【正文】 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 27 參考文獻 [1] 樊昌信 .通信原理 [M].國防工業(yè)出版社 .2020:2526 [2] 鄧華等 .MATLAB 通信仿真及應用實例詳解 [M].人民郵電出版社 .2020:275324 [3] John GProakis 等 .現(xiàn)代通信系統(tǒng) [M].電子工業(yè)出版社 .2020:224270 [4] , R237。 QPSK 信號實際上是兩路正交雙邊帶信號 。 鍵控法產(chǎn)生的 MFSK 信號，可以看作由 M個幅度相同、載頻不同、時間上互不重疊的 2ASK 信號疊加的結(jié)果。 2DPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)波形仿真 圖 317 2DPSK 的產(chǎn)生及碼反變換 tc?c o s)( ts)(2 te D PS K開關電路移相01800?碼變換帶通濾波器 相乘器低通濾波器抽樣判決器定時脈沖輸出)(D P S K2 te延遲 T sabc d e石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 21 圖 317 中第一波形是基帶信號，第二波形是 2DPSK 已調(diào)信號，從波形中可以看出 2DPSK 也是靠相位的變化來傳輸數(shù)字信息的，經(jīng)過信道加入噪聲，但我們知道2DPSK 是根據(jù)前后碼元相位載波相 位變化來傳遞數(shù)字信息的所以要經(jīng)過碼反變換。可以看到解調(diào)后的信號與原基帶信號相同。圖 311 是 2PSK 相干解調(diào)的原理框圖。第三波形和第四波形為兩種不同頻率載波信號的產(chǎn)生。 2ASK 系統(tǒng)仿真及波形分析 圖 32 2ASK 系統(tǒng)仿真波形 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 14 載波采用高頻正弦波，基帶信號經(jīng)調(diào)制以后， 2ASK 信號波形隨基帶信號變化，當調(diào)制信號為“ 1”時有載波信號，當調(diào)制信號為“ 0”時無載波，也就是說 2ASK 是用已調(diào)波幅度的變化來傳遞數(shù)字信息的。邏輯電路 2 把這個 M 進制數(shù)譯成 k 位二進制并行碼，并進一步做并 /串變換恢復二進制信息輸出，從而完成數(shù)字信號的傳輸 [5]。 圖 22 多進制數(shù)字頻率調(diào)制的組成框圖 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 11 串 /并變換器和邏輯電路 1 將一組組輸入的二進制碼（每 k 個碼元為一組）對應地轉(zhuǎn)換成有 )2( kMM ? 種狀態(tài)的一個多進制碼。因此， 2DPSK信號的 2PSK信號的 功率譜密度是完全一樣的 [4]。假設 ?? 為當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制數(shù)字信息與其對應的 2DPSK 信號的載波相位關系示例如下： 二進制數(shù)字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 DPSK 信號相位： （ 0） ?????????????????????????????????????????????? 或： （ ?） ??????????????????????????????????????????????? 相應的 ?DPSK 信號的波形如下： ??? 圖 21 2DPSK 信號波形圖 2DPSK信號的 產(chǎn)生 方法可以采用 :首先對二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼 ,將絕對碼表示二進制信息變換為用相對碼表示二進制信息 ,然后再進行絕對調(diào)相 ,從而產(chǎn)生二 進制差分相位鍵控信號 。 2FSK 信號的功率譜的表示式： 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 8 ? ? ? ?)()(41)()(41)( 222211112 ffPffPffPffPfP ssssF SK ???????? (26) 二進制相移鍵控（ 2PSK） 相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在 2FSK 中，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。不過，獲得以上幾點好處所付出的代價是，信號功率需求增加和實現(xiàn)復雜度加大 [2]。根據(jù)被調(diào)參量的不同，多進制數(shù)字調(diào)制可分為多進制幅度鍵控（ MASK）、多進制頻移鍵控（ MFSK）以及多進制相移鍵控（ MPSK 或MDPSK）。 主要研究內(nèi)容 本文主要研究二進制和多進制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)，利用 MATLAB 仿真了 2ASK、2FSK、 2PSK、 2DPSK 的信號時間波形和功率譜密度，分析了頻譜特性和帶寬，并根據(jù)設計的調(diào)制解調(diào)原理框圖仿真出了它們的調(diào)制解調(diào)波形，在多進制調(diào)制原理的基礎上，以四進制為例仿真了 4ASK、 4FSK、 4PSK 的信號時間波形和功率譜，分析了與二進制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的異同和優(yōu)劣，著重對 4PSK 進行調(diào)制解調(diào)仿真。多進制移相鍵控 (MPSK)，即載波的相位有 M 種取值。由于恒包絡調(diào)制技術具有相對較窄的頻譜，因而得到了重視和利用，并且獲得了飛速的發(fā)展。對于數(shù)字調(diào)制技術的主要要求是：已調(diào)信號要具有比較窄的頻譜寬度和較快的帶外衰減（即已調(diào)信號所占頻帶窄，或者稱頻譜利用率高）；對于已調(diào)信號要容易采用相干或非相干方法解調(diào)；而且已調(diào)信號要具有較強的抗噪聲和抗干擾能力，并適宜在衰落信道中傳輸。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)字通信的主要優(yōu)點是抗干擾能力強，無噪聲積累，可利用數(shù)字技術進行加 /解密和檢糾錯，便于實現(xiàn) 通信設備的集成化、微型化和智能化，有利于信號的存儲、傳輸與交換的綜合，可兼容語音、數(shù)據(jù)、文本、圖像等多業(yè)務，因此自 20 世紀 70 年代以來，取得了飛速發(fā)展。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)制解調(diào)的原理及性能，從而便于改進系統(tǒng)，獲得更佳的傳輸性能。因此， Matlab在通信仿真系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。 Matlab 仿真軟件就是分析 通信系統(tǒng)常用的工具之一。 2020 年，中國移動通信 GPRS 業(yè)務正式投入商用，中國移動邁入 時代。 1993 年，第一條公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng) — 公用分組交 換網(wǎng)（ CHINAPAC）正式開通。 1984，年東方紅二號同步通信衛(wèi)星發(fā)射成 功。1982 年，歐洲成立了移動通信特別組，制定了泛歐移動通信漫游標準。 1947 年，美國貝 爾實驗室提出來蜂窩網(wǎng)移動通信的概念。貝爾發(fā)明了世界上第一部電話機。通信技術的發(fā)展深刻地改變著人們的生產(chǎn)方式和生活習慣，推動人類社會向前邁進。 20 2DPSK 系統(tǒng)框圖設計 14 2FSK 系統(tǒng)框圖設計 10 多進制振幅鍵控（ MASK） 6 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的概述 學?？梢怨颊撐模ㄔO計）的全部或部分內(nèi)容。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個人和集體 ，均已在文中作了明確說明并表示謝意。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應有程序清單，并 提供電子文檔 1）設計（論文） 2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）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，包括二進制和多進制數(shù)字調(diào)制和解調(diào)原理，然后對調(diào)制和解調(diào)原理進行仿真，并對結(jié)果進行分析。1 研究的背景 1 研究的意義 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 10 多進制頻移鍵控（ MFSK） 17 2PSK 系統(tǒng)框圖設計 20 第 4 章 多進制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的仿真設計 26 II 參考文獻 1837 年，美國人莫爾斯展示了世界上第一臺電磁式電報機。 1940 年，美國人古馬爾研制出機電式彩色電視系統(tǒng)。 1969 年，在美國投入運營的 ARPA 網(wǎng)形成了互聯(lián)網(wǎng)的雛形。通信業(yè)務以超常規(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。 1990 年，第一條長途光纜 —— 寧漢光纜干線工程建成投產(chǎn)。 1996 年，移動電話實現(xiàn)全國漫游，并開始提供國際漫游服務。 隨著通信系統(tǒng)復雜性的增加，傳統(tǒng)的手工分析與電路板實驗的分析設計方法已經(jīng)不能適應發(fā)展的需要，通信系統(tǒng)計算機模擬仿真技術日益顯示出巨大的優(yōu)越性。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。因此，大部分現(xiàn)代通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術。而已調(diào)信號通過信道傳輸?shù)浇邮斩?，在接收端通過解 調(diào)器把頻帶數(shù)字信號還原成基帶數(shù)字信號，這種數(shù)字信號的反變換稱為數(shù)字解調(diào)。后來，隨著數(shù)字通信技術的發(fā)展，數(shù)字調(diào)制技術也得到了迅速發(fā)展和廣泛應用。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。它也可以相應地分為多進制振幅鍵控、頻移鍵控和移相鍵控。 “點對點四線租用電話型電路上使用的標準化 9600bit/s 調(diào)制解調(diào)器 ”標準就是采用 4QAM 調(diào)制方式?；镜逆I控方式分為振幅鍵控、頻移鍵 控、相移鍵控。 (2)在信息速率相同條件下，可以降低碼元速率，以提高傳輸?shù)目煽啃浴?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 )。其解調(diào)原理是將 2FSK 信號分解為上下兩路 2ASK 信號分別進行解調(diào)，然后進行判決。 2PSK 信號的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法 [3]。用這種方法解調(diào)時不需要專門的相干載波，只需要由收到的 2DPSK信號延時一個碼元間隔 sT ，然后與 2DPSK信號本身相乘。 多進制頻移鍵控（ MFSK） 它是用 M 個不同的載波頻率代表 M 種數(shù)字信息。各帶通濾波器的中心頻率分別對應發(fā)送端各個載頻。由此可見， MPSK信號可以看成是兩個正交載波進行多電平雙邊帶調(diào)制所得兩路 MASK 信號的疊加。圖 34 為 2FSK 的鍵控調(diào)制，即 在二進制基帶矩形脈沖序列的控制下通過開關電路對兩個不同獨立頻率源進行選通，使其在每一 個碼元 sT 期間輸出 1f 或 2f 兩個載波之一，例如，當基帶信號為“ 1”時選通載波頻率為 1f ，根據(jù) 2FSK 的時域表達式“ 1”的反碼為“ 0”，所以基帶信號經(jīng)過一個反相器繼而選通載波頻率 2f ，兩路信號在相加器內(nèi)疊加。 圖 39 2FSK 功率譜密度 從圖 39 可以看出：第一，相位不連續(xù) 2FSK 信號的功率譜由連續(xù)普和離散譜組成。當 2PSK 經(jīng)過信道后有加性噪聲。先對二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼，載波相位為 0，載波經(jīng) 180176。 MASK 信號的功率譜 是這 1?M 個 2ASK 信號的功率譜之和，因而具有與 2ASK 功率譜相似的形式。 從圖 45 至圖 47 中可以看出 QPSK 信號有 00、 0 11 四種狀態(tài)。而多進制與二進制系統(tǒng)相比提高了頻帶 利用率但是實現(xiàn)上的復雜性加大，在相同信息速率下，多進制信號碼元持續(xù)時間比二進制的要寬，加寬碼元寬度會增加信號碼元能量也能減小因信道特性引起的碼間干擾的影響等。當然還要感謝系里領導老師的關懷與幫助，她們的鼓勵將是我一生的鞭策動力。根據(jù)各個調(diào)制系統(tǒng)的帶寬來分析它們的抗噪聲性能具體來說，在 2ASK 系統(tǒng)中利用模擬調(diào)制的方法實現(xiàn)了 2ASK 信號的產(chǎn)生以及利用了相干解調(diào)進行了解調(diào) ，分析了它的功率譜密度；對 2FSK 所作的工作是利用 matlab 仿真了它的調(diào)制和解調(diào)及功率譜密度并對它的頻譜進行了分析； 2PSK 和 2DPSK 進行了同樣的工作，從以上這些內(nèi)容對比來看二進制數(shù)字調(diào)制中，從數(shù)據(jù)傳播速率來說 PSKFSKASK。 因此， MPSK 的頻帶寬度 應與 MASK 時的相同此時信息速率與 MASK 相同，是 2ASK 及 2PSK 的 kM?2log 倍。調(diào)制器可采用乘法器，解調(diào)器也可采用相干與非相干兩種方法?？梢钥醋魇请p極性基帶信號作用下的調(diào)幅信號。 2PSK 系統(tǒng)仿真及結(jié)果分