【正文】 （ a）間接調(diào)頻 m(t) spm(t) （ b）間接調(diào)相 圖 FM 與 PM 之間的關(guān)系圖 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 數(shù)字頻率調(diào)制 1． 頻移鍵控 (FSK)調(diào)制 設(shè)輸入到調(diào)制器的比特流為 {an}， an=177。 2． 相位調(diào)制 (PM) 相位調(diào)制是指瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào) m(t)作線性變化，即 ? (t)=Kpm(t)式中：Kp 為調(diào)相靈敏度，是指單位調(diào)制信號(hào)幅度引起 PM 信號(hào)的相位偏移量。 LPF 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 角度調(diào)制 角度調(diào)制信號(hào) 的一般表達(dá)式為 sm(t)=Acos[wct+? (t)] 式中： A 為載波的恒定振幅； [wct+? (t)]為信號(hào)的瞬時(shí)相位，記為； ? (t)為相對(duì)于載波相位 wct 的瞬時(shí)相位偏移； d[wct+? (t)]/dt 是信號(hào)的瞬時(shí)角頻率，可記為 w(t)；而 d? (t)/dt 相對(duì)于載頻 wc的瞬時(shí)頻偏。 VSB 信號(hào)不能采用包絡(luò)檢波，而需采用如下圖所示的相干解調(diào)。 4． 殘留邊帶調(diào)制 殘留邊帶調(diào)制 (VSB)調(diào)制是介于 SSB 與 DSB 之間的一種折中方式，它不像 SSB中那樣完全抑制 DSB 信號(hào)的一個(gè) 帶寬，而是逐漸切割，使其殘留一小部分。當(dāng)調(diào)制信號(hào)中含有直流及低頻分量時(shí)就不能 （ 2）相移法 相移法是利用相移網(wǎng)絡(luò)，對(duì)載波和調(diào)制信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)南嘁?，以便在合成過程中將其中的一個(gè)邊帶抵消而獲得 SSB 信號(hào)，它的原理圖如下圖所示。 m(t) SDSB(t) SSSB(t) 載波 c(t) 圖 濾波法 SSB 信號(hào)調(diào)制器 實(shí)現(xiàn)濾波器的難易程度與過渡帶相對(duì)載頻的歸一化值有關(guān)，該值越小，邊帶濾 H(w) 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 波器就越難實(shí)現(xiàn)。 （ 1）濾波法 濾波法是產(chǎn)生 SSB 信號(hào)最直觀的方法，需要先產(chǎn)生一個(gè)雙邊帶信號(hào)，然后讓其通過一個(gè)邊帶濾波器，將不要的邊帶濾除，就可以得到單邊帶信號(hào)。 SSB 信號(hào)的時(shí)域表示為 SSSB(t)= 21 m(t)coswCt? 21 M(t)sinwCt 式中， M(t)為 m(t)的希爾伯特變換。 3． 單邊帶調(diào)制 單邊帶調(diào)制 (SSB)是將雙邊帶信號(hào)中的一個(gè)邊帶濾掉而形成的，因?yàn)?DSB 信號(hào)的兩個(gè)邊帶中的任意一個(gè)都包含了 M(w)的所有頻譜成分，所以僅傳輸其中一個(gè)即可。由于 DSB 信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律不一致，所以不能采用包絡(luò)檢波來恢復(fù)調(diào)制信號(hào)。 它的時(shí)域表示 為 SDSB(t)=m(t)coswct 式中，假設(shè) m(t)的平均值為 0。當(dāng)滿足條件 │m(t)│≤A0時(shí)， AM波的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào) m(t)的形狀一樣，這時(shí)，用包絡(luò)檢波的方法就很容易恢復(fù)出原始信號(hào)；如果上述條件沒有滿足，就會(huì)出現(xiàn) “ 過調(diào)幅 ” 現(xiàn)象，此時(shí)如果繼續(xù)采用包絡(luò)檢波就會(huì)發(fā)生失真，因此需要用到同步檢波。 它的時(shí)域表示式為 SAM(t)=[A0+m(t)]coswct = A0coswct+m(t)coswct 式中： A0為外加直流分量； m(t)可以是確知信號(hào)或隨機(jī)信號(hào)。 1． 調(diào)幅 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅就是常規(guī)雙邊帶調(diào)制，簡稱調(diào)幅 (AM)。 根據(jù)調(diào)制的定義，幅度調(diào)制信號(hào)可以表示為 s(t)=Am(t)coswct 式中： m(t)為基帶調(diào)制信號(hào)。隨著科技的進(jìn)步，一些改進(jìn)的、現(xiàn)代的、特殊的調(diào)制方式如正交振幅調(diào)制(QAM)、最小頻移鍵控 (MSK)、高斯濾波最小頻移鍵控 (GMSK)、正交頻分復(fù)用 (OFDM)等也在快速發(fā)展并日益顯示出其優(yōu)勢(shì)。在二進(jìn)制調(diào)制中，信號(hào)參量只有兩種可能的取值，而在多進(jìn)制調(diào)制中，信號(hào)參量可以有多種取值。這里的線性并不意味著已調(diào)信號(hào)與調(diào)制信 號(hào)之間符合線性變換關(guān)系，事實(shí)上，任何調(diào)制過程都是非線性的變換過程。角度調(diào)制有頻率調(diào)制 (FM)和相位調(diào)制 (PM)。常見的幅度調(diào)制包括調(diào)幅 (AM)、雙邊帶調(diào)制 (DSB)、單邊帶調(diào)制 (SSB)和殘留邊帶調(diào)制 (VSB)等。調(diào)制信號(hào)是模擬信號(hào)的連續(xù)波調(diào)制稱為模擬調(diào)制；調(diào)制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)的連續(xù)波調(diào)制稱為數(shù)字調(diào)制。調(diào)制信號(hào)是指來自信源的消息信號(hào)，未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)稱為載波，載波調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)，它含有調(diào)制信號(hào)的全部特征。 廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（載波調(diào)制）。 2． 把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的多路復(fù)用，提高信道利 用率。 調(diào)制對(duì)通信系統(tǒng)有重要的作用，采用合適的調(diào)制方式可以提高系統(tǒng)的有效性和可靠性。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第四章 信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制的意義和類別 由于 信號(hào)比較敏感，易受信 道中噪聲等因素的影響，不能直接在信道中傳輸，因此就需要對(duì)要傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將其轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)母哳l信號(hào)。單向傳輸只應(yīng)用于無線電尋呼系統(tǒng)，雙向傳輸分為單工、雙工和半雙工三種工作方式。 6． 按照 信號(hào)的復(fù)用方式，傳輸多路信號(hào)可以分為頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用三種復(fù)用方式。有線通信是用導(dǎo)線作為介質(zhì)來進(jìn)行通信，無線通信是依靠電磁波在空間中傳遞消息。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都是電信號(hào)，只是模擬信號(hào)的參量取值連續(xù)，而數(shù)字信號(hào)的參量盡可能取有限個(gè)值?；鶐鬏斚到y(tǒng)是將沒有經(jīng) 過調(diào)制的信號(hào)直接傳送，帶通傳輸是先對(duì)信號(hào)加以調(diào)制然后再進(jìn)行傳輸。由于電話通信網(wǎng)最為普及，因此其他一些通信業(yè)務(wù)也常通過公用電話通信網(wǎng)傳輸。 通信系統(tǒng)的分類與通信方式 現(xiàn)在的通信系統(tǒng)成熟且功能強(qiáng)大，種類多樣。信道的固有特性和干擾特性直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。在無線信道中，信道可以是自由空間；在有線信道中可以是明線、電纜 和光纖。在接收端用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原數(shù)字基帶信號(hào)。基本的數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控 （ ASK） 、頻移鍵控（ FSK）、絕對(duì)相移鍵控 （ PSK） 、相對(duì)相移鍵控 （ DPSK） 。按照相應(yīng)的 逆規(guī)則，信道譯碼器在接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤。 4． 信道編碼的目的是增強(qiáng)數(shù)字信號(hào)的抗干擾能力。信源譯碼是信源編碼的逆過程。 2． 信源編碼有提高信息傳輸?shù)挠行院屯瓿赡?/數(shù) （ A/D） 轉(zhuǎn)換兩個(gè)基本功能。一般的數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖 所示。 數(shù)字通信設(shè)計(jì)主要有信源編碼與譯碼、信道編碼與譯碼、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)、同步以及加密與解密等許多技術(shù)問題。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第三章 數(shù)字通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng)的概念 數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng)，相比模擬通信系統(tǒng)，具有頻譜利用率高，能夠提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)，抗噪聲、抗干擾、抗多徑衰落能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)更加有效、靈活的網(wǎng)絡(luò)管理和控制，便于實(shí)現(xiàn)通信的安全保密，可降低設(shè)備成本以及減小用戶手機(jī)的體積和重量等優(yōu)點(diǎn) [7]。在 Matlab 命令窗口中，使用 open ，然后使用 sim()就可以啟動(dòng)對(duì)模型 的仿真，實(shí)現(xiàn) Simulink 仿真的自動(dòng)化 [5]。 Simulink 模塊庫包含有 Sources（ 輸入源 ） 、 Sinks（ 輸出方式 ） 、 Linear（線性環(huán)節(jié)）、 Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）等具有不同功能的 SIMULINK 庫模塊，而且每個(gè)子模型庫中包含相應(yīng)的功能模塊， 用戶可以根據(jù)特定的需要?jiǎng)?chuàng)建自己的模塊。 在建模前，最好先根據(jù)需要繪制模型圖。 使用 Simulink 可以方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可視化建模，并進(jìn)行基于時(shí)間流的系統(tǒng)級(jí)仿真，使得仿真系統(tǒng)建模與工程中的方框圖統(tǒng)一起來，建立直觀的功能強(qiáng)大的系統(tǒng)模型，不必編寫 Matlab 仿真程序，使仿真建模過程更為簡化，更加適應(yīng)于大型系統(tǒng)的建 模和仿真。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 Simulink 簡介 Simulink 是 Matlab 中的一個(gè)建立系統(tǒng)方框圖和基于方框圖級(jí)的系統(tǒng)仿真環(huán)境，附帶了許多專業(yè)仿真模塊庫，是一個(gè)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和仿真結(jié)果分析的軟件包。 4． Matlab 數(shù)學(xué)函數(shù)庫是對(duì) Matlab 使用的各種數(shù)學(xué)算法的總稱，包括各種初等函數(shù)的算法和高層數(shù)學(xué)算法。 2． Matlab 的工作 環(huán)境是對(duì)其管理功能的總稱，包括管理工作空間中的變量數(shù)據(jù)輸入、輸出的方式和方法，和開發(fā)、調(diào)試、管理 M 文件的各種工具。 Matlab 系統(tǒng)由語言體系、工作環(huán)境、圖形系統(tǒng)、數(shù)學(xué)函數(shù)庫和應(yīng)用程序接口五個(gè)主要部分組成。在其他計(jì)算機(jī)高級(jí)語言中需使用許多語句才能實(shí)現(xiàn)的功能，如矩 陣分解和求逆、快速傅里葉變換等，在 Matlab 中用簡單的幾句指令即可實(shí)現(xiàn)，且其數(shù)值算法的可信度和可靠性都很高。 Matlab 平臺(tái)本身是用 C 語言寫成的，匯聚了許多專業(yè)數(shù)學(xué)家和過程學(xué)者多年編寫的最新的數(shù)學(xué)算法庫，在編程效率，程序的可讀性、可靠性和可移植性上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他的計(jì)算機(jī)高級(jí)語言。采用 Matlab 編寫的程序可以在目前所有的操作系統(tǒng)上運(yùn)行，不依賴于計(jì)算機(jī)類型和操作系統(tǒng)類型。在科研部門， Matlab 成濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 為全世界科技人員進(jìn)行學(xué)術(shù)交流首選的共同語言，國內(nèi)外有關(guān)著名論文的大部分?jǐn)?shù)值結(jié)果和圖形都是用 Matlab 完成的。 Matlab 使人們擺脫了常規(guī)計(jì)算機(jī)編程的繁瑣，從而讓人們能夠把大部分的時(shí)間、精力放到研究問題的數(shù)學(xué)建模上，使科學(xué)研究的效率得到了極大的提高。 仿真軟件 Matlab 簡介 Matlab 是美國 Math Works 公司 于 1967 年推出的矩陣實(shí)驗(yàn)室 Matrix Laboratory的縮寫，是一種跨平臺(tái)的，用于矩陣數(shù)值計(jì)算的簡單高效的數(shù)學(xué)語言 [3]?，F(xiàn)代通信設(shè)備和通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟是：需求分析、方案設(shè)計(jì)、建模、仿真實(shí)驗(yàn)、制作芯片、設(shè)備制造和系統(tǒng)集成。本質(zhì)上，只要能構(gòu)造出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型， Matlab/Simulink 就可以對(duì)任意的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且在實(shí)際應(yīng)用中， Matlab/Simulink 特別適合于針對(duì)電子通信系統(tǒng)模塊的系統(tǒng)級(jí)仿真 [2]。再者，由于 現(xiàn)代通信系統(tǒng)功能強(qiáng)大且都比較復(fù)雜，在實(shí) 際電子通信系統(tǒng)中進(jìn)行試驗(yàn)研究比較困難或根本無法實(shí)現(xiàn)時(shí)，仿真技術(shù)就成為必然的選擇。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二章 仿真的意義和仿真軟件 仿真的意義 在當(dāng)代，信息科學(xué)發(fā)展迅速，用于研發(fā)、測(cè)試的儀器更新速度也正在加快，隨著科技含量的提高，價(jià)格也越來越昂貴。目前，衛(wèi)星通信系統(tǒng)多采用 BPSK 和 QPSK 等調(diào)制方式，但這兩種方式在衛(wèi)星通信中容 易產(chǎn)生頻譜擴(kuò)展。利用同軸電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)多采用 QPSK、 QAM 和 VSB 等調(diào)制方式；利用雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)則多采用 QAM、 CAM（無載波幅度相位調(diào)制）、DMT 和 DWMT 等調(diào)制方式。其中， DVBS系統(tǒng)多采用 BPSK 和 QPSK 方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制， DVBC 系統(tǒng)則多采用 1 6256 電平的 QAM 調(diào)制方式和 VSB（ 殘留邊帶調(diào)制）方式 對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。當(dāng)信道失真嚴(yán)重時(shí)，多采用 4PSK 方式；當(dāng) SNR 較高時(shí)，多采用 32 或 64 電平的星形 QAM 方式。亞洲是世界上的蜂窩系統(tǒng)發(fā)展速度最快的地區(qū)，現(xiàn)代蜂窩 移動(dòng)通信系統(tǒng)中，調(diào)制方式主要以 PSK、固定電平 QAM 和可變電平 QAM 為主。 由于衛(wèi)星通信具有非線性特性，以 BOSK、 QPSK、 OQPSK、 π/4QPSK為主的恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。 1965 年，國際衛(wèi)星通信組織成立，并發(fā)射了第一課靜止國際通信衛(wèi)星，由此開啟了衛(wèi)星通信的大門。 電話網(wǎng)絡(luò)是最為普及而且資源最為豐富的傳輸網(wǎng)絡(luò)，它的調(diào)制方式在經(jīng)歷了FSK、 4DOSK、 QAM 后，現(xiàn)在主要以脈沖編碼調(diào)制 （ PCM） 為主，最高傳輸速率可以達(dá)到 56kbps。 在設(shè)計(jì)數(shù)字傳輸系統(tǒng)時(shí)，調(diào)制技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)高效通信的關(guān)鍵問題，是通信技術(shù)中研究的重點(diǎn)之一。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 近幾年，通信技術(shù)飛速發(fā)展，從二十世紀(jì)九十年代初以來，全球向信息密集的工作方式和生活方式轉(zhuǎn)變。加深對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，提前了解信號(hào)在傳輸過程中可能遇到的問題，從而及早采用適當(dāng)?shù)姆椒右灶A(yù)防和克服，使得通信系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)行的更為順利，更好的保重人們能及時(shí)的發(fā)出和收到可靠、安全、高質(zhì)量的信息。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 研究意義 對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)仿真的意義在于促進(jìn)了信息技術(shù)與此方面知識(shí)的整合，同時(shí)對(duì)在一定程度上克服儀器設(shè)備的不足，構(gòu)造、組合新型通信系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的調(diào)制方式，加強(qiáng)使用者的綜合素質(zhì)也具有重要意義。 通過此次的調(diào)制與解調(diào)仿真，使我們對(duì) 2ASK、 2FSK、 2PSK 調(diào)制與解調(diào)的工作原理以及 Simulink 軟件有了比較深刻的認(rèn)識(shí)和了解 。 2FSK 在數(shù)字通信中應(yīng)用較為廣泛，優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，不受信道參數(shù)變化的影響，但其占用頻帶較寬，頻帶利用率較低。 研究目的 二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制最基礎(chǔ)的三個(gè)方面是二進(jìn)制振幅鍵控 2ASK、二進(jìn)制頻移鍵控 2FSK 和二進(jìn)制相移鍵控 2PSK，由于 2PSK 體制中存在相位不確定