【正文】 性使得數(shù)字傳輸系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)字信息既可以來自計(jì)算機(jī)、電傳機(jī)等數(shù)據(jù)終端的各種數(shù)字代碼，也可以來自模擬信號經(jīng)過數(shù)字化處理后的脈沖編碼（ PCM）信號等。未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號所占據(jù)的頻譜是從零頻或很低頻率開始，稱為數(shù)字基帶信號。在無線通信中和其他大多數(shù)場合，調(diào)制均指載波調(diào)制。調(diào)制信號是指來自信源的消息信號（基帶信號），這些信號可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。載波調(diào)制后稱為已調(diào)信號，它含有調(diào)制信號的全部特征。調(diào)制方式不同，解調(diào)方法也不一樣。正弦波解調(diào)還可再分為幅度解調(diào)、頻率解調(diào)和相位解調(diào)，此外還有一些變種如單邊帶信號解調(diào)、殘留邊帶信號解調(diào)等。 調(diào)制方式有很多，根據(jù)調(diào)制信號是模擬信號還是數(shù)字信號，載波是連續(xù)波（通 8 常是正弦波）還是脈沖序列，相應(yīng)的調(diào)制方式有模擬連續(xù)波調(diào)制（簡稱模擬調(diào)制）、數(shù)字連續(xù)波調(diào)制（簡稱數(shù)字調(diào)制）、模擬脈沖調(diào)制和數(shù)字脈沖調(diào)制等。常見的調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶等調(diào)制就是幅度調(diào)制的幾個典型實(shí)例。解調(diào)過程與采用何種解調(diào)方式有關(guān)，對于常規(guī) 幅度調(diào)制，一般用包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)，由于在這種解調(diào)方式中，接收機(jī)對載波頻率和相應(yīng)精度的了解是無關(guān)緊要的，所以解調(diào)過程相對簡單。 數(shù)字通信系統(tǒng)中，發(fā)送信號某一參數(shù)的離散取值（如正弦波的振幅、頻率、相位等）于所承載消息的數(shù)字信號（即離散符號）之間通常是一種一一對應(yīng)關(guān)系。它們分別對應(yīng)于利用載波（正弦波）的振幅、頻率和相位來承載數(shù)字基帶信號，可以是模擬線性調(diào)制和角度調(diào)制的特殊情況。但是，數(shù)字調(diào)制是源信號為離散型的正弦波調(diào)制，而模擬調(diào)制則是源信號為連續(xù)型的正弦波調(diào)制，因而，數(shù)字調(diào)制具有由數(shù)字信號帶來的一些特點(diǎn)。第二，對于數(shù)字調(diào) 制信號的解調(diào)，為提高系統(tǒng)的抗噪聲性能，通常采用與模擬調(diào)制系統(tǒng)中不同的解調(diào)方式。在二進(jìn)制調(diào)制中，信號參量只有兩種可能取值；而在多進(jìn)制調(diào)制中，信號參量可能有 M（ M2）中取值。 根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號（已調(diào)信號）一般可表示成 Sm(t)=Am(t)cos ( ct? ) (22) 式中： m(t)為基帶調(diào)制信號 。由于這種搬移是線性的，因此，幅度調(diào) 制通常又稱為線性調(diào)制，這里的 “線性 ”并不意味著已調(diào)信號與調(diào)制信號之間符合線性變換關(guān)系，實(shí)際上，任何調(diào)制過程都是一種非線性的變換過程。假設(shè)調(diào)制信號 m(t)的平均值為 0，將其疊加一個直流偏量 A0 后與載波相乘（如圖 所示），即可形成調(diào)幅信號 。 若 m(t)是確知信號，則 AM 信號的頻譜為 SAM(? )=∏A0[ )()( cc ?????? ??? ]+1/2[ )()( cMcM ???? ??? ](25) 2) 相干解調(diào) 10 相干解調(diào)也叫同 步檢波，解調(diào)與調(diào)制的實(shí)質(zhì)一樣，均是頻譜搬移。解調(diào)則是調(diào)制的反過程，即把在載頻位置的已調(diào)信號的頻譜搬回到原始基帶位置，因此同樣可以用相乘器與載波相乘來實(shí)現(xiàn)，相干解調(diào)的一般模型如圖 所示。 相干解調(diào)器適用于所有的線性調(diào)制信號的解調(diào)。因此， Sd(t)就是解調(diào)輸出，即 Sd(t)=1/2 SI(t) m(t) 由此可見，相干解調(diào)器適用于所有線性調(diào)制信號的解調(diào)，即對于 AM、 DSB、SSB 和 VSB 都是適用的。LPF 11 正交幅度調(diào)制解調(diào)原理 1) 正交幅度調(diào)制技術(shù) 正交振幅調(diào)制（ Quadrature Amplitude Modulation,QAM）是一種振幅和相位聯(lián)合鍵控。但是由圖 可見，在 MPSK 體制中，隨著 8/15? 圖 8PSK 信號相位 M 的增大，相鄰相位的距離逐漸減小，使噪聲容限隨之減小 ，誤碼率難于保證。在 QAM 體制中，信號的振幅和相位作為兩個獨(dú)立的參量同時受到調(diào)制。 式（ 2—1）可以展開為 00( ) c o s c o s sin sink k k k ks t A t A t? ? ? ??? （ 2—2） 令 Xk = Akcos?k， Yk = Aksin?k 則式（ 2—1）變?yōu)? 00( ) c os si nk k ks t X t Y t???? （ 2—3） kX 和 kY 也是可以取多個離散的變量。 在式（ 2—1）中，若 ?k 值僅可以取 ?/4 和 ?/4， Ak值僅可以取 +A 和 A，則8/5? 8/3?8/?8/7?8/9?8/11? 8/13? 12 此 QAM 信號就成為 QPSK 信號，如圖 所示： 圖 4QAM 信號矢量圖 所以， QPSK 信號就是一種最簡單的 QAM 信號。類似地，有 64QAM 和 256QAM 等 QAM 信號，如圖 、圖 所示。由于從其矢量圖看像是星座，故又稱星座調(diào)制。第一種是正交調(diào)幅法，即用兩路獨(dú)立的正交 4ASK 信號疊加，形成 16QAM 信號，如圖 所示。圖中 圖 64QAM 信號矢量圖 圖 256QAM 信號矢量圖 AM AM AM 14 圖 復(fù)合相移法 虛線大圓上的 4 個大黑點(diǎn)表示一個 QPSK 信號矢量的位置。 三、 QAM 調(diào)制解調(diào)原理 QAM 調(diào)制 正交幅度調(diào)制 QAM 是數(shù)字通信中一種經(jīng)常利用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，尤其是多進(jìn)制 QAM 具有很高的頻帶利用率，在通信業(yè)務(wù)日益增多使得頻帶利用率成為主要矛盾的情況下，正交幅度調(diào)制方式是一種比較好的選擇。發(fā)送信號波形如圖 所示 ,2s i n)(2c o s)()( tftgAtftgAtu cTmscTmcm ?? ?? Mm ,...,2,1? 圖 M=16QAM 信號星座圖 式中 { mcA }和 { msA }是電平集合，這些電平是通過將 k 比特序列映射為信號振幅而獲得的。利用 PAM 分別調(diào)制兩個正交載波可得到矩形信號星座。因此發(fā)送的 QAM 信號波形可表示為 ),2c o s ()()( ncTmmn tftgAtu ?? ?? ,....,2,1 1Mm? ,....,2,1 2Mn? 如果 ,2 11 kM ? ,2 22 kM ? 那么 QAM方法就可以達(dá)到以符號速率 )( 21 kkRB ?同時發(fā)送 12221 lo g MMkk ?? 個二進(jìn)制數(shù)據(jù)。 圖 QAM 調(diào)制器框圖 QAM 的解調(diào)和判決 假設(shè)在信號傳輸中存在載波相位偏移和加性高斯噪聲。使用圖 115 中所示的鎖相環(huán)估算接收信號的載波相位偏移 ? ，相移 )(1t? 和 )(2t? 對該相位偏移進(jìn)行補(bǔ)償。在這些條件下兩個相關(guān)器的輸出分別為 ?? s inco s1 scmc nnAr ??? ?? c o ss in2 scmc nnAr ??? 其中 dttgtnn TT cc )()(210?? dttgtnn TT ss )()(210?? 噪聲分量是均值為 0，方差為 20N 的互不相關(guān)的高斯隨機(jī)變量。 對于 2KM? 下的矩形信號星座圖（ K 為偶數(shù)）， QAM 信號星座圖與正交載波上的兩個 PAM 信號是等價(jià)的，這兩個信號中的每一個上都有 2 2/KM ? 個信號點(diǎn)。 M 進(jìn)制 QAM 系統(tǒng)正確判決的概率是： ? ?PP MC ?? 1 2。通過適當(dāng)調(diào)整 M進(jìn)制 PAM系統(tǒng)的誤碼率，可得： ? ? ? ?? ?o/1/3/112 av NMQM EP M ??? 式中 /NoEav 是每個符號的平均信噪比。如果使用最佳距離量度進(jìn)行判決的最佳判決器，可以求出任意 K=1 誤碼率的的嚴(yán)格上限。 第二節(jié) 多進(jìn)制正交幅度調(diào)制及相干解調(diào)原理框圖 一、正交調(diào)制原理框圖 串并轉(zhuǎn)換基 帶 信 號 x電 平 映 射電 平 映 射成 形 濾 波成 形 濾 波XX載 波 發(fā) 生 器9 0 度 相 移c o s w t s i n w t+已 調(diào) 信 號 yQ nI n 圖 正交調(diào)制原理框圖 18 二、相干解調(diào)原理框圖 E P F恢 復(fù) 信 號 x時 鐘 恢 復(fù)L P F并串轉(zhuǎn)換抽 樣 判 決XX載 波 恢 復(fù)9 0 度 相 移c o s w t s i n w t已 調(diào) 信 號 yQ nI nL P F 抽 樣 判 決 圖 相干解調(diào)原理框圖 19 第二章 MATLAB 通信系統(tǒng)工具箱 MATLAB 通信系統(tǒng)工具箱主要應(yīng)用于參數(shù)化模型，頻譜分析和估計(jì)等。 MATLAB 的通信系統(tǒng)工具箱可以任意增減，不同的工具箱可以給不同領(lǐng)域的用戶提供豐富強(qiáng)大的功能。 常用的 MATLAB 函數(shù)主要有以下幾項(xiàng)： figure 功能：創(chuàng)建新的圖形窗口 (用于輸出圖形的窗口 )。 plot 功能：線型繪圖函數(shù)。 plot(x)的作用是在坐標(biāo)系中順序地用直接連接頂點(diǎn) {i,x(i),i=1,2,…,n} 生成一條折線。 subplot 功能：多坐標(biāo)設(shè)置與定位當(dāng)前坐標(biāo)系。 ezplot 功能： 該命令用來繪制符號表達(dá)式的自變量和對應(yīng)各函數(shù)值的二維曲線。 axis 功能：該命令用來控制坐標(biāo)軸的特性。 angle 功能：求復(fù)數(shù)的相角。 21 第三章 MATLAB 的模擬調(diào)制和解調(diào)實(shí)例 第一 節(jié) 用 MATLAB 分析雙邊帶幅度調(diào)制（ DSMAM） 我們可以利用 MATLAB 強(qiáng)大的符號運(yùn)算功能來進(jìn)行運(yùn)算 ,再根據(jù) MATLAB 的可視化結(jié)果進(jìn)行分析。為了討論方便取初相 c? =0（以下類似）。 0＜ t＜ t0/3 某消息信號 m(t)= 2 t0/3＜ t＜ 2t0/3 其他 用信號 m(t)以 DSBAM 方式調(diào)制載波 c(t)=cos(2∏ fct),所得到的已調(diào)制信號記為 u(t).設(shè) t。試比較消息信號與已調(diào)信號，并繪制它們的頻譜。 ％信號持續(xù)時間 ts=。 ％載波頻率 FS=1/ts。 ％頻率分辨率 22 t=[0:ts:t0]。 ％定義信號序列 C=cos(2*pi*Fc.*t)。 ％調(diào)制信號 [M,m,df1]=fft_seq(m,ts,df)。 [U,u,df1]=fft_seq(m,ts,df)。 [C,c,df1]=fft_seq(c,ts,df)。 ％頻率矢量 subplot(2,2,1)。 ％未調(diào)制信號 title(‘ 未調(diào)制信號‘ )； subplot(2,2,2)。 ％已調(diào)制信號 title(‘ 已調(diào)制信號‘ )； subplot(2,2,3)； plot(f,abs(fftshift(M)))。 ％已調(diào)制信號頻譜 title(‘ 已調(diào)制信號頻譜‘ )； 傅里葉變換函數(shù) fft_seq,源代碼如下： function[M,m,df]=fft_seq(m,ts,df) ％ [M,m,df]=fft_seq(m,ts,df) ％ [M,m,df]=fft_seq(m,ts) ％ M 為輸入序列 m 的傅里葉變換， ts為抽樣間隔，輸入 df為頻率分辨率 ％輸出序列 m 按要求的頻率分辨率 df 進(jìn)行補(bǔ)零后的序列 ％輸出 df為最終的頻率分辨率 23 fs=1/ts。 else, n1=fs/df。