【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 式為 （29）其中，與2ASK和2FSK時(shí)的不同，在2PSK調(diào)制中，應(yīng)選擇雙極性，即 （210） （211）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P，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)取0176。相位，發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)0時(shí)，取180176。相位。若用表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位，則有=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 （212）則二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的功率譜密度為 （213）整理后可得 （214）式（214）中用到。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的功率譜密度如圖16所示，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。續(xù)譜兩部分組成。離散譜由載波分量確定，連續(xù)譜由基帶信號(hào)波形g(t)確定，二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的帶寬是基帶信號(hào)波形帶寬B的兩倍，即=2B。圖16:二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的功率譜密度 2FSK 信號(hào)的功率譜密度相位不連續(xù)的二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的功率譜密度可以近似表示成兩個(gè)不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)功率譜密度的疊加。 （215）其中 （216） （217）令概率，將二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜密度公式帶入式（217）可得 （218）由式(218)可得，相位不連續(xù)的二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的功率譜由離散譜和連續(xù)譜所組成，其中，離散譜位于兩個(gè)載頻和處；連續(xù)譜由兩個(gè)中心位于和處的雙邊譜疊加形成；若兩個(gè)載波頻差小于，則連續(xù)譜在處出現(xiàn)單峰；若載頻差大于，則連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰。若以二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)功率譜第一個(gè)零點(diǎn)之間的頻率間隔計(jì)算二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的帶寬，則該二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的帶寬為 （219）其中圖17:相位不連續(xù)二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的功率譜示意圖 2PSK 的功率譜密度2PSK與2DPSK信號(hào)有相同的功率譜。由式(29)可知，2PSK信號(hào)可表示為雙極性不歸零二進(jìn)制基帶信號(hào)與正弦載波相乘，則2PSK信號(hào)的功率譜為 （220）代入基帶信號(hào)功率譜密度可得 （221）若二進(jìn)制基帶信號(hào)采用矩形脈沖，且P =1/2時(shí)，則2PSK信號(hào)的功率譜簡(jiǎn)化為 （222）由式（222）和式（223）可以看出，一般情況下二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的功率譜密度由離散譜和連續(xù)譜組成，其結(jié)構(gòu)與二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的功率譜密度相類似，帶寬也是基帶信號(hào)帶寬的兩倍。當(dāng)二進(jìn)制基帶信號(hào)的“1”符號(hào)和“0”符號(hào)出現(xiàn)概率相等時(shí)，則不存在離散譜。2PSK信號(hào)的功率譜密度如圖18所示。圖18:2PSK信號(hào)的功率譜密度3 調(diào)制與解調(diào)仿真 2ASK的調(diào)制與解調(diào)仿真(1) 建立模型方框圖2ASK信號(hào)調(diào)制的模型方框圖由Sourse模塊中的sin wave信號(hào)源、伯努利方波信號(hào)、相乘器等模塊組成，Simulink模型圖如下所示：圖19:2ASK信號(hào)調(diào)制的模型方框圖其中正弦信號(hào)是載波信號(hào)，方波代表S（t）序列的信號(hào)源，正弦信號(hào)和方波相乘后就得到鍵控2ASK信號(hào)。(2) 參數(shù)設(shè)置建立好模型之后就要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，以達(dá)到系統(tǒng)的最佳仿真。從正弦信號(hào)源開(kāi)始依次的仿真參數(shù)設(shè)置如下：圖20:正弦信號(hào)參數(shù)設(shè)置其中sin函數(shù)是幅度為2，頻率為4Hz。圖21:伯努利方波信號(hào)源的參數(shù)設(shè)置伯努利方波信號(hào)是基于采樣的，0 1等概率出現(xiàn)，抽樣時(shí)間是1s。圖22：低通濾波器的參數(shù)設(shè)置低通濾波器的參數(shù)設(shè)置為濾波器的階數(shù)為4，通帶邊緣頻率為20rads/sec。圖23：量化編碼器的參數(shù)設(shè)置量化編碼器的量化分區(qū)為[1，0，0，0]，量化碼書(shū)為[10，0，0，0，10](3) 系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖經(jīng)過(guò)上面參數(shù)的設(shè)置后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真下面是示波器顯示的各點(diǎn)的波形圖：圖24:2ASK調(diào)制各點(diǎn)波形圖由上圖可以看出信息源和載波信號(hào)相乘之后就產(chǎn)生了受幅度控制的2ASK信號(hào)。（第一個(gè)圖是伯努利方波信號(hào)，第二個(gè)圖是正弦信號(hào)即載波，第三個(gè)波形是已調(diào)制的2ASK波形）圖25：2ASK解調(diào)各點(diǎn)波形圖由上圖可以看出第一個(gè)波形圖即是已調(diào)信號(hào)，第二個(gè)波形圖是相干波的波形，第三個(gè)波形則是已調(diào)信號(hào)與相干波相乘后得到的波形，第四個(gè)是通過(guò)低通濾波器得到的波形，第五個(gè)是經(jīng)過(guò)量化編碼器得到的信號(hào)與原信號(hào)一致。 2FSK的調(diào)制與解調(diào)仿真(1) 建立模型方框圖2FSK信號(hào)是由頻率分別為f1和f2的兩個(gè)載波對(duì)信號(hào)源進(jìn)行頻率上的控制而形成的，其中f1和f2是兩個(gè)頻率有明顯差別的且都遠(yuǎn)大于信號(hào)源頻率的載波信號(hào)，2FSK信號(hào)產(chǎn)生的simulink仿真模型圖如下所示：圖26：2FSK信號(hào)的simulink模型方框圖其中sin wave和sin wave2是兩個(gè)頻率分別為f1和f2的載波，Bernoulli BinaryGenerator模塊是信號(hào)源，Relay實(shí)現(xiàn)方波的反相，最后經(jīng)過(guò)相乘器和相加器生成2FSK信號(hào)，各參數(shù)設(shè)置如下：(2) 參數(shù)設(shè)置載波f1的參數(shù)設(shè)置圖27：載波sin wave的參數(shù)設(shè)置其中幅度為2，f1=4Hz,。載波f2的參數(shù)設(shè)置圖28：載波sin wave2的參數(shù)設(shè)置載波是幅度為2，f2=2Hz,。本來(lái)信號(hào)源s(t)序列是用隨機(jī)的0 1信號(hào)產(chǎn)生，在此為了方便仿真就選擇了基于采樣的Bernoulli BinaryGenerator信號(hào)模塊其參數(shù)設(shè)置如下：圖29：Bernoulli BinaryGenerator信號(hào)模塊參數(shù)設(shè)置伯努利方波信號(hào)是基于采樣的，0 1等概率出現(xiàn)，抽樣時(shí)間是1s。Bernoulli BinaryGenerator1和Bernoulli BinaryGenerator的參數(shù)設(shè)置一致。圖30：允許頻率為f1通過(guò)的濾波器參數(shù)設(shè)置其中允許通過(guò)的頻率范圍為3Hz到5Hz。圖31：頻率為f1的低通濾波器的參數(shù)設(shè)置低通濾波器的參數(shù)設(shè)置為濾波器的階數(shù)為2，通帶邊緣頻率為8rads/sec。圖32：量化編碼器的參數(shù)設(shè)置量化編碼器的量化分區(qū)為[1，0，0，0]，量化碼書(shū)為[10，0，0，0，10]圖33：允許頻率為f2通過(guò)的濾波器參數(shù)設(shè)置其中允許通過(guò)的頻率范圍為1Hz到3Hz。圖34：頻率為f2的低通濾波器的參數(shù)設(shè)置低通濾波器的參數(shù)設(shè)置為濾波器的階數(shù)為2，通帶邊緣頻率為6rads/sec。圖35：量化編碼器的參數(shù)設(shè)置量化編碼器的量化分區(qū)為[4，0，0，0]，量化碼書(shū)為[10，0，0，0，10](3) 系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖經(jīng)過(guò)以上參數(shù)的設(shè)置后就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，其各點(diǎn)的時(shí)間波形如下： 圖36：2FSK信號(hào)調(diào)制各點(diǎn)的時(shí)間波形由上圖可以看出經(jīng)過(guò)f1和f2兩個(gè)載波的調(diào)制，2FSK信號(hào)有明顯的頻率上的差別。(第一個(gè)波形圖是脈沖波產(chǎn)生的波形，第二個(gè)波形是f1產(chǎn)生的2ASK波形，第三個(gè)波形是f2產(chǎn)生的2ASK波形，第四個(gè)波形是調(diào)制好了的2FSK波形)圖37：2FSK解調(diào)出來(lái)頻率為f1各點(diǎn)的波形由上圖可以看出第一個(gè)波形圖是經(jīng)過(guò)允許頻率為f1通過(guò)的濾波器得到的波形，第二個(gè)波形是相干波，第三個(gè)波形是經(jīng)過(guò)濾波器之后與相干波相乘得到的波形，第四個(gè)波形是通過(guò)低通濾波得到的波形，第五個(gè)波形則是通過(guò)量化編碼器得到的信號(hào)與原信號(hào)一致。圖38：2FSK解調(diào)出來(lái)頻率為f2各點(diǎn)的波形由上圖可以看出第一個(gè)波形是經(jīng)過(guò)允許頻率為f2通過(guò)的濾波器得到的波形，第二個(gè)波形是相干波，第三個(gè)波形是經(jīng)過(guò)濾波器之后與相干波相乘得到的波形，第四個(gè)波形是通過(guò)低通濾波得到的波形，第五個(gè)波形則是通過(guò)量化編碼器得到的信號(hào)與原信號(hào)一致。 2PSK的調(diào)制與解調(diào)仿真(1) 建立模型方框圖在二進(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)。在此用已調(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用兩個(gè)反相的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其方框圖如下：圖39：2PSK信號(hào)調(diào)制的simulink的模型圖其中Sin wave和Sin wave2是反相的載波，正弦脈沖作為信號(hào)源，各個(gè)參數(shù)設(shè)置如下：(2) 參數(shù)設(shè)置 圖40： Sin wave信號(hào)參數(shù)設(shè)置圖41： Sin wave2信號(hào)的參數(shù)設(shè)置由上面兩個(gè)圖可以看出兩個(gè)載波是幅度為2，頻率為4Hz。圖42：Bernoulli BinaryGenerator信號(hào)模塊參數(shù)設(shè)置伯努利方波信號(hào)是基于采樣的，0 1等概率出現(xiàn)，抽樣時(shí)間是1s。Bernoulli BinaryGenerator1和Bernoulli BinaryGenerator的參數(shù)設(shè)置一致。圖43：低通濾波器參數(shù)設(shè)置低通濾波器的參數(shù)設(shè)置為濾波器的階數(shù)為8，通帶邊緣頻率為30rads/sec。圖44：量化編碼器的參數(shù)設(shè)置量化編碼器的量化分區(qū)為[1，0，0，0]，量化碼書(shū)為[10，0，0，0，10](3) 系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖參數(shù)設(shè)置完之后可以得到調(diào)制的波形如下圖。圖45：2PSK調(diào)制的各點(diǎn)時(shí)間波形從上圖可以看出兩個(gè)波形的相位不同，有明顯的差別。（第一個(gè)波形是由脈沖波產(chǎn)生的0 1信號(hào)，第二個(gè)波形則是由sine wave產(chǎn)生的載波，第三個(gè)波形是sine wave2產(chǎn)生的載波，可以看出兩個(gè)載波在相位上有明顯的不同，第四個(gè)波形則是sine wave產(chǎn)生的載波與脈沖信號(hào)相乘得到的波形，第五個(gè)波形是sine wave2產(chǎn)生的載波與脈沖信號(hào)相乘得到的波形，第六個(gè)波形是已經(jīng)調(diào)制好的2PSK信號(hào)）圖46：2PSK解調(diào)各點(diǎn)的波形圖由上圖可以看出第一個(gè)是已調(diào)信號(hào)，第二個(gè)波形是相干波形，第三個(gè)是已調(diào)信號(hào)與相干波相乘后得到的波形，第四個(gè)波形則是通過(guò)低通濾波器后得到的波形，第五個(gè)是通過(guò)量化編碼器得到的波形，與原信號(hào)的波形一致。 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較 帶寬比較碼元寬度為、速率為時(shí)，以頻譜包絡(luò)第一零點(diǎn)計(jì)算帶寬 (31) （32） （33）因此，從頻帶寬度或頻帶利用率上看FSK系統(tǒng)最不可取。 對(duì)信道特性變化的敏感性比較在2FSK系統(tǒng)中，判決器是根據(jù)上下兩個(gè)支路解調(diào)輸出樣值的大小來(lái)作出判決，不需要人為地設(shè)置判決門限，因而對(duì)信道的變化不敏感。在2PSK系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)送符號(hào)概率相等時(shí)，判決器的最佳判決門限為零，與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度無(wú)關(guān)。因此，判決門限不隨信道特性的變化而變化，接收機(jī)總能保持工作在最佳判決門限狀態(tài)。對(duì)于2ASK系統(tǒng)，判決器的最佳判決門限為a/2(當(dāng)P(1)=P(0)時(shí))，它與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度有關(guān)。當(dāng)信道特性發(fā)生變化時(shí)，接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度將隨著發(fā)生變化，從而導(dǎo)致最佳判決門限也將隨之而變。這時(shí)，接收機(jī)不容易保持在最佳判決門限狀態(tài)。因此，2ASK對(duì)信道特性變化敏感，性能最差。 誤碼率比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式有2ASK、2FSK、2PSK及2DPSK，每種數(shù)字調(diào)制方式又有相干解調(diào)方式和非相干解調(diào)方式。表1列出了各種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率與輸入信噪比r的數(shù)學(xué)關(guān)系。調(diào)制方式誤碼率相干調(diào)節(jié)非相干調(diào)節(jié)2ASK2FSK2PSK表1：誤碼率公式由表1可以看出，從橫向來(lái)比較，對(duì)同一種數(shù)字調(diào)制信號(hào)，采用相干解調(diào)方式的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式的誤碼率。從縱向來(lái)比較，在誤碼率一定的情況下，2PSK、2FSK、2ASK系統(tǒng)所需要的信噪比關(guān)系為