【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 故相鄰碼元的相位不一定是連續(xù)的。 2FSK 信號(hào)的接受也分為相干和非相干接受兩類。最常用的解調(diào)方法是采用的相干檢測(cè)法， 相干檢測(cè)的具體解調(diào)電路是同步檢波器，原理方框圖如圖 26所示。圖中兩個(gè)帶通濾波器的作用同于包絡(luò)檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應(yīng)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(hào)，取出含基帶數(shù)字信 息的低頻信號(hào)，抽樣判決器在抽樣脈沖到來(lái)時(shí)對(duì)兩個(gè)低頻信號(hào)的抽樣值 V0（ t）和 V1(t)進(jìn)行比較判決（判決規(guī)則同于包絡(luò)檢波法），即可還原出基帶數(shù)字信號(hào)。 2ASK、 2FSK 信號(hào)的功率譜密度分析 2ASK 信號(hào)的功率譜密度 A(t) s(t) 頻率源 0 頻率源 1 f0 f1 開 關(guān)電路 圖 25 調(diào)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(shí)脈沖 圖 26 2FSK信號(hào)的相干接收原理方框圖 若二進(jìn)制基帶信號(hào) s(t)的功率譜密度 Ps( f ) 為 則二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的功率譜密度為 整理后可得 式中用到 1,2P? 1s sf T?。 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)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(hào)波形 g(t)確定，二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的帶寬 B2AS 是基帶信號(hào)波形帶寬 B 的兩倍 ,即B2ASK=2B 圖 27 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)同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)功率譜密度的疊加。 令概率 12P? ，將二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)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(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 f1 和 f2 處；連續(xù)譜由兩個(gè)中心位于 f1 和 f2 處的雙邊譜疊加形成；若兩個(gè)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(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 B2FSK 為 其中 fs=1/Ts 圖 28 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 的基本原理及其調(diào)制解調(diào) 在相移鍵控中，載波相位受數(shù)字基帶信號(hào)的控制，如在二進(jìn)制基帶信號(hào)中為0 時(shí)，載波相位為 0 或 π ，為 1 時(shí)載波相位為 π 或 0。載波相位和基帶信號(hào)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，從而達(dá)到調(diào)制的目的。 2PSK 信號(hào)的功率密度有如下特點(diǎn)： (1) 由連續(xù)譜與離散譜兩部分組成； (2) 帶寬是絕對(duì)脈沖序列的二倍； (3) 與 2ASK 功率譜的區(qū)別是當(dāng) P＝ 1/2 時(shí)， 2PSK 無(wú)離散譜，而 2ASK 存在離散譜。 2PSK 信號(hào)的產(chǎn)生方法主要也是兩種。第一種是相乘法，用二進(jìn)制不歸零矩形脈沖信號(hào)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(hào)控制一個(gè)開關(guān)電路，以選擇輸入信號(hào)，開關(guān)電路的輸入信號(hào)是相位相差 ? 的同頻載波，如圖 28。 由于 2PSK 信號(hào)實(shí)際上是以一個(gè)固定初相的末調(diào)載波為參考的，因此，解調(diào)時(shí)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(fù)的數(shù)字信息就會(huì)發(fā)生 “0” 變 “1” 或“1” 變 “0” ，從而造成錯(cuò)誤的恢復(fù)。這種因?yàn)楸镜貐⒖驾d波倒相，而在接收端發(fā)生錯(cuò)誤恢復(fù)的現(xiàn)象稱為 “ 倒 ” 現(xiàn)象或 “ 反向工作 ” 現(xiàn)象。絕對(duì)移相的主要缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生相位模糊，造成反向工作。 2PSK 信號(hào)的解調(diào)方法是相干接受 法。由于 PSK 信號(hào)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(hào)的相位信息來(lái)解調(diào)信號(hào)，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(jìn)制差分相移鍵控 (2DPSK)二進(jìn)制差分相移鍵控常簡(jiǎn)稱為二相相對(duì)調(diào)相，記作 2DPSK。它不是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對(duì)載波相位值傳送數(shù)字信息。所謂相對(duì)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(duì)應(yīng)相同的數(shù)字信息符號(hào)，而前后碼元的相對(duì)相位才唯一確定信息符號(hào)。這說(shuō)明解調(diào) 2DPSK信號(hào)時(shí)，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(duì)相位關(guān)系不破壞，則鑒別這個(gè)相位關(guān)系就可正確恢復(fù)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(wú)法分辯的，一方面，只有已知移相鍵控方式是絕對(duì)的還是相對(duì)的，才能正確判定原信息；另一方面，相對(duì)移相信號(hào)可以看作是把數(shù)字信息序列（絕對(duì)碼）變換成相對(duì)碼，然后再根據(jù)相對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)移相而形成。 這就為 2DPSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)指出了一種借助絕對(duì)移相途徑實(shí)現(xiàn)的方法 。 2DPSK信號(hào)的解調(diào)有兩種解調(diào)方式，一種是差分相干解 調(diào)，另一種是相干解調(diào) 碼變換法。后者又稱為極性比較－碼變換法。 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制簡(jiǎn)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(hào)相干接收原理方框圖 上面所討論的都是在二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的情況，在實(shí)際應(yīng)用中，我們常常用一種稱為多進(jìn)制（如 4 進(jìn)制， 8 進(jìn)制， 16 進(jìn)制等）的基帶信號(hào)。 所謂多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制，就是利用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去調(diào)制高頻載波的某個(gè)參量，如幅度、頻率或相位的過(guò)程。根據(jù)被調(diào)參量的不同，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制可分為多進(jìn)制幅度鍵控（ MASK）、多進(jìn)制頻移鍵控（ MFSK）以及多進(jìn)制相移鍵控（ MPSK 或 MDPSK）。也可以把載波的兩個(gè)參量組合起來(lái)進(jìn)行調(diào)制，如把幅度和 相位組合起來(lái)得到多進(jìn)制幅相鍵控（ MAPK）或它的特殊形式多進(jìn)制正交幅度調(diào)制（ MQAM）等。 由于多進(jìn)制數(shù)字已調(diào)信號(hào)的被調(diào)參數(shù)在一個(gè)碼元間隔內(nèi)有多個(gè)取值，因此，與二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制相比，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （ 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(shí)， M進(jìn)制數(shù)傳系統(tǒng)的信息速率是二進(jìn)制的 log2M 倍。在實(shí)際應(yīng)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)目煽啃浴Ｐ畔⑺俾氏嗤瑫r(shí)， M 進(jìn)制的碼元寬 度是二進(jìn)制的 log2M 倍，這樣可以增加每個(gè)碼元的能量，并能減小碼間串?dāng)_影響等。 正是基于這些特點(diǎn)，使多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式得到了廣泛的使用。不過(guò)，獲得以上幾點(diǎn)好處所付出的代價(jià)是，信號(hào)功率需求增加和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度加大。 第三章 數(shù)字調(diào)制的仿真及結(jié)果分析 在第二章中已經(jīng)對(duì)數(shù)字調(diào)制的各種方式的原理和過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本章主要對(duì)用 MATLAB 仿真軟件對(duì) 2ASK 和 2FSK 的仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。 MATLAB 提供的圖形界面仿真工具 Simulink 由一系列模型庫(kù)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(shè)計(jì)和仿真的專業(yè)化模型庫(kù) CommTbxLibrary。在這里，整個(gè)通信系統(tǒng)的流程被概括為：信號(hào)的產(chǎn)生與輸出、編碼與解碼、調(diào)制與解 調(diào)、濾波器以及傳輸介質(zhì)的模型。在每個(gè)設(shè)計(jì)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(yīng)用到的各種模塊模型。通信系統(tǒng)一般都可以建立數(shù)學(xué)模型。根據(jù)所需仿真的通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 (或數(shù)學(xué)表達(dá)式 )，用戶只要從上述各個(gè)模型庫(kù)中找出所需的模塊 ,用鼠標(biāo)器拖到模型窗口中組合在一起 ,并設(shè)定好各個(gè)模塊參數(shù) , 就可方便地進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真 .從輸出模塊可實(shí)時(shí)看到仿真結(jié)果 ,如時(shí)域波形圖、頻譜圖等。每次仿真結(jié)束后還可以更改各參數(shù) ,以便觀察仿真結(jié)果的變化情況。另外，對(duì) Simulink 中沒(méi)有的模塊，可運(yùn)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(kù)，以便隨時(shí)調(diào)用。 2ASK 的調(diào)制與解調(diào)仿真 2ASK 的 調(diào)制仿真 （ 1） 建立模型方框圖 2ASK信號(hào)調(diào)制的模型方框圖由 DSP模塊中的 sinwave信號(hào)源、方波信號(hào)源、相乘器等模塊組成， Simulink 模型圖如下所示： 圖 31 2ASK信號(hào)調(diào)制的模型方框圖 其中正弦 信是載波信號(hào)，方波代表 S（ t）序列的信號(hào)塬， 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。 設(shè)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(hào)。數(shù)字方波信號(hào)是基于采樣的，其幅度設(shè)置為 2，周期為 3，占 1比為 2/3。其設(shè)置參數(shù)如下圖所示： 圖 32 正 弦 信號(hào)參數(shù)設(shè)置 圖 33 方波信號(hào)源的參數(shù)設(shè)置 （ 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， 點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕 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 34 各點(diǎn)的時(shí)間波形圖 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)。 2ASK 的 解調(diào)仿真 2ASK 的解調(diào) 分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)法，下面采用相干解調(diào)法對(duì) 2ASK 信號(hào)進(jìn)行解調(diào) (1) 建立 simulink 模型方框圖 相干解調(diào)也叫同步解調(diào)，就是用已調(diào)信號(hào)恢復(fù)出載波 —— 既同步載波。再用載波和已調(diào)信號(hào)相乘，經(jīng)過(guò)低通濾波器和抽樣判決器恢復(fù)出 S(t)信號(hào)，simulink 模型圖如下： 圖 35 2ASK相干解調(diào)的 simulink模型方框圖 （ 2） 參數(shù)設(shè)置 建立好模型之后，開始設(shè)置各點(diǎn)的參數(shù)，由于低通濾波器是濾去高頻的載波，才能恢復(fù)出原始信號(hào)，所以為了使已調(diào)信號(hào)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(shè)置為 源信號(hào)，所以在此直接使用原載波信號(hào)作為同步載