【導(dǎo)讀】研究工作所取得的成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式注明。除此之外，本設(shè)計（論文）不包含任何。其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全意識到本聲。明應(yīng)承擔(dān)的法律責(zé)任。

　　

【正文】 二進制數(shù)字基帶信號的功率譜密度公式帶入式（ 2119）可得 （ 278） 由式 (278)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 （ 279） 圖 272 相位不連續(xù)二進制頻移鍵控信號的功率譜示意圖 2PSK 信號的功率譜密度 2PSK 信號的功率譜 ,由式 (279)可知， 2PSK 信號可表示為雙極性不歸零二進制基帶信號與正弦載波相乘，則 2PSK 信號的功率譜為 （ 279） 代入基帶信號功率譜密度可得 （ 2710）若二進制基帶信號采用矩形脈沖，且 P =1/2 時，則 2PSK 信號的功率譜簡化為 （ 2711） 由式（ 2710）和式（ 2711）可以看出，一般情況下二進制頻移鍵控信號的功率譜密度由離散譜和連續(xù)譜組成，其結(jié)構(gòu)與二進制振幅鍵控信號的功率譜密度相類似，帶寬也是基帶信號帶寬的兩倍。當二進制基帶 信號的“ 1”符號和“ 0”符號出現(xiàn)概率相等時，則不存在離散譜。 2PSK 信號的功率譜密度如圖 221 所示。 圖 273 2PSK 信號的功率譜密度 3 數(shù)字基帶傳輸調(diào)制 解調(diào) 系統(tǒng)仿真 3． 1 二進制振幅鍵控 (2ASK)的 Simulink 仿真 1。調(diào)制仿真 （ 1） 建立模型方框圖 2ASK 信號調(diào)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 311 2ASK 信號調(diào)制的模型方框圖 其中正玄信是載波信號，方波代表 S（ t）序列的信號塬，正弦波 信號和方波相乘后就得到鍵控 2ASK 信號。 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)，以達到系統(tǒng)的最佳仿真。從正玄信號源開始依次的仿真參數(shù)設(shè)置如下： 圖 312 正弦波 信號參數(shù)設(shè)置 其中 sin 函數(shù)是幅度為 2頻率為 1Hz采樣周期為 的雙精度 DSP信號 圖 313 方波信號源的參數(shù)設(shè)置 方波信號是基于采樣的，其幅度設(shè)置為 2，周期為 3，占 1比為 2/3 3） 系統(tǒng)仿 真及各點波形圖 經(jīng)過上面參數(shù)的設(shè)置后，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 314 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。 1． 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 2ASK 信號進行解調(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)信號恢復(fù)出載波 —— 既同步載波。再用載波和已調(diào)信號相乘，經(jīng)過低通濾波器和抽樣判決器恢復(fù)出 S(t)信號， simulink 模型圖如下： 圖 315 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，所以為了使已調(diào)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(shè)置為 信號，所以在此直接使用原載波信號作為同步載波信號。 下面是低通濾波器的參數(shù)設(shè)置： 圖 316 低通濾波器的參數(shù)設(shè)置圖 （ 3） 系統(tǒng)仿真及各點時間波形圖 圖 317 2ASK 信號解調(diào)的各點時間波形圖 由上圖可以看出由于載波頻率的提高使的示波器在波形顯示上出現(xiàn)了一定的困難，不過要想顯示調(diào)制部分的理想波形只要調(diào)整示波器的顯示范圍即可。 （ 4）誤碼率分析 由于在解調(diào)過程中沒有信道和噪聲，所以誤碼率相對較小，一般是由于碼間串擾或是參數(shù)設(shè)置的問題，由 35圖可以看出此系統(tǒng)的誤碼 率為 。 3． 2 二進制 頻率 鍵控 (2FSK)的 Simulink 仿真 1．調(diào)制仿真 2FSK 信號是由頻率分別為 f1 和 f2 的兩個載波對信號源進行頻率上的控制而形成的，其中 f1和 f2是兩個頻率有明顯差別的且都遠大于信號源頻率的載波信號，2FSK 信號產(chǎn)生的 simulink 仿真模型圖如下所示： 圖 321 2FSK 信號的 simulink 模型方框圖 其中 sin wave 和 sin wave1 是兩個頻率分別為 f1和 f2的載波， Pulse Generator模塊是信號源， NOT 實現(xiàn)方波的反相，最后經(jīng)過相乘器和相加器生成 2FSK 信號，各參數(shù)設(shè)置如下： 載波 f1的參設(shè) 圖 322 載波 sin wave 的參數(shù)設(shè)置 其中幅度為 2， f1=4Hz,采樣時間為 在此選擇載波為單精度信號 f2的參數(shù)設(shè)置 圖 323 載波 sin wave1 的參數(shù)設(shè)置 載波是幅度為 2， f2=8,采樣時間 .為 的 單精度信號。 本來信號源 s(t)序列是用隨機的 0 1 信號產(chǎn)生，在此為了方便仿真就選擇了基于采樣的 Pulse Generator 信號模塊其參數(shù)設(shè)置如下： 圖 324 Pulse Generator 模塊參數(shù)設(shè)置 其中方波是幅度為 1，周期為 3，占 1 比為 1/3 的基于采樣的信號。 經(jīng)過以上參數(shù)的設(shè)置后就可以進行系統(tǒng)的仿真，其各點的時間波形如下： 圖 325 2FSK 信號調(diào)制各點的時間波形 由上圖可以看出經(jīng)過 f1 和 f2 兩個載波的調(diào)制， 2FSK 信號有明顯的頻率上的差別。 2．解調(diào)仿真 解調(diào)方框圖如下所示： 圖 326 2FSK 信號解調(diào)方框圖 其中 From File 是一個封裝模塊，就是 2FSK 信號的調(diào)制模塊，兩個帶通濾波器分別將 2FSK 信號上下分頻 f1和 f2 ,后面就和 2ASK 信號的解調(diào)過程相同，各參數(shù)設(shè)置如下： 圖 327 2FSK 信號 f1帶通濾波器參數(shù)設(shè)置 圖 328 2FSK 信號 f2帶通濾波器參數(shù)設(shè)置 經(jīng)過系統(tǒng)仿真后的各點時間波形如下： 圖 329 2FSK 信號解調(diào)各點時間波形 經(jīng)過系統(tǒng)的仿真可以觀察出系統(tǒng)的誤碼率為 。 3． 3 二進制 移向 鍵控 (2PSK)的 Simulink 仿真 1．調(diào)制仿真 在二進制數(shù)字調(diào)制中 ,當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時 ,則產(chǎn)生二進制移相鍵控 (2PSK)信號 . 在此 用已調(diào)信號載波的 0176。 和 180176。 分別表示二進制數(shù)字基帶信號的 1 和 ，其方框圖如下： 圖 331 2PSK 信號調(diào)制的 simulink 的模型圖 其中 Sin wave 和 Sin wave1 是反相的載波，正玄脈沖作為信號源，各個參數(shù)設(shè)置如下： 圖 332 Sin wave信號參數(shù)設(shè)置 圖 333 Sin wave1 信號的參數(shù)設(shè)置 由上面兩個圖可以看出兩個載波是幅度為 3頻率為 4Hz采樣時間為 信號。 圖 334 脈沖信號的參數(shù)設(shè)置 脈沖信號是幅度為 2周期為 1占空比為 50%的基于時間的信號。 圖 335 2PSK 調(diào)制的各點時間波形 2． 解調(diào)仿真 （ 1） 建立 simulink 模型方框圖如下： 圖 336 2PSK 解調(diào)框圖 （ 2）各點的時間波形如下所示： 圖 337 2PSK 解調(diào)各點的時間波形 （ 3）結(jié)果分析 由 322圖可以看出其誤碼率為 ，由于沒有噪聲的影響所以誤碼率一般在，由于系統(tǒng)的不準確性和碼間影響所以誤碼率稍微偏大。 3． 4 正交振幅鍵控 (QAM)的 Simulink 仿真 QAM是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，利用這種已調(diào)信號的頻譜在同一帶寬內(nèi)的正交性，實現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息的傳輸。該調(diào)制方式通常有 二進制 QAM（ 4QAM）、 四進制 QAM（ l6QAM）、八進制 QAM（ 64QAM）、 … ，對應(yīng)的空間信號矢量端點分布圖稱為星座圖，分別有 1 6 … 個矢量端點。電平數(shù) m和信號狀態(tài) M 之間的關(guān)系是對于 4QAM，當兩路信號幅度相等時，其產(chǎn)生、解調(diào)、性能及相位矢量均與 4PSK 相 同 。下面仿真采用 64QAM 調(diào)制方式仿真。 在 Simulink 中建立 64QAM 調(diào)制、接收模型，并畫出星圖和統(tǒng)計通信誤碼率。建立 的 Simulink 仿真 模型方框圖如下 圖 ： 圖 341 64QAM 調(diào)制、接收?？驁D 設(shè)置 Random Integer Generator 模塊參數(shù)： 圖 342 Random Integer Generator 模塊參數(shù) 設(shè)置 General QAM/ Modulator Baseband 的模塊參數(shù)設(shè)置： 圖 343 General QAM/ Modulator Baseband 模塊參數(shù) 設(shè)置 加入高斯白噪聲 ， 設(shè)置 AWGN Channel，信噪比 50dB： 圖 344 AWGN 模塊參數(shù) 設(shè)置 仿真后的星座圖： 圖 345仿真后的星座圖 由 仿真 圖可以看出 ，當加入高斯白噪聲 50dB 時， 其 通信系統(tǒng) 誤碼率為 ，可見該調(diào)制方式誤碼率較低。 3． 5 多相相移鍵控信號 (QPSK)的 Simulink 仿真 多進制數(shù)字相位調(diào)制（ QPSK）也稱多元調(diào)相或多相制。他利用具有多個相位狀態(tài)的正弦波來代表多組二進制信息碼元，即用載波的一個相位對應(yīng)于一組二進制信息碼元。如果載波有 2k 個相位，它可以代表 k 位二進制碼元的不同碼組。 在 Simulink 中對多相相移鍵控信號 (QPSK)進行調(diào)制、解調(diào)的仿真， 如下圖，上面是調(diào)制框圖，下面是解調(diào)框圖。 圖 351 QPSK 調(diào)制、接收模框圖 下面是信號源的設(shè)置，設(shè)置采樣時間為 。 圖 352 QPSK 調(diào)制、接收?？驁D 設(shè)置信噪比為 30dB， 如下圖所示： 圖 353 信噪比設(shè)置 仿真后的發(fā)送、接收波形圖如下： 圖 354 仿真后的發(fā)送、接收波形圖 仿真結(jié)果，誤碼率為 。 圖 355 仿真通信誤碼率 圖 3． 6 最小移頻鍵控 (MSK)的 Simulink 仿真 最小移頻鍵控 (MSK)是移頻鍵控 (FSK)的一種改進型。在 FSK 方式中，相鄰碼元的頻率不變或者跳變一個固定值。 在兩個相鄰的頻率跳變的碼元之間，其相位通常是不連續(xù)的。 MSK 是對 FSK 信號作某種改進，使其相位始終保持連續(xù)不變的一種調(diào)制。調(diào)制后的頻譜主瓣窄、旁瓣衰落快，從而滿足 gsm 系統(tǒng) 要求的信道寬度為 200khz 的要求，節(jié)省頻率資源的調(diào)制技術(shù)。 MSK 在 Simulink 中調(diào)制仿真部分如下： 圖 361 MSK 調(diào)制模框圖 MSK 在 Simulink 中 解調(diào) 仿真部分如下： 圖 362 MSK 解調(diào)?？驁D 信號源設(shè)置如下： 圖 362 信號源設(shè)置 仿真波形如下： 圖 363 仿真波形圖 圖 363 仿真發(fā)送、接收信號對比波形圖 與其他調(diào)制方法相比， MSK 信號的頻譜比較緊湊，在主瓣之外，頻譜旁瓣的下降非常迅速。這說明 MSK 信號的功率主要包含在主瓣之內(nèi)。 因此， MSK 信號比較適合在窄帶信道中傳輸，對鄰道的干擾也較小。 4． 3 仿真結(jié)果 與分析 數(shù)字調(diào)制是通信系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，數(shù)字調(diào)制技術(shù)的改進也是通信系統(tǒng)性能提高的重要途徑。 本文首先分析了數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的五種基本調(diào)制解調(diào)方法，然后，運用 Matlab 及 附帶的圖形仿真工具 ——Simulink 設(shè)計了這幾種數(shù)字調(diào)制方法的仿真模型。通過仿真，觀察了調(diào)制解調(diào)過程中各環(huán)節(jié)時域和頻域的