【正文】 域中所占比重日益增長，在大多數(shù)通信系統(tǒng)中已代替模擬通信，成為當代通信系統(tǒng)的主流。特別是在20世紀后半葉，隨著人造地球衛(wèi)星的發(fā)射，大規(guī)模集成電路、電子計算機和光導纖維等現(xiàn)代技術成果的問世，通信技術在以下幾個不同方向都取得了巨大的成功。（2） 移動通信和衛(wèi)星通信的出現(xiàn)，使人們隨時隨地可通信的愿望可以實現(xiàn)。（4） 電子計算機的出現(xiàn)將通信技術推上了更高的層次，借助現(xiàn)代電信網(wǎng)和計算機的融合，人們將世界變成了地球村。例如，2003年我國的移動電話用戶首次超過了固定電話用戶。隨著現(xiàn)代電子技術的發(fā)展，通信技術正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化和寬帶化的方向發(fā)展。到那時人們的生活將越來越離不開通信。其中常規(guī)通信又分為話務通信和非話務通信。非話務通信主要是分組數(shù)據(jù)業(yè)務、計算機通信、傳真、視頻通 信等等?？刂仆ㄐ胖饕ㄟb測、遙控等等，如衛(wèi)星測控、導彈測控、遙控指令通信等等都是屬于控制通信的范圍。根據(jù)控制的載波參量的不同，數(shù)字調制有調幅、調相和調頻三種基本形式，并可以派生出多種其他形式。為了進行長途傳輸，必須對數(shù)字信號進行載波調制，將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。另外，由于數(shù)字通信具有建網(wǎng)靈活，容易采用數(shù)字差錯控制技術和數(shù)字加密，便于集成化，并能夠進入綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ISDN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。通過對調制系統(tǒng)的仿真，我們可以更加直觀的了解數(shù)字調制系統(tǒng)的性能及影響性能的因素，從而便于改進系統(tǒng)，獲得更佳的傳輸性能?；鶐鬏斒菍⑽唇?jīng)調制的信號直接傳送，如音頻市內電話（用戶線上傳輸?shù)男盘枺?、Ethernet網(wǎng)中傳輸?shù)男盘柕?。接收端通過解調就可以恢復出信息。調制過程可以將信號頻譜搬移到任何需要的頻率范圍，便于與信道傳輸特性相匹配。（2）改變信號占據(jù)的帶寬。（3）改善系統(tǒng)的性能。本文比較全面的分析了2ASK、2FSK、2PSK、QAM、QPSK和MSK的通信結構，并利用Simulink對該通信系統(tǒng)進行建模仿真評估分析。然而，在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。 圖 21 數(shù)字調制系統(tǒng)的基本結構 數(shù)字調制與模擬調制原理是相同的，一般可以采用模擬調制的方法實現(xiàn)數(shù)字調制。這樣，可以用載波的某些離散狀態(tài)來表示數(shù)字基帶信號的離散狀態(tài)。本章重點論述數(shù)字調制系統(tǒng)的原理及其抗噪聲性能。載波在數(shù)字信號1或0的控制下通或斷，在信號為1的狀態(tài)載波接通，此時傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號為0的狀態(tài)下，載波被關斷，此時傳輸信道上無載波傳送。2ASK信號功率譜密度的特點如下：（1）由連續(xù)譜和離散譜兩部分構成；連續(xù)譜由傳號的波形g(t)經(jīng)線性調制后決定，離散譜由載波分量決定；（2）已調信號的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍。當數(shù)字基帶信號為二進制時，則為二進制振幅鍵控。該二進制符號序列可表示為 （211）其中: （212）Ts是二進制基帶信號時間間隔，g(t)是持續(xù)時間為Ts的矩形脈沖: （213）則二進制振幅鍵控信號可表示為 （214）二進制振幅鍵控信號時間波型如圖 211所示。 二進制振幅鍵控信號的產(chǎn)生方法如圖 213所示，圖(a)是采用模擬相乘的方法實現(xiàn)，圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法實現(xiàn)。所以，對2ASK信號也能夠采用非相干解調(包絡檢波法)和相干解調(同步檢測法)，其相應原理方框圖如圖 213所示。圖 211二進制振幅鍵控信號時間波型圖212 二進制振幅鍵控信號調制器原理框圖圖 213 二進制振幅鍵控信號解調器原理框圖圖 2142ASK信號非相干解調過程的時間波形(2FSK) 原理簡介頻移鍵控是利用兩個不同頻率f1和f2的振蕩源來代表信號1和0，用數(shù)字信號的1和0去控制兩個獨立的振蕩源交替輸出。2FSK功率譜密度的特點如下：(1) 2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分構成，離散譜出現(xiàn)在f1和f2位置；(2) 功率譜密度中的連續(xù)譜部分一般出現(xiàn)雙峰。在二進制數(shù)字調制中，若正弦載波的頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化，則產(chǎn)生二進制移頻鍵控信號(2FSK信號)。 若二進制基帶信號的1符號對應于載波頻率f1，0符號對應于載波頻率f2，則二進制移頻鍵控信號的時域表達式為 （215） （21 6） （2 17） 圖 221 二進制移頻鍵控信號的時間波形由圖 2 6 可看出，bn是an的反碼，即若an=1，則bn=0，若an=0，則bn=1，于是bn=，θn和分別代表第n個信號碼元的初始相位。因此，二進制移頻鍵控信號的時域表達式可簡化為 （21 8） 二進制移頻鍵控信號的產(chǎn)生，可以采用模擬調頻電路來實現(xiàn)，也可以采用數(shù)字鍵控的方法來實現(xiàn)。  二進制移頻鍵控信號的解調方法很多，有模擬鑒頻法和數(shù)字檢測法，有非相干解調方法也有相干解調方法。 其解調原理是將二進制移頻鍵控信號分解為上下兩路二進制振幅鍵控信號，分別進行解調，通過對上下兩路的抽樣值進行比較最終判決出輸出信號。 圖 222 二進制移頻鍵控信號解調器原理圖圖 223 (a) 非相干解調。其基本原理是，二進制移頻鍵控信號的過零點數(shù)隨載波頻率不同而異，通過檢測過零點數(shù)從而得到頻率的變化。(2PSK) 原理簡介在二進制數(shù)字調制中，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。和 180176。 二進制移相鍵控信號的時域表達式為e2PSK(t)=g(tnTs)*cosωct ( 21 9)其中， an與2ASK和2FSK時的不同，在2PSK調制中，an應選擇雙極性，即 （2110） （2–111）若g(t)是脈寬為Ts， 高度為1的矩形脈沖時，則有e2PSK(t)=cosωct， 發(fā)送概率為P cosωct， 發(fā)送概率為1P由式(2 1 11)可看出，當發(fā)送二進制符號1時，已調信號e2PSK(t)取0176。相位。 發(fā)送 1 符號180176。這種以載波的不同相位直接表示相應二進制數(shù)字信號的調制方式，稱為二進制絕對移相方式。圖 231二進制移相鍵控信號的時間波形二進制移相鍵控信號的調制原理圖如圖 232所示。 2PSK信號的解調通常都是采用相干解調， 解調器原理圖如圖 233 所示。2PSK信號相干解調各點時間波形如圖 234所示。倒相時，解調出的數(shù)字基帶信號將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好是相反，解調器輸出數(shù)字基帶信號全部出錯。由于在2PSK信號的載波恢復過程中存在著180176。 圖 235 過零檢測法原理圖和各點波形(QAM) 原理簡介正交振幅鍵控是一種將兩種調幅信號（2ASK和2PSK）匯合到一個信道的方法，因此會雙倍擴展有效帶寬。 圖 241不同進制QAM的星座圖正交調幅信號有兩個相同頻率的載波，但是相位相差90度（四分之一周期，來自積分術語）。從數(shù)學角度將一個信號可以表示成正弦，另一個表示成余弦。到達目的地后，載波被分離，數(shù)據(jù)被分別提取然后和原始調制信息相混和。該調制方式通常有二進制QAM（4QAM）、四進制QAM（l6QAM）、八進制QAM（64QAM）、…，對應的空間信號矢量端點分布圖稱為星座圖，分別有16…個矢量端點。QAM調制器的原理是發(fā)送數(shù)據(jù)在比特/符號編碼器（也就是串–并轉換器）內被分成兩路，各為原來兩路信號的1/2，然后分別與一對正交調制分量相乘，求和后輸出。如圖42所示的是16QAM的調制原理圖。這四路數(shù)據(jù)兩兩結合，分別進入兩個電平轉換器，轉換成兩路4電平數(shù)據(jù)。這兩路4電平數(shù)據(jù)g1（t）和g2（t）分別對載波cos2πfct和sin2πfct進行調制，然后相加，即可得到16QAM信號。式中Ts為碼元寬度，m=1，2，…，M，M為Am和Bm的電平數(shù)。QAM的調制和相干解調框圖如下。最后將兩個信號相加就可以得到已調輸出信號y(t)。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于一組二進制信息碼元。在MPSK信號中，載波相位可取Ｍ個可能值， 。帶寬的產(chǎn)生可按類似于雙邊帶正交調制信號的方式實現(xiàn)。4PSK常稱為正交相移鍵控（Quadrature Phase Shift Keying,QPSK）?，F(xiàn)在用00，01，10，11表示QPSK的四種狀態(tài)。然后根據(jù)碼元情況，用載波的四種相位去表示它們。碼元ab與相位之間的關系如表251所示。第一種是用相乘電路，第二種是選擇法，本設計采用相乘電路來設計的。圖中輸入基帶信號是二進制不歸零雙極性碼元，它被“串/并變換”電路變成兩路碼元a和b。這兩路并行碼元序列分別用以和兩路正交載波相乘。串/并變換相干載波產(chǎn)生π/2相移相乘電路相乘電路相加電路單/雙極性變換單/雙極性變換圖 251 QPSK的產(chǎn)生框圖QPSK的解調。相干解調后的兩路并行碼元a和b，經(jīng)過并串變換后，成為串行數(shù)據(jù)輸出。BPFLPFLBP抽判抽判并/串變換相干載波產(chǎn)生π/2相移相乘電路相乘電路定時抽樣輸出圖 251 QPSK解調框圖為了便于分析，可不考慮噪聲的影響。兩路乘法器的輸出分別為LPF輸出分別是根據(jù)π/4移相系統(tǒng)PSK信號的相位配置規(guī)定，抽樣判決器的判決準則列于表2，當判決器按極性判決時，若正抽樣值判為1，負抽樣判定為0，則可將調相信號解調為相應的數(shù)字信號。若解調π/2移相系統(tǒng)的PSK信號，需改變移相網(wǎng)絡及判決準則。在FSK方式中，相鄰碼元的頻率不變或者跳變一個固定值。MSK是對FSK信號作某種改進，使其相位始終保持連續(xù)不變的一種調制。MSK是一種在無線移動通信中很有吸引力的數(shù)字調制方式，因為它有以下兩種主要的特點：. 5%被限制在數(shù)據(jù)傳輸速率的I. 5倍的帶寬內。因此，MSK信號在帶外產(chǎn)生的干擾非常小。，系統(tǒng)可以使用廉價高效的非線性器件。MSK波形有多種表示形式。它決定了一個符號帶來的相位變化, , q(t)為相位平滑函數(shù)，它很大程度上決定了信號的形狀繼而影響到性能。其中L可以被看作調制方法的記憶長度，它決定了每一個符號究竟影響到該符號以后的多少個符號間隔。MSK屬于全響應調制，即L=1。第一項等于零的條件是2pi=kpi，,令k等于其最小值1，則得到 ()即傳號頻率和空號頻率在一個符號周期內的相位累計嚴格的相差180。載波頻率和傳號頻率相差四分之一符號速率，與空號頻率也相差四分之一的符號速率: (227) 從( )式可以看出，在一個碼元周期內，其基帶相位總是線性累積，因此碼元終止位與起始相位之差也是。相反如果一個碼元是“0，那么在該碼元周期內，基帶相位均勻減小，即在碼元末尾處基帶相位比碼元開始處基帶相位要小，這是MSK的一個重要特征，也是差分解調的依據(jù)。范圍內，其起始相位等于與相鄰的前一個碼元的終一止相位(對應于t=時的相位)。相對于載波相位來說，由式( )可知基帶相位值與時間t之間存在著一定的關系。A(t)的尾的基帶相位。在任一碼元期間，此函數(shù)的變化量總是。當=1時，減少。而當時間t為的偶數(shù)倍時，即t=2k，則a(t)總是pi/2的偶數(shù)倍。當t=2k時，a(t)取值只有0或2pi (以2pi為模)。同樣，由于余弦函數(shù)總以2pi為模，所以截距的取值只有0或2pi (以2pi為模)。 ，使得功率譜密度按速率降低。MSK信號的功率譜密度表示式為： (228)其中為載波信號的振幅。頻率關系為:，n為大于4的整數(shù)。，信號的相位是連續(xù)的，或者說，信號的波形沒有突變。，從而可允許帶通濾波器帶寬較窄。由于上述特點以及恒定包絡特點，MSK信號在幅度和頻帶受限時能量損失不大對性能的影響較小。 二進制振幅鍵控信號的功率譜密度如圖271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)譜由基帶信號波形g(t)確定，二進制振幅鍵控信號的帶寬 B2AS是基帶信號波形帶寬B 的兩倍,即B2ASK=2B 圖271 二進制振幅鍵控信號的功率譜密度 2FSK信號的功率譜密度 相位不連續(xù)的二進制移頻鍵控信號的功率譜密度可以近似表示成兩個不同載波的二進制振幅鍵控信號功率譜密度的疊加。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）