【文章內容簡介】 故相鄰碼元的相位不一定是連續(xù)的。 2FSK 信號的接受也分為相干和非相干接受兩類。最常用的解調方法是采用的相干檢測法， 相干檢測的具體解調電路是同步檢波器，原理方框圖如圖 26所示。圖中兩個帶通濾波器的作用同于包絡檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù)字信 息的低頻信號，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值 V0（ t）和 V1(t)進行比較判決（判決規(guī)則同于包絡檢波法），即可還原出基帶數(shù)字信號。 2ASK、 2FSK 信號的功率譜密度分析 2ASK 信號的功率譜密度 A(t) s(t) 頻率源 0 頻率源 1 f0 f1 開 關電路 圖 25 調頻器 s(t) A(t) 圖 24 帶通濾波 f0 帶通濾波 f1 相乘 相乘 低通濾波 低通濾波 抽樣判決 輸入 輸出 Vo(t) V1(t) cos 0? (t) cos 1? (t) y0 (t) y1 (t) 定時脈沖 圖 26 2FSK信號的相干接收原理方框圖 若二進制基帶信號 s(t)的功率譜密度 Ps( f ) 為 則二進制振幅鍵控信號的功率譜密度為 整理后可得 式中用到 1,2P? 1s sf T?。 二進制振幅鍵控信號的功率譜密度如圖 27 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)譜由基帶信號波形 g(t)確定，二進制振幅鍵控信號的帶寬 B2AS 是基帶信號波形帶寬 B 的兩倍 ,即B2ASK=2B 圖 27 二進制振幅鍵控信號的功率譜密度 2FSK 信號的功率譜密度 相位不連續(xù)的二進制移頻鍵控信號的功率譜密度可以近似表示成兩個同載波的二進制振幅鍵控信號功率譜密度的疊加。 令概率 12P? ，將二進制數(shù)字基帶信號的功率譜密度公式帶入式（ 2119）可得 由上式可得，相位不連續(xù)的二進制移頻鍵控信號的功率譜由離散譜和連續(xù)譜所組成，其中，離散譜位于兩個載頻 f1 和 f2 處；連續(xù)譜由兩個中心位于 f1 和 f2 處的雙邊譜疊加形成；若兩個載波頻差小于 fs ，則連續(xù)譜在 fc 處出現(xiàn)單峰；若載頻差大于 fs ，則連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰。若以二進制移頻鍵控信號功率譜第一個 零點之間的頻率間隔計算二進制移頻鍵控信號的帶寬，則該二進制移頻鍵控信號的帶寬 B2FSK 為 其中 fs=1/Ts 圖 28 相位不連續(xù)二進制頻移鍵控信號的功率譜示意圖 2PSK 的基本原理及其調制解調 在相移鍵控中，載波相位受數(shù)字基帶信號的控制，如在二進制基帶信號中為0 時，載波相位為 0 或 π ，為 1 時載波相位為 π 或 0。載波相位和基帶信號有一一對應的關系，從而達到調制的目的。 2PSK 信號的功率密度有如下特點： (1) 由連續(xù)譜與離散譜兩部分組成； (2) 帶寬是絕對脈沖序列的二倍； (3) 與 2ASK 功率譜的區(qū)別是當 P＝ 1/2 時， 2PSK 無離散譜，而 2ASK 存在離散譜。 2PSK 信號的產(chǎn)生方法主要也是兩種。第一種是相乘法，用二進制不歸零矩形脈沖信號與載波相乘，得到相位反相的兩種碼元，如圖 27；第二種方法叫選擇法，是用此基帶信號控制一個開關電路，以選擇輸入信號，開關電路的輸入信號是相位相差 ? 的同頻載波，如圖 28。 由于 2PSK 信號實際上是以一個固定初相的末調載波為參考的，因此，解調時必須有與此同頻同相的同步載波。如果同步載波的相位發(fā)生變化，如 0相位變?yōu)?相位或 相位變?yōu)?0 相位，則恢復的數(shù)字信息就會發(fā)生 “0” 變 “1” 或“1” 變 “0” ，從而造成錯誤的恢復。這種因為本地參考載波倒相，而在接收端發(fā)生錯誤恢復的現(xiàn)象稱為 “ 倒 ” 現(xiàn)象或 “ 反向工作 ” 現(xiàn)象。絕對移相的主要缺點是容易產(chǎn)生相位模糊，造成反向工作。 2PSK 信號的解調方法是相干接受 法。由于 PSK 信號本身就是利用相位傳遞信息的，所以在接收端必須利用信號的相位信息來解調信號，如圖 29 所示。 A(t)3 s(t) 載波 移相 ? 圖 28 相乘 s(t) A(t) 圖 27 本地載波 2DPSK 的基本原理 二進制差分相移鍵控 (2DPSK)二進制差分相移鍵控常簡稱為二相相對調相，記作 2DPSK。它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數(shù)字信息。所謂相對載波相位是指本碼元初相與前一碼元初相之差。 與 2PSK的波形不同， 2DPSK波形的同一相位并不對應相同的數(shù)字信息符號，而前后碼元的相對相位才唯一確定信息符號。這說明解調 2DPSK信號時，并不依賴于某一固定的載波相位參考值，只要前后碼元的相對相位關系不破壞，則鑒別這個相位關系就可正確恢復數(shù)字信息。這就避免了 2PSK方式中的 “ 倒 π” 現(xiàn)象發(fā)生。 單從波形上看， 2DPSK與 2PSK是無法分辯的，一方面，只有已知移相鍵控方式是絕對的還是相對的，才能正確判定原信息；另一方面，相對移相信號可以看作是把數(shù)字信息序列（絕對碼）變換成相對碼，然后再根據(jù)相對碼進行絕對移相而形成。 這就為 2DPSK信號的調制與解調指出了一種借助絕對移相途徑實現(xiàn)的方法 。 2DPSK信號的解調有兩種解調方式，一種是差分相干解 調，另一種是相干解調 碼變換法。后者又稱為極性比較－碼變換法。 多進制數(shù)字調制簡介 帶通濾波 相乘 低通濾波 抽樣判決 本地載波 提取 V(t) 圖 29 2PSK 信號相干接收原理方框圖 上面所討論的都是在二進制數(shù)字基帶信號的情況，在實際應用中，我們常常用一種稱為多進制（如 4 進制， 8 進制， 16 進制等）的基帶信號。 所謂多進制數(shù)字調制，就是利用多進制數(shù)字基帶信號去調制高頻載波的某個參量，如幅度、頻率或相位的過程。根據(jù)被調參量的不同，多進制數(shù)字調制可分為多進制幅度鍵控（ MASK）、多進制頻移鍵控（ MFSK）以及多進制相移鍵控（ MPSK 或 MDPSK）。也可以把載波的兩個參量組合起來進行調制，如把幅度和 相位組合起來得到多進制幅相鍵控（ MAPK）或它的特殊形式多進制正交幅度調制（ MQAM）等。 由于多進制數(shù)字已調信號的被調參數(shù)在一個碼元間隔內有多個取值，因此，與二進制數(shù)字調制相比，多進制數(shù)字調制有以下幾個特點： （ 1）在碼元速率（傳碼率）相同條件下，可以提高信息速率（傳信率），使系統(tǒng)頻帶利用率增大。碼元速率相同時， M進制數(shù)傳系統(tǒng)的信息速率是二進制的 log2M 倍。在實際應用中，通常取 M=2k， k為大于 1的正整數(shù)。 （ 2）在信息速率相同條件下，可以降低碼元速率，以提高傳輸?shù)目煽啃?。信息速率相同時， M 進制的碼元寬 度是二進制的 log2M 倍，這樣可以增加每個碼元的能量，并能減小碼間串擾影響等。 正是基于這些特點，使多進制數(shù)字調制方式得到了廣泛的使用。不過，獲得以上幾點好處所付出的代價是，信號功率需求增加和實現(xiàn)復雜度加大。 第三章 數(shù)字調制的仿真及結果分析 在第二章中已經(jīng)對數(shù)字調制的各種方式的原理和過程進行了詳細介紹，本章主要對用 MATLAB 仿真軟件對 2ASK 和 2FSK 的仿真，并對仿真結果進行分析。 MATLAB 提供的圖形界面仿真工具 Simulink 由一系列模型庫組成 ,包括Sources(信源模塊 )， Sinks(顯示模塊 )， Discrete(離散系統(tǒng)模塊 )， Linear(線性環(huán)節(jié) )， Nonlinear( 非 線性環(huán)節(jié) )， Connections( 連接 ),Blocksets amp。 Toolboxes(其他環(huán)節(jié) )。特別是在 Blocksets amp。 Toolboxes 中還提供了用于通信系統(tǒng)分析設計和仿真的專業(yè)化模型庫 CommTbxLibrary。在這里，整個通信系統(tǒng)的流程被概括為：信號的產(chǎn)生與輸出、編碼與解碼、調制與解 調、濾波器以及傳輸介質的模型。在每個設計模塊中還包含有大量的子模塊，它們基本上覆蓋了目前通信系統(tǒng)中所應用到的各種模塊模型。通信系統(tǒng)一般都可以建立數(shù)學模型。根據(jù)所需仿真的通信系統(tǒng)的數(shù)學模型 (或數(shù)學表達式 )，用戶只要從上述各個模型庫中找出所需的模塊 ,用鼠標器拖到模型窗口中組合在一起 ,并設定好各個模塊參數(shù) , 就可方便地進行動態(tài)仿真 .從輸出模塊可實時看到仿真結果 ,如時域波形圖、頻譜圖等。每次仿真結束后還可以更改各參數(shù) ,以便觀察仿真結果的變化情況。另外，對 Simulink 中沒有的模塊，可運用 S函數(shù)生成所需的子模塊，并 且可以封裝和自定義模塊庫，以便隨時調用。 2ASK 的調制與解調仿真 2ASK 的 調制仿真 （ 1） 建立模型方框圖 2ASK信號調制的模型方框圖由 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 31 2ASK信號調制的模型方框圖 其中正弦 信是載波信號，方波代表 S（ t）序列的信號塬， 正弦 信號和方波相乘后就得到鍵控 2ASK 信號。 （ 2） 參數(shù)設置 建立好模型之后就要設置系統(tǒng)參數(shù)，以達到系統(tǒng)的最佳仿真。 設置其載波為幅度 為 2 頻率為 20Hz 采樣周期為 的雙精度 DSP 信號。數(shù)字方波信號是基于采樣的，其幅度設置為 2，周期為 3，占 1比為 2/3。其設置參數(shù)如下圖所示： 圖 32 正 弦 信號參數(shù)設置 圖 33 方波信號源的參數(shù)設置 （ 3） 系統(tǒng)仿真及各點波形圖 經(jīng)過上面參數(shù)的設置后， 點擊運行按鈕 就可以進行系統(tǒng)的仿真 ， 下面是示波器顯示的各點的波形圖： 圖 34 各點的時間波形圖 由上圖可以看出信息源和載波信號相乘之后就產(chǎn)生了受幅度控制的 2ASK 信號。 2ASK 的 解調仿真 2ASK 的解調 分為相干解調和非相干解調法，下面采用相干解調法對 2ASK 信號進行解調 (1) 建立 simulink 模型方框圖 相干解調也叫同步解調，就是用已調信號恢復出載波 —— 既同步載波。再用載波和已調信號相乘，經(jīng)過低通濾波器和抽樣判決器恢復出 S(t)信號，simulink 模型圖如下： 圖 35 2ASK相干解調的 simulink模型方框圖 （ 2） 參數(shù)設置 建立好模型之后，開始設置各點的參數(shù)，由于低通濾波器是濾去高頻的載波，才能恢復出原始信號，所以為了使已調信號的頻譜有明顯的搬移，就要使載波和信息源的頻率有明顯的 差別，所以載波的頻率設置為 源信號，所以在此直接使用原載波信號作為同步載