【正文】 ....................................................... 72 2FSK 程序 ............................................................................................................... 76 2PSK 程序 ............................................................................................................... 80 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 緒 論 隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)功能日趨強(qiáng)大；性能指標(biāo)越來越高；無線通信系統(tǒng)越來越復(fù)雜；其工作的過程描述又很抽象。如果無線通信系統(tǒng)的研究全部用實(shí)際設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，人力、物力、財(cái)力花費(fèi)都是巨大的，而且研制周期也會(huì)增加，此外有的研究實(shí)際的設(shè)備也不一定能有效地實(shí)現(xiàn)。頻譜延伸至毫米波、亞毫米波的電磁 “無線光纖 ”乃至激光與粒子通信范疇的無線通信將有愈來愈廣闊的活動(dòng)舞臺(tái)及光明的發(fā)展前景。盡管我國的數(shù)字通信和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展十分迅速，但面對(duì)我國 13 億人口，我國在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和容量方面有很大的發(fā)展空間。因此，在數(shù)字通信和互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用開發(fā)也有很大的發(fā)展?jié)摿Α? 通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，通信系統(tǒng)也日趨復(fù)雜，現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠(yuǎn)、通信容量大、傳輸質(zhì)量好。從最早的模擬調(diào)幅調(diào)頻技術(shù)的日臻完善，到現(xiàn)在數(shù)字調(diào)制技術(shù)的廣泛運(yùn)用，使得信息的傳輸更為有效和可靠。通信系統(tǒng)的模擬仿真技術(shù)越來越受到重視。 因此，通信信號(hào)模擬仿真以其經(jīng)濟(jì)、靈活和逼真等特點(diǎn)逐漸成為通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析過程中不可或缺的手段。 所以，通信信號(hào)模擬系統(tǒng)具有很高的實(shí)用價(jià)值和戰(zhàn)略意義 [2]。 計(jì)算機(jī)仿真是根據(jù)被研究的真實(shí)系統(tǒng)的模型，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一種方法。另外，由于數(shù)字通信具有建網(wǎng)靈活，容易采用數(shù)字差錯(cuò)控制技術(shù)和數(shù)字加密，便于集成化，并能夠進(jìn)入綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，所以通信系統(tǒng)都有由模擬方式向數(shù)字方式過渡的趨勢。通過對(duì)調(diào)制系統(tǒng)的仿真，我們可以更加直觀的了解數(shù)字調(diào)制系 統(tǒng)的性能及影響性能的因素，從而便于改進(jìn)系統(tǒng)，獲得更佳的傳輸性能。仿真這幾種理論已經(jīng)很成熟的數(shù)字調(diào)制方式，一方面，可以更容易將仿真結(jié)果與成熟的理論進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證仿真的合理性；另一方面，也可以以此為基礎(chǔ)將仿真系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)擴(kuò)展，使其成為仿真更多的數(shù)字調(diào)制方式的模板。 MATLAB 仿真軟件就是分析通信系統(tǒng)常用的工具之一。 普通調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶、調(diào)頻、調(diào)相五種調(diào)制樣式的通信系統(tǒng)信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)，產(chǎn)生該五種信號(hào)的信源、調(diào)制后、通過信道后 (即加入了噪聲后 )、解調(diào)后的信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 2 模擬通信系統(tǒng)基礎(chǔ)理論 模擬通信系統(tǒng)概述 通信按照傳統(tǒng)的理解就是信息的傳輸與交換。因而，這種通信系統(tǒng)可由圖 中模型加以概括。為了使這個(gè)原始信號(hào)適合在信道中傳輸，由發(fā)送設(shè)備對(duì)原始信號(hào)完成某種變換，然后再送入信道。在接收端，接收設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備的相反，它能從接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始信號(hào)，而受信者（也稱信息宿或收終端）是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。 信 息 源 發(fā) 送 設(shè) 備 信 道 接 收 設(shè) 備 受 信 者噪 聲 源（ 發(fā) 送 端 ） （ 接 受 端 ） 圖 通信系統(tǒng)模型 上述模型概括地反映了通信系統(tǒng)地共性。各種不同的消息可以分成兩類：一類稱作離散消息；另一類稱作連續(xù)消息。離散消息也稱為數(shù)字消 息。連續(xù)消息也稱為模擬消息。由圖 的通信過程可知，消息與電信號(hào)之間必須建立單一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，否則在接收端就無法復(fù)制出原來的消息。這樣的信號(hào)就稱為數(shù)字信號(hào)。 模擬通信系統(tǒng)需要兩種變換。這里所說的原始電信號(hào)，由 于它通常具有頻率很（接收端） 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸。這種變換和反變換通常稱為調(diào)制和解調(diào)。通常，我們將發(fā)送端調(diào)制前和接收端解調(diào)后的信號(hào)稱為基帶信號(hào)。 消息從發(fā)送端傳遞到接收端并非僅經(jīng)過以上兩種變換，系統(tǒng)里可能還有濾波、放大、變頻、輻射等等過程。于是，一般的模擬通信系統(tǒng)模型可由圖 略加改變而成，如圖 所示。 模 擬 信 息 源 調(diào) 制 器 信 道 解 調(diào) 器 受 信 者噪 聲 源（ 發(fā) 送 端 ） （ 接 受 端 ） 圖 模擬通信系統(tǒng)模型 模擬通信系統(tǒng)中的線性調(diào)制 線性調(diào)制是通過改變載波的幅度來實(shí)現(xiàn)基帶調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移，它所形成的信號(hào)頻譜保持原來基帶信號(hào)頻譜的結(jié)構(gòu)。本文介紹模擬通信系統(tǒng)線性調(diào)制中的 普通幅度調(diào)制、雙邊帶調(diào)幅 、 單邊帶調(diào)幅三種調(diào)制 方 法。其時(shí)域和頻域表示式分別為 ? ? ? ?? ? ? ? tftAtftmAts ccAM ?? 2c o s2c o s0 ??? () ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ?ccccAM ffMffMffffAfs ???????? 212 0 ?? () （接 收端） 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 式中， A0為外加的直流分量； ??tm 可以是均值為零的確知信號(hào)，也可以是隨機(jī)信號(hào) （ 此時(shí)， 已調(diào) 信號(hào)的頻域表示必須用功率譜描述 ） ，但通常認(rèn)為其平均值 ??tm =0。振幅調(diào)制信號(hào)一個(gè)重要的參數(shù)是調(diào)幅度 m ，調(diào)幅度 m 的定義為 ? ?? ? ? ?? ?? ?? ? ? ?? ?m inm a xm inm a x tAtA tAtAm ??? () m =1 稱為滿調(diào)幅，此時(shí) ?? 0max Atm ? 。這時(shí)不能用包絡(luò)檢波器進(jìn)行解調(diào)，為保證無失真解調(diào)，可以采用同步解調(diào)。因此， AM 信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬 Hf 的兩倍，即 HAM fB 2? 。當(dāng) ??tm 為確知信號(hào)時(shí)，??tsAM 的均方值即為其平方的時(shí)間平均，即 ? ? ? ?? ?? ? ? ? tftmAtftmtfAtftmAsdttsTPccccAMTT AMTAM????2c o s22c o s2c o s2c o s1lim2022220202222??????? ???? () 通常假設(shè)調(diào)制信號(hào)沒有直流分量，即 ??tm =0。 ??22 tmPs ? 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 由此可見， AM 信號(hào)的總平均功率由不帶信息的載波功率和攜帶信息的邊帶功率兩部分組成。通常把邊帶功率與總平均功率的比值稱為調(diào)制效率，用符號(hào) AM? 表示 [5]。一般情況下， m 都小于 1，調(diào)制效率很低，即載波分量占據(jù)大部分信號(hào)功率，有信息的兩個(gè)邊帶占有的功率較小。但 AM 信號(hào)有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，即可以采用包絡(luò)檢波法解調(diào) ，不需本地同步載波信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用的是相干解調(diào)方法。 同步檢波可由乘法器實(shí)現(xiàn)，其原理見圖 。 可見，輸出信號(hào)中含有直流、 mf 、 cf2 、 mc ff ?2 幾個(gè)頻率分量。 對(duì)于普通調(diào)幅信號(hào)，因其中包含有載波分量，故提取同步信號(hào)并不困難。 抗噪 聲 性能分析 輸入信號(hào)平均功率 ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ?tmAtftmAtsS cAMi 220202 212c o s ????? ? () 輸入噪聲的功率為 BnNi 0? () 普通調(diào)幅信號(hào)與相 干載波相乘后，再經(jīng)低通濾波可得解調(diào)器輸出信號(hào) ? ? ? ?tmtmo 21? () 因此，解調(diào)器輸出端的有用信號(hào)功率為 ? ? ? ?tmtmS oo 22 41?? () 經(jīng)乘法器再經(jīng)過低通濾波器后，最終的輸出噪聲功率為 io NBnN 4141 0 ?? () 于是普通調(diào)幅解調(diào)器的輸入信噪比為 ? ?? ? ? ?BntmABntmANSooii 221 220220 ???? () 輸出信噪比為 ? ? ? ?BntmBntmNSoooo224141?? () 因而制度增益為 ? ?? ?tmA tmNS NSG ii ooAM 22022// ??? () 則對(duì)于 100%的調(diào)制（即 0A = ??maxtm），這時(shí) AM 的最大信噪比增益為 AMG =32 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 雙邊帶幅度調(diào)制（ DSB） 雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的產(chǎn)生 產(chǎn)生雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的最直接方法就是將調(diào)幅信號(hào)與載波信號(hào)相乘。 m ( t )sD S B( t )c o s 2 π fct 圖 DSB 調(diào)制器模型 設(shè)單頻調(diào)制信號(hào) ? ? tfAtm mm ?2c o s? ，載波 ? ? tftc c?2c os? ，兩者相乘得DSB 信號(hào)為 ? ?? ? ? ?tffAtffAtftfAtsmcmmcmcmmD S B?????????2c os212c os212c os2c os () 可見，雙邊帶調(diào)幅信號(hào)中只包含兩個(gè)邊頻，無載頻分量，其頻帶寬度為調(diào)制信號(hào)帶寬的2 倍 [8,9]。同步檢波仍由乘法器實(shí)現(xiàn)，其原理見圖。則乘法器輸出為 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?????? ????????tffAtffAtfAktftfAktftkmtctkstsmcmcmmmmcmmcrD S Bp22c o s222c o s22c o s22c o s2c o s2c o s 22?????? () 其中 k 是乘法器增益。用低通濾波器來取出 mf分量，就可以恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)了解調(diào)。 雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的抗噪聲性能分析。也就是說， DSB 信號(hào)的解調(diào)器使信噪比改善一倍。 單邊帶調(diào)制（ SSB） 濾波法產(chǎn)生單邊帶信號(hào) 產(chǎn)生 SSB 信號(hào)最直觀的方法是，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，保留所需要的一個(gè)邊帶，濾除不要的邊帶，即可得到單邊帶信號(hào)。其原理框圖如圖 所示。 用濾波法形成 SSB 信號(hào)的技術(shù)難點(diǎn)是，由于一般調(diào)制信號(hào)都具有豐富的低頻成分，經(jīng)調(diào)制后得到的 DSB 信號(hào)的上、下邊帶之間的間隔很窄，這就要求單邊帶濾波器在 cf 附近具有陡峭截止特性，才能有效地抑制無用的一個(gè)邊帶。為此，在工程中往往采用多級(jí)調(diào)制濾波的方法 [11]。但我們可以從簡單的單頻調(diào)制出發(fā)，得到 SSB 的信號(hào)的時(shí)域表示式，然后再推廣到一般表示式。 tfA mm ?2sin 可以看成是 tfA mm ?2cos相移 π/2，而幅度大小不變。因此，結(jié)合公式（ ）可以得到調(diào)制信號(hào)為任意信號(hào)的 SSB 信號(hào)的時(shí)域表示式 ? ? ? ? ? ? tftmtftmAts ccmS S B ?? 2s in?212c o s21 ?? () 式中， ??tm? 是 ??tm 的希爾伯特變換 [12,13]。二者的不同之處在于，從單邊帶調(diào)幅信號(hào)中無法提取同步信號(hào)。解調(diào)過程即 ? ? ? ? ? ? tftmtftmts ccSSB ?? 2s in?212c o s21 ?? () 與相干載波相乘后，再經(jīng)低通濾波可得解調(diào)器輸出信號(hào) ? ? ? ?tmtmo 41? () 因此，輸出信號(hào)平均功率 ? ? ? ?tmtmS oo 22 161?? () 輸入信號(hào)平均功率 ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??????? ???? tmtmttmttmtsS ccSSBi 222 ?212141s i n?c o s41 ?? ? () 因?yàn)???tm? 與 ??tm 幅度相同，所以兩者具有相同的平均功率，故上式變?yōu)? ? ?tmSi 241? () 于是單邊帶解調(diào)器的輸入信噪比為 ? ? ? ?BntmBntmNSooii 441 22?? () 輸出信噪聲比為 ? ? ? ?BntmBntmNSoooo44116122?? () 因而制度增益為 1// ?? ii ooSSB NS NSG () 沈陽理