【正文】 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)。 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。 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。 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傳遞數(shù)字信息，而其頻率和初始相位保持不變。通常我們利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過開關(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。 調(diào)相指數(shù)（最大相偏） pM 定義為 ? ? m axtmKM pp ? () 沈陽理工大學(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)。帶通濾波器讓調(diào)頻信號(hào)順利通過，而濾去帶外噪聲和高次諧波。其原理框圖如圖 所示。非線性調(diào)制通常是通過改變載波的頻譜或相位來達(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。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)。 沈陽理工大學(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 爾伯特變換來表述。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]。 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? 。用低通濾波器來取出直流和 mf 分量，再去掉直流分量，就可以恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)。因此， AM 信號(hào)的功率利用率比較低。 AM 信號(hào)在 1Ω 電阻上的平均功率應(yīng)等于 ??tsAM 的均方值。 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)。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)。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)。離散消息是指消息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散型的。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)。 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。 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。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。 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)性以及無縫 隙覆蓋多媒體綜合業(yè)務(wù)需求將愈來愈突出。 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。通信仿真充分考慮了調(diào)制樣式和噪聲大小以及在調(diào)制過程中的各種參數(shù)對(duì)通信信號(hào)性能的影響，完成了對(duì) 模擬以及數(shù)字 信號(hào)建模計(jì)算 ，得到了時(shí)域波形和頻譜，能夠直觀的顯示各種參數(shù)對(duì)各種調(diào)制樣式的通信的影響。如果無線通信系統(tǒng)的研究全部用實(shí)際設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，人力、物力、財(cái)力花費(fèi)都是巨大的，而且研制周期也會(huì)增加，此外有的研究實(shí)際的設(shè)備也不一定能有效地實(shí)現(xiàn)。 通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，通信系統(tǒng)也日趨復(fù)雜，現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠(yuǎn)、通信容量大、傳輸質(zhì)量好。 所以，通信信號(hào)模擬系統(tǒng)具有很高的實(shí)用價(jià)值和戰(zhàn)略意義 [2]。仿真這幾種理論已經(jīng)很成熟的數(shù)字調(diào)制方式，一方面，可以更容易將仿真結(jié)果與成熟的理論進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證仿真的合理性；另一方面，也可以以此為基礎(chǔ)將仿真系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)擴(kuò)展，使其成為仿真更多的數(shù)字調(diào)制方式的模板。因而，這種通信系統(tǒng)可由圖 中模型加以概括。各種不同的消息可以分成兩類：一類稱作離散消息；另一類稱作連續(xù)消息。這樣的信號(hào)就稱為數(shù)字信號(hào)。通常，我們將發(fā)送端調(diào)制前和接收端解調(diào)后的信號(hào)稱為基帶信號(hào)。本文介紹模擬通信系統(tǒng)線性調(diào)制中的 普通幅度調(diào)制、雙邊帶調(diào)幅 、 單邊帶調(diào)幅三種調(diào)制 方 法。因此， AM 信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬 Hf 的兩倍，即 HAM fB 2? 。一般情況下， m 都小于 1，調(diào)制效率很低，即載波分量占據(jù)大部分信號(hào)功率，有信息的兩個(gè)邊帶占有的功率較小。 可見，輸出信號(hào)中含有直流、 mf 、 cf2 、 mc ff ?2 幾個(gè)頻率分量。同步檢波仍由乘法器實(shí)現(xiàn)，其原理見圖。也就是說， DSB 信號(hào)的解調(diào)器使信噪比改善一倍。為此，在工程中往往采用多級(jí)調(diào)制濾波的方法 [11]。二者的不同之處在于，從單邊帶調(diào)幅信號(hào)中無法提取同步信號(hào)。也就是說，已調(diào)信號(hào)頻譜與基帶信號(hào)頻譜之間存在著非線性變換關(guān)系。然后，利用倍頻器把 NBFM 變換成寬帶調(diào)頻信號(hào) (WBFM)。 圖中的限幅器將調(diào)頻波在傳輸中引起的幅值變化（寄生調(diào)幅等）部分削去，變成固定幅度調(diào)頻波。 正 弦 波振 蕩 器可 控 相移 網(wǎng) 絡(luò)c ( t )sp m( t )m ( t ) 圖 可控相移網(wǎng)絡(luò)調(diào)相原理圖 由圖可知，經(jīng)過可控相移網(wǎng)絡(luò)后的調(diào)相信號(hào)為 ? ? ? ?? ? ? ?tfAKtftmKtfts mmpcpcPM ??? 2c o s2c o s2c o s ???? () 上式表明，調(diào)相信號(hào)的振幅恒定，瞬時(shí)相位是在隨時(shí)間變化的載波相位 ?? tft cc ?? 2? 上疊加了一個(gè)與調(diào)制電壓成正比的相偏 ? ? ? ?tmKt p??? 。因此數(shù)字調(diào)制的技術(shù)有兩種方法。 如在某些有線信道中，若傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí)，數(shù)字基帶信沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 號(hào)無需調(diào)制，可以直接傳送，稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，其模型中如 圖 就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié) [19,20]。 與 AM 信號(hào)的解調(diào)方法一樣。 對(duì)于全占空矩形脈沖序列，根據(jù)矩形波形 g(t)的頻譜特點(diǎn)，對(duì)于所有的 0?m 的整數(shù)，有 ? ? ? ? 0?? ?nSaTmfG ss ，故式 ()可以簡(jiǎn)化為 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?fGPffGPPffP sss ?2222 011 ???? () 將其代入式 ()，得 ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ?ccsccsA S KffffGPfffGffGPPfP????????????2222220141141 () 當(dāng)概率 21?P 時(shí)，并考慮到 ? ? ? ?ss fTSaTfG ?? ， ? ? sTG ?0 ，則 2ASK 功率譜密度為 ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ? ? ?? ?ccscscscscsA SKffffTffTffTffTffTfP????????????????????????161s i ns i n16222 () 其曲線如圖 所示。于是 ???? P1,1 ,0 概率為概率為 Pa n () n? 和 n? 分別是第 n 個(gè)碼元 (1 或 0)的初始位。在 2PSK 中，通常用初始相位 0 和 ? 分別表示二進(jìn)制 “1”和 “0”。 雙極性的全占空矩形隨機(jī)脈沖序列的功率譜密度為 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?fGPffGPPffP sss ?2222 02114 ???? () 將其代入式 ()，得 ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ?ccsccsP S KffffGPfffGffGPPffP????????????222222021411 () 若等概 (P=1/2)，并考慮到矩形脈沖的頻譜 ? ? ? ? ? ? sSs TGfTSaTfG ?? 0,? ，則 2PSK 信號(hào)的功率譜密度為 ? ? ? ?? ? ? ?? ? ???????? ? ??? ?? 222 s i ns i n4scscscscsP S K Tff TffTff TffTfP ? ?? ? () 其曲線如圖 所示。 2PSK 信號(hào)的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法，解調(diào)原理框圖如圖 所示。 ? ?te F S K2 ? ?t1cos ? ? ?t2cos ?帶 通濾 波 器帶 通濾 波 器相 乘 器相 乘 器低 通濾 波 器低 通濾 波 器抽 樣判 決 器輸出脈沖定時(shí) 圖 2FSK 信號(hào)解調(diào)原理圖 功率譜密度 根據(jù) 2ASK 信號(hào)功率譜表示式，不難寫出 這種 2FSK 信號(hào)的功率譜密度的表達(dá)式： ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ?2222111124141ffPffPffPffPfPssssF SK???????? () 令概率 21?P ，參照式 ()，只需將其中的 cf 分別替換為 1f 和 2f ，然后代入式 ()即可得 ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ?22112222222112112161s i ns i n16s i ns i n16ffffffffTffTffTffTffTTffTffTffTffTfPssssssssssF S K???????????????????????????????????????????????? () 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 其典型曲線如圖 所示 [24]。 二進(jìn)制頻移鍵控 (2FSK) 基本原理 頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞 數(shù)字信息。一個(gè) 2ASK 信號(hào)可以表示成： ? ? ? ? ttste cASK ?c os2 ? () 其中，二進(jìn)制信號(hào) s(t)是隨機(jī)的單極性矩形脈沖序列。在OOK 中，某一符號(hào) (“0”或 “1”)用沒有電壓來表示。在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度，頻率和相位只有兩種形式的變化狀態(tài)。這種用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)的過程稱為數(shù)字調(diào)制。 理想鑒頻器可看成是帶有微分器的包絡(luò)檢波器，微分器輸出 ? ? ? ?? ? ? ? ?????? ???? ? ??? ???? dmKttmKAts fcfcd s i n