【正文】 被查閱和借閱。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。一般采用正弦波作為載波，這種數(shù)字調(diào)制又稱為載波鍵控。基帶信號(hào)不適合直接在帶通型信道上傳輸，需 要將其進(jìn)行調(diào)制，使傳輸頻帶適合信道的通頻帶。載波鍵控是以數(shù)字信號(hào)作為電碼，用它對(duì)正弦載波進(jìn)行控制，使載波的某個(gè)參數(shù)隨電碼變化。它們分別是控制正弦波的幅度、頻率、相位隨著數(shù)字信號(hào)變化而變化。單位時(shí)間內(nèi)所傳輸?shù)男畔⒘浚Q為信息速率 (又稱比 特速率 )，其單位為比特／秒 (bit/s)，信息速率等于鍵控速率乘以鍵控信號(hào)所攜帶的平均信息量。在選擇濾波器的響應(yīng)時(shí)，應(yīng)使收發(fā)綜合響應(yīng)滿足奈奎斯特準(zhǔn)則，或采取必要的均衡措施，以消除或克服碼間干擾的帶來的誤差或影響。二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)在加性高斯白噪聲信道上通過載波鍵控方式傳輸時(shí)，如果收信端采用最佳相干檢測(cè)并消除碼間干擾，則平均誤碼率 eP 和歸一化信噪比 0/NES 的關(guān)系可以表示為 02121 NEe rfcP se ??? ? （ 11） 式中 SE 為單位碼元的平均信號(hào)能量， 0N 為噪聲譜密度， )(xerfc 為互補(bǔ)誤差函數(shù)， ? 為鍵控波形的互相關(guān)系數(shù)?？?以看出，為達(dá)到同樣的誤碼率，移幅鍵控和移頻鍵控所需的歸一化信噪比等于移相鍵控的兩倍 。①四相移相鍵控 (QPSK)：采用四個(gè)對(duì)四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 2 稱的相位來傳送兩個(gè)二進(jìn)制碼元。②參差四相移相鍵控 (OQPSK)和最小移頻鍵控(MFSK)：前者是將四相鍵控的兩個(gè)調(diào)制碼元偏移半個(gè)碼長(zhǎng)，后者是將連續(xù)相位移頻鍵控的移頻指數(shù)定為 ，它們是四相鍵控的派生形式。③八相移相鍵控 (8PSK)、正交部分響應(yīng)調(diào)制 (QPRS)、 16 狀態(tài)和 64 狀態(tài)正交調(diào)幅（ 16QAM 和 64QAM）：這是一些頻譜效率很高、誤碼性能也較好的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它們主要用于中、大容量的數(shù)字微波接力通信系統(tǒng)。 MATLAB/Simulink 的簡(jiǎn)介 MATLAB 美國(guó) Mathworks 公司于 1967 年推出了矩陣實(shí)驗(yàn)室“ Matrix Laboratory”（縮寫為 Matlab）這就是 Matlab 最早的雛形。 MATLAB 是目前國(guó)際上流行的進(jìn)行科學(xué)研究、工程計(jì)算的軟件，是當(dāng)今最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一，它以強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算與可視化功能、簡(jiǎn)單易用、開放式可擴(kuò)展環(huán)境。 MATLAB 具有其他高級(jí)語言難以比擬的一些優(yōu)點(diǎn)，如編寫簡(jiǎn)單、變成效率高、易學(xué)易懂等，因此 MATLAB 語言也被通俗地稱為演算紙式科學(xué)算法語言，用 MATLAB 來解決運(yùn)算問題要比用 C、 Fortran 等語言完成相同的事情方便得多。在通信領(lǐng)域 MATLAB更是優(yōu)勢(shì)明顯，因?yàn)橥ㄐ蓬I(lǐng)域中很多問題是研究系統(tǒng)性能的，傳統(tǒng)的方法只有構(gòu)建一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用各種方法進(jìn)行測(cè)量，才能得到所需的數(shù)據(jù)，這樣 不僅需要話費(fèi)大量的資金用于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建，而且系統(tǒng)構(gòu)建周期長(zhǎng)，系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整也十分困難。因而 MATLAB 在通信仿真領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用，掌握了 MATLAB 就好比掌握了開啟這個(gè)專業(yè)領(lǐng)域大門的鑰匙。 Simulink提供了專門用于顯示輸出信號(hào)的模塊，可以在仿真的過程中隨時(shí)觀察仿真結(jié)果。另外， Simulink 把具有特定功能的代碼組織四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 3 成模塊的方式，并且這些模塊可以組織成具有等級(jí)結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)，因此具有內(nèi)在的模塊化設(shè)計(jì)要求。 作為一款專 業(yè)仿真軟件， Simulink 具有一下特點(diǎn)： 1） 基于矩陣的數(shù)值計(jì)算； 2） 高級(jí)編程語言以及可視化的圖形操作界面； 3） 包含各領(lǐng)域的仿真工具箱，使用方便快捷并可以擴(kuò)展； 4） 豐富的數(shù)據(jù) I/O 接口； 5） 提供與其他高級(jí)語言的接口； 6） 運(yùn)行多平臺(tái)（ PC/UNIX）。連續(xù)模塊是指輸出信號(hào)發(fā)生連續(xù)變化的模塊；離散模塊則是輸出信號(hào)固定間隔變化的模塊。離散模塊的輸出信號(hào)在下一個(gè)采樣到來之前保持恒定，這個(gè)時(shí)候， Simulink 只需要以一定的間隔計(jì)算輸出信號(hào)的數(shù)值。 如果一個(gè)仿真模型中只包含離散模塊，這個(gè)時(shí)候， Simulink 采用固定步長(zhǎng)的方式進(jìn)行仿真（即每隔一定的間隔計(jì)算一次輸出信號(hào)）。多速率仿真模式的一種方案是選取一個(gè)最大的可用間 隔，使之適用于所有的離散模塊。對(duì)于可變步長(zhǎng)方式，多速率仿真模型按照各個(gè)模塊的采樣間隔列出系統(tǒng)可能那個(gè)的仿真時(shí)刻，在仿真時(shí)刻到來的時(shí)候，只對(duì)相應(yīng)的離散模塊實(shí)施仿真，從而在一定程度上提高了仿真的效率。如果模塊中既包括連續(xù)模塊，又包含離散模塊， Simulink 采用兩種仿真步長(zhǎng)進(jìn)行仿真。每個(gè)步長(zhǎng)中， Simulink 使用小步長(zhǎng)間隔，通過積分運(yùn)算得到連續(xù)狀態(tài)的當(dāng)前輸出信號(hào)。這種廣義的定義，并未限制傳輸和交換的方式、手段等，而電信（ telemunication）則定義為借助電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)信息的傳輸和交換。 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 4 信息是消息中包含的新的、有意義的且可被理解的、不可壓 縮的東西。通信系統(tǒng)所傳送的消息不一定都是具有上述特征，因此消息是信息與某種沉余成分之和，或者說消息是信息的載體。通信從本質(zhì)上來講就是實(shí)現(xiàn)信息傳遞功能的一門科學(xué)技術(shù)，它要將大量有用的信息無失真，高效率地進(jìn)行傳輸，同時(shí)還要在傳輸過程中將無用信息和有害信息抑制掉。 通信系統(tǒng)就是 傳遞信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和，包括信息源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和信宿 (受信者 )，它的一般模型如圖 1 所示。數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖 2 所示。 ? ? ? ?信 息 源 調(diào) 制 器 信 道 解 調(diào) 器 受 信 者 噪 聲 源 圖 3:模擬通信系統(tǒng)模型 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 5 數(shù)字通信系統(tǒng)較模擬通信系統(tǒng)而言，具有抗干擾能力強(qiáng)、便于加密、易于實(shí)現(xiàn)集成化、便于與計(jì)算機(jī)連接等優(yōu)點(diǎn)。近二十年來，數(shù)字通信發(fā)展十分迅速，在整個(gè)通信領(lǐng)域中所占比重日益增長(zhǎng)，在大多數(shù)通信系統(tǒng)中已代替模擬通信，成為當(dāng)代通信系統(tǒng)的主流。為了在盡量短的時(shí)間內(nèi)傳遞盡量多的消息，人們不斷地嘗試所能找到的各種最新技術(shù)手段。 1866 年利用海底電纜實(shí)現(xiàn)了跨大西洋的越洋電報(bào)通信。 1937 年瑞威斯發(fā)明的脈沖編碼調(diào)制標(biāo)志數(shù)字通信的開始。在 70 年代末在全球發(fā)展起來的模擬移動(dòng)電話在 90 年代中期被數(shù)字移動(dòng)電話所代替，現(xiàn)有的模擬電視也正在被數(shù)字電視所代替。 通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 進(jìn)入 20 世紀(jì)以來，隨著晶體管、集成電路的出現(xiàn)與普及、無線通信迅速發(fā)展。 （ 1）微波中繼通信使長(zhǎng)距離、大容量的通信成為了現(xiàn)實(shí)。 （ 3）光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)更是將通信容量提高到了以前無法想象的地步。 （ 5）微電子技術(shù)的發(fā)展，使通信終端的體積越來越小，成本越來越低，范圍越來越廣。根據(jù)國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，到 2021 年底移動(dòng)電話用戶近 4 億。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)通信的要求越來越高，各種技術(shù)會(huì)不斷地應(yīng)用于通信領(lǐng)域，各種新的通信業(yè)務(wù)將被不斷地開發(fā)出來。 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 6 2 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng) 二進(jìn)制 振幅 鍵控 (2ASK) 振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào)制。設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)序列由 0， 1 序列 組成，發(fā)送 0 符號(hào)的概率為 P，發(fā)送 1 符號(hào)的概率為 1P，且相互獨(dú)立。由圖 4 可以看出， 2ASK 信號(hào)的時(shí)間波形)(2 teASK 隨二進(jìn)制基帶信號(hào) s(t)通斷變化，所以又稱為通斷鍵控 信號(hào) (OOK 信號(hào) )。 由圖 4 可以看出， 2ASK 信號(hào)與模擬調(diào)制中的 AM信號(hào)類似。 2ASK 信號(hào)非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形如圖 7 所示。二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)間波形如圖 8 所示，圖中波形 g 可分解為波形 e 和波形 f，即二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載波的二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的疊加。在二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)中， n? 和 n? 不攜帶信息，通?？闪?n? 和 n? 為零。圖 9 是數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的原理圖，圖中兩個(gè)振蕩器的輸出載波受輸入的二進(jìn)制基帶信號(hào)控制，在一個(gè)碼元 Ts 期間輸出 1f 或 2f 兩個(gè)載波之一。采用非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種方法的原理圖如圖 10 所示，其解調(diào)原理是將二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)分解為上下兩路二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)，分別進(jìn)行解調(diào)，通過對(duì)上下兩路的抽樣值進(jìn)行比 較最終判決出輸出信號(hào)。 圖 9:數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的原理圖 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 11 (a)非相干解調(diào) (b)相干解調(diào) 圖 10:二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)解調(diào)器原理圖 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 12 圖 11:2FSK 非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形 二進(jìn)制移相鍵控 (2PSK) 在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控 (2PSK)信號(hào)。 和 180176。二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 tnTtgte csP S K ?c o s)]([)(2 ?? （ 29） 其中， na 與 2ASK 和 2FSK 時(shí)的不同，在 2PSK 調(diào)制中， na 應(yīng)選擇雙極性，即 ??? ?? PPan 11 ,0，發(fā)送概率為 發(fā)送概率為 （ 210） ??? ?? P P，發(fā)送概率為，發(fā)送概率為1 10b n （ 211） 若 g(t)是脈寬為 Ts，高度為 1 的矩形脈沖時(shí)，則有 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 13 tte cPSK ?co s)(2 ? ，發(fā)送概率為 P tte cPSK ?co s)(2 ?? ，發(fā)送概率為 1P 由式 (211)可看出，當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào) 1 時(shí)，已調(diào)信號(hào) )(2 tePSK 取 0176。 相位。 ，發(fā)送 1 符號(hào) 180176。二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的典型時(shí)間波形如圖 12 所示。其中圖 (a)是采用模擬調(diào)制的方法產(chǎn)生 2PSK 信號(hào)，圖 (b)是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生 2PSK 信號(hào)。在相干解調(diào)過程中需要用到與接收的 2PSK 信號(hào)同頻同相的相干載波。 倒相時(shí)，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的功率譜密度如圖 16 所示，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。離散譜由載波分量確定，連續(xù)譜由基帶信號(hào)波形 g(t)確定，二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的帶寬 ASKB2 是基帶信號(hào)波形帶寬 B 的兩倍，即 ASKB2 =2B。 ttsttste F S K 22112 c o s)(c o s)()( ?? ?? （ 215） 其中 信號(hào)為兩路二進(jìn)制數(shù)字基帶和 )()(1 tsts s )()()()(21snnnsnnTtgatsnTtgats?????? （ 216） ? ? ? ?)()(41)()(41)(22112 2211 ffPffPffPffPfP ssssF SK ???????? （ 217） 四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究與仿真 16 令概率 21?P ，將二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜密度公式帶入式（ 217）可得 ? ?)()()()(161)()(s i n)()(s i n16)()(s i n)()(s i n16)(22112222222112112ffffffffTffTffTffTffTTffTffTffTffTfPssssssssssF S K????????????????????????????????????????????????