毕业论文)基于simulink的数字调制系统仿真设计--论文

毕业论文)基于simulink的数字调制系统仿真设计--论文内容摘要：

（ 212） Ts 是二进制基带信号时间间隔 ， g(t)是持续时间为 Ts 的矩形脉冲 : （ 213） 则二进制振幅键控信号可表示为 （ 214） 二进制振幅键控信号时间波型如 图 211 所示。 由 图 211 可以看出 ， 2ASK 信号的时间波形 e2ASK(t)随二进制基带信号 s(t)通断变化 ， 所以又称为通断键控信号(OOK 信号 )。 二进制振幅键控信号的产生方法如 图 213 所示 ， 图 (a)是采用模拟相乘的方法实现 ， 图 (b)是采用数字键控的方法实现。 由图 212 可以看出 ， 2ASK 信号与模拟调制中的 AM 信号类似。 所以 ， 对2ASK 信号也能够采用非相干解调 (包络检波法 )和相干解调 (同步检测法 )， 其相应原理方框图如 图 213 所示。 2ASK 信号非相干解调过程的时间波形如 图 214 所示。 图 211 二进制振 幅键控信号时间波型 图 212 二进制振幅键控信号调制器原理框图 图 213 二进制振幅键控信号解调器原理框图 图 214 信号非相干解调过程的时间波形 二进制移频键控 (2FSK) 原理简介 频移键控是利用两个不同频率 f1 和 f2 的振荡源来代表信号 1 和 0，用数字信号的 1 和 0 去控制两个独立的振荡源交替输出。 对二进制的频移键控调制方式，其有效带宽为 B=2xF+2Fb， xF 是二进制基带信号的带宽也是 FSK 信号的最大频偏，由于数字信号的带宽即 Fb 值大，所以二进制频移键控的信号带宽 B 较大，频带利用率小。 2FSK 功率谱密度的特点如下： (1) 2FSK 信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成 ， 离散谱出现在 f1 和 f2 位置； (2) 功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。 若两个载频之差 |f1 f2|≤fs，则出现单峰。 在二进制数字调制中 ， 若正弦载波的频率随二进制基带信号在 f1 和 f2 两个频率点间变化 ， 则产生二进制移频键控信号 (2FSK 信号 )。 二进制移频键控信号的时间波形如 图 221 所示 ， 图中波形 g 可分解为波形 e 和波形 f， 即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的 叠加。 若二进制基带信号的 1 符号对应于载波频率 f1， 0 符号对应于载波频率 f2， 则二进制移频键控信号的时域表达式为 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） 图 221 二进制移频键控信号的时间波形 由图 2 6 可看出 ， bn 是 an 的反码 ， 即若 an=1， 则 bn=0， 若 an=0， 则 bn=1， 于是 bn= na ， θn和 n 分别代表第 n 个信号码元的初始相位。 在二进制移频键控信号中 ， n 和 θn不携带信息 ， 通常可令 n 和 θn为零。 因此 ， 二进制移频键控信号的时域表达式可简 化为 （ 21 8） 二进制移频键控信号的产生 ， 可以采用模拟调频电路来实现 ， 也可以采用数字键控的方法来实现。 图 222 是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图 ， 图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制 ， 在一个码元 Ts 期间输出 f1 或 f2 两个载波之一。 二进制移频键控信号的解调方法很多 ， 有模拟鉴频法和数字检测法 ， 有非相干解调方法也有相干解调方法。 采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图2 9 所示。 其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上 下两路二进制振幅键控信号 ， 分别进行解调 ， 通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。 非相干解调过程的时间波形如 图 223 所示。 图 222 二进制移频键控信号解调器原理图 图 223 (a) 非相干解调。 (b) 相干解调 图 224 2FSK 非相干解调过程的时间波形 过零检测法解调器的原理图和各点时间波形如 图 224 所示。 其基本原理是 ，二进制移频键控信号的过零点数随载波频率不同而异 ， 通过检测过零点数从而得到频率的变化。 在 图 224 中 ， 输入信号经过限幅 后产生矩形波 ， 经微分 、 整流 、 波形整形 ， 形成与频率变化相关的矩形脉冲波 ， 经低通滤波器滤除高次谐波 ，便恢复出与原数字信号对应的基带数字信号。 二进制移相键控 (2PSK) 原理简介 在二进制数字调制中 ， 当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时 ，则产生二进制移相键控 (2PSK)信号。 通常用已调信号载波的 0176。 和 180176。 分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0。 二进制移相键控信号的时域表达式为 e2PSK(t)=g(tnTs)*cosωct ( 21 9) 其中 ， an 与 2ASK 和 2FSK 时的不同 ， 在 2PSK 调制中 ， an应选择双极性 ，即 （ 2110） （ 2–111） 若 g(t)是脉宽为 Ts， 高度为 1 的矩形脉冲时 ， 则有 ， 发送概率为 cosωct， 发送概率为 1P 由式 (2 1 11)可 看出 ， 当发送二进制符号 1 时 ， 已调信号 e2PSK(t)取 0176。 相位 ，发送二进制符号 0 时 ， e2PSK(t)取 180176。 相位。 若用 φn表示第 n 个符号的绝对相位 ，则有 ， 发送 1 符号 ， 发送 0 符号。 这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式 ， 称为二进制绝对移相方式。 二进制移相键控信号的典型时间波形如 图 231 所示。 图 231 二进制移相键控信号的时间波形 二进制移相键控信号的调制原理图如 图 232 所示。 其中图 (a)是采用模拟调制的方法产生 2PSK 信号 ， 图 (b)是采用数字键控的方法产生 2PSK 信号。 2PSK 信号的解调通常都是采用相干解调 ， 解调器原理图如 图 233 所示。 在相干解调过程中需要用到与接收的 2PSK 信号同频同相的相干载波。 2PSK 信号相干解调各点时间波形如 图 234 所示。 当恢复的相干载波产生180176。 倒相时 ， 解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反 ， 解调器输出数字基带信号全部出错。 过零检测法原理图和各点波形 如图 235 所示 . 图 232 信号的 调制 原理图 图 233 信号的解调 原理图 图 234 信号相干解调各点时间波形 这种现象通常称为 倒 π现象。 由于在 2PSK 信号的载波恢复过程中存在着180176。 的相位模糊 ， 所以 2PSK 信号的相干解调存在随机的 倒 π现象 ， 从而使得2PSK 方式在实际中很少采用。 图 235 过零检测法原理图和各点波形 正交振幅键控 (QAM) 原理简介 正交振幅键控是一种将两种调幅信号（ 2ASK 和 2PSK）汇合到一个 信道 的方法，因此会双倍扩展有效 带宽。 正交调幅被用于脉冲调幅，特别是在无线网络应用。 图 241 不同进制 QAM 的星座图 正交调幅信号有两个相同频率的 载波 ，但是相位相差 90 度（四分之一周期，来自积分术语）。 一个信号叫 I 信号，另一个信号叫 Q 信号。 从数学角度将一个信号可以表示成正弦，另一个表示成余弦。 两种被调制的载波在发射时已被混和。 到达目的地后，载波被分离，数据被分别提取然后和原始调制信息相混和。 QAM是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调幅，利用这种已调 信号的频谱在同一带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。 该调制方式通常有 二进制 QAM（ 4QAM）、 四进制 QAM（ l6QAM）、八进制 QAM（ 64QAM）、 … ，对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图，分别有 1 6 … 个矢量端点。 电平数 m和信号状态 M 之间的关系是对于 4QAM，当两路信号幅度相等时，其产生、解调、性能及相位矢量均与 4PSK 相同。 QAM 调制器的原理是发送数据在比特 /符号 编码器 （也就是串 –并转换器）内被分成两路，各为原来两路信号的 1/2，然后分别与一对正交调制 分量相乘，求和后输出。 接收端完成相反过程，正交解调出两个相反码流， 均衡器 补偿由信道引起的 失真 ，判决器识别复数信号并映射回原来的二进制信号。 如图 42 所示的是16QAM 的 调制 原理图。 作为调制信号的输入二进制数据流经过串 –并变换后变成四路并行数据流。 这四路数据两两结合，分别进入两个电平转换器，转换成两路 4电平数据。 例如， 00 转换成 3， 01 转换成 1， 10 转换成 1， 11 转换成 3。 这两路4 电平数据 g1（ t）和 g2（ t）分别对载波 cos2πfct和 sin2πfct进行调制，然后相加，即可得到 16QAM 信号。 QAM 的一般表达式 其中 0tTs,上式由两个相互正交的载波构成，每一个载波被一组离散的振幅｛ Am｝、｛ Bm｝所调制，所以这种调制方式为正交振幅调制。 式中 Ts 为码元宽度， m=1， 2， … ， M， M 为 Am 和 Bm 的电平数。 QAM 中的振幅 Am 和 Bm，可以表示成： Am=dmA， Bm=emA 式中， A 是固定的振幅，（ dm， em）决定已调 QAM 信号在信号空间中的坐标点。 QAM 的调制和相干解调框图如下。 在调制端，输入数据经过串 /并变换后分为两路，分别经过 2 电平到 L 电平的变换，形成 Am和 Bm，之后 Am 和 Bm 经过调制低通滤波器，与相互正交的各路载波相乘。 最后将两个信号相加就可以得到已调输出 信号 y(t)。 图 242 QAM 的 调制、解调框图 ttty wBwA cmcm s i nc o s)( 串 / 并变换电平变换电平变换 预调制LPF预调制LPFA mBm求和c o s w c ts in w c t乘Q A M 解调框图Q A M 调制框图乘已调信号输出 y （ t ）载波恢复乘乘L PFL PF电平变换多电平判断多电平判断定时恢复电平变换串 / 并变换 多进制相移键控调制 （ QPSK） 原理简介 多进制数字相位调制（ QPSK）也称多元调相或多相制。 他利用具有多个相位状态的正弦波来代表多组二进制信息码元，即用载波的一个相位对应于一组二进制信息码元。 如果载波有 2k 个相位，它可以代表 k 位二进制码元的不同码组。 在 MPSK 信号中，载波相位可取Ｍ个可能值， 2n nM  ( 0,1,... , 1)nM。 因此 MPSK 信号可表示为 00 2( ) c o s ( ) c o s ( )M P S K n nu t A t A t M       假定载波频率 0 是基带数字信号的整数倍 2s sT ，则上式可改写为 000( ) ( ) c os ( )c os ( c os ) ( ) si n ( si n ) ( )ssM PSK s nnnnnnu t A g t nT tA t g t nT A t g t nT                由上式表明， MPSK 信号可等效为两个正交载波进行多电平双边带调幅所得已调波之和。 带宽的产生可按类似于双边带正交调制信号的方式实现。 下面 以 4PSK为例进行分 析与说明。 4PSK。