【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 般模型如圖 1 所示。 ? ? ? ?信 息 源 發(fā) 送 設(shè) 備 信 道 接 收 設(shè) 備 受 信 者 噪 聲 源 圖 1:通信系統(tǒng)一般模型 通信系統(tǒng)可分為數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖 2 所示。 ? ? ? ? ? ? ? ?信 數(shù) 信信 數(shù) 信信 源 道 字 受道 源字 信息 編 編 調(diào) 解 譯 譯 信源 碼 碼 調(diào) 碼 碼 者制 道器 器 器 器 器器 噪 聲 源 圖 2:數(shù)字通信系統(tǒng)模型 模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖 3 所示。 ? ? ? ?信 息 源 調(diào) 制 器 信 道 解 調(diào) 器 受 信 者 噪 聲 源 圖 3:模擬通信系統(tǒng)模型 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 5 數(shù)字通信系統(tǒng)較模擬通信系統(tǒng)而言，具有抗干擾能力強(qiáng)、便于加密、易于實(shí)現(xiàn)集成化、便于與計(jì)算機(jī)連接等優(yōu)點(diǎn)。因而，數(shù)字通信更能適應(yīng)對(duì)通信技術(shù)的越來(lái)越高的要求。近二十年來(lái)，數(shù)字通信發(fā)展十分迅速，在整個(gè)通信領(lǐng)域中所占比重日益增長(zhǎng)，在大多數(shù)通信系統(tǒng)中已代替模擬通信，成為當(dāng)代通信系統(tǒng)的主流。 通信的發(fā)展史 簡(jiǎn)介 遠(yuǎn)古時(shí)代，遠(yuǎn)距離的傳遞消息是以書信的形式來(lái)完成的，這種通信方式明顯具有傳遞時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。為了在盡量短的時(shí)間內(nèi)傳遞盡量多的消息，人們不斷地嘗試所能找到的各種最新技術(shù)手段。 1837 年發(fā)明的莫爾斯電磁式電報(bào)機(jī)標(biāo)志著電通信的開始，之后利用電進(jìn)行通信的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 1866 年利用海底電纜實(shí)現(xiàn)了跨大西洋的越洋電報(bào)通信。1876 年貝爾發(fā)明了電話，利用電信號(hào)實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音信號(hào)的有線傳遞，使信息的傳遞變的既迅速又準(zhǔn)確，這標(biāo)志著模擬通信的開始，由于它比電報(bào)更便于交流使用，所以直到 20 世紀(jì)前半葉這種采用模擬技術(shù)的電話通 信技術(shù)比電報(bào)的到了更為迅速和廣泛的發(fā)展。 1937 年瑞威斯發(fā)明的脈沖編碼調(diào)制標(biāo)志數(shù)字通信的開始。 20 世紀(jì) 60 年代以后集成電路、電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使得數(shù)字通信迅速發(fā)展。在 70 年代末在全球發(fā)展起來(lái)的模擬移動(dòng)電話在 90 年代中期被數(shù)字移動(dòng)電話所代替，現(xiàn)有的模擬電視也正在被數(shù)字電視所代替。數(shù)字通信的高速率和大容量等各方面的優(yōu)越性也使人們看到了它的發(fā)展前途。 通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 進(jìn)入 20 世紀(jì)以來(lái)，隨著晶體管、集成電路的出現(xiàn)與普及、無(wú)線通信迅速發(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(wèn)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。 （ 1）微波中繼通信使長(zhǎng)距離、大容量的通信成為了現(xiàn)實(shí)。 （ 2）移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信的出現(xiàn)，使人們隨時(shí)隨地可通信的愿望可以實(shí)現(xiàn)。 （ 3）光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)更是將通信容量提高到了以前無(wú)法想象的地步。 （ 4）電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)將通信技術(shù)推上了更高的層次，借助現(xiàn)代電信網(wǎng)和計(jì)算機(jī)的融合，人們將世界變成了地球村。 （ 5）微電子技術(shù)的發(fā)展，使通信終端的體積越來(lái)越小，成本越來(lái)越低，范圍越來(lái)越廣。例如， 2021 年我國(guó)的移動(dòng)電話用戶首次超過(guò)了固 定電話用戶。根據(jù)國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，到 2021 年底移動(dòng)電話用戶近 4 億。 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。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)通信的要求越來(lái)越高，各種技術(shù)會(huì)不斷地應(yīng)用于通信領(lǐng)域，各種新的通信業(yè)務(wù)將被不斷地開發(fā)出來(lái)。到那個(gè)時(shí)候人們的生活將越來(lái)越離不開通信。 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 6 2 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng) 二進(jìn)制 振幅 鍵控 (2ASK) 振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制。當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控。設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)序列由 0， 1 序列 組成，發(fā)送 0 符號(hào)的概率為 P，發(fā)送 1 符號(hào)的概率為 1P，且相互獨(dú)立。該二進(jìn)制符號(hào)序列可表示為 ? ??n sn nTtgats )()( （ 21） 其中 : ??? ?? PPa n 11 ,0，發(fā)送概率為 發(fā)送概率為 （ 22） Ts 是二進(jìn)制基帶信號(hào)時(shí)間間隔， g(t)是持續(xù)時(shí)間為 Ts 的矩形脈沖： ? ? ??? ??? t0 t01tg s，其他， T （ 23） 則二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)可表示為 ? ? ? ?? ?? a csntA S K tnTtgae ?c os2 （ 24） 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波型如圖 4 所示。由圖 4 可以看出， 2ASK 信號(hào)的時(shí)間波形)(2 teASK 隨二進(jìn)制基帶信號(hào) s(t)通斷變化，所以又稱為通斷鍵控 信號(hào) (OOK 信號(hào) )。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法如圖 5 所示，圖 (a)是采用模擬相乘的方法實(shí)現(xiàn)，圖 (b)是采用數(shù)字鍵控的方法實(shí)現(xiàn)。 由圖 4 可以看出， 2ASK 信號(hào)與模擬調(diào)制中的 AM信號(hào)類似。所以，對(duì) 2ASK 信號(hào)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(cè)法 )，其相應(yīng)原理方框圖如圖 6 所示。 2ASK 信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形如圖 7 所示。 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 7 圖 4:二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波型圖 圖 5:二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)調(diào)制器原理框圖 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 8 圖 6:二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)解調(diào)器原理框圖圖 7:2ASK 信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 9 二進(jìn)制移頻鍵控 (2FSK) 在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，若正弦載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在 1f 和 2f 兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化，則產(chǎn)生二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào) (2FSK 信號(hào) )。二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)間波形如圖 8 所示，圖中波形 g 可分解為波形 e 和波形 f，即二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的疊加。若二進(jìn)制基帶信號(hào)的 1 符號(hào)對(duì)應(yīng)于載波頻率 1f ， 0 符號(hào)對(duì)應(yīng)于載波頻率 2f ，則二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 ? ? ? ? ? ? )c os ()(c os212 nn bnnn snF SK K tnTtgatnTtgate ???? ??????? ????????? ?? ??? （ 25） 式中 ??? ?? PPa n 11 ,0，發(fā)送概率為 發(fā)送概率為 （ 26） ??? ?? P P，發(fā)送概率為，發(fā)送概率為1 10b n （ 27） 圖 8:二進(jìn)制移頻鍵控信 號(hào)的時(shí)間波形 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 10 由圖 8 可看出， nb 是 na 的反碼，即若 na =1，則 nb =0，若 na =0，則 nb =1，于是 nb =na ，n? 和 n? 分別代表第 n 個(gè)信號(hào)碼元的初始相位。在二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)中， n? 和 n? 不攜帶信息，通?？闪?n? 和 n? 為零。因此，二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式可簡(jiǎn)化為 tnTtgbtnTtgaten snn snF SK 212 c os)(c os)()( ?? ?????? ???????? ?? ?? （ 28） 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的產(chǎn)生，可以采用模擬調(diào)頻電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可 以采用數(shù)字鍵控的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖 9 是數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的原理圖，圖中兩個(gè)振蕩器的輸出載波受輸入的二進(jìn)制基帶信號(hào)控制，在一個(gè)碼元 Ts 期間輸出 1f 或 2f 兩個(gè)載波之一。 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的解調(diào)方法很多，有模擬鑒頻法和數(shù)字檢測(cè)法，有非相干解調(diào)方法也有相干解調(diào)方法。采用非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種方法的原理圖如圖 10 所示，其解調(diào)原理是將二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)分解為上下兩路二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)，分別進(jìn)行解調(diào)，通過(guò)對(duì)上下兩路的抽樣值進(jìn)行比 較最終判決出輸出信號(hào)。非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形如圖 11 所示。 圖 9:數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的原理圖 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 11 (a)非相干解調(diào) (b)相干解調(diào) 圖 10:二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)解調(diào)器原理圖 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 12 圖 11:2FSK 非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形 二進(jìn)制移相鍵控 (2PSK) 在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控 (2PSK)信號(hào)。通常用已調(diào)信號(hào)載波的 0176。 和 180176。 分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的 1 和 0。二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 tnTtgte csP S K ?c o s)]([)(2 ?? （ 29） 其中， na 與 2ASK 和 2FSK 時(shí)的不同，在 2PSK 調(diào)制中， na 應(yīng)選擇雙極性，即 ??? ?? PPan 11 ,0，發(fā)送概率為 發(fā)送概率為 （ 210） ??? ?? P P，發(fā)送概率為，發(fā)送概率為1 10b n （ 211） 若 g(t)是脈寬為 Ts，高度為 1 的矩形脈沖時(shí)，則有 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 13 tte cPSK ?co s)(2 ? ，發(fā)送概率為 P tte cPSK ?co s)(2 ?? ，發(fā)送概率為 1P 由式 (211)可看出，當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào) 1 時(shí)，已調(diào)信號(hào) )(2 tePSK 取 0176。 相位，發(fā)送二進(jìn)制符號(hào) 0 時(shí)， )(2 tePSK 取 180176。 相位。若用 n? 表示第 n 個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位，則有 n? =0176。 ，發(fā)送 1 符號(hào) 180176。，發(fā)送 0 符號(hào)，種以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制絕對(duì)移相方式。二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的典型時(shí)間波形如圖 12 所示。 圖 12:二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)間波形 二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的調(diào)制原理圖如圖 13 所示。其中圖 (a)是采用模擬調(diào)制的方法產(chǎn)生 2PSK 信號(hào)，圖 (b)是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生 2PSK 信號(hào)。 2PSK 信號(hào)的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào)， 解調(diào)器原理圖如圖 14 所示。在相干解調(diào)過(guò)程中需要用到與接收的 2PSK 信號(hào)同頻同相的相干載波。 2PSK 信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形如圖 15 所示，當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生 180176。 倒相時(shí)，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。 圖 13:2PSK 信號(hào)的調(diào)制原理圖 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 14 圖 14:2PSK 信號(hào)的解調(diào)原理圖 圖 15:2PSK 信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形 二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的功率譜密度 2ASK 信號(hào)的功率譜密度 若二進(jìn)制基帶信號(hào) s(t)的功率譜密度 Ps(f)為 )21()(41)(4)()()1()()1()(222???????? ?????PffTSaTmffmfGPffGPPffPssmsssss設(shè)??? （ 212） 則二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的功率譜密度 )(2 fPASK 為 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 15