圖 中的發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備 [3][4]。 普通幅度調(diào)制（ AM） 調(diào)幅信號(hào)的產(chǎn)生 在圖 中，假設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為 ? ? tfAtm mm ?2c os? ，其疊加直流 0A 后與載波?? tftc c?2cos? 相乘，就可形成調(diào)幅 (AM)信號(hào)。一般 m 小于 1，只有 ??mintA 為負(fù)值，出現(xiàn)過(guò)調(diào)幅時(shí) ， m 才大于 1。 AM 信號(hào)在 1Ω 電阻上的平均功率應(yīng)等于 ??tsAM 的均方值。只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)。因此， AM 信號(hào)的功率利用率比較低。 相干解調(diào)又稱同步檢波，必須采用一個(gè)與發(fā)射端載波同頻同相（或固定相位差）的本地載波，稱為同步信號(hào) [6,7]。用低通濾波器來(lái)取出直流和 mf 分量，再去掉直流分量，就可以恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)。如圖 。 L P FsD S B( t )sp( t ) so( t )cr( t ) = c o s ωct 圖 DSB 信號(hào)的相干解調(diào)器模型 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 如圖所示，乘法器一端輸入為雙邊帶調(diào)幅信號(hào) ??tsDSB ，另一端輸入為同步信號(hào)? ? tftc cr ?2c os? 。 對(duì)于雙邊帶調(diào)幅信號(hào)要提取同步信號(hào)，可將雙邊帶信號(hào)取平方，則可得到頻率為 2 cf的分量，經(jīng)二分頻電路后就可以得到 cf 分量，這種提取同步信號(hào)的方法稱為平方法。這是因?yàn)椴捎孟喔山庹{(diào)，使輸入噪聲中的一個(gè)正交分量被消除的緣故 [10]。 m ( t )sD S B( t )c o s 2 π fctH ( ω )sS S B( t ) 圖 濾波法 SSB 信號(hào)調(diào)制器 圖中， ???H 為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù)，若它具有如下理想高通特性： ? ? ? ? ????? ????ccU S BHH ?? ???? 01 () 則可濾除下邊帶，保留上邊帶（ USB）；若 ???H 具有如下理想低通特性： ? ? ? ? ????? ????ccU S BHH ?? ???? 01 () 則可濾除上邊帶，保留下邊帶（ LSB）。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 用相移法形成單邊帶信號(hào) SSB 信號(hào)的時(shí)域表示式的推導(dǎo)比較困難，一般需要借助希 爾伯特變換來(lái)表述。即是希爾伯特變換，記為 “ ^” ，則 tfAtfA mmmm ?? 2s in2so?c ? () 因?yàn)槿我庖粋€(gè)基帶波形總可以表示成許多正弦信號(hào)之和。一般可在發(fā)送單邊帶信號(hào)的同時(shí)，也附帶發(fā)送一個(gè)功率較小的載波信號(hào)，供接收端從中提 取作為同步信號(hào)。但 SSB 可以用一半的頻帶寬度得到和 DSB 一樣的信噪比。非線性調(diào)制通常是通過(guò)改變載波的頻譜或相位來(lái)達(dá)到的，即載波的振幅保持不變，而載波的頻率或相位隨基帶信號(hào)變化。 與幅度調(diào)制技術(shù)相比，角度調(diào)制最 突出的優(yōu)勢(shì)是其較高的抗噪聲性能，然而有得就有失，獲得這種優(yōu)勢(shì)的代價(jià)是角度調(diào)制占用比幅度調(diào)制信號(hào)更寬的帶寬 [16]。其原理框圖如圖 所示。 噪 性能 調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)常采用鑒頻法，其原理圖如圖 。帶通濾波器讓調(diào)頻信號(hào)順利通過(guò)，而濾去帶外噪聲和高次諧波。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 以上解調(diào)過(guò)程是先用微分器將幅度恒定的調(diào)頻波變成調(diào)幅調(diào)頻波，再用包絡(luò)檢波器從幅度變化中檢出調(diào)制信號(hào)，因此上述解調(diào)方法又稱為包絡(luò)檢測(cè)。 調(diào)相指數(shù)（最大相偏） pM 定義為 ? ? m axtmKM pp ? () 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 3 數(shù)字通信系統(tǒng)基礎(chǔ)理論 數(shù)字信號(hào)的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸，在實(shí)際應(yīng) 用中，大多數(shù)信道具有帶通特性而不能直接傳輸基帶信號(hào)。在接收端通過(guò)解調(diào)器把帶通信號(hào)還原成數(shù)字基帶信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字解調(diào)。通常我們利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過(guò)開(kāi)關(guān)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，這種方法叫做鍵控法使用鍵控法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，比如對(duì)載波的振幅、頻率和相位進(jìn)行鍵控，便可獲得振幅鍵控，頻移鍵控，和相位鍵控三種基本的數(shù)字調(diào)制方式。相應(yīng)的調(diào)制方式有二進(jìn)制振幅鍵控 (2ASK)，二進(jìn)制頻移鍵控 (2FSK)，二進(jìn)制相移鍵控 (2PSK)[18]。 信源信源編碼信宿信道編碼調(diào)制信 道解調(diào)信道解碼信源解碼調(diào) 制 器 解 調(diào) 器噪 聲 圖 數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型 基 帶信 號(hào)形 成器信源接 收濾 波器信 道抽樣判決信宿噪 聲 源CP 圖 數(shù)字基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)模型 數(shù)字通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)原理 二進(jìn)制幅度鍵控 (2ASK) 基本原理 振幅鍵控是利用載波的幅度變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而其頻率和初始相位保持不變。 2ASK 信號(hào)的一般表達(dá)式為： ? ? ? ? ttste cASK ?c os2 ? () 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 ? ? ? ?? ??n sn nTtgats () 式中， sT 為碼元持續(xù)時(shí)間； ??tg 為持續(xù)時(shí)間 sT 的基帶脈沖波形。 2ASK/OOK 信號(hào)也有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)解調(diào)）和相干解調(diào)（同步解調(diào)），相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成方框圖如 所示。 若設(shè) s(t)的功率譜密度為 ??fPs ， 2ASK 信號(hào)的功率譜密度為 ? ?fPASK2 ，則由式可得： ? ? ? ? ? ?? ?cscsA S K ffPffPfP ???? 412 () 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 可見(jiàn)， 2ASK 信號(hào)的功率譜是基帶信號(hào)功率譜密度 ??fPs 的線性搬移（屬線性調(diào)制）。 sc ff 2? sc ff ?cf sc ff ? sc ff 2?f? ?fP ASK2cf? 圖 2ASK 信號(hào)的功率譜密度示意圖 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 從以上分析及圖可以看出：第一， 2ASK 信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分，組成，連續(xù)譜取決于 g(t)經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊頻 譜，而離散譜由載波分量確定。在 2FSK 信號(hào)中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在 1f 和 2f 兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。在頻移鍵控中， n? 和 n? 不攜帶信息，通?？闪?n? 和 n? 為零，因此 2FSK 信號(hào)的表達(dá)式可簡(jiǎn)化為： ? ? ? ? ? ? ttsttste F S K 22112 c o sc o s ?? ?? () 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 ? ? ? ?? ??n sn nTtgats1 () ? ? ? ?? ?? n sn nTtgats 2 () 2FSK 常用的解調(diào)方法是如圖 所示 的 相干解調(diào)。 ofso ff ?so ff ? so ff 2?so ff 2? sf2 ab ss Tf1?221 fffo??0 圖 相位不連續(xù) 2FSK 信號(hào)的功率譜示意圖 由式 ()及圖 可以看出：第一，相位不連續(xù) 2FSK 信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成。因此， 2PSK 信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 ? ? ? ?ncP SK tAte ?? ?? co s2 () 其中， n? 表示第 n 個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位： ???? ”時(shí)發(fā)送“ ”時(shí)發(fā)送“ 1, 0,0?? n () 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 因此，式 ()可以改寫(xiě)為 ? ? ??? ?? PtA PtAteccP SK 1,c o s ,c o s2 概率為概率為?? () 由于表示信號(hào)的兩種碼元的波形相同，極性相反，故 2PSK 信號(hào)一般可以表述為一個(gè)雙極性全占空矩形脈沖序列與一個(gè)正弦波 的相乘。在相干解調(diào)中，如何得到與接收的 2PSK 信號(hào)同頻同相的相干載波是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。 cf?sc ff ?cf sc ff ?? ?fP PSK2 圖 2PSK(2DPSK)信號(hào)的功率譜密度 從以上分析可見(jiàn)，二進(jìn)制相移監(jiān)控信號(hào)的頻譜特性與 2ASK 的十分相似，帶寬也是基帶信號(hào)帶寬的 2 倍，區(qū)別僅在于當(dāng) P=1/2 時(shí)，其譜中無(wú)離散譜（即載波分量），此時(shí)，2PSK 信號(hào)實(shí)際上相當(dāng)于抑制噪波的雙邊帶信號(hào)。區(qū)別僅在于基帶信號(hào) s(t)不同 na 不同，前者是單極性，后者為雙極性，因此，我們可以直接引用 2ASK 信號(hào)的功率譜密度的公式來(lái)表述 2PSK 信號(hào)的功率譜，即 ? ? ? ? ? ?? ?cscsP S K ffPffPfP ???? 412 () 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 應(yīng)當(dāng)注意，這里的 ??fPs 是雙極性的隨機(jī)矩形脈沖序列的功率譜。這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制絕對(duì)相移方式。 二進(jìn)制相移鍵控 (2PSK) 基本原理 相移鍵控是利用載波的相位變化來(lái)傳遞信息，而振幅和頻率保持不變。這里的抽樣判決是直接比較兩路信號(hào)抽樣值的大小，可以不專(zhuān)門(mén)設(shè)置門(mén)限，判決規(guī)則應(yīng)與調(diào)試規(guī)則相呼應(yīng)，調(diào)制時(shí)若規(guī)定 “1”符號(hào)對(duì)應(yīng)載波頻率 1f ，則接 收 時(shí)上支路的樣值較大，應(yīng)判為 “1”；反之判為 “0”。 ???? P1,0 ,1 概率為概率為 Pa n () na 是 na 的反碼，若 na =1，則 na =0；若 na =0，則 na =1。 由此可見(jiàn)， 2ASK 信號(hào)的傳輸帶寬是碼元速率的 2 倍 [22][23]。單極性的隨機(jī)脈沖序列功率譜的一般表達(dá)式為 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????? ????? m sssss mffmfGPffGPPffP ?22 11 () 式中： ss Tf 1? ； ??fG 是 單個(gè)基帶信號(hào)碼元 g(t)的頻譜函數(shù)。 帶 通濾 波 器全 波整 流 器低 通濾 波 器抽 樣判 決 器? ?te A S K2 a b c d脈沖定時(shí) 輸出? ?非相干解調(diào)方式a帶 通濾 波 器低 通濾 波 器抽 樣判 決 器相 乘 器? ?te A S K2 脈沖定時(shí) 輸出tc?co s? ?相干解調(diào)方式b 圖 2ASK/OOK 信號(hào)接收系統(tǒng)組成方框圖 功率譜密度 由于 2ASK 信號(hào)是隨機(jī)的功率信號(hào) ，故研究它的頻譜特性時(shí)，應(yīng)該討論它的功率譜密度。若取， ??? ?? PPa n 1,0 ,1 概率為概率為 () 則相應(yīng)的 2ASK 信號(hào)就是 OOK 信號(hào)。一種常用