畢業(yè)論文--基于matlab的數(shù)字通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)研究

1、<p>　　基于Matlab的數(shù)字通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　當(dāng)今，隨著通信技術(shù)日新月異的發(fā)展，尤其是數(shù)字通信的快速普及，使得通信技術(shù)日新月異?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠(yuǎn)、通信容量大、傳輸質(zhì)量好，因此通信系統(tǒng)也日趨復(fù)雜。在各種通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)環(huán)節(jié)中，軟件仿真已成為必不可少的部分。應(yīng)用Matla

2、b＼Simulink的計(jì)算機(jī)仿真具有經(jīng)濟(jì)、安全、可靠、編程簡(jiǎn)易以及實(shí)驗(yàn)周期短等特點(diǎn)。</p><p>　　因此，本文就以Matlab為軟件平臺(tái)，利用其通信工具箱和信號(hào)處理工具箱中的模塊，尤其是Matlab語(yǔ)言的Simulink動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件包，對(duì)數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并且對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行誤差分析，從而對(duì)現(xiàn)代數(shù)字通信有更加明確的認(rèn)識(shí)和直觀的了解。重點(diǎn)對(duì)2ASK、2PSK、2FSK進(jìn)行性能比較，在實(shí)際通信系統(tǒng)中，

3、根據(jù)具體情況選擇最合適的調(diào)制方式，進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字通信的發(fā)展。</p><p>　　本文首先介紹了課題研究的背景和進(jìn)行數(shù)字通信仿真的意義，然后介紹對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真所使用的Matlab＼Simulink軟件以及這些軟件在使用時(shí)的注意事項(xiàng)和采用的一些方法，隨后又介紹了數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的原理并據(jù)此進(jìn)行數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真，最后對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行誤差分析，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)歸納。</p><p>　　關(guān)

4、鍵詞：數(shù)字通信系統(tǒng)；調(diào)制解調(diào)；Matlab；Simulink；仿真</p><p>　　Research of Modulation and Demodulation in Digital Communication System Based on the Matlab </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　

5、　Nowadays, with the rapid development of communication technology, especially the rapid spread of the digital communication, makes communication technology is developing rapidly. Modern communication system requirements

6、communication distance, communication capacity, transmission quality is good, because this communication system has become more and more complex. In all kinds of communication system design r&d link, the software has

7、 become an indispensable part of. Application of computer simulat</p><p>　　Therefore, this paper is using Matlab software platform, Use its communication tool box and signal processing toolbox module, especi

8、ally Matlab language dynamic system simulation software package of simulink on digital demodulation system, and simulation results of simulation and error analysis, and the modern digital communication have more explicit

9、 recognition and intuitive understanding. Emphasis on 2 ASK, 2 PSK, 2 FSK performance comparison, in actual communication system, according to the s</p><p>　　This paper firstly introduces the background of t

10、he subject research and the meaning of digital communication simulation, and then introduced to digital communication system simulation of Matlab /Simulink used by the software used in the software and the matters needin

11、g attention and some methods used, then introduces digital modulation system and based on the principle of digital demodulation system simulation, finally the results for error was analyzed, the design was summarized, su

12、mmed up in </p><p>　　Key words：Digital communication system；Demodulation；Matlab；Simulink；Simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p>

13、<p>　　1.1 研究的目的和意義1</p><p>　　1.1.1 研究目的1</p><p>　　1.1.2 研究意義2</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　第二章 仿真的意義和仿真軟件4</p><p>　　2.1仿真的意義4</p><

14、;p>　　2.2仿真軟件Matlab簡(jiǎn)介4</p><p>　　2.3 Simulink簡(jiǎn)介6</p><p>　　2.4 Matlab與Simulink的聯(lián)系6</p><p>　　第三章 數(shù)字通信系統(tǒng)7</p><p>　　3.1 數(shù)字通信系統(tǒng)的概念7</p><p>　　3.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的組

15、成7</p><p>　　3.3 通信系統(tǒng)的分類(lèi)與通信方式8</p><p>　　第四章 信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)10</p><p>　　4.1調(diào)制的意義和類(lèi)別10</p><p>　　4.2 模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)11</p><p>　　4.2.1幅度調(diào)制11</p><p>　　4.2

16、.2角度調(diào)制13</p><p>　　4.3 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)14</p><p>　　4.3.1數(shù)字頻率調(diào)制14</p><p>　　4.3.2數(shù)字相位調(diào)制15</p><p>　　4.3.3正交振幅調(diào)制17</p><p>　　第五章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真19</p><p>　　

17、5.1 2ASK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)19</p><p>　　5.1.1 2ASK信號(hào)調(diào)制仿真19</p><p>　　5.1.2 2ASK信號(hào)解調(diào)仿真21</p><p>　　5.2 2FSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)23</p><p>　　5.2.1 2FSK信號(hào)調(diào)制仿真23</p><p>　　5.2.2 2FSK

18、信號(hào)解調(diào)仿真26</p><p>　　5.3 2PSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)28</p><p>　　5.3.1 2PSK信號(hào)調(diào)制仿真28</p><p>　　5.3.2 2PSK信號(hào)解調(diào)仿真30</p><p><b>　　結(jié)論33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)3

19、4</b></p><p><b>　　謝辭35</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 研究的目的和意義</p><p>　　信息是一種資源，通過(guò)廣泛的傳播與交流，能促進(jìn)社會(huì)成員之間的合作，推動(dòng)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步。在當(dāng)今高度信息化的

20、社會(huì)，信息和通信已成為現(xiàn)代社會(huì)的“命脈”，因此人們對(duì)信息傳遞的速度、質(zhì)量等要求也越來(lái)越高?，F(xiàn)代通信可以分為模擬通信和數(shù)字通信兩類(lèi)，與模擬通信相比，數(shù)字通信具有抗干擾能力強(qiáng)、噪聲不積累、傳輸差錯(cuò)可控、易于集成和加密、便于用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行處理、變換和儲(chǔ)存等優(yōu)點(diǎn)，而其缺點(diǎn)相比其優(yōu)點(diǎn)來(lái)說(shuō)則不重要，因此數(shù)字通信的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛。作為現(xiàn)代通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一的調(diào)制解調(diào)技術(shù)是人們重點(diǎn)研究的方向。在各種通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)環(huán)節(jié)中

21、，軟件仿真已成為必不可少的部分。應(yīng)用Matlab＼Simulink的計(jì)算機(jī)仿真具有經(jīng)濟(jì)、安全、可靠、編程簡(jiǎn)易以及實(shí)驗(yàn)周期短等特點(diǎn)，因此基于Matlab的數(shù)字通信系通調(diào)制解調(diào)研究具有重要意義。  </p><p>　　1.1.1 研究目的</p><p>　　二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制最基礎(chǔ)的三個(gè)方面是二進(jìn)制振幅鍵控2ASK、二進(jìn)制頻移鍵控2FSK和二進(jìn)制相移鍵控2PSK，由于2

22、PSK體制中存在相位不確定性，又發(fā)展出差分相移鍵控2DPSK。ASK是一種應(yīng)用最早的基本調(diào)制方式，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，頻譜利用率較高，但它也是受噪聲影響最大的調(diào)制技術(shù)，抗噪聲性能差。2FSK在數(shù)字通信中應(yīng)用較為廣泛，優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，不受信道參數(shù)變化的影響，但其占用頻帶較寬，頻帶利用率較低。PSK和DPSK是高傳輸效率的調(diào)制方式，其抗噪聲能力比ASK和FSK都要好而且不易受信道特性變化的影響，但2PSK系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)倒π現(xiàn)象，實(shí)際中很少采用，

23、而多采用差分相移鍵控DPSK[1]。通過(guò)此次的調(diào)制與解調(diào)仿真，使我們對(duì)2ASK、2FSK、2PSK調(diào)制與解調(diào)的工作原理以及Simulink軟件有了比較深刻的認(rèn)識(shí)和了解。進(jìn)而改善這幾種數(shù)字調(diào)制方式在實(shí)際應(yīng)用中存在的如頻譜利用率低、抗多徑衰落能力差、功率譜衰減慢、帶外輻射嚴(yán)重等不足之處。</p><p>　　1.1.2 研究意義</p><p>　　對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)仿真的意義在于促進(jìn)了信息技術(shù)與

24、此方面知識(shí)的整合，同時(shí)對(duì)在一定程度上克服儀器設(shè)備的不足，構(gòu)造、組合新型通信系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的調(diào)制方式，加強(qiáng)使用者的綜合素質(zhì)也具有重要意義。</p><p>　　本課題根據(jù)現(xiàn)代數(shù)字通信發(fā)展具體實(shí)際情況，對(duì)數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中的調(diào)制解調(diào)過(guò)程利用Matlab/Simulink軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。加深對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，提前了解信號(hào)在傳輸過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題，從而及早采用適當(dāng)?shù)姆椒右灶A(yù)防和克服，使得通信系統(tǒng)

25、在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)行的更為順利，更好的保重人們能及時(shí)的發(fā)出和收到可靠、安全、高質(zhì)量的信息。同時(shí)通過(guò)發(fā)現(xiàn)和解決數(shù)學(xué)通信系統(tǒng)在仿真中遇到的棘手的問(wèn)題，促進(jìn)國(guó)際通信技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　近幾年，通信技術(shù)飛速發(fā)展，從二十世紀(jì)九十年代初以來(lái)，全球向信息密集的工作方式和生活方式轉(zhuǎn)變。從傳統(tǒng)的電話、電報(bào)、電視、收音機(jī)到如今的移動(dòng)電話、傳真、衛(wèi)星通信，這

26、些通信方式使數(shù)據(jù)和信息的傳遞速率得到很大的提高。</p><p>　　在設(shè)計(jì)數(shù)字傳輸系統(tǒng)時(shí)，調(diào)制技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)高效通信的關(guān)鍵問(wèn)題，是通信技術(shù)中研究的重點(diǎn)之一。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代調(diào)制技術(shù)在模擬電話網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信、蜂窩移動(dòng)通信、視頻廣播系統(tǒng)、寬帶接入網(wǎng)等方面都取得了迅速的發(fā)展。</p><p>　　電話網(wǎng)絡(luò)是最為普及而且資源最為豐富的傳輸網(wǎng)絡(luò)，它的調(diào)制方式在經(jīng)歷了FSK、4-DOSK、QAM后

27、，現(xiàn)在主要以脈沖編碼調(diào)制（PCM）為主，最高傳輸速率可以達(dá)到56kbps。近幾年，隨著科技與經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，衛(wèi)星通信在通信方式中也逐漸占有重要地位。1965年，國(guó)際衛(wèi)星通信組織成立，并發(fā)射了第一課靜止國(guó)際通信衛(wèi)星，由此開(kāi)啟了衛(wèi)星通信的大門(mén)。我國(guó)的同步通信衛(wèi)星是在1984年4月升空并投入使用。由于衛(wèi)星通信具有非線性特性，以BOSK、QPSK、OQPSK、π/4-QPSK為主的恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，以QPSK、SQAM等為

28、主的非恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)在經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，以頻譜集中、抗非線性失真、誤碼性能好、頻譜利用率高等特點(diǎn)引起了人們的普遍關(guān)注。亞洲是世界上的蜂窩系統(tǒng)發(fā)展速度最快的地區(qū)，現(xiàn)代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，調(diào)制方式主要以PSK、固定電平QAM和可變電平QAM為主。其中，可變電平的星形QAM能提供可變的傳輸速率，根據(jù)信道情況選用合適的調(diào)制方式。當(dāng)信道失真嚴(yán)重時(shí)，多采用4PSK方式；當(dāng)SNR較高時(shí)，多采用32或64電平的星形QAM方式。視頻廣播（DVB）系統(tǒng)自199

29、2年出現(xiàn)以來(lái)，如今已普及</p><p>　　近幾年，隨著人類(lèi)外太空探索步伐的不斷前進(jìn)，深空通信數(shù)字調(diào)制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展。目前，衛(wèi)星通信系統(tǒng)多采用BPSK和QPSK等調(diào)制方式，但這兩種方式在衛(wèi)星通信中容易產(chǎn)生頻譜擴(kuò)展?；诖?，經(jīng)過(guò)大量的研究，CCSDS（時(shí)空系統(tǒng)咨詢委員會(huì)）建議采用與深空網(wǎng)絡(luò)接收機(jī)結(jié)構(gòu)相兼容的寬帶有效調(diào)制技術(shù)，JPL（噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室）也研究出一系列的深空探測(cè)任務(wù)調(diào)制方案。</p>

30、<p>　　第二章 仿真的意義和仿真軟件</p><p><b>　　2.1 仿真的意義</b></p><p>　　在當(dāng)代，信息科學(xué)發(fā)展迅速，用于研發(fā)、測(cè)試的儀器更新速度也正在加快，隨著科技含量的提高，價(jià)格也越來(lái)越昂貴。受經(jīng)濟(jì)條件的限制，許多從事研究與開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)人員不能夠擁有先進(jìn)的儀器設(shè)備，采用仿真的方法可以在一定程度上克服因缺乏合適的儀器設(shè)備而帶

31、來(lái)的問(wèn)題。再者，由于現(xiàn)代通信系統(tǒng)功能強(qiáng)大且都比較復(fù)雜，在實(shí)際電子通信系統(tǒng)中進(jìn)行試驗(yàn)研究比較困難或根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，仿真技術(shù)就成為必然的選擇。</p><p>　　電子與通信領(lǐng)域與計(jì)算機(jī)技術(shù)有著密切的聯(lián)系，因此計(jì)算機(jī)仿真可以用于大部分電子工程、現(xiàn)代通信技術(shù)和通信系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究工作，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)和通信系統(tǒng)研究的主要手段。本質(zhì)上，只要能構(gòu)造出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，Matlab/Simulink就可以對(duì)任意的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而

32、且在實(shí)際應(yīng)用中，Matlab/Simulink特別適合于針對(duì)電子通信系統(tǒng)模塊的系統(tǒng)級(jí)仿真[2]。</p><p>　　傳統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)工作是從購(gòu)買(mǎi)元件，做印制電路板，搭建電路，配置相應(yīng)的儀器做實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的，這樣的方法復(fù)雜而且容易造成資源的浪費(fèi)?，F(xiàn)代通信設(shè)備和通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟是：需求分析、方案設(shè)計(jì)、建模、仿真實(shí)驗(yàn)、制作芯片、設(shè)備制造和系統(tǒng)集成。建模、仿真技術(shù)在研究、開(kāi)發(fā)領(lǐng)域舉足輕重，直接影響到研發(fā)、設(shè)計(jì)通信設(shè)備和通信

33、系統(tǒng)的成敗。</p><p>　　2.2 仿真軟件Matlab簡(jiǎn)介</p><p>　　Matlab是美國(guó)Math Works公司于1967年推出的矩陣實(shí)驗(yàn)室Matrix Laboratory的縮寫(xiě)，是一種跨平臺(tái)的，用于矩陣數(shù)值計(jì)算的簡(jiǎn)單高效的數(shù)學(xué)語(yǔ)言[3]。MATLAB的編程語(yǔ)句接近數(shù)學(xué)描述，可讀性好，其強(qiáng)大的圖形功能和可視化數(shù)據(jù)處理能力也是其他如C、C++、Fortran等計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)

34、言望塵莫及的。Matlab使人們擺脫了常規(guī)計(jì)算機(jī)編程的繁瑣，從而讓人們能夠把大部分的時(shí)間、精力放到研究問(wèn)題的數(shù)學(xué)建模上，使科學(xué)研究的效率得到了極大的提高。目前，Matlab已經(jīng)被理工科大學(xué)廣泛采用，成為幾乎各門(mén)專(zhuān)業(yè)課程進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的有效工具。在科研部門(mén)，Matlab成為全世界科技人員進(jìn)行學(xué)術(shù)交流首選的共同語(yǔ)言，國(guó)內(nèi)外有關(guān)著名論文的大部分?jǐn)?shù)值結(jié)果和圖形都是用Matlab完成的。</p><p>　　與其他計(jì)算機(jī)高級(jí)

35、語(yǔ)言相比，Matlab獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在：</p><p>　　1．Matlab是一種跨平臺(tái)的數(shù)學(xué)語(yǔ)言。采用Matlab編寫(xiě)的程序可以在目前所有的操作系統(tǒng)上運(yùn)行，不依賴于計(jì)算機(jī)類(lèi)型和操作系統(tǒng)類(lèi)型。</p><p>　　2．Matlab是一種超高級(jí)語(yǔ)言。Matlab平臺(tái)本身是用C語(yǔ)言寫(xiě)成的，匯聚了許多專(zhuān)業(yè)數(shù)學(xué)家和過(guò)程學(xué)者多年編寫(xiě)的最新的數(shù)學(xué)算法庫(kù)，在編程效率，程序的可讀性、可靠性和可移植性

36、上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言。</p><p>　　3．Matlab語(yǔ)法簡(jiǎn)單，編程風(fēng)格接近數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述，是數(shù)學(xué)算法開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證的最佳工具。在其他計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言中需使用許多語(yǔ)句才能實(shí)現(xiàn)的功能，如矩陣分解和求逆、快速傅里葉變換等，在Matlab中用簡(jiǎn)單的幾句指令即可實(shí)現(xiàn)，且其數(shù)值算法的可信度和可靠性都很高。</p><p>　　此外，Matlab還有計(jì)算精度高，繪圖功能強(qiáng)大，具有串口操作、聲

37、音輸入/輸出等硬件操控能力，執(zhí)行效率比其他語(yǔ)言高等特點(diǎn)。</p><p>　　Matlab系統(tǒng)由語(yǔ)言體系、工作環(huán)境、圖形系統(tǒng)、數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)和應(yīng)用程序接口五個(gè)主要部分組成。</p><p>　　1．Matlab是高層次的矩陣/數(shù)組語(yǔ)言，具有條件控制、函數(shù)調(diào)用、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z(yǔ)言特性，利用它既可以完成算法設(shè)計(jì)和算法實(shí)驗(yàn)的基本步驟，也可以開(kāi)發(fā)復(fù)雜的應(yīng)用程序。</p><p>

38、;　　2．Matlab的工作環(huán)境是對(duì)其管理功能的總稱，包括管理工作空間中的變量數(shù)據(jù)輸入、輸出的方式和方法，和開(kāi)發(fā)、調(diào)試、管理M文件的各種工具。</p><p>　　3．圖形系統(tǒng)不僅包括完成2D和3D數(shù)據(jù)圖示、圖像處理、動(dòng)畫(huà)生成、圖像顯示等功能需要的高層Matlab命令，也包括用戶對(duì)圖形、圖像進(jìn)行特性控制的低層Matlab命令以及開(kāi)發(fā)圖形用戶界面GUI應(yīng)用程序的各種工具。</p><p>　

39、　4．Matlab數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)是對(duì)Matlab使用的各種數(shù)學(xué)算法的總稱，包括各種初等函數(shù)的算法和高層數(shù)學(xué)算法。</p><p>　　5．應(yīng)用程序接口API是一個(gè)函數(shù)庫(kù)，讓用戶能夠在Matlab環(huán)境中使用C程序或Fortran程序。</p><p>　　2.3 Simulink簡(jiǎn)介</p><p>　　Simulink是Matlab中的一個(gè)建立系統(tǒng)方框圖和基于方框圖級(jí)的

40、系統(tǒng)仿真環(huán)境，附帶了許多專(zhuān)業(yè)仿真模塊庫(kù)，是一個(gè)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和仿真結(jié)果分析的軟件包?？梢哉f(shuō)，在通用系統(tǒng)的仿真領(lǐng)域，Simulink是無(wú)所不包的[4]。</p><p>　　使用Simulink可以方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可視化建模，并進(jìn)行基于時(shí)間流的系統(tǒng)級(jí)仿真，使得仿真系統(tǒng)建模與工程中的方框圖統(tǒng)一起來(lái)，建立直觀的功能強(qiáng)大的系統(tǒng)模型，不必編寫(xiě)Matlab仿真程序，使仿真建模過(guò)程更為簡(jiǎn)化，更加適應(yīng)于大型系統(tǒng)的建模和

41、仿真。SIMULINK的專(zhuān)業(yè)仿真模塊庫(kù)都已經(jīng)通過(guò)權(quán)威專(zhuān)家和專(zhuān)業(yè)測(cè)試機(jī)構(gòu)的評(píng)測(cè)，具有很高的可信度和穩(wěn)定性。</p><p>　　在建模前，最好先根據(jù)需要繪制模型圖。當(dāng)在建模過(guò)程中遇到較為復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)，需要根據(jù)層次結(jié)構(gòu)來(lái)繪制框圖，先將大系統(tǒng)中的一些具有獨(dú)立功能的部分封裝成一些子系統(tǒng)，再利用這些子系統(tǒng)來(lái)構(gòu)造整個(gè)系統(tǒng)。</p><p>　　Simulink模塊庫(kù)包含有Sources（輸入源）、Si

42、nks（輸出方式）、Linear（線性環(huán)節(jié)）、Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）等具有不同功能的SIMULINK庫(kù)模塊，而且每個(gè)子模型庫(kù)中包含相應(yīng)的功能模塊，用戶可以根據(jù)特定的需要?jiǎng)?chuàng)建自己的模塊。</p><p>　　2.4 Matlab與Simulink的聯(lián)系</p><p>　　我們可以通過(guò)Matlab命令來(lái)打開(kāi)Simulink模型并進(jìn)行仿真。在Matlab命令窗口中，使用open li

43、zila.mdl，然后使用sim(lizila.mdl)就可以啟動(dòng)對(duì)模型lizila.mdl的仿真，實(shí)現(xiàn)Simulink仿真的自動(dòng)化[5]。</p><p>　　Matlab提供了許多途徑用于與Simulink的數(shù)據(jù)交互，從而實(shí)現(xiàn)Matlab編程與Simulink模型相結(jié)合的綜合仿真，使仿真更為人性化，滿足使用者的不同需求[6]。</p><p>　　第三章 數(shù)字通信系統(tǒng)</p>

44、;<p>　　3.1 數(shù)字通信系統(tǒng)的概念</p><p>　　數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)，相比模擬通信系統(tǒng)，具有頻譜利用率高，能夠提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)，抗噪聲、抗干擾、抗多徑衰落能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)更加有效、靈活的網(wǎng)絡(luò)管理和控制，便于實(shí)現(xiàn)通信的安全保密，可降低設(shè)備成本以及減小用戶手機(jī)的體積和重量等優(yōu)點(diǎn)[7]。因此，數(shù)字通信的發(fā)展速度已明顯超過(guò)模擬通信，成為當(dāng)代通信技術(shù)的主流。</p&

45、gt;<p>　　數(shù)字通信設(shè)計(jì)主要有信源編碼與譯碼、信道編碼與譯碼、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)、同步以及加密與解密等許多技術(shù)問(wèn)題。</p><p>　　3.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的組成</p><p>　　最簡(jiǎn)單的數(shù)字通信系統(tǒng)模型由信源、信道和信宿三個(gè)基本部分組成，但實(shí)際的數(shù)字通信系統(tǒng)模型要比這復(fù)雜得多。一般的數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.

46、1 數(shù)字通信系統(tǒng)模型</p><p>　　1．信源的作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始的電信號(hào)，模擬信源輸出的是連續(xù)的模擬信號(hào)，數(shù)字信源輸出的是離散的數(shù)字信號(hào)，模擬信源送出的信號(hào)經(jīng)數(shù)字化處理后可變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。</p><p>　　2．信源編碼有提高信息傳輸?shù)挠行院屯瓿赡?數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換兩個(gè)基本功能。提高信息傳輸有效性即通過(guò)某種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)減少碼元數(shù)目和降低碼元速度，完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換即信源編碼器將

47、信源給出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。信源譯碼是信源編碼的逆過(guò)程。</p><p>　　3．在特殊的情況下，需要保證信息的秘密性和安全性，因此就需要對(duì)傳輸?shù)臄?shù)字序列進(jìn)行加密處理，并且在接收端用與且只能用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對(duì)收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，這樣就能恢復(fù)原來(lái)的信息且保證了信息的安全。</p><p>　　4．信道編碼的目的是增強(qiáng)數(shù)字信號(hào)的抗干擾能力。信道編碼器通過(guò)對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一

48、定的規(guī)則加入保護(hù)成分，組成“抗干擾編碼”，來(lái)減小數(shù)字信號(hào)在信道傳輸時(shí)因受到噪聲等影響而引起的差錯(cuò)。按照相應(yīng)的逆規(guī)則，信道譯碼器在接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤。</p><p>　　5．?dāng)?shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，將易受信道影響的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)變成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?hào)?；镜臄?shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、絕對(duì)相移鍵控（PSK）、相對(duì)相移鍵控（DPSK）。這些調(diào)制方

49、式各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的種類(lèi)。在接收端用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原數(shù)字基帶信號(hào)。</p><p>　　6．信道即傳輸介質(zhì)，是發(fā)送設(shè)備到接受設(shè)備之間信號(hào)傳輸所經(jīng)過(guò)的媒介。在無(wú)線信道中，信道可以是自由空間；在有線信道中可以是明線、電纜和光纖。信道既給信號(hào)以通路，也會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾。信道的固有特性和干擾特性直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。</p><p>　　7．信宿即受信者，它的功能與信源

50、相反，需要把原始電信號(hào)還原成與之相應(yīng)的消息。</p><p>　　3.3通信系統(tǒng)的分類(lèi)與通信方式</p><p>　　現(xiàn)在的通信系統(tǒng)成熟且功能強(qiáng)大，種類(lèi)多樣。</p><p>　　1．根據(jù)通信業(yè)務(wù)的類(lèi)型，通信系統(tǒng)可以分為電報(bào)通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)等。由于電話通信網(wǎng)最為普及，因此其他一些通信業(yè)務(wù)也常通過(guò)公用電話通信網(wǎng)傳輸。</p>

51、;<p>　　2．根據(jù)信號(hào)是否經(jīng)過(guò)調(diào)制，通信系統(tǒng)可以分為基帶傳輸系統(tǒng)和帶通傳輸系統(tǒng)?；鶐鬏斚到y(tǒng)是將沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)直接傳送，帶通傳輸是先對(duì)信號(hào)加以調(diào)制然后再進(jìn)行傳輸。</p><p>　　3．根據(jù)信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，通信系統(tǒng)可以相應(yīng)的分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都是電信號(hào)，只是模擬信號(hào)的參量取值連續(xù)，而數(shù)字信號(hào)的參量盡可能取有限個(gè)值。</p>

52、<p>　　4．根據(jù)傳輸介質(zhì)，通信系統(tǒng)可以分為有線通信系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng)兩大類(lèi)。有線通信是用導(dǎo)線作為介質(zhì)來(lái)進(jìn)行通信，無(wú)線通信是依靠電磁波在空間中傳遞消息。 </p><p>　　5．按通信設(shè)備額工作頻率或波長(zhǎng)不同，可以分為長(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信、紅外線通信等。</p><p>　　6．按照信號(hào)的復(fù)用方式，傳輸多路信號(hào)可以分為頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用三種復(fù)用

53、方式。</p><p>　　無(wú)線通信的傳輸方式分為單向傳輸（廣播式）和雙向傳輸（應(yīng)答式）。單向傳輸只應(yīng)用于無(wú)線電尋呼系統(tǒng)，雙向傳輸分為單工、雙工和半雙工三種工作方式。單工通信是指通信雙方電臺(tái)交替地進(jìn)行收信和發(fā)信；雙工通信是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行消息的傳輸；半雙工通信的移動(dòng)臺(tái)采用單工的“按講”方式，即按下按講開(kāi)關(guān)，發(fā)射機(jī)才工作，而接收機(jī)總是工作的。</p><p>　　第四章 信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)

54、</p><p>　　4.1 調(diào)制的意義和類(lèi)別</p><p>　　由于信號(hào)比較敏感，易受信道中噪聲等因素的影響，不能直接在信道中傳輸，因此就需要對(duì)要傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將其轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)母哳l信號(hào)。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，作用是在接收端將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。</p><p>　　調(diào)制對(duì)通信系統(tǒng)有重要的作用，采用合適的調(diào)制方式可以提高系統(tǒng)

55、的有效性和可靠性。</p><p>　　1．通過(guò)調(diào)制，把基帶信號(hào)的頻譜搬移到較高的載波頻率上，使已調(diào)信號(hào)的頻譜與信道的帶通特性相匹配，這樣就能提高傳輸性能，以較小的發(fā)射功率與較短的天線來(lái)輻射電磁波。</p><p>　　2．把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的多路復(fù)用，提高信道利用率。</p><p>　　3．展寬信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力

56、，可以實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。</p><p>　　廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（載波調(diào)制）。載波調(diào)制就是用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過(guò)程，使使載波的某一個(gè)或某幾個(gè)參數(shù)按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化。調(diào)制信號(hào)是指來(lái)自信源的消息信號(hào)，未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)稱為載波，載波調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)，它含有調(diào)制信號(hào)的全部特征。</p><p>　　根據(jù)載波是連續(xù)波還是脈沖序列，調(diào)制方式有連續(xù)波調(diào)

57、制和脈沖調(diào)制。調(diào)制信號(hào)是模擬信號(hào)的連續(xù)波調(diào)制稱為模擬調(diào)制；調(diào)制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)的連續(xù)波調(diào)制稱為數(shù)字調(diào)制。</p><p>　　最常用的模擬調(diào)制方式是用正弦波作為載波的幅度調(diào)制和角度調(diào)制。常見(jiàn)的幅度調(diào)制包括調(diào)幅(AM)、雙邊帶調(diào)制(DSB)、單邊帶調(diào)制(SSB)和殘留邊帶調(diào)制(VSB)等。幅度已調(diào)信號(hào)的幅度隨基帶信號(hào)的規(guī)律相應(yīng)的呈現(xiàn)正比的變化，它的頻譜完全是基帶信號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單的線性搬移，由于這種搬移是線性的，

58、因此幅度調(diào)制又稱為線性調(diào)制。角度調(diào)制有頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM)。角度已調(diào)信號(hào)的頻譜不再是原調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移，會(huì)產(chǎn)生新的頻率成分，是非線性變換，因此角度調(diào)制又稱為非線性調(diào)制。這里的線性并不意味著已調(diào)信號(hào)與調(diào)制信號(hào)之間符合線性變換關(guān)系，事實(shí)上，任何調(diào)制過(guò)程都是非線性的變換過(guò)程。</p><p>　　數(shù)字調(diào)制可以分為二進(jìn)制調(diào)制和多進(jìn)制調(diào)制。在二進(jìn)制調(diào)制中，信號(hào)參量只有兩種可能的取值，而在多進(jìn)制調(diào)制中，信

59、號(hào)參量可以有多種取值。常見(jiàn)的二進(jìn)制調(diào)制方式有二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)、二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)和二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)。隨著科技的進(jìn)步，一些改進(jìn)的、現(xiàn)代的、特殊的調(diào)制方式如正交振幅調(diào)制(QAM)、最小頻移鍵控(MSK)、高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)、正交頻分復(fù)用(OFDM)等也在快速發(fā)展并日益顯示出其優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　4.2 模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)</p><p>　　

60、4.2.1 幅度調(diào)制</p><p>　　設(shè)正弦型載波為c(t)=Acos(wct+) 式中：A為載波幅度；wc為載波角頻率；為載波初始相位。</p><p>　　根據(jù)調(diào)制的定義，幅度調(diào)制信號(hào)可以表示為s(t)=Am(t)coswct 式中：m(t)為基帶調(diào)制信號(hào)。</p><p>　　由以上表示式可知，在波形上，幅度已調(diào)信號(hào)的幅度隨基帶信號(hào)的規(guī)律呈正比變化；在頻

61、譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號(hào)的頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移。</p><p><b>　　調(diào)幅</b></p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅就是常規(guī)雙邊帶調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)幅(AM)。</p><p>　　m(t) sm(t)</p><p>　　A0 coswct<

62、;/p><p>　　圖4.1 AM調(diào)制模型</p><p>　　如圖所示，假設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)的平均值為0，將其疊加一個(gè)直流偏量A0后與載波相乘，即可形成調(diào)幅信號(hào)。</p><p>　　它的時(shí)域表示式為SAM(t)=[A0+m(t)]coswct = A0coswct+m(t)coswct 式中：A0為外加直流分量；m(t)可以是確知信號(hào)或隨機(jī)信號(hào)。</p>

63、;<p>　　AM信號(hào)的頻譜由載頻分量、上邊帶和下邊帶三部分組成，上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像，它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬fH的2倍，B=2fH。當(dāng)滿足條件│m(t)│≤A0時(shí)，AM波的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)m(t)的形狀一樣，這時(shí)，用包絡(luò)檢波的方法就很容易恢復(fù)出原始信號(hào)；如果上述條件沒(méi)有滿足，就會(huì)出現(xiàn)“過(guò)調(diào)幅”現(xiàn)象，此時(shí)如果繼續(xù)采用包絡(luò)檢波就會(huì)發(fā)生失真，因此需要用到同步檢波。</p>

64、<p><b>　　2．雙邊帶調(diào)制 </b></p><p>　　雙邊帶信號(hào)(DSB)是將AM調(diào)制模型圖4-1中的直流A0去掉，得到的一種高調(diào)制效率的調(diào)制方式。</p><p>　　它的時(shí)域表示為SDSB(t)=m(t)coswct 式中，假設(shè)m(t)的平均值為0。</p><p>　　與AM信號(hào)相比，DSB信號(hào)不存在載波分量，調(diào)

65、制效率是100%，全部功率都用于信息傳輸。由于DSB信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律不一致，所以不能采用包絡(luò)檢波來(lái)恢復(fù)調(diào)制信號(hào)。因此，DSB信號(hào)需要采用相干解調(diào)來(lái)進(jìn)行解調(diào)。</p><p><b>　　3．單邊帶調(diào)制</b></p><p>　　單邊帶調(diào)制(SSB)是將雙邊帶信號(hào)中的一個(gè)邊帶濾掉而形成的，因?yàn)镈SB信號(hào)的兩個(gè)邊帶中的任意一個(gè)都包含了M(w)的所有頻譜成分

66、，所以僅傳輸其中一個(gè)即可。因此，SSB不僅比DSB節(jié)省發(fā)送功率，而且還節(jié)省一半的傳輸頻帶。</p><p>　　SSB信號(hào)的時(shí)域表示為SSSB(t)=m(t)coswCtM(t)sinwCt 式中，M(t)為m(t)的希爾伯特變換。</p><p>　　根據(jù)濾波方法的不同，產(chǎn)生SSB信號(hào)的方法有濾波法和相移法。</p><p><b>　?。?）濾波法&l

67、t;/b></p><p>　　濾波法是產(chǎn)生SSB信號(hào)最直觀的方法，需要先產(chǎn)生一個(gè)雙邊帶信號(hào)，然后讓其通過(guò)一個(gè)邊帶濾波器，將不要的邊帶濾除，就可以得到單邊帶信號(hào)。它的原理圖如下圖所示。</p><p>　　m(t) SDSB(t) SSSB(t)</p><p><b>　　載波c(t)</b

68、></p><p>　　圖4.2 濾波法SSB信號(hào)調(diào)制器</p><p>　　實(shí)現(xiàn)濾波器的難易程度與過(guò)渡帶相對(duì)載頻的歸一化值有關(guān)，該值越小，邊帶濾波器就越難實(shí)現(xiàn)。在不太高的載頻時(shí)，濾波器不難實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)載頻較高時(shí)，采用一級(jí)調(diào)制直接濾波的方法就不可能實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制了，這時(shí)就需要采用多級(jí)DSB調(diào)制及邊帶濾波的方法。當(dāng)調(diào)制信號(hào)中含有直流及低頻分量時(shí)就不能</p><p&g

69、t;<b>　?。?）相移法</b></p><p>　　相移法是利用相移網(wǎng)絡(luò)，對(duì)載波和調(diào)制信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)南嘁疲员阍诤铣蛇^(guò)程中將其中的一個(gè)邊帶抵消而獲得SSB信號(hào)，它的原理圖如下圖所示。</p><p>　　m(t)coswct</p><p><b>　　m（t）</b></p><p><

70、;b>　　coswct</b></p><p><b>　　sSSB(t)</b></p><p><b>　　M(t)</b></p><p>　　M(t)sinwct</p><p>　　圖4.3 相移法SSB信號(hào)調(diào)制器 </p><p>

71、　　SSB信號(hào)的實(shí)現(xiàn)比AM、DSB都復(fù)雜，但SSB調(diào)制方式在傳輸信息時(shí)不僅可以節(jié)省發(fā)射功率，而且它占用的帶寬比AM、DSB減少了一半，因此它已成為目前短波通信中的一種重要的調(diào)制方式。 </p><p><b>　　4．殘留邊帶調(diào)制</b></p><p>　　殘留邊帶調(diào)制(VSB)調(diào)制是介于SSB與DSB之間的一種折中方式，它不像SSB中那樣完全抑制DSB信

72、號(hào)的一個(gè)帶寬，而是逐漸切割，使其殘留一小部分。這樣，它既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB信號(hào)實(shí)現(xiàn)中的困難。</p><p>　　VSB信號(hào)不能采用包絡(luò)檢波，而需采用如下圖所示的相干解調(diào)。</p><p>　　sVSB(t) sp(t) sd(t)</p><p>　　c(t)=2cos

73、wct </p><p>　　圖4.4 VSB信號(hào)的相干解調(diào)</p><p><b>　　4.2.2角度調(diào)制</b></p><p>　　角度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式為sm(t)=Acos[wct+(t)] 式中：A為載波的恒定振幅；[wct+(t)]為信號(hào)的瞬時(shí)相位，記為；(t)為相對(duì)于載波相位wct的瞬時(shí)相位偏移；d[wct+(t)]/d

74、t是信號(hào)的瞬時(shí)角頻率，可記為w(t)；而d(t)/dt相對(duì)于載頻wc的瞬時(shí)頻偏。</p><p>　　1．頻率調(diào)制(FM)</p><p>　　頻率調(diào)制指的是瞬時(shí)頻率偏移隨著調(diào)制信號(hào)m(t)作成比例的變化，即d(t)/dt=Kfm(t) 式中：Kf為調(diào)頻靈敏度。</p><p><b>　　相位調(diào)制(PM)</b></p>&l

75、t;p>　　相位調(diào)制是指瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)m(t)作線性變化，即(t)=Kpm(t)式中：Kp為調(diào)相靈敏度，是指單位調(diào)制信號(hào)幅度引起PM信號(hào)的相位偏移量。</p><p><b>　　FM與PM的關(guān)系</b></p><p>　　將調(diào)制信號(hào)先微分再進(jìn)行調(diào)頻，則得到調(diào)相波，這種方式叫間接調(diào)相；如果將調(diào)制信號(hào)先積分再進(jìn)行調(diào)相，則得到調(diào)頻波，這種方式叫間接調(diào)頻。

76、 </p><p>　　m(t) sFM(t)</p><p><b>　?。╝）間接調(diào)頻</b></p><

77、;p>　　m(t) spm(t)</p><p><b>　　（b）間接調(diào)相</b></p><p>　　圖4.5 FM與PM之間的關(guān)系圖</p><p>　　4.3 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) </p><p>　　4.3.1 數(shù)字

78、頻率調(diào)制</p><p>　　1．頻移鍵控(FSK)調(diào)制</p><p>　　設(shè)輸入到調(diào)制器的比特流為{an}，an=±1，n=-∞～+∞。FSK的輸出信號(hào)形式為</p><p>　　s(t)=｛cos（w1t+1） an=+1</p><p>　　cos(w2t+2) an=-1

79、 公式4-(1)</p><p>　　當(dāng)輸入為信號(hào)“+1”，輸出為頻率是f1的正弦波；當(dāng)輸入為空號(hào)“-1”時(shí)，輸出為頻率是f2的正弦波。</p><p>　　FSK可采用包絡(luò)檢波法、相干解調(diào)法和非相干解調(diào)法等方法進(jìn)行解調(diào)。其中，包絡(luò)檢波法是指接收端采用兩個(gè)帶通濾波器，中心頻率分別為f1和f2，它們的輸出經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波。若f1支路的包絡(luò)比f(wàn)2支路的強(qiáng)，則判為“+1”，否則

80、判為“-1”。</p><p>　　2．最小頻移鍵控(MSK)調(diào)制</p><p>　　MSK是一種特殊形式的FSK，其頻差是滿足兩個(gè)頻率相互正交的最小頻差，而且要求FSK信號(hào)的相位連續(xù)。MSK的信號(hào)表達(dá)式為</p><p>　　S(t)=cos[wct+(π/2Tb)akt+xk] 式中，xk是相位常量，其作用是保證t=kTb時(shí)相位連續(xù)。</p>

81、<p>　　MSK信號(hào)可以采用鑒頻器解調(diào)，也可以用相干解調(diào)。MSK信號(hào)各支路偶的實(shí)際碼元寬度為2Tb，其對(duì)應(yīng)的低通濾波器帶寬減少為原帶寬的1/2，輸出信噪比比FSK提高了一倍。</p><p>　　3．高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)調(diào)制</p><p>　　GMSK信號(hào)是通過(guò)在FM調(diào)制器前加入高斯低通濾波器而產(chǎn)生的，如下圖所示</p><p><b

82、>　　輸入數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　不歸零（NRZ）</b></p><p><b>　　調(diào)制指數(shù)為0.5</b></p><p>　　圖4.6 GMSK信號(hào)的產(chǎn)生原理</p><p>　　GMSK信號(hào)的解調(diào)可以用與MSK一樣的正交相干解調(diào)電路。順便指出，在相干解調(diào)

83、中最為重要也較為困難的是相干載波的提取，因而通常采用差分相干解調(diào)和鑒頻器解調(diào)等非相干解調(diào)。</p><p>　　4.3.2 數(shù)字相位調(diào)制</p><p>　　1．移相鍵控(PSK)調(diào)制</p><p>　　設(shè)輸入比特率為{an},an=±1，n=-∞～+∞。PSK的輸出信號(hào)形式為：</p><p>　　s(t)={ Acos（wct

84、） an=+1</p><p>　　-Acos（wct） an=-1 nTb≤t<（n+1）Tb 公式4-(2)</p><p>　　即當(dāng)輸入為+1時(shí)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)附加相位為0；當(dāng)輸入為-1時(shí)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)附加相位為π。</p><p>　　PSK可采用相干解調(diào)和差分相干解調(diào)，原理如下圖所示。</p>

85、;<p>　　輸入 輸出</p><p>　　coswct </p><p>　　相干

86、解調(diào) </p><p>　　輸入 輸出</p><p><b>　　差分相干解調(diào)</b></p><p>　　圖4.7 PSK的解調(diào)框圖</p><p>　　2．四相

87、移相鍵控(QPSK)調(diào)制和交錯(cuò)四相移相鍵控(OQPSK)調(diào)制</p><p>　　在QPSK的碼元速率(TS)與PSK信號(hào)比特速率相等的情況下，QPSK信號(hào)是兩個(gè)PSK信號(hào)之和，它具有和PSK信號(hào)相同的頻頻特性和誤比特率性能。OQPSK調(diào)制與QPSK調(diào)制類(lèi)似，不過(guò)OQPSK在正交支路引入一個(gè)比特的時(shí)延，使得兩個(gè)支路的數(shù)據(jù)不會(huì)同時(shí)發(fā)生變化，而不能像QPSK那樣產(chǎn)生±π的相位跳變，只能產(chǎn)生±π/2

88、的相位跳變，如下圖所示。</p><p><b>　　+</b></p><p><b>　　coswct</b></p><p><b>　　-</b></p><p>　　QPSK信號(hào)的產(chǎn)生原理 sinwct

89、 </p><p><b>　　+</b></p><p><b>　　coswct</b></p><p><b>　　_</b></p><p>　　OQPSK信號(hào)的產(chǎn)生原理 sinwct </p><p>

90、　　圖4.8 QPSK和OQPSK信號(hào)的產(chǎn)生原理</p><p>　　QPSK和OQPSK調(diào)制與PSK調(diào)制相同，均可采用相干解調(diào)。</p><p>　　差分四相鍵控(DQPSK)調(diào)制</p><p>　　π/4-DQPSK是對(duì)QPSK信號(hào)的特性進(jìn)行改進(jìn)的一種調(diào)制方式。一方面，它將QPSK的最大相位跳變由±π降為±3π/4，從而改善了π/4-DQP

91、SK的頻譜特性；另一方面，QPSK只能采用相干解調(diào)，而π/4-DQPSK既可以用相干解調(diào)也可以用非相干解調(diào)。其原理如下圖所示。 coswct</p><p>　　Uk +</p><p>　　SI π/4-DQPSK <

92、;/p><p>　　SSQ Vk - </p><p

93、><b>　　sinwct</b></p><p>　　圖4.9 π/4-DQPSK調(diào)制器原理框圖</p><p>　　4.3.3 正交振幅調(diào)制 </p><p>　　正交振幅調(diào)制(QAM)是二進(jìn)制的PSK、四進(jìn)制的QPSK調(diào)制的進(jìn)一步推廣，通過(guò)相位和振幅的聯(lián)合鍵控，可以得到更高頻譜效率的調(diào)制方式，從而可以使數(shù)據(jù)可以在限定的頻帶內(nèi)以

94、更高速率的數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　正交振幅調(diào)制的一般表達(dá)式為</p><p>　　y(t)=Amcoswct+Bmsinwct 0≤t<TS 式中：TS為碼元寬度；m=1,2,…M,M為Am和Bm的電平數(shù)。</p><p>　　QAM信號(hào)一般多采用相干解調(diào)，常用的QAM信號(hào)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是在信號(hào)功率相同的條件下，選擇信號(hào)空間中信號(hào)點(diǎn)之間距離

95、最大的信號(hào)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　第五章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　數(shù)字通信系統(tǒng)的調(diào)制方式有很多，但在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字基帶信號(hào)多為二進(jìn)制。因此，本文只對(duì)最基本的二進(jìn)制振幅鍵控2ASK、二進(jìn)制頻率鍵控2FSK和二進(jìn)制相移鍵控2PSK三種數(shù)字調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制解調(diào)的仿真。</p><p>　　5.1 2ASK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)</p><p

96、>　　5.1.1 2ASK信號(hào)調(diào)制仿真</p><p>　　（1）建立系統(tǒng)模型。從Simulink工具箱選擇器件用來(lái)組建系統(tǒng)模型：從Sources中選取Pulse Generator作為方波信號(hào)源，再?gòu)腟ources中選取sine wave作為載波信號(hào)，然后從Math中選取Product作為乘法器，再?gòu)膕inks中選取to file模塊，</p><p>　　最后從Sinks中選取S

97、cope作為示波器。Simulink的組建模型如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1 2ASK信號(hào)調(diào)制仿真模型</p><p>　　正弦信號(hào)是載波信號(hào)，方波代表s(t)序列的信號(hào)源，正弦信號(hào)和方波相乘后就得到二進(jìn)制鍵控信號(hào)。</p><p>　　（2）參數(shù)設(shè)置。建立好模型之后就要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置如圖5.2所示。</p&

98、gt;<p>　　圖5.2 正弦信號(hào)參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖5.3 方波信號(hào)源的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　其中sin函數(shù)是幅度為2、頻率為1Hz、采樣周期為0.005的雙精度DSP信號(hào)。方波的幅度設(shè)置為2、周期為3、脈沖持續(xù)設(shè)置2、采樣時(shí)間為1。</p><p>　?。?）系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖。設(shè)置完系統(tǒng)的參數(shù)后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真。下面

99、第一個(gè)波形是方波信號(hào)源輸出的方波；第二個(gè)波形正弦信號(hào)源輸出的頻率為1Hz的正弦波；第三個(gè)是方波與正弦波經(jīng)過(guò)乘法器后輸出的2ASK信號(hào)。</p><p>　　圖5.4 仿真各點(diǎn)波形圖</p><p>　　5.1.2 2ASK信號(hào)解調(diào)仿真</p><p>　　（1）建立Simulink模型。從Simulink模塊選擇器件組建系統(tǒng)模型：從Sources中選取Pulse G

100、enerator作為方波信號(hào)源，再?gòu)腄SP工具箱的DSP Sources中選取sine wave作為載波信號(hào)，然后從Math Operations中選取Product作為乘法器，最后從Sinks中選取Scope作為示波器。Simulink的組建模型如圖5.5所示。</p><p>　　圖5.5 2ASK解調(diào)模型</p><p>　?。?）參數(shù)設(shè)置。為了使載波和信息源的頻率有明顯的差別，載波

101、的頻率設(shè)置的要相對(duì)高一些，這里設(shè)置為150Hz。為了更好的恢復(fù)出信源信號(hào)，此處直接使用原載波信號(hào)作為同步載波信號(hào)。主要部件的參數(shù)設(shè)置如圖5.6所示。</p><p>　　圖5.6 低通濾波器的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　（2）系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形。仿真波形如圖5.7所示，其中，第一個(gè)波形是原始信號(hào)，第二個(gè)是載波信號(hào)，第三調(diào)制后的2ASK信號(hào)，第四個(gè)是2ASK信號(hào)與載波信號(hào)相乘后得到的信號(hào)，

102、第五個(gè)是經(jīng)過(guò)低通濾波器的波形，第六個(gè)是經(jīng)抽樣判決器后解調(diào)出的原始信號(hào)。</p><p>　?。?）誤碼率分析。由于在解調(diào)過(guò)程中沒(méi)有信道和噪聲，所以誤碼率相對(duì)較小，一般是由于碼間串?dāng)_或是參數(shù)設(shè)置的問(wèn)題，可以得出此系統(tǒng)的誤碼率為0.3636。</p><p>　　圖5.7 解調(diào)波形圖</p><p>　　5.2 2FSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)</p><p

103、>　　5.2.1 2FSK信號(hào)調(diào)制仿真</p><p>　　（1）建立系統(tǒng)模型。2FSK信號(hào)產(chǎn)生的SIMULINK仿真模型圖如圖5.8所示。</p><p>　　圖5.8 2FSK信號(hào)SIMULINK調(diào)制模型</p><p>　?。?）參數(shù)設(shè)置。sine wave和sine wave1是兩個(gè)頻率分別為f1和f2的載波，Pulse Generator模塊是信號(hào)源

104、，NOT實(shí)現(xiàn)方波的反相，經(jīng)相乘器和相加器生成2FSK。</p><p>　　信號(hào)源s(t)序列本應(yīng)該是用隨機(jī)的0、1信號(hào)產(chǎn)生的，在此為了方便仿真選擇了基于采樣的Pulse Generator信號(hào)模塊，其參數(shù)設(shè)置如圖5.9。</p><p>　　圖5.9 信號(hào)源模塊參數(shù)</p><p>　　圖5.10 載波sin wave參數(shù)設(shè)置</p><p&g

105、t;　　如圖5.10所示，其幅度為2，頻率f1=1Hz，采樣時(shí)間為0.002，載波為單精度信號(hào)。</p><p>　　圖5.11 載波sin wave1參數(shù)設(shè)置</p><p>　　如圖5.11所示，該載波是幅度為2、頻率為2Hz、采樣時(shí)間為0.002的單精度信號(hào)。</p><p>　　（3）系統(tǒng)仿真及波形。系統(tǒng)的仿真的結(jié)果如下圖所示。其中，第一個(gè)波形是原始信號(hào)，第

106、二個(gè)是正弦載波周期為1Hz的載波信號(hào)，第三個(gè)是周期為2Hz的正弦載波，第四個(gè)是調(diào)制后的2FSK信號(hào)。</p><p>　　圖5.12 2FSK信號(hào)調(diào)制波形圖</p><p>　　5.2.2 2FSK信號(hào)解調(diào)仿真</p><p>　?。?）2FSK解調(diào)系統(tǒng)模型如下圖所示。其中From File是2FSK信號(hào)的調(diào)制模塊，兩個(gè)帶通濾波器分別將2FSK信號(hào)上下分頻為和，再經(jīng)

107、過(guò)與載波相乘，經(jīng)過(guò)低通濾波后兩路信號(hào)相加，再經(jīng)抽樣判決器解調(diào)出原始信號(hào)。</p><p>　　圖5.13 2FSK解調(diào)框圖</p><p>　?。?）參數(shù)設(shè)置。圖5.14和圖5.15分別是對(duì)上下兩路進(jìn)行分頻的帶通濾波器的參數(shù)設(shè)置。 </p><p>　　圖5.14 2FSK信號(hào)f1帶通濾波器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖5.15 2FSK信

108、號(hào)帶通濾波器參數(shù)設(shè)置</p><p>　?。?）系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形。</p><p>　　圖5.16 2FSK信號(hào)解調(diào)仿真波形</p><p>　　5.2 2PSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)</p><p>　　5.2.1 2PSK信號(hào)調(diào)制仿真</p><p>　?。?）2PSK信號(hào)系統(tǒng)模型。此處用已調(diào)信號(hào)載波的 0°

109、和 180°分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的“1”和“0”。用兩個(gè)反相的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其系統(tǒng)框圖如下圖所示。其中Sine Wave1和Sine Wave2是反相的載波，用正弦脈沖作為信號(hào)源。</p><p>　　圖5.17 2PSK信號(hào)調(diào)制框圖</p><p><b>　?。?）參數(shù)設(shè)置。</b></p><p>　　圖5.18 Si

110、ne Wave1參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖5.19 Sine Wave2參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖5.20脈沖信號(hào)的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　脈沖信號(hào)是幅度為2、周期為1、占空比為50%的時(shí)鐘的信號(hào)。</p><p>　?。?）仿真波形。仿真波形如圖5.21所示。</p><p>　　圖5.21 2PS

111、K調(diào)制信號(hào)波形圖</p><p>　　5.2.2 2PSK信號(hào)解調(diào)仿真</p><p>　?。?）建立SIMULINK模型。2PSK信號(hào)與本地載波相乘后進(jìn)入低通濾波器，在經(jīng)過(guò)抽樣判決器解調(diào)出原始信號(hào)。</p><p>　　圖5.22 2PSK信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)模型</p><p>　?。?）參數(shù)設(shè)置。信號(hào)源參數(shù)設(shè)置如圖5.23所示。</p&g