【導(dǎo)讀】通信系統(tǒng)研究工作帶來了極大的方便。本通信仿真平臺的任務(wù)是對調(diào)幅、雙邊帶、單邊。帶、調(diào)頻、調(diào)相五種模擬通信信號的調(diào)制和解調(diào)進(jìn)行建模和計(jì)算，以及對2ASK，2FSK，同設(shè)計(jì)參數(shù)下各個信號的時域和頻域圖形的繪制，從而很好的為教學(xué)提供了幫助。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。

　　

【正文】 號的解調(diào)方法一樣。 2ASK/OOK 信號也有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)解調(diào)）和相干解調(diào)（同步解調(diào)），相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成方框圖如 所示。與模擬信號的接收系統(tǒng)相比，這里增加了一個 “抽樣判決器 ”方框，這對于提高數(shù)字信號的接收性能是必要的 [21]。 帶 通濾 波 器全 波整 流 器低 通濾 波 器抽 樣判 決 器? ?te A S K2 a b c d脈沖定時 輸出? ?非相干解調(diào)方式a帶 通濾 波 器低 通濾 波 器抽 樣判 決 器相 乘 器? ?te A S K2 脈沖定時 輸出tc?co s? ?相干解調(diào)方式b 圖 2ASK/OOK 信號接收系統(tǒng)組成方框圖 功率譜密度 由于 2ASK 信號是隨機(jī)的功率信號 ，故研究它的頻譜特性時，應(yīng)該討論它的功率譜密度。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。 若設(shè) s(t)的功率譜密度為 ??fPs ， 2ASK 信號的功率譜密度為 ? ?fPASK2 ，則由式可得： ? ? ? ? ? ?? ?cscsA S K ffPffPfP ???? 412 () 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 可見， 2ASK 信號的功率譜是基帶信號功率譜密度 ??fPs 的線性搬移（屬線性調(diào)制）。知道了 ??fPs 即可確定 ? ?fPASK2 。單極性的隨機(jī)脈沖序列功率譜的一般表達(dá)式為 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????? ????? m sssss mffmfGPffGPPffP ?22 11 () 式中： ss Tf 1? ； ??fG 是 單個基帶信號碼元 g(t)的頻譜函數(shù)。 對于全占空矩形脈沖序列，根據(jù)矩形波形 g(t)的頻譜特點(diǎn)，對于所有的 0?m 的整數(shù)，有 ? ? ? ? 0?? ?nSaTmfG ss ，故式 ()可以簡化為 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?fGPffGPPffP sss ?2222 011 ???? () 將其代入式 ()，得 ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ?ccsccsA S KffffGPfffGffGPPfP????????????2222220141141 () 當(dāng)概率 21?P 時，并考慮到 ? ? ? ?ss fTSaTfG ?? ， ? ? sTG ?0 ，則 2ASK 功率譜密度為 ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ? ? ?? ?ccscscscscsA SKffffTffTffTffTffTfP????????????????????????161s i ns i n16222 () 其曲線如圖 所示。 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。第二，2ASK 信號的帶寬 ASKB2 是基帶信號帶寬的 2 倍，若只計(jì)譜的主瓣（第一個譜零點(diǎn)位置），則有 sASK fB 22 ? () 其中， ss Tf 1? 。 由此可見， 2ASK 信號的傳輸帶寬是碼元速率的 2 倍 [22][23]。 二進(jìn)制頻移鍵控 (2FSK) 基本原理 頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞 數(shù)字信息。在 2FSK 信號中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號在 1f 和 2f 兩個頻率點(diǎn)間變化。故其表達(dá)式為 ? ? ? ?? ???? ??? ”時發(fā)送“ ”時發(fā)送“ 0,c o s 1,c o s212nnF S K tA tAte ?? ?? () 一個 2FSK 信號可以看成是兩個不同載頻的 2ASK 信號的疊加，因此， 2FSK 信號的時域表達(dá)式又可寫成 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?nn snnn snFS K nTtgatnTtgate ???? ??????? ????????? ?? ?? 212 c osc os () 式中： g(t)為單個矩形脈沖；脈寬 為 sT 。 ???? P1,0 ,1 概率為概率為 Pa n () na 是 na 的反碼，若 na =1，則 na =0；若 na =0，則 na =1。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。在頻移鍵控中， n? 和 n? 不攜帶信息，通?？闪?n? 和 n? 為零，因此 2FSK 信號的表達(dá)式可簡化為： ? ? ? ? ? ? ttsttste F S K 22112 c o sc o s ?? ?? () 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 ? ? ? ?? ??n sn nTtgats1 () ? ? ? ?? ?? n sn nTtgats 2 () 2FSK 常用的解調(diào)方法是如圖 所示 的 相干解調(diào)。其解調(diào)原理是將 2FSK 信號分解成上下兩路 2ASK 信號分別進(jìn)行解調(diào)，然后進(jìn)行判決。這里的抽樣判決是直接比較兩路信號抽樣值的大小，可以不專門設(shè)置門限，判決規(guī)則應(yīng)與調(diào)試規(guī)則相呼應(yīng)，調(diào)制時若規(guī)定 “1”符號對應(yīng)載波頻率 1f ，則接 收 時上支路的樣值較大，應(yīng)判為 “1”；反之判為 “0”。 ? ?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]。 ofso ff ?so ff ? so ff 2?so ff 2? sf2 ab ss Tf1?221 fffo??0 圖 相位不連續(xù) 2FSK 信號的功率譜示意圖 由式 ()及圖 可以看出：第一，相位不連續(xù) 2FSK 信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成。其中，連續(xù)譜由兩個中心位于 1f 和 2f 的雙峰疊加而成，離散譜位于兩個載頻 1f和 2f 處；第二，連續(xù)譜的形狀隨著兩個載頻之差 21 ff ? 的大小而變化，若 sfff ?? 21 ，連續(xù)譜在 0f 處出現(xiàn)單峰；若 sfff ?? 21 ，出現(xiàn)雙峰；第三，若以功率譜第一個零點(diǎn)之間的頻率間隔計(jì)算 2FSK 信號的帶寬，則其帶寬近似為 sFSK fffB 2122 ??? () 其中，ss Tf1? 為基帶信號的帶寬 [25]。 二進(jìn)制相移鍵控 (2PSK) 基本原理 相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞信息，而振幅和頻率保持不變。在 2PSK 中，通常用初始相位 0 和 ? 分別表示二進(jìn)制 “1”和 “0”。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。即 ? ? ? ? ttste cPSK ?c os2 ? () ? ? ? ?? ?? n sn nTtgats 這里， g(t)是脈寬為 sT 的單個矩形脈沖，而 na 的統(tǒng)計(jì)特性為 ????? PPa n 11 ,1 ，概率為 概率為 () 即發(fā)送二進(jìn)制符號 “0”時 ( na 取 +1)， ??tePSK2 取 0 相位；發(fā)送二進(jìn)制符號 “1”時 ( na 取 1)，??tePSK2 取 ? 相位。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。 2PSK 信號的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法，解調(diào)原理框圖如圖 所示。在相干解調(diào)中，如何得到與接收的 2PSK 信號同頻同相的相干載波是個關(guān)鍵問題。 帶 通濾 波 器低 通濾 波 器相 乘 器抽 樣判 決 器? ?te P S K2 abc d e? ?tc?c os 脈沖定時 輸出 圖 2PSK 信號的解調(diào)原理框圖 功率譜密度 比較 2ASK 信號的比表達(dá)式和 2PSK 信號的表達(dá)式可知，兩者的表達(dá)式形式完全一樣。區(qū)別僅在于基帶信號 s(t)不同 na 不同，前者是單極性，后者為雙極性，因此，我們可以直接引用 2ASK 信號的功率譜密度的公式來表述 2PSK 信號的功率譜，即 ? ? ? ? ? ?? ?cscsP S K ffPffPfP ???? 412 () 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 應(yīng)當(dāng)注意，這里的 ??fPs 是雙極性的隨機(jī)矩形脈沖序列的功率譜。 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。 cf?sc ff ?cf sc ff ?? ?fP PSK2 圖 2PSK(2DPSK)信號的功率譜密度 從以上分析可見，二進(jìn)制相移監(jiān)控信號的頻譜特性與 2ASK 的十分相似，帶寬也是基帶信號帶寬的 2 倍，區(qū)別僅在于當(dāng) P=1/2 時，其譜中無離散譜（即載波分量），此時，2PSK 信號實(shí)際上相當(dāng)于抑制噪波的雙邊帶信號。因此，它可以看做是雙極性基帶信號作用下的調(diào) 幅信號 [26][