【正文】 的問題研究。模型分析工具包括線性化和整理工具， MATLAB 的所有工具及 Simulink 本身的應用工具箱都包含這些 工具。 強大的 Simulink 動態(tài)仿真環(huán)境 ， 可以實現(xiàn)可視化建模和多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。Simulink 為用戶提供了用方框圖進行建模的圖形接口 ， 它與傳統(tǒng)的仿真軟件包用差分方程和微分方程建模相比 ， 更直觀、方便和靈活。 用于實現(xiàn)通信仿真的通信工具包 (Communication toolbox， 也叫 Commlib， 通信工具箱 )是 Matlab 語言中的一個科學性工具包 ， 提供通信領域中計算、研究模擬發(fā)展、系統(tǒng)設計和分析的功能 ， 可以在 Matlab 環(huán)境下獨立使用 ， 也可以配合Simulink 使用。因此， Matlab 在通信系統(tǒng)仿真中得到了廣泛應用，本文也選用該工具對數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)進行仿真。消息是信息源所產(chǎn)生的，是信息的物理表現(xiàn)，例如，語音、文字、數(shù)據(jù)、圖形和圖 像 等都是消息 (Message)。所有消息必須在轉(zhuǎn)換成電信號（通常簡稱為信號）后才能在通信系統(tǒng)中傳輸。 相應的信號可分為模擬信號和數(shù)字信號，模擬信號的自變量可以是連續(xù)的或離散的，但幅度是連續(xù)的 (分別如圖 121 所示 ) ，如電話機、電視攝像機輸出的信號就是模擬信號。 通信的目的是傳遞消息，但對受信者有用的是消息中包含的有效內(nèi)容，也即信息 (Information) 。 通信技術(shù)，特別是數(shù)字通信技術(shù)近年來發(fā)展非常迅速，它的應用越來越廣泛。當今的通信不僅要有效地傳遞信息，而且還有儲存、處理、采集及顯示等功能，通信已成為信息科學技術(shù)的一個重要組成部分。 ? ? ? ?信 息 源 發(fā) 送 設 備 信 道 接 收 設 備 受 信 者 ↑ 噪 聲 源 圖 121 通信系統(tǒng)一般模型 通信系統(tǒng) 可分為數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。 ? ? ? ?信 息 源 調(diào) 制 器 信 道 解 調(diào) 器 受 信 者 ? 噪 聲 源 圖 123 模擬通信系統(tǒng)模型 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、便于加密、易于實現(xiàn)集成化、便于與計算機連接等優(yōu)點。近二十年來，數(shù)字通信發(fā)展十分迅速，在整個通信領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(shù)成果的問世，通信技術(shù)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(shù)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， 20xx 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(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)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。控制通信主要包括遙測、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(diào)制有調(diào)幅、調(diào)相和調(diào)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(diào)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(shù)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(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，從而便于改進系統(tǒng)，獲得更佳的傳輸性能?；鶐鬏斒菍⑽唇?jīng)調(diào)制的信號直接傳送，如音頻市內(nèi)電話（用戶線上傳輸?shù)男盘枺?Ether網(wǎng)中傳輸?shù)男盘柕?。接收端通過解調(diào)就可以恢復出信息。調(diào)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(jié)構(gòu) ， 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(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，一般可以采用模擬調(diào)制的方法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)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(diào)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(gòu)成；連續(xù)譜由傳號的波形 g(t)經(jīng)線性調(diào)制后決定，離散譜由載波分量決定； （ 2）已調(diào)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 。 該二進制符號序常州大學懷德學院 畢業(yè)設計（論文） 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(diào) (包絡檢波 法 )和相干解調(diào) (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 常州大學懷德學院 畢業(yè)設計（論文） 圖 212 二進制振幅鍵控信號調(diào)制器原理框圖 圖 213 二進制振幅鍵控信號解調(diào)器原理框圖 常州大學懷德學院 畢業(yè)設計（論文） 圖 214 信號非相干解調(diào)過程的時間波形 二進制移頻鍵控 (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(gòu)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(diào)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常州大學懷德學院 畢業(yè)設計（論文） 的時域表達式為 2 1 2( ) ( ) c o s ( ) ( ) c o s ( )F S K n s n n b nnne t a g t n T t a g t n T t? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? （ 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= na ， θn和 n? 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常州大學懷德學院 畢業(yè)設計（論文） 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(diào)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(diào)方法很多 ， 有模擬鑒頻法 和數(shù)字檢測法 ， 有非相干解調(diào)方法也有相干解調(diào)方法 。 其解調(diào)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(diào) ， 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(diào)器原理圖 常州大學懷德學院 畢業(yè)設計（論文） 圖 223 (a) 非相干解調(diào) 。 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 。 二進制移相鍵控 (2PSK) 原理簡介 在二進制數(shù)字調(diào)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(diào)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 ， 發(fā)送概率為 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(diào)信號 e2PSK(t)取 0176。相位 。 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(diào)制方式 ， 稱為二進制絕對移相方式 。 常州大學懷德學院 畢業(yè)設計（論文） 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(diào)制原理圖如 圖 232 所示 。 2PSK 信號的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào) ， 解調(diào)器原理圖如 圖 233 所示 。 2PSK 信號相干解調(diào)各點時間波形如 圖 234 所示 。倒相時 ， 解調(diào)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(diào)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。 常州大學懷德學院 畢業(yè)設計（論文） 圖 235 過零檢測法原理圖和各點波形 正交振幅鍵控 (QAM) 原理簡介 正交振幅鍵控是一種將兩種 調(diào)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(diào)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(shù)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(diào)制信息相混和。該調(diào)制方式通常有 二進制 QAM（ 4QAM）、 四進制 QAM（ l6QAM）、常州大學懷德學院 畢業(yè)設計（論文） 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 1 6 … 個矢量端點。 QAM 調(diào)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(zhuǎn)換器）內(nèi)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(diào)制分量相乘，求和后輸出。如圖 42 所示的是16QAM 的 調(diào)制 原理圖。這四路數(shù)據(jù)兩兩結(jié)合，分別進入兩個電平轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)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(diào) 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(diào)制和相干解調(diào)框圖如下 。最后將兩個信號相加就可以得到已調(diào)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?。蛡€可能值， 2n nM?? ? ( 0,1,..., 1)nM??。帶寬的產(chǎn)生可按類似于雙邊帶正交調(diào)制信號的方式實現(xiàn)。 4PSK 常稱為正交相移鍵控（ Quadrature Phase Shift Keying,QPSK）。現(xiàn)在用 00， 01， 10，