【正文】 圖 251 QPSK 解調(diào)框圖 為了便于分析，可不考慮噪聲的影響。圖中輸入基帶信號 ()At 是二進(jìn)制不歸零雙極性碼元，它被“串 /并 變換”電路變成兩路碼元 a 和 b?，F(xiàn)在用 00， 01， 10， 11 表示 QPSK 的四種狀態(tài)。他利用具有多個(gè)相位狀態(tài)的正弦波來代表多組二進(jìn)制信息碼元，即用載波的一個(gè)相位對應(yīng)于一組二進(jìn)制信息碼元。這兩路4 電平數(shù)據(jù) g1（ t）和 g2（ t）分別對載波 cos2πfct和 sin2πfct進(jìn)行調(diào)制，然后相加，即可得到 16QAM 信號。該調(diào)制方式通常有 二進(jìn)制 QAM（ 4QAM）、 四進(jìn)制 QAM（ l6QAM）、八進(jìn)制 QAM（ 64QAM）、 … ，對應(yīng)的空間信號矢量端點(diǎn)分布圖稱為星座圖，分別有 1 6 … 個(gè)矢量端點(diǎn)。 圖 235 過零檢測法原理圖和各點(diǎn)波形 正交振幅鍵控 (QAM) 原理簡介 正交振幅鍵控是一種將兩種調(diào)幅信號（ 2ASK 和 2PSK）匯合到一個(gè) 信道 的方法，因此會雙倍擴(kuò)展有效 帶寬 。 2PSK 信號的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào) ， 解調(diào)器原理圖如 圖 233 所示 。 二進(jìn)制移相鍵控信號的時(shí)域表達(dá)式為 e2PSK(t)=g(tnTs)*cosωct ( 21 9) 其中 ， an 與 2ASK 和 2FSK 時(shí)的不同 ， 在 2PSK 調(diào)制中 ， an應(yīng)選擇雙極性 ，即 （ 2110） （ 2–111） 若 g(t)是脈寬為 Ts， 高度為 1 的矩形脈沖時(shí) ， 則有 ， 發(fā)送概率為 cosωct， 發(fā)送概率為 1P 由式 (2 1 11)可 看出 ， 當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號 1 時(shí) ， 已調(diào)信號 e2PSK(t)取 0176。 圖 222 二進(jìn)制移頻鍵控信號解調(diào)器原理圖 圖 223 (a) 非相干解調(diào) 。 若二進(jìn)制基帶信號的 1 符號對應(yīng)于載波頻率 f1， 0 符號對應(yīng)于載波頻率 f2， 則二進(jìn)制移頻鍵控信號的時(shí)域表達(dá)式為 2 1 2( ) ( ) c o s ( ) ( ) c o s ( )F S K n s n n b nnne t a g t n T t a g t n T t? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? （ 215） （ 21 6） （ 2 17） 圖 221 二進(jìn)制移頻鍵控信號的時(shí)間波形 由圖 2 6 可看出 ， bn 是 an 的反碼 ， 即若 an=1， 則 bn=0， 若 an=0， 則 bn=1， 于是 bn= na ， θn和 n? 分別代表第 n 個(gè)信號碼元的初始相位 。 所以 ， 對2ASK 信號也能夠采用非相干解調(diào) (包絡(luò)檢波法 )和相干解調(diào) (同步檢測法 )， 其相應(yīng)原理方框圖如 圖 213 所示 。 2ASK 信號功率譜密度的特點(diǎn)如下： （ 1）由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成；連續(xù)譜由傳號的波形 g(t)經(jīng)線性調(diào)制后決定，離散譜由載波分量決定； （ 2）已調(diào)信號的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍。 圖 21 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，一般可以采用模擬調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。 （ 2） 改變 信號占據(jù)的帶寬。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)制系統(tǒng)的性能及影響性能的因素，從而便于改進(jìn)系統(tǒng)，獲得更佳的傳輸性能?？刂仆ㄐ胖饕ㄟb測、遙控等等，如衛(wèi)星測控、導(dǎo)彈測控、遙控指令通信等等都是屬于控制通信的范圍。 隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和寬帶化的方向 發(fā)展。特別是在 20 世紀(jì)后半葉，隨著人造地球衛(wèi)星的發(fā)射，大規(guī)模集成電路、電子計(jì)算機(jī)和光導(dǎo)纖維等現(xiàn)代技術(shù)成果的問世，通信技術(shù)在以下幾個(gè)不同方向都取得了巨大的成功。當(dāng)今的通信不僅要有效地傳遞信息，而且還有儲存、處理、采集及 顯示等功能，通信已成為信息科學(xué)技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。所有消息必須在轉(zhuǎn)換成電信號（通常簡稱為信號）后才能在通信系統(tǒng)中傳輸。Simulink 為用戶提供了用方框圖進(jìn)行建模的圖形接口 ， 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。在定義完一個(gè)模型后，用戶可以通過 Simulink 的菜單或 MATLAB 的命令窗口鍵入命令來對它進(jìn)行仿真。系統(tǒng)還可以使多種采樣頻率的系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。由于它使用簡單，擴(kuò)充方便，尤其是世界上有成千上萬的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過程中擴(kuò)充 Matlab 的功能，使其成為了巨大的知識寶庫。 ) and spectral analysis。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明。 本文的主要目的是 通過 Simulink 對 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)系統(tǒng) 統(tǒng)進(jìn)行 調(diào)試仿真 ，實(shí)現(xiàn) 熟悉和對數(shù)字通信理論的更加深化和理解。由于 它 使用方便，能非?？斓膶?shí)現(xiàn)科研人員的設(shè)想，極大的節(jié)約了科研人員的時(shí)間，受到了大多數(shù)科研人員的支持，經(jīng)過一代代人的努力，目前已發(fā)展到了 7?？梢哉f， Matlab 已經(jīng)也很有必要成為大學(xué)生的必修課之一，掌握這門工具對學(xué)習(xí)各門學(xué) 科有非常重要的推進(jìn)作用。 Simulink 模塊庫（或函數(shù)庫）包含有 Sinks（輸出方式）、 Sources（輸入源）、 Linear（線性環(huán)節(jié)）、 Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）、 Connection（連接與接口）和 Extra（其他環(huán)節(jié)）等具有不同功能或函數(shù)運(yùn)算 的 Simulink 庫模塊（或庫函數(shù)），而且每個(gè)子模型庫中包含有相應(yīng)的功能模塊，用戶還可以根據(jù)需要定制和創(chuàng)建自己的模塊。由于 MATLAB 和 SIMULINK 的集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對自己的模型進(jìn)行仿真、分析和修改模型。 通信 技術(shù) 的發(fā)展 通信的概念 通信就是克服距離上的障礙，從一地向另一地傳遞和交換消息。消息是具體的、表面的，而信息是抽象的、本質(zhì)的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量來度量。因而，數(shù)字通信更能適應(yīng)對通信技術(shù)的越來越高的要求。 （ 5） 微電子技術(shù)的發(fā)展，使通信終端的體積越來越小，成本越來越低，范圍越來越廣。話務(wù) 通信業(yè)務(wù)主要是電話服務(wù)為主，程控?cái)?shù)字電話交換網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)就是為普通用戶提供電話通信服務(wù)。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)。在通信系統(tǒng)中，調(diào)制的目的主要有以下幾個(gè)方面： （ 1） 便于信息的傳輸。 2 數(shù)字基帶傳 輸 系統(tǒng) 在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號能夠在信道中傳輸，要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性。 二進(jìn)制 振幅鍵控 (2ASK)原理簡介 幅度鍵控可以通過乘法器和開關(guān)電路來實(shí)現(xiàn)。 由 圖 211 可以看出 ， 2ASK 信號的時(shí)間波形 e2ASK(t)隨二進(jìn)制基帶信號 s(t)通斷變化 ， 所以又稱為通斷鍵控信號(OOK 信號 )。若兩個(gè)載頻之差 |f1 f2|≤fs，則出現(xiàn)單峰。 采用非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種方法的原理圖如圖2 9 所示 。 通常用已調(diào)信號載波的 0176。 二進(jìn)制移相鍵控信號的典型時(shí)間波形如 圖 231 所示 。 過零檢測法原理圖和各點(diǎn)波形 如圖 235 所示 . 圖 232 信號的 調(diào)制 原理圖 圖 233 信號的解調(diào) 原理圖 圖 234 信號相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形 這種現(xiàn)象通常稱為 倒 π現(xiàn)象 。兩種被調(diào)制的載波在發(fā)射時(shí)已被混和。作為調(diào)制信號的輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)流經(jīng)過串 –并變換后變成四路并行數(shù)據(jù)流。在調(diào)制端，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過串 /并變換后分為兩路，分別經(jīng)過 2 電平到 L 電平的變換，形成 Am和 Bm，之后 Am 和 Bm 經(jīng)過調(diào)制低通濾波器，與相互正交的各路載波相乘。 下面 以 4PSK為例進(jìn)行分 析與說明。 表 251 QPSK 信號的編碼 a b n? a b n? 0 0 90? 1 1 270? 0 1 0? 1 0 180? QPSK 的產(chǎn)生方法兩種。 由于 QPSK 信號可以看作是兩個(gè)正交 2PSK 信號的疊加，所以用兩路正交的相干載波去解調(diào)，可以很容易地分離這兩路正交的 2PSK 信號。 表 252 π /4 系統(tǒng)判決器判決準(zhǔn)則 符號相位n? cosn? 的極性 sinn? 的極性 判決器輸出 a b π /4 + + 1 1 3π /4 + 0 1 5π /4 0 0 7π /4 + 1 0 最小移頻鍵控 (MSK) 原理簡介 最小移頻鍵控 (MSK)是移頻鍵控 (FSK)的一種改進(jìn)型。這正是限帶工作情況下所希望有的寶貴特點(diǎn)。實(shí)際上 MSK 屬于連續(xù)相位調(diào)制 (CPM)的一種，在 CPM中 L=1 時(shí)被稱作全響應(yīng)調(diào)制，當(dāng) L 2? 時(shí)被稱作部分響應(yīng)調(diào)制。載波頻率和傳號頻率相差四分之一符號速率，與空號頻率也相差四分之一的符號速率 : bthbtcbch FFFFFFFFF 21。 相對于載波相位來說，由式 ( )可知基帶相位值與時(shí)間 t 之間存在著一定的關(guān)系。而當(dāng)時(shí)間 t 為 bT 的偶數(shù)倍時(shí)，即 t=2k bT ，則 a(t)總是 pi/2 的偶數(shù)倍。MSK 信號的功率譜密度表示式為： 2216)(pi TAfW bc? ? ?22)(41)(2c o s ?????????? ?? ?bcbcTff Tffpi (228) 其中 cA 為載波信號的振幅。由于上述特點(diǎn)以及恒定包絡(luò)特點(diǎn)， MSK 信號在幅度和頻帶受限時(shí)能量損失不大對 qEE性能的影響較小。 2PSK 信號的功率譜密度如圖 221 所示。 （ 4）誤碼率分析 由于在解調(diào)過程中沒有信道和噪聲，所以誤碼率相對較小，一般是由于碼間串?dāng)_或是參數(shù)設(shè)置的問題，由 35圖可以看出此系統(tǒng)的誤碼 率為 。 圖 334 脈沖信號的參數(shù)設(shè)置 脈沖信號是幅度為 2周期為 1占空比為 50%的基于時(shí)間的信號。 3． 5 多相相移鍵控信號 (QPSK)的 Simulink 仿真 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制（ QPSK）也稱多元調(diào)相或多相制。 在兩個(gè)相鄰的頻率跳變的碼元之間，其相位通常是不連續(xù)的。通過仿真，觀察了調(diào)制解調(diào)過程中各環(huán)節(jié)時(shí)域和頻域的波。調(diào)制后的頻譜主瓣窄、旁瓣衰落快，從而滿足 gsm 系統(tǒng) 要求的信道寬度為 200khz 的要求，節(jié)省頻率資源的調(diào)制技術(shù)。如果載波有 2k 個(gè)相位，它可以代表 k 位二進(jìn)制碼元的不同碼組。 3． 4 正交振幅鍵控 (QAM)的 Simulink 仿真 QAM是用兩路獨(dú)立的基帶信號對兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，利用這種已調(diào)信號的頻譜在同一帶寬內(nèi)的正交性，實(shí)現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息的傳輸。 本來信號源 s(t)序列是用隨機(jī)的 0 1 信號產(chǎn)生，在此為了方便仿真就選擇了基于采樣的 Pulse Generator 信號模塊其參數(shù)設(shè)置如下： 圖 324 Pulse Generator 模塊參數(shù)設(shè)置 其中方波是幅度為 1，周期為 3，占 1 比為 1/3 的基于采樣的信號。調(diào)制仿真 （ 1） 建立模型方框圖 2ASK 信號調(diào)制的模型方框圖由 DSP 模塊中的 sinwave 信號源、方波信號源、相乘器等模塊組成， Simulink 模型圖如下所示： 圖 311 2ASK 信號調(diào)制的模型方框圖 其中正玄信是載波信號，方波代表 S（ t）序列的信號塬，正弦波 信號和方波相乘后就得到鍵控 2ASK 信號。 二進(jìn)制振 幅鍵控信號的功率譜密度如 圖 271 所示，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。頻率關(guān)系為 : ? ?141 ?? nTF bt ， ? ?141 ?? nTF bh ， bc TnF 4? ， n 為大于 4 的整數(shù)。當(dāng) t=2kbT 時(shí)， a(t)取值只有 0 或 2pi (以 2pi 為模 )。 A(t)的尾的基帶相位。41 ?????? (227) 從 ( )式可以看出，在一個(gè)碼元周期內(nèi)，其基帶相位總是線性累積 2pi? ，因此碼元終止位與起始相位之差也是 2pi? 。 從 MSK 的表達(dá)式可以得知， MSK 的相位是由兩部分組成的，一部分是載波隨時(shí)間連續(xù)增加的相位 2pift，另外一部分是攜帶信息的附加相位，它與原始數(shù)據(jù)息息相關(guān)，可以被稱為基帶 相位 . 一般移頻鍵控 (2FSK)兩個(gè)信號波形具有以下的相關(guān)系數(shù) : ? ?? ? Tpi FTpi FTF