【正文】 為數(shù)字帶通 信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）的過(guò)程。 “點(diǎn)對(duì)點(diǎn)四線租用電話型電路上使用的標(biāo)準(zhǔn)化 9600bit/s 調(diào)制解調(diào)器 ”標(biāo)準(zhǔn)就是采用 4QAM 調(diào)制方式。常用的有 4PSK(又稱QPSK)和 8PSK。它也可以相應(yīng)地分為多進(jìn)制振幅鍵控、頻移鍵控和移相鍵控。另一種獲得迅速發(fā)展的調(diào)制技術(shù)是振幅和相位聯(lián)合調(diào)制（ QAM）技術(shù)，該技術(shù)具有較高石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 的信息傳輸速率。頻譜利用率通常定義為單位頻帶（ 1Hz）內(nèi)信息傳輸速率（單位為 bit/s）和碼元傳輸速率的高低。提高頻譜利用率是提高通信系統(tǒng)容量的重要措施，也是人們規(guī)劃和設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的關(guān)注焦點(diǎn)。后來(lái)，隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字調(diào)制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。最早的電通信形式，即 1837 年 S．莫爾斯演示的電報(bào)試驗(yàn)就是一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)。而已調(diào)信號(hào)通過(guò)信道傳輸?shù)浇邮斩?，在接收端通過(guò)解 調(diào)器把頻帶數(shù)字信號(hào)還原成基帶數(shù)字信號(hào)，這種數(shù)字信號(hào)的反變換稱為數(shù)字解調(diào)。而數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的研究是在數(shù)字基帶的傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。因此，大部分現(xiàn)代通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)。 研究的意義 數(shù)字調(diào)制是指用基帶信號(hào)對(duì)載波的某些參量進(jìn)行控制，使載波的這些參量隨基帶信號(hào)的變化而變化。Simulink 支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持多采樣速率的多速率系統(tǒng)， Simulink 為用戶提供了用方框圖建模的圖形接口，它與傳統(tǒng)的仿真軟件包用差分方程和微分方程建模 相比，更直觀、方便和靈活。 Matlab 是一種交互式的，以矩陣為基礎(chǔ)的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，它用于科學(xué)和工程的計(jì)算與可視化。 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實(shí)驗(yàn)的分析設(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)日益顯示出巨大的優(yōu)越性。 2020 年， TDSCDMA 被宣布成為我國(guó)的國(guó)家通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 1996 年，移動(dòng)電話實(shí)現(xiàn)全國(guó)漫游，并開(kāi)始提供國(guó)際漫游服務(wù)。此后陸續(xù)開(kāi)通了公用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（ CHINADDN）和中國(guó)公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)（ CHINANET）。 1990 年，第一條長(zhǎng)途光纜 —— 寧漢光纜干線工程建成投產(chǎn)。 1984 年，中外合資上海貝爾電話設(shè)備有限公司成立。通信業(yè)務(wù)以超常規(guī)、成倍數(shù)、跳躍式的發(fā)展速度和發(fā)展規(guī)模取得了令世人矚目的成就。 1983 年，采用模擬蜂窩技術(shù)的先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)（ AMPS）在美國(guó)芝加哥開(kāi)通。 1969 年，在美國(guó)投入運(yùn)營(yíng)的 ARPA 網(wǎng)形成了互聯(lián)網(wǎng)的雛形。1957 年，前蘇聯(lián)成功發(fā)射了人類第一顆人造衛(wèi)星。 1940 年，美國(guó)人古馬爾研制出機(jī)電式彩色電視系統(tǒng)。 1901 年，意大利人馬可尼成功實(shí)現(xiàn)了跨大西洋兩岸的無(wú)線通信。 1837 年，美國(guó)人莫爾斯展示了世界上第一臺(tái)電磁式電報(bào)機(jī)。從通信的發(fā)展可以看到社會(huì)進(jìn)步的過(guò)程。 26 II 參考文獻(xiàn) 24 第 5 章 結(jié)論與展望 22 4ASK 系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析 20 第 4 章 多進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) 18 2DPSK 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 2PSK 系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì) 10 多進(jìn)制頻移鍵控（ MFSK） 3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 研究的意義 1 研究的背景 圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà) 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁(yè)以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并 提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其它 摘 要 本文主要研究數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)基本原理，包括二進(jìn)制和多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制和解調(diào)原理，然后對(duì)調(diào)制和解調(diào)原理進(jìn)行仿真，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 ，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。據(jù)我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。 、圖表要求： 1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě) 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。5 第 2 章 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的研究 6 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的概述 6 二進(jìn)制振幅鍵控（ 2ASK） 6 二 進(jìn)制頻率鍵控（ 2FSK） 7 二進(jìn)制相移鍵控（ 2PSK） 8 二進(jìn)制差分相移鍵控（ 2DPSK） 9 多進(jìn)制數(shù) 字頻帶傳輸系統(tǒng) 10 多進(jìn)制振幅鍵控（ MASK） 13 2ASK 系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì) 14 2FSK 系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì) 15 2PSK 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 2DPSK 系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì) 20 2DPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)波形仿真 通信技術(shù)的發(fā)展深刻地改變著人們的生產(chǎn)方式和生活習(xí)慣，推動(dòng)人類社會(huì)向前邁進(jìn)。通信發(fā)展史也是一部人類科技進(jìn)步史。貝爾發(fā)明了世界上第一部電話機(jī)。 1937 年，英國(guó)人里夫斯首次提出用脈沖編碼調(diào)制來(lái)進(jìn)行數(shù)字語(yǔ)言通信的思想。 1947 年，美國(guó)貝 爾實(shí)驗(yàn)室提出來(lái)蜂窩網(wǎng)移動(dòng)通信的概念。 1966年英籍華人高錕提出以玻璃纖維進(jìn)行遠(yuǎn)距離激光通信的設(shè)想。1982 年，歐洲成立了移動(dòng)通信特別組，制定了泛歐移動(dòng)通信漫游標(biāo)準(zhǔn)。 20 世紀(jì) 80 年代初，隨著我國(guó)改革開(kāi)放政策的實(shí)施，人們對(duì)通信業(yè)務(wù)的石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 需求日益膨脹，為國(guó)內(nèi)通信事業(yè)的快速成長(zhǎng)提供了巨大的發(fā)展機(jī)會(huì)。 1984，年?yáng)|方紅二號(hào)同步通信衛(wèi)星發(fā)射成 功。 1988 年，第一個(gè)實(shí)用單模光纖通信系統(tǒng)（ 34Kbit/s）在揚(yáng)州、高郵之間開(kāi)通。 1993 年，第一條公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng) — 公用分組交 換網(wǎng)（ CHINAPAC）正式開(kāi)通。 1995 年，聯(lián)通 GSM130 數(shù)字移動(dòng)電話網(wǎng)在北京、天津、上海、廣州建成開(kāi)通。 2020 年，中國(guó)移動(dòng)通信 GPRS 業(yè)務(wù)正式投入商用，中國(guó)移動(dòng)邁入 時(shí)代。以光信號(hào)作為信息的載體，以微電子學(xué)和光電技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)信息處理技術(shù)，預(yù)示著高速、寬帶、無(wú)縫連接的數(shù)字化信息時(shí)代即將到來(lái)。 Matlab 仿真軟件就是分析 通信系統(tǒng)常用的工具之一。 Matlab 具有很強(qiáng)大的石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 Simulink 動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)可視化建模和多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。因此， Matlab在通信仿真系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。為了進(jìn)行長(zhǎng)途傳輸，必須對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行載波調(diào)制，將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。通過(guò)對(duì)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)制解調(diào)的原理及性能，從而便于改進(jìn)系統(tǒng)，獲得更佳的傳輸性能。這種用基帶數(shù)字信號(hào)控制高頻載波，把基帶數(shù)字信號(hào)變換為頻帶數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字調(diào)制。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)噪聲積累，可利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行加 /解密和檢糾錯(cuò)，便于實(shí)現(xiàn) 通信設(shè)備的集成化、微型化和智能化，有利于信號(hào)的存儲(chǔ)、傳輸與交換的綜合，可兼容語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、文本、圖像等多業(yè)務(wù)，因此自 20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)，取得了飛速發(fā)展。調(diào)制技術(shù)最初是從模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)開(kāi)始發(fā)展的，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的通信系統(tǒng)為模擬系統(tǒng)。對(duì)于數(shù)字調(diào)制技術(shù)的主要要求是：已調(diào)信號(hào)要具有比較窄的頻譜寬度和較快的帶外衰減（即已調(diào)信號(hào)所占頻帶窄，或者稱頻譜利用率高）；對(duì)于已調(diào)信號(hào)要容易采用相干或非相干方法解調(diào)；而且已調(diào)信號(hào)要具有較強(qiáng)的抗噪聲和抗干擾能力，并適宜在衰落信道中傳輸。如果系統(tǒng)的頻譜利用率高，則說(shuō)明通信系統(tǒng)的傳輸效率高，否則傳輸效率就低。由于恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)具有相對(duì)較窄的頻譜，因而得到了重視和利用，并且獲得了飛速的發(fā)展?，F(xiàn)在多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。多進(jìn)制移相鍵控 (MPSK)，即載波的相位有 M 種取值。所謂幅相聯(lián)合調(diào)制是指調(diào)制載波的振幅和相位都隨獨(dú)立的基帶信號(hào)而變化。 主要研究?jī)?nèi)容 本文主要研究二進(jìn)制和多進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)，利用 MATLAB 仿真了 2ASK、2FSK、 2PSK、 2DPSK 的信號(hào)時(shí)間波形和功率譜密度，分析了頻譜特性和帶寬，并根據(jù)設(shè)計(jì)的調(diào)制解調(diào)原理框圖仿真出了它們的調(diào)制解調(diào)波形，在多進(jìn)制調(diào)制原理的基礎(chǔ)上，以四進(jìn)制為例仿真了 4ASK、 4FSK、 4PSK 的信號(hào)時(shí)間波形和功率譜，分析了與二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的異同和優(yōu)劣，著重對(duì) 4PSK 進(jìn)行調(diào)制解調(diào)仿真。數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：利用模擬調(diào)制的方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制；通過(guò)開(kāi)關(guān)鍵控載波，通常稱為鍵控法。根據(jù)被調(diào)參量的不同，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制可分為多進(jìn)制幅度鍵控（ MASK）、多進(jìn)制頻移鍵控（ MFSK）以及多進(jìn)制相移鍵控（ MPSK 或MDPSK）。在實(shí)際應(yīng)用中，通常取 kM 2? ， k 為大于 1 的正整數(shù)。不過(guò)，獲得以上幾點(diǎn)好處所付出的代價(jià)是，信號(hào)功率需求增加和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度加大 [2]。 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法有兩種：模擬調(diào)制法（相乘器法）和鍵控法。在 2FSK 中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在 f1 和 f2 兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。解調(diào)方法是采用非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）和相干解調(diào)。 2FSK 信號(hào)的功率譜的表示式： 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 ? ? ? ?)()(41)()(41)( 222211112 ffPffPffPffPfP ssssF S K ???????? (26) 二進(jìn)制相移鍵控（ 2PSK） 相移鍵控是利用載波的相位變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。 2PSK 信號(hào)的產(chǎn)生有兩種方法：模擬調(diào)制法和鍵控法，與 2ASK 信號(hào)的產(chǎn)生方法相比較，只是對(duì) )(ts 的要求不同，在 2ASK 中 )(ts 是單極性的，而在 2PSK 中 )(ts 是雙極性的基帶信號(hào)。假設(shè) ?? 為當(dāng)前碼元與前一碼元的載波相位差，可定義一種數(shù)字信息與 ?? 之間的關(guān)系為： ????? ”，表示數(shù)字信息“ ”表示數(shù)字信息“ 10,0?? 于是可以將一組二進(jìn)制數(shù)字信息與其對(duì)應(yīng)的 2DPSK 信號(hào)的載波相位關(guān)系示例如下： 二進(jìn)制數(shù)字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 DPSK 信號(hào)相位： （ 0） ?????????????????????????????????????????????? 或： （ ?） ??????????????????????????????????????????????? 相應(yīng)的 ?DPSK 信號(hào)的波形如下： ??? 圖 21 2DPSK 信號(hào)波形圖 2DPSK信號(hào)的 產(chǎn)生 方法可以采用 :首先對(duì)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼 ,將絕對(duì)碼表示二進(jìn)制信息變換為用相對(duì)碼表示二進(jìn)制信息 ,然后再進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相 ,從而產(chǎn)生二 進(jìn)制差分相位鍵控信號(hào) 。 2DPSK信號(hào) 的另一種解調(diào)方法是 差分相干解調(diào)方式 (相位比較法 )。因此， 2DPSK信號(hào)的 2PSK信號(hào)的 功率譜密度是完全一樣的 [4]。 MASK已調(diào)信號(hào)的表示式為 ： ttstS cm ask ?c o s)()( ? (214) 這里， )(ts 為 M 進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào) ： ????? ?? n bn nTtgats )()( (215) 式 (214)中， )(tg 是高度為 1,寬度為 bT 的門(mén)函數(shù)； na 有 M 種取值 。 圖 22 多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制的組成框圖 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 串 /并變換器和邏輯電路 1 將一組組輸入的二進(jìn)制碼（每 k 個(gè)碼元為一組）對(duì)應(yīng)地轉(zhuǎn)換成有 )2( kMM ? 種狀態(tài)的一個(gè)多進(jìn)制碼。 M 進(jìn) 制的解調(diào)部分由 M 個(gè)帶通濾波器、包絡(luò)檢波器及一個(gè)抽樣判決器、邏輯電路 2 組成。邏輯電路 2 把這個(gè)