【正文】 但在實際信道中大多數(shù)新道具有帶通傳輸特性，因此，必須用數(shù)字信號來調(diào)制某一較高頻率的正弦載波，使已調(diào)信號能通過帶限信道傳輸。而已調(diào)信號通過信道傳輸?shù)浇邮斩耍诮邮斩送ㄟ^解調(diào)器把頻帶數(shù)字信號還原成基帶數(shù)字信號，這種數(shù)字信號的反變換稱為數(shù)字解調(diào)。第二種技術(shù)通常稱為鍵控法，比如對載波的振幅，頻率及相位進(jìn)行鍵控，便可相應(yīng)獲得振幅鍵控（ASK），頻移鍵控（FSK）及相移鍵控（PSK）調(diào)制方式。最早的電通信形式，即1837年S．莫爾斯演示的電報試驗就是一個數(shù)字通信系統(tǒng)。隨著集成電路、超大規(guī)模集成電路、光纖傳輸技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)字通信進(jìn)入全盛時期，成為世界各國主要研究、應(yīng)用和發(fā)展的領(lǐng)域。后來，隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字調(diào)制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。眾所周知，調(diào)制技術(shù)是通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，尤其對于數(shù)字通信系統(tǒng)，字調(diào)制技術(shù)更關(guān)系到系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。提高頻譜利用率是提高通信系統(tǒng)容量的重要措施，也是人們規(guī)劃和設(shè)計通信系統(tǒng)的關(guān)注焦點(diǎn)。對于數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)而言，頻譜利用率指的是傳輸效率問題，也就是說，不僅要關(guān)心通信系統(tǒng)的傳輸速率，還要看在這樣的傳輸速率下所占用的信道頻帶寬度是多少。頻譜利用率通常定義為單位頻帶（1Hz）內(nèi)信息傳輸速率（單位為bit/s）和碼元傳輸速率的高低。從頻譜利用率的定義可以看出，要提高通信系統(tǒng)的利用率有兩種途徑：一是降低已調(diào)信號的頻譜寬度，二是提高該調(diào)制系統(tǒng)的信息傳輸速率。另一種獲得迅速發(fā)展的調(diào)制技術(shù)是振幅和相位聯(lián)合調(diào)制（QAM）技術(shù)，該技術(shù)具有較高的信息傳輸速率。隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展,通信速度已經(jīng)越來越不適應(yīng)發(fā)展的要求了，因此多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制應(yīng)運(yùn)而生,它指的是調(diào)制信號的不同狀態(tài)數(shù)大于2的數(shù)字調(diào)制，當(dāng)信道頻帶受限時可以使信息傳輸率增加，從而提高頻帶利用率。它也可以相應(yīng)地分為多進(jìn)制振幅鍵控、頻移鍵控和移相鍵控。MASK的調(diào)制方法與2ASK的方法相同，不同的只是基帶信號由二電平變?yōu)槎嚯娖?。常用的?PSK(又稱QPSK)和8PSK。另外，為了提高傳輸速率，現(xiàn)在經(jīng)常采用幅度和相位聯(lián)合調(diào)制方式(QAM)?！包c(diǎn)對點(diǎn)四線租用電話型電路上使用的標(biāo)準(zhǔn)化9600bit/s調(diào)制解調(diào)器”標(biāo)準(zhǔn)就是采用4QAM調(diào)制方式。另外,目前較常使用的有16QAM、64QAM和256QAM[1]。第2章　數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的研究　數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的概述數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號（已調(diào)信號）的過程。在遠(yuǎn)距離傳輸情況下，特別是在無線或者光纖信道傳輸時，因為信道都是帶限信道或帶通信道，含有豐富低頻成分的數(shù)字基帶信號無法直接傳輸，必須經(jīng)過調(diào)制器進(jìn)行解調(diào)，使其成為數(shù)字頻帶（載波）信號后再進(jìn)行傳輸，在接收端經(jīng)過相應(yīng)解調(diào)器，將其還原成數(shù)字基帶信號，從實際的應(yīng)用上來看，數(shù)字頻帶傳輸比基帶傳輸?shù)膽?yīng)用更加廣泛。基本的鍵控方式分為振幅鍵控、頻移鍵控、相移鍵控。所謂多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制，就是利用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號去調(diào)制高頻載波的某個參量，如幅度、頻率或相位的過程。也可以把載波的兩個參量組合起來進(jìn)行調(diào)制，如把幅度和相位組合起來得到多進(jìn)制幅相鍵控（MAPK）或它的特殊形式多進(jìn)制正交幅度調(diào)制（MQAM）等。碼元速率相同時，進(jìn)制數(shù)傳系統(tǒng)的信息速率是二進(jìn)制的倍。(2)在信息速率相同條件下，可以降低碼元速率，以提高傳輸?shù)目煽啃?。正是基于這些特點(diǎn)，使多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式得到了廣泛的使用?！《M(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)　二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）振幅鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息的，而其頻率和初始相位保持不變。一種常用的也是最簡單的二進(jìn)制振幅鍵控方式稱為通斷鍵控，2ASK信號的一般表達(dá)式為： (21)其中 (22)為碼元持續(xù)時間；為持續(xù)時間為的基帶脈沖波形，通常假設(shè)是高度為1，寬度等于的矩形脈沖；為第個符號的電平取值，若取 (23)則相應(yīng)的2ASK信號就是OOK信號。2ASK信號與模擬調(diào)制中的AM信號類似，所以對2ASK信號也能夠采用非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測法)。若設(shè)的功率譜密度為，2ASK信號的功率譜密度為： (24)　二進(jìn)制頻率鍵控（2FSK）頻移鍵控時利用載波的頻率來傳遞數(shù)字信息的。若二進(jìn)制基帶信號的“1”符號對應(yīng)于載波頻率f1,“0”符號對應(yīng)于載波頻率f2,則二進(jìn)制移頻鍵控信號的表達(dá)式為： (25)式(25)中為單個矩形脈沖，為脈沖持續(xù)時間，和分別是第個信號碼元（1或0）的初始相位，通?？闪钇錇榱恪Ｒ环N可以采用模擬調(diào)頻電路來實現(xiàn)；另一種可以采用鍵控法來實現(xiàn)。其解調(diào)原理是將2FSK信號分解為上下兩路2ASK信號分別進(jìn)行解調(diào)，然后進(jìn)行判決。對于相位不連續(xù)的2FSK信號的功率譜密度可以近似表示成兩個不同載頻的2ASK信號功率譜密度的疊加，因此2FSK頻譜可以近似表示成中心頻率分別為f1和f2的兩個2ASK頻譜的組合。在2PSK中，通常用初始相位0和分別表示二進(jìn)制“1”和“0”。這種以載波的不同相位直接去表示相位相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號的調(diào)制方式稱為二進(jìn)制絕對相移方式。2PSK信號的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法[3]。因此，我們可以直接引用2ASK信號的功率普遍密度的公式來表述2PSK信號的功率譜，即 (213)　二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對變化傳遞數(shù)字信息，所以又稱相對相移鍵控。2DPSK信號的解調(diào)方法之一是相干解調(diào)（極性比較法）加碼反變換法。在解調(diào)過程中，由于載波相位模糊性的影響，使得解調(diào)出的相對碼也可能是“1”和“0”倒置，但經(jīng)差分譯碼（碼反變換）得到的絕對碼不會發(fā)生任何倒置的現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊性帶來的問題。用這種方法解調(diào)時不需要專門的相干載波，只需要由收到的2DPSK信號延時一個碼元間隔，然后與2DPSK信號本身相乘。2DPSK可以與2PSK具有相同形式的表達(dá)式，所不同的是2PSK中的基帶信號對應(yīng)的是絕對碼序列，而2DPSK中的基帶信號對應(yīng)的是碼變換后的相對碼序列?！《噙M(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)　多進(jìn)制振幅鍵控（MASK）多進(jìn)制振幅調(diào)制(MASK)又稱為多電平調(diào)制，它是二進(jìn)制數(shù)字幅度調(diào)制方式的推廣。M進(jìn)制幅度調(diào)制信號的載波振幅有M種取值，在一個碼元期間內(nèi)，發(fā)送其中的一種幅度的載波信號?！《噙M(jìn)制頻移鍵控（MFSK）它是用M個不同的載波頻率代表M種數(shù)字信息。發(fā)送端采用鍵控選頻的方式，接收端采用非相干解調(diào)方式。這個狀態(tài)分別對應(yīng)個不同的載波頻率。于是當(dāng)一組組二進(jìn)制碼元輸入時，經(jīng)相加器組合輸出的便是一個進(jìn)制調(diào)頻波形。各帶通濾波器的中心頻率分別對應(yīng)發(fā)送端各個載頻。抽樣判決器的任務(wù)是比較所有包絡(luò)檢波器輸出的電壓，并選出最大者作為輸出，這個輸出是一位與發(fā)端載頻相應(yīng)的進(jìn)制數(shù)?！《噙M(jìn)制相移鍵控（MPSK）它是利用載波的多種不同相位狀態(tài)來表征數(shù)字信息的調(diào)制方式。設(shè)載波為，則進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號可表示為 (216)為第個碼元對應(yīng)的相位，共有種不同取值。由此可見，MPSK信號可以看成是兩個正交載波進(jìn)行多電平雙邊帶調(diào)制所得兩路MASK信號的疊加。第3章　二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計　2ASK系統(tǒng)設(shè)計　2ASK系統(tǒng)框圖設(shè)計圖31　2ASK系統(tǒng)框圖在2ASK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中，調(diào)制時，將基帶信號與載波相乘形成2ASK信號，解調(diào)時，讓已調(diào)信號通過帶通濾波器，然后通過相乘器與相干載波相乘，最后通過低通濾波器，經(jīng)抽樣判決，恢復(fù)出原基帶信號[7]。當(dāng)2ASK信號經(jīng)過信道時會產(chǎn)生加性噪聲，通過帶通濾波器后濾除部分噪聲，在相乘器中與相干載波相乘進(jìn)行整流，在經(jīng)過低通濾波器濾除高頻分量，抽樣判決后還原成原基帶信號。第二，2ASK信號的帶寬是基帶信號帶寬的2倍，若只計譜的主瓣（第一個譜零點(diǎn)位置）即2ASK信號的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍。圖34為2FSK的鍵控調(diào)制，即在二進(jìn)制基帶矩形脈沖序列的控制下通過開關(guān)電路對兩個不同獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通，使其在每一個碼元期間輸出或兩個載波之一，例如，當(dāng)基帶信號為“1”時選通載波頻率為，根據(jù)2FSK的時域表達(dá)式“1”的反碼為“0”，所以基帶信號經(jīng)過一個反相器繼而選通載波頻率，兩路信號在相加器內(nèi)疊加。　2FSK系統(tǒng)仿真及波形分析圖36　基帶信號與兩種載波的產(chǎn)生圖36中第一個波形是基帶信號的產(chǎn)生，第二個波形為基帶信號反碼的產(chǎn)生，即代表1和0的調(diào)制信號。圖37　2FSK產(chǎn)生和信號加噪圖37中第一部分是基帶信號與載波信號1相乘得到的波形，第二部分是基帶信號的反碼與載波信號2相乘得到的波形，第三部分是2FSK信號的波形，可以看出2FSK中載波的頻率受調(diào)制信號的控制，當(dāng)基帶信號與兩種不同頻率的載波相乘時，形成了兩種不同頻率的2ASK信號，而2FSK則是兩種不同頻率2ASK信號的疊加，若設(shè)“1”對應(yīng)載波頻率，“0”對應(yīng)于載頻，可以看出在2FSK中載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號和兩個頻率點(diǎn)之間變化。圖38　2FSK相干解調(diào)后的波形圖38第一與第二部分分別是上圖中兩路不同載頻的信號經(jīng)過帶通濾波器并與相干載波相乘后的波形，可以看出2FSK是分為兩路2ASK進(jìn)行解調(diào)的，抽樣判決后還原成原基帶信號。圖39　2FSK功率譜密度從圖39可以看出：第一，相位不連續(xù)2FSK信號的功率譜由連續(xù)普和離散譜組成。與載波相乘經(jīng)過乘法器得到2PSK信號。相干解調(diào)器由帶通濾波器、相乘器、低通濾波器再經(jīng)抽樣判決組成?！?PSK系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析圖312　2PSK信號的產(chǎn)生由圖312可以看出，2PSK信號是靠相位的變化來傳遞數(shù)字信息的，即基帶信號受載波的相位控制。當(dāng)2PSK經(jīng)過信道后有加性噪聲。完成了2PSK的調(diào)制解調(diào)過程。圖314　2PSK功率譜密度從圖314可以看出：功率譜密度與2ASK的十分相似，帶寬也似基帶信號帶寬的兩倍?？梢钥醋魇请p極性基帶信號作用下的調(diào)幅信號。先對二進(jìn)制數(shù)字基帶信號進(jìn)行差分編碼，載波相位為0，載波經(jīng)180176。圖316是2DPSK采用差分相干解調(diào)，用這種方法解調(diào)不需要專門的相干載波，只需要由收到的2DPSK信號延時一個碼元間隔，然后與2DPSK信號本身相乘[10]。圖318　2DPSK調(diào)制解調(diào)圖318中第一個波形是經(jīng)過帶通濾波器后波形濾除部分噪聲，然后與相干載波相乘，經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量抽樣判決后是原基帶信號。調(diào)制器可采用乘法器，解調(diào)器也可采用相干與非相干兩種方法。MASK信號的功率譜是這個2ASK信號的功率譜之和，因而具有與2ASK功率譜相似的形式?！?FSK系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析圖43　4FSK仿真波形圖44　4FSK功率譜密度MFSK的調(diào)制與頻譜與2ASK相類似。MFSK信號頻譜帶寬為最高選用載頻與最低選用載頻之差加上兩倍的傳輸速率，若相鄰載頻之差等于兩倍的傳輸速率，即相鄰頻率的功率譜主瓣剛好互不重疊，這時的MFSK信號的帶寬為2M倍的傳輸速率，頻帶利用率分別為MASK頻帶利用率的1/M。因此，MPSK的頻帶寬度應(yīng)與MASK時的相同此時信息速率與MASK相同，是2ASK及2PSK的倍。從圖45至圖47中可以看出QPSK信號有00、011四種狀態(tài)。即分成上下兩個支路，然后根據(jù)組合情況，用載波的四種相位表征它們。由于QPSK信號是兩個正交的2PSK信號的合成，所以，可仿照2PSK信號的相平解調(diào)法，用兩個正交的相干載波分別檢測A和B兩個分量，然后將其還原成串行二進(jìn)制數(shù)字信號，以完成QPSK信號的解調(diào)。根據(jù)各個調(diào)制系統(tǒng)的帶寬來分析它們的抗噪聲性能具體來說，在2ASK系統(tǒng)中利用模擬調(diào)制的方法實現(xiàn)了2ASK信號的產(chǎn)生以及利用了相干解調(diào)進(jìn)行了解調(diào)，分析了它的功率譜密度；對2FSK所作的工作是利用matlab仿真了它的調(diào)制和解調(diào)及功率譜密度并對它的頻譜進(jìn)行了分析；2PSK和2DPSK進(jìn)行了同樣的工作，從以上這些內(nèi)容對比來看二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，從數(shù)據(jù)傳播速率來說PSKFSKASK。而多進(jìn)制與二進(jìn)制系統(tǒng)相比提高了頻帶利用率但是實現(xiàn)上的復(fù)雜性加大，在相同信息速率下，多進(jìn)制信號碼元持續(xù)時間比二進(jìn)制的要寬，加寬碼元寬度會增加信號碼元能量也能減小因信道特性引起的碼間干擾的影響等。數(shù)字通信發(fā)展如新月異，大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和發(fā)展取代了復(fù)雜的電路，同時高效的數(shù)字壓縮技術(shù)以及光纖等大容量傳輸介質(zhì)的使用正逐漸使帶寬問題得到解決，加上數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸技術(shù)的不斷完善和成熟，使整個系統(tǒng)的傳輸有效性和可靠性大大加強(qiáng)，同時新的基帶、頻帶傳輸技術(shù)在不斷地開發(fā)和研究中，必將推動數(shù)字通信在各應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展。o, la modeling,simulation and synthesis of multistandard wireless receivers in MATLAB/SIMULINK. Integration, the VLSI Journal, Volume 41, Issue 2, February 2008: 269280[5] [M].:298317[6] [M].:45278[7] Xie Wei, Hu Guijun, Deng Qing. Application of Turbo codes in optical OFDM multimode fiber munication system [J]. Optics Communications, Volume 281, Issue 5, 1 March 2008:11181122．[8] [J].:8284[9] [J].:1012[10] [J].:8485[11] [J].:345365[12] [J].:6612致　謝在本次課題的研究與論文的完成是在指導(dǎo)老師王蘭勛老師的幫助下順利完成的，歷時兩個月的學(xué)習(xí)與探討及研究過程中發(fā)現(xiàn)了許多問題，在參閱了大量文獻(xiàn)之后，使我對該課題有了更深入的理解，王老師的耐心輔導(dǎo)和講解使我受益匪淺，更感受到她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)作風(fēng)和對工作的精益求精，對我的嚴(yán)格要求使我受益良多。當(dāng)然還要感謝系里領(lǐng)導(dǎo)老師的關(guān)懷與幫助，她們的鼓勵將是我一生的鞭策動力