【正文】 學(xué)士學(xué)位論文 4 低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸。振幅調(diào)制信號一個重要的參數(shù)是調(diào)幅度 m ，調(diào)幅度 m 的定義為 ? ?? ? ? ?? ?? ?? ? ? ?? ?m inm a xm inm a x tAtA tAtAm ??? () m =1 稱為滿調(diào)幅，此時 ?? 0max Atm ? 。本設(shè)計(jì)采用的是相干解調(diào)方法。用低通濾波器來取出 mf分量，就可以恢復(fù)原調(diào)制信號，即實(shí)現(xiàn)了解調(diào)。 tfA mm ?2sin 可以看成是 tfA mm ?2cos相移 π/2，而幅度大小不變。這兩種調(diào)制方法有緊密聯(lián)系，其中一個性質(zhì)可以從另一個性質(zhì)中推到出來。 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 () 可見， FM 波經(jīng)微分后變成了調(diào)幅調(diào)頻 信號，其幅值為 ? ? ? ?tmKtA fc ?? ? () 經(jīng)包絡(luò)檢波并隔除支流分量后，鑒頻器輸出： ? ? ? ?tmKKtm fdo ? () 式中： dK 為檢頻器靈敏度（ V/(rad/s)）。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)。一個 2ASK 信號可以表示成： ? ? ? ? ttste cASK ?c os2 ? () 其中，二進(jìn)制信號 s(t)是隨機(jī)的單極性矩形脈沖序列。 ? ?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(diào)原理圖 功率譜密度 根據(jù) 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(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]。 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。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。 與 AM 信號的解調(diào)方法一樣。因此數(shù)字調(diào)制的技術(shù)有兩種方法。 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。也就是說，已調(diào)信號頻譜與基帶信號頻譜之間存在著非線性變換關(guān)系。為此，在工程中往往采用多級調(diào)制濾波的方法 [11]。同步檢波仍由乘法器實(shí)現(xiàn)，其原理見圖。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)大部分信號功率，有信息的兩個邊帶占有的功率較小。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。這樣的信號就稱為數(shù)字信號。因而，這種通信系統(tǒng)可由圖 中模型加以概括。 所以，通信信號模擬系統(tǒng)具有很高的實(shí)用價值和戰(zhàn)略意義 [2]。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)。 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)了一個通信平臺，能模擬 九 種調(diào)制信號的產(chǎn)生，傳輸以及解調(diào)接收，實(shí)現(xiàn)了在平臺上進(jìn)行參數(shù)輸入和圖形輸出的交互功能。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重要方向。 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，使通信信號的仿真可以做到交互性好，直觀，精確。離散消息是指消息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散型的。因此，原始電信號又稱為基帶信號，而已調(diào)信號則常稱為頻帶信號。 AM 信號在 1Ω 電阻上的平均功率應(yīng)等于 ??tsAM 的均方值。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。這是因?yàn)椴捎孟喔山庹{(diào)，使輸入噪聲中的一個正交分量被消除的緣故 [10]。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。其原理框圖如圖 所示。 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。 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。 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(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。因此， 2PSK 信號的時域表達(dá)式為 ? ? ? ?ncP SK tAte ?? ?? co s2 () 其中， n? 表示第 n 個符號的絕對相位： ???? ”時發(fā)送“ ”時發(fā)送“ 1, 0,0?? n () 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 因此，式 ()可以改寫為 ? ? ??? ?? PtA PtAteccP SK 1,c o s ,c o s2 概率為概率為?? () 由于表示信號的兩種碼元的波形相同，極性相反，故 2PSK 信號一般可以表述為一個雙極性全占空矩形脈沖序列與一個正弦波 的相乘。這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制絕對相移方式。 由此可見， 2ASK 信號的傳輸帶寬是碼元速率的 2 倍 [22][23]。一種常用的也是最簡單的二進(jìn)制振幅鍵控方 式稱為通 斷鍵控，其表達(dá)式為 ? ????? 時”發(fā)送“，以概率 ”時發(fā)送“以概率 00 1,c o s PPtAte cook ? () 可見，載波在二進(jìn)制基帶信號 s(t)控制下通 斷變化，所以這種鍵控又稱為通 斷鍵控。為了使數(shù)字信號在帶通信道中傳輸，必須使用數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號與信道的特性相匹配。 積 分 器 π / 2m ( t )載 波 c o s ωctsN B F M( t )圖 2 9 窄帶調(diào)頻（ NBFM）信號產(chǎn)生框圖 窄帶調(diào)頻一般都要再用倍頻來得到寬帶調(diào)頻信號。如果只是調(diào)制方式不一樣的話，DSB 調(diào)制方式后的發(fā)射功率為 SSB 的兩倍。我們把這種方法稱為濾波法，它是最 簡單也是最常用的方法?？梢詫⑵丈蜿柪砉ご髮W(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 通調(diào)幅信號放大后限幅，使其成為等 幅 方波信號，然后用帶通濾波器取出它的基頻，就是同步信號了。因此 ? ? scAM PPtmAP ???? 22 220 () 式中 cP — 不帶信息的載波功率 ， 220APc ?； sP — 信號平均功率。但是主要還是上述兩 種變換和反變換，其余過程被認(rèn)為都是足夠理想的。而連續(xù)消息則是某狀態(tài)連續(xù)變化的消息。本題中仿真平臺可實(shí)現(xiàn) 基本模擬信號和數(shù)字信號的產(chǎn)生和解調(diào)。二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控是一種古老的調(diào)制方式，也是各種數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。 demodulation 。 GUI 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目 錄 1 緒 論 .................................................................................................................................... 1 2 模擬通信系統(tǒng)基礎(chǔ)理論 ...................................................................................................... 3 模擬通信系統(tǒng)概述 .................................................................................................... 3 模擬通信系統(tǒng)中的線性調(diào)制 .................................................................................... 4 普通幅度調(diào)制（ AM） .................................................................................... 4 雙邊帶幅度調(diào)制（ DSB） .............................................................................. 8 單邊帶調(diào)制（ SSB） ..................................................................................... 10 模擬通信系統(tǒng)中的非線性調(diào)制 .............................................................................. 13 頻率調(diào)制（ FM） .......................................................................................... 13 相位調(diào)制（ PM） ................................................................................