【正文】 通?？闪?n? 和 n? 為零，因此 2FSK 信號的表達式可簡化為： ? ? ? ? ? ? ttsttste F S K 22112 c o sc o s ?? ?? () 沈陽理工大學學士學位論文 22 ? ? ? ?? ??n sn nTtgats1 () ? ? ? ?? ?? n sn nTtgats 2 () 2FSK 常用的解調方法是如圖 所示 的 相干解調。 sc ff 2? sc ff ?cf sc ff ? sc ff 2?f? ?fP ASK2cf? 圖 2ASK 信號的功率譜密度示意圖 沈陽理工大學學士學位論文 21 從以上分析及圖可以看出：第一， 2ASK 信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分，組成，連續(xù)譜取決于 g(t)經線性調制后的雙邊頻 譜，而離散譜由載波分量確定。 2ASK/OOK 信號也有兩種基本的解調方法：非相干解調（包絡解調）和相干解調（同步解調），相應的接收系統(tǒng)組成方框圖如 所示。 信源信源編碼信宿信道編碼調制信 道解調信道解碼信源解碼調 制 器 解 調 器噪 聲 圖 數字通信系統(tǒng)的一般模型 基 帶信 號形 成器信源接 收濾 波器信 道抽樣判決信宿噪 聲 源CP 圖 數字基帶信號傳輸系統(tǒng)模型 數字通信系統(tǒng)調制解調原理 二進制幅度鍵控 (2ASK) 基本原理 振幅鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數字信息，而其頻率和初始相位保持不變。通常我們利用數字信號的離散取值特點通過開關鍵控載波，從而實現數字調制，這種方法叫做鍵控法使用鍵控法來實現數字調制，比如對載波的振幅、頻率和相位進行鍵控，便可獲得振幅鍵控，頻移鍵控，和相位鍵控三種基本的數字調制方式。 調相指數（最大相偏） pM 定義為 ? ? m axtmKM pp ? () 沈陽理工大學學士學位論文 17 3 數字通信系統(tǒng)基礎理論 數字信號的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸，在實際應 用中，大多數信道具有帶通特性而不能直接傳輸基帶信號。帶通濾波器讓調頻信號順利通過，而濾去帶外噪聲和高次諧波。其原理框圖如圖 所示。非線性調制通常是通過改變載波的頻譜或相位來達到的，即載波的振幅保持不變，而載波的頻率或相位隨基帶信號變化。一般可在發(fā)送單邊帶信號的同時，也附帶發(fā)送一個功率較小的載波信號，供接收端從中提 取作為同步信號。 沈陽理工大學學士學位論文 11 用相移法形成單邊帶信號 SSB 信號的時域表示式的推導比較困難，一般需要借助希 爾伯特變換來表述。這是因為采用相干解調，使輸入噪聲中的一個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 信號的相干解調器模型 沈陽理工大學學士學位論文 9 如圖所示，乘法器一端輸入為雙邊帶調幅信號 ??tsDSB ，另一端輸入為同步信號? ? 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，就可以恢復原調制信號。因此， AM 信號的功率利用率比較低。 AM 信號在 1Ω 電阻上的平均功率應等于 ??tsAM 的均方值。 普通幅度調制（ AM） 調幅信號的產生 在圖 中，假設單頻調制信號為 ? ? tfAtm mm ?2c os? ，其疊加直流 0A 后與載波?? tftc c?2cos? 相乘，就可形成調幅 (AM)信號。因此，原始電信號又稱為基帶信號，而已調信號則常稱為頻帶信號。如果電信號的參量連續(xù)取值，則稱這樣的信號為模擬信號。離散消息是指消息的狀態(tài)是可數的或離散型的。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換成原始電信號。 仿真理論的日益成熟和 計算機及數字技術的飛速進步，使通信信號的仿真可以做到交互性好，直觀，精確。 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試驗等分析設計方法已經不能適應發(fā)展的需要，通信系統(tǒng)計算機模擬仿真技術日益顯示出其巨大的優(yōu)越性。作為其關鍵技術之一的調制解調技術一直是人們研究的一個重要方向。 回顧數字通信的發(fā)展歷程，調制解調技術和個人通信的移動性以及無縫 隙覆蓋多媒體綜合業(yè)務需求將愈來愈突出。 本文做了以下工作：以 MATLAB 為工具，主要應用 MATLAB 中的 GUI（圖形用戶接口）程序設計，設計實現了一個通信平臺，能模擬 九 種調制信號的產生，傳輸以及解調接收，實現了在平臺上進行參數輸入和圖形輸出的交互功能。通信仿真充分考慮了調制樣式和噪聲大小以及在調制過程中的各種參數對通信信號性能的影響，完成了對 模擬以及數字 信號建模計算 ，得到了時域波形和頻譜，能夠直觀的顯示各種參數對各種調制樣式的通信的影響。如果無線通信系統(tǒng)的研究全部用實際設備來實現，人力、物力、財力花費都是巨大的，而且研制周期也會增加，此外有的研究實際的設備也不一定能有效地實現。 通信技術的發(fā)展日新月異，通信系統(tǒng)也日趨復雜，現代通信系統(tǒng)要求通信距離遠、通信容量大、傳輸質量好。 所以，通信信號模擬系統(tǒng)具有很高的實用價值和戰(zhàn)略意義 [2]。仿真這幾種理論已經很成熟的數字調制方式，一方面，可以更容易將仿真結果與成熟的理論進行比較，從而驗證仿真的合理性；另一方面，也可以以此為基礎將仿真系統(tǒng)進行改進擴展，使其成為仿真更多的數字調制方式的模板。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。這樣的信號就稱為數字信號。通常，我們將發(fā)送端調制前和接收端解調后的信號稱為基帶信號。本文介紹模擬通信系統(tǒng)線性調制中的 普通幅度調制、雙邊帶調幅 、 單邊帶調幅三種調制 方 法。因此， AM 信號是帶有載波的雙邊帶信號，它的帶寬是基帶信號帶寬 Hf 的兩倍，即 HAM fB 2? 。一般情況下， m 都小于 1，調制效率很低，即載波分量占據大部分信號功率，有信息的兩個邊帶占有的功率較小。 可見，輸出信號中含有直流、 mf 、 cf2 、 mc ff ?2 幾個頻率分量。同步檢波仍由乘法器實現，其原理見圖。也就是說， DSB 信號的解調器使信噪比改善一倍。為此，在工程中往往采用多級調制濾波的方法 [11]。二者的不同之處在于，從單邊帶調幅信號中無法提取同步信號。也就是說，已調信號頻譜與基帶信號頻譜之間存在著非線性變換關系。然后，利用倍頻器把 NBFM 變換成寬帶調頻信號 (WBFM)。 圖中的限幅器將調頻波在傳輸中引起的幅值變化（寄生調幅等）部分削去，變成固定幅度調頻波。 正 弦 波振 蕩 器可 控 相移 網 絡c ( t )sp m( t )m ( t ) 圖 可控相移網絡調相原理圖 由圖可知，經過可控相移網絡后的調相信號為 ? ? ? ?? ? ? ?tfAKtftmKtfts mmpcpcPM ??? 2c o s2c o s2c o s ???? () 上式表明，調相信號的振幅恒定，瞬時相位是在隨時間變化的載波相位 ?? tft cc ?? 2? 上疊加了一個與調制電壓成正比的相偏 ? ? ? ?tmKt p??? 。因此數字調制的技術有兩種方法。 如在某些有線信道中，若傳輸距離不太遠且通信容量不太大時，數字基帶信沈陽理工大學學士學位論文 18 號無需調制，可以直接傳送，稱之為數字信號的基帶傳輸，其模型中如 圖 就不包括調制與解調環(huán)節(jié) [19,20]。 與 AM 信號的解調方法一樣。 對于全占空矩形脈沖序列，根據矩形波形 g(t)的頻譜特點，對于所有的 0?m 的整數，有 ? ? ? ? 0?? ?nSaTmfG ss ，故式 ()可以簡化為 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?fGPffGPPffP sss ?2222 011 ???? () 將其代入式 ()，得 ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ?ccsccsA S KffffGPfffGffGPPfP????????????2222220141141 () 當概率 21?P 時，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 ? 分別表示二進制 “1”和 “0”。 雙極性的全占空矩形隨機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 信號的解調通常采用相干解調法，解調原理框圖如圖 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 圖 2FSK 信號解調原理圖 功率譜密度 根據 2ASK 信號功率譜表示式，不難寫出 這種 2FSK 信號的功率譜密度的表達式： ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ?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???????????????????????????????????????????????? () 沈陽理工大學學士學位論文 23 其典型曲線如圖 所示 [24]。 二進制頻移鍵控 (2FSK) 基本原理 頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞 數字信息。一個 2ASK 信號可以表示成： ? ? ? ? ttste cASK ?c os2 ? () 其中，二進制信號 s(t)是隨機的單極性矩形脈沖序列。在OOK 中，某一符號 (“0”或 “1”)用沒有電壓來表示。在二進制數字調制中，載波的幅度，頻率和相位只有兩種形式的變化狀態(tài)。這種用數字基帶信號控制載波，把數字基帶信號變換為數字帶通信號的過程稱為數字調制。 理想鑒頻器可看成是帶有微分器的包絡檢波器，微分器輸出 ? ? ? ?? ? ? ? ?????? ???? ? ??? ???? dmKttmKAts fcfcd s i n