電纜調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)畢業(yè)設(shè)計(jì)電纜調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：電纜調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì) (論文 )的基本內(nèi)容：(1) 了解目前電纜調(diào)制解調(diào)器的發(fā)展?fàn)顩r；(2) 分析常用調(diào)制解調(diào)器，學(xué)習(xí) matlab 的用法；(3) 設(shè)計(jì)電纜調(diào)制解調(diào)器，并進(jìn)行仿真；(4) 總結(jié)歸納所完成的任務(wù)，找出不足之處。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)題部分：題目：設(shè)計(jì)或論文專(zhuān)題的基本內(nèi)容：學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目日期第2周指導(dǎo)教師簽字：2010年3月8日1。電纜調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要在通信系統(tǒng)中，從消息變換過(guò)來(lái)的原始信號(hào)所占的有效頻帶往往具有頻率較低

2、的頻譜分量（例如語(yǔ)音信號(hào)） ，如果將這種信號(hào)直接在信道中傳輸，則會(huì)嚴(yán)重影響信息傳送的有效性和可靠性，因此這種信號(hào)在許多信道中都是不適宜傳輸?shù)?。在通信系統(tǒng)的發(fā)射端經(jīng)常需要有調(diào)制過(guò)程， 將低頻信號(hào)搬移到高頻信號(hào)使之轉(zhuǎn)換成始于信道傳輸或便于信道多路復(fù)用的已調(diào)信號(hào)；在接收端則需要解調(diào)過(guò)程，將已調(diào)信號(hào)還原成原來(lái)有用的信號(hào)。在調(diào)制解調(diào)中利用matlab 信號(hào)處理工具箱提供的有關(guān)函數(shù)，可以很方便的實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制解調(diào)過(guò)程。本文研究有線電視網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)速度的問(wèn)題。電纜調(diào)制解調(diào)器在兩個(gè)不同的方向上分別發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。在上行通道作為用戶(hù)端向前端發(fā)送數(shù)據(jù)信息的通道。它是一種匯聚式通信，因此對(duì)抗噪性能的要求比較高；另外，

3、由于當(dāng)今對(duì)稱(chēng)業(yè)務(wù)如視頻會(huì)議日益增長(zhǎng)，這些業(yè)務(wù)要求首發(fā)的數(shù)是近乎相等的，這與上行信道的匯聚噪聲形成了一對(duì)矛盾。因此需要在一定的噪聲比下通過(guò)調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率。本文首先對(duì)調(diào)制解調(diào)的基本方法以及 matlab 的基本使用進(jìn)行概述，指出數(shù)字調(diào)制解調(diào)在遠(yuǎn)距離傳輸中的優(yōu)勢(shì)：極大的增強(qiáng)信息的抗干擾能力以及信息傳輸距離；然后，本文提出了采用 QPSK 調(diào)制解調(diào)方法，該模型包括調(diào)制、信道、解調(diào)三部分。 接著，考慮到 QAM 調(diào)制解調(diào)較高的頻帶利用率以及傳輸質(zhì)量， 本文提出了 QAM 調(diào)制解調(diào)。利用直接序列擴(kuò)頻能使QAM 的抗造性能大大增加。設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是在保證信噪比的前提下盡可能的減少信號(hào)傳輸誤碼率，

4、從而在保證傳輸素的同時(shí)保證信息傳輸。最后，本文基于matlab 對(duì)本文提出的QPSK 和 QAM 調(diào)制解調(diào)進(jìn)行仿真分析比較， 仿真結(jié)果顯示本文提出的用直接序列擴(kuò)頻完善 QAM 的方法的誤碼率最低。關(guān)鍵詞：調(diào)制解調(diào)； matlab；通信； DS目錄畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) .I摘要 .IIAbstract.III第 1 章 緒 論 .11.1課題研究的背景和來(lái)源 .11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .21.3課題研究的實(shí)際意義 .31.4本文的主要工作以及內(nèi)容安排 .3第 2 章 相關(guān)知識(shí)介紹 .52.1調(diào)制解調(diào)基本方法 .52.2模擬調(diào)制 .52.2.1幅度調(diào)制 .52.2.2角度調(diào)制 .62.3數(shù)字調(diào)制

5、 .82.3.1振幅鍵控 .82.3.2移頻鍵控 .82.3.3移相鍵控 .92.3.4正交調(diào)制 .122.4擴(kuò)頻方法介紹 .142.4.1擴(kuò)頻信號(hào)特性 .142.4.2擴(kuò)頻通信的工作原理和工作方式 .152.4.3直擴(kuò)系統(tǒng)的組成與原理 .192.5 Matlab 簡(jiǎn)介 .202.5.1 matlab 背景介紹 .202.5.2 matlab 常用工具箱以及函數(shù)簡(jiǎn)介 .202.5.3 matlab m 文件、命令文件及函數(shù)文件 .212.5.4 matlab 輸出格式 .222.6 本章小結(jié)22第 3 章 調(diào)制解調(diào)器的分析與設(shè)計(jì)253.1 調(diào)制解調(diào)器的分析25調(diào)制解調(diào)器25調(diào)制解調(diào)器253.2

6、 調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)26調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)26調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)273.3 誤碼率計(jì)算283.4 本章小結(jié)28第 4 章 仿真分析314.1 QPSK 仿真314.2 擴(kuò)頻仿真314.3 結(jié)果分析324.4 本章小結(jié)32第 5 章 總結(jié)335.1 工作總結(jié)335.2 設(shè)計(jì)的不足之處和需要改進(jìn)的方向335.3 今后的工作展望33參考文獻(xiàn)35致謝37第1章緒論1.1 課題研究的背景和來(lái)源通信的主要目的是傳輸消息。消息的形式多種多樣， 可以是符號(hào)、文字、語(yǔ)聲、圖像等。各種不同消息可以分為兩類(lèi)，即數(shù)字（離散）消息和模擬（連續(xù)）消息。消息傳遞時(shí)，首先需要轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。相應(yīng)電信號(hào)的形式也可分成兩類(lèi)，即模擬信號(hào)和

7、數(shù)字信號(hào)。同樣按照信道傳輸?shù)男盘?hào)類(lèi)型，可以將通信系統(tǒng)分成兩類(lèi)：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)中，常對(duì)消息進(jìn)行兩種變換：首先，將消息變?yōu)樵茧娦盘?hào)。由于原始電信號(hào)通常具有很低的頻率分量，一般不宜直接傳輸。第二種變換：將原始電信號(hào)（基帶信號(hào)）變?yōu)檫m合信道傳輸?shù)念l帶信號(hào)，在接收端再進(jìn)行相反變換。這種變換和反變換通常稱(chēng)為調(diào)制和解調(diào)。數(shù)字通信系統(tǒng)中，雖然傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信息，但同樣少不了調(diào)制和解調(diào)（頻帶傳輸系統(tǒng)）。通信的根本任務(wù)是如何保證遠(yuǎn)距離傳輸信息的正確性，這方面數(shù)字通信系統(tǒng)具有先天的優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)閿?shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖请x散的數(shù)字信號(hào)，與模擬通信相比，更能適應(yīng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)的要求：第一：抗干擾能力

8、強(qiáng)尤其中繼傳輸，可再生而消除噪聲的積累；第二：傳輸差錯(cuò)可控制，從而改善傳輸質(zhì)量；第三：便于使用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來(lái)對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行處理， 是通信系統(tǒng)的功能增強(qiáng)。第四：易于做高保密性的加密處理；第五：可以綜合傳遞各種消息，使通信系統(tǒng)的功能增強(qiáng)。因?yàn)槿缟显?，?shù)字通信系統(tǒng)在各方面逐漸代替模擬通信系統(tǒng)成為現(xiàn)代通信的最基本方式?？梢?jiàn)，調(diào)制解調(diào)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中起著重要作用。調(diào)制的重要性體現(xiàn)在：將基帶信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)；實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用及改善系統(tǒng)抗噪聲性能；而解調(diào)的重要性為：從帶有噪聲干擾和畸變的信道輸出信號(hào)中，恢復(fù)還原原來(lái)的基帶信號(hào)2。在計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通信中， 隨著個(gè)人電腦的普及和Int

9、ernet 技術(shù)的飛速發(fā)展， 一系列新的 Internet 服務(wù)，包括提供音頻、視頻流，本地信息服務(wù)（社區(qū)資訊和服務(wù)），登陸 CD-ROM 服務(wù)器，視頻點(diǎn)播（ VOD ）等等層出不窮，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)速度（帶寬）的需求也隨之水漲船高， 于是相繼出現(xiàn)了 ISDN( 綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng) )、CableModem（電纜調(diào)制解調(diào)器）、xDSL(x 數(shù)字用戶(hù)線路 )等新的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)和產(chǎn)品。目前接入技術(shù)的發(fā)展主要集中在以下幾方面：高速調(diào)制解調(diào)器，指 56Kbps V.90 Modem 撥號(hào)模擬調(diào)制解調(diào)器；速率在 64K128K 的 ISDN ；速率在 640Kbps 到 8Mbps 之間的非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)線調(diào)制解調(diào)器

10、（ ASDL ）；速率達(dá) 30Mbps 線纜調(diào)制解調(diào)器（ Cable Modem）；電力線傳輸（ PLC ）；光纖入戶(hù)（ FTTH ）以及無(wú)線接入等。其中 ASDL 和 PLC 都屬于雙絞銅線傳輸，速度上已接近理論極限，而且真正可以解決視頻應(yīng)用的只能是光纖入戶(hù)和Cable Modem，當(dāng)然從技術(shù)上將，最佳方案是光纖入戶(hù)。 “光纖入戶(hù)”這個(gè)方案之所以吃紅此不能實(shí)現(xiàn)，并不是技術(shù)問(wèn)題，而是投資額巨大和利用率較低，暫時(shí)是一種大馬拉小車(chē)的超豪華方案，也就是說(shuō)在經(jīng)濟(jì)上還不現(xiàn)實(shí)。 那么，既技術(shù)成熟又經(jīng)濟(jì)可行的方案就只有 Cable Modem 了3。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀利用電纜調(diào)制解調(diào)器在HFC （ Hy

11、brid Fiber Coaxial ，混合光纜同軸網(wǎng)）上傳送數(shù)據(jù)，用其作為互聯(lián)網(wǎng)的寬帶接入網(wǎng)是非常誘人的，有著良好的發(fā)展前景。原始是這種方法成本低、頻帶寬，是現(xiàn)有有線電視網(wǎng)寬帶接入技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。在美國(guó)有 50 個(gè)地方做試驗(yàn)網(wǎng)，而象加州Ahome 網(wǎng)已開(kāi)始商業(yè)運(yùn)行。在1996 年12 月舉行的 96Westernshow有線電視大展上，有 20 家公司推出電纜調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)品。一些大公司如DEC 、Philips 等采用多家公司的產(chǎn)品做系統(tǒng)集成服務(wù)，用HFC 網(wǎng)做接入網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的OSS (操作支撐系統(tǒng) )軟件也已出現(xiàn)?？傊?，電纜調(diào)制解調(diào)器經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展已開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用期。盡管如此，美國(guó)電纜調(diào)

12、制解調(diào)器的發(fā)展并沒(méi)有原來(lái)預(yù)期的那么快。 其原因是在美國(guó)有線電視網(wǎng)大部分還是多年前鋪設(shè)的同軸電纜網(wǎng)，性能較差，絕大部分是單向的，沒(méi)有上行能力。改造需要大量投資，一般有線電視公司負(fù)擔(dān)不起。另一原因是有線電視公司的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)管理能力和服務(wù)意識(shí)沒(méi)有電信公司那么強(qiáng)，比較而言體制也有缺陷，要提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，存在一個(gè)適應(yīng)的過(guò)程。目前已發(fā)展的、供家庭用戶(hù)接入互聯(lián)網(wǎng)使用的電纜調(diào)制解調(diào)器大多是雙向不對(duì)稱(chēng)的。一般來(lái)說(shuō)，下行占用一個(gè)NTSC （National Television StadnardsCommittee，（美國(guó)）國(guó)家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)）6MHz通道，采用64QAM調(diào)制提供高達(dá)30Mbps 的傳送速

13、率，而上行通道則在540MHz帶中選擇干擾較低的位置，占用 1 2MHz 帶寬，用 QPSK( 或 BPSK)調(diào)制提供 500Kbps 2Mbps傳送速率，第一代電纜調(diào)制解調(diào)器的標(biāo)準(zhǔn)大致是這樣。典型產(chǎn)品如Motorola 的Cybersurfr 電纜調(diào)制解調(diào)器， 下行 30Mbps，上行 786Kbps(占用 600KHz 帶寬 )。 IBM 則推出其雙向的 Cableonline 系統(tǒng)。它的下行速率為 30Mbps，上行為2.5Mbps。這種電纜調(diào)制解調(diào)器輸入按照以太網(wǎng)協(xié)議連接用戶(hù)，輸出為ATM（ Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸模式）信號(hào)，在前端可用ATM交換

14、機(jī)進(jìn)行交換，解決了對(duì)來(lái)自多個(gè)光結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換的問(wèn)題。1.3 課題研究的實(shí)際意義電纜調(diào)制解調(diào)器是一種可以通過(guò)有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)接入的裝置。它一般有兩個(gè)接口，一個(gè)用來(lái)連接有線電視端口，另一個(gè)與計(jì)算機(jī)相聯(lián)。電纜調(diào)制解調(diào)器包括調(diào)制解調(diào)部分、電視接收調(diào)諧、解密解密和協(xié)議適配等部分，它還可以是一個(gè)橋接器、路由器、網(wǎng)絡(luò)控制器或集線器4。一個(gè)電纜調(diào)制解調(diào)器要在兩個(gè)不同的方向上接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，把上下、行數(shù)字信號(hào)用不同的調(diào)制方式調(diào)制在雙向傳輸?shù)哪骋粋€(gè)6MHz 或 8MHz 帶寬的電視頻道上。本課題研究的系統(tǒng)，就是要用 matlab 仿真電纜調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制解調(diào)部分，用 matlab 對(duì)調(diào)制解調(diào)進(jìn)行仿真，

15、輸入隨即信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)制、濾波、高斯信道、解調(diào)以后計(jì)算信號(hào)誤碼率。1.4 本文的主要工作以及內(nèi)容安排本文主要研究了 Cable Modem 的調(diào)制解調(diào)問(wèn)題，在信道中信噪比一定的情況下，保證誤碼率的前提下， 根據(jù) QAM 調(diào)制解調(diào)原理， 并根據(jù)仿真數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行性能分析。各章的內(nèi)容組織如下：第一章緒論。對(duì)電纜調(diào)制解調(diào)器的研究背景、研究意義以及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀做了簡(jiǎn)要概述。第二章相關(guān)技術(shù)介紹。調(diào)制解調(diào)的幾種基本方法，以及相應(yīng)的比較分析；擴(kuò)頻的基本方法介紹以及matlab 概述；第三章 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)。利用matlab 作為開(kāi)發(fā)工具，編寫(xiě)matlab部分的信號(hào)輸入、并串轉(zhuǎn)換、擴(kuò)頻、調(diào)制、信道、解調(diào)、解擴(kuò)

16、、串并轉(zhuǎn)換、信號(hào)輸出等一系列數(shù)據(jù)傳輸中要設(shè)計(jì)的程序，使其達(dá)到既定的要求；第四章仿真。編寫(xiě)程序進(jìn)行誤碼率計(jì)算，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出。通過(guò)仿真對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行比較、分析得出方案的優(yōu)越性。第五章總結(jié)。對(duì)整個(gè)論文功過(guò)的總結(jié)以及下一步的工作的展望，指出我們工作中有待改進(jìn)的地方，同時(shí)指明了下一步研究的方向。第 2章 相關(guān)知識(shí)介紹2.1 調(diào)制解調(diào)基本方法通信的主要目的是傳輸消息。消息的形式多種多樣，可以是符號(hào)、文字、語(yǔ)聲、圖像等。各種不同的消息可以分為兩類(lèi)，即數(shù)字（離散）消息和模擬（連續(xù)）消息。消息傳遞時(shí)，首先需要轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。相應(yīng)的電信號(hào)形式也可分成兩類(lèi)，即模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。同樣按照信道傳輸?shù)男盘?hào)類(lèi)型，可以將通

17、信系統(tǒng)分成兩類(lèi)：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)中，常對(duì)消息進(jìn)行兩種變換。首先，將消息變?yōu)樵茧娦盘?hào)。由于原始電信號(hào)通常具有很低的頻率分量，一般不宜直接傳輸。第二種變換：將原始電信號(hào)（基帶信號(hào)）變?yōu)檫m合信道傳輸?shù)念l帶信號(hào)，在接收端再進(jìn)行相反變換，這種變換和反變換通常稱(chēng)為調(diào)制和解調(diào)。模擬調(diào)制系統(tǒng)中所采用的調(diào)制技術(shù)可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制。最常用和最重要的調(diào)制方式是使用正弦波作載波的幅度調(diào)制和角度調(diào)制。前者屬于線性調(diào)制，已調(diào)信號(hào)的頻譜是基帶信號(hào)頻譜的平移及線性變換。后者屬于非線性調(diào)制，已調(diào)信號(hào)的頻譜不再保持原來(lái)基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)，其頻譜會(huì)產(chǎn)生無(wú)限的頻譜分量。數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)傳輸?shù)氖请x散的

18、數(shù)字信號(hào)，與模擬通信相比，更能適應(yīng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)的要求。第一，抗干擾能力強(qiáng)，尤其中繼傳輸，可再生而消除噪聲的積累；第二，傳輸差錯(cuò)可以控制，從而改善傳輸質(zhì)量；第三，便于使用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來(lái)對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行處理；第四，易于做高保密性的加密處理；第五，可以綜合傳遞各種消息，使通信系統(tǒng)的功能增強(qiáng)。也正是由于上述原因，數(shù)字通信系統(tǒng)才能在各方面逐漸代替模擬通信系統(tǒng)成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)的最基本形式。2.2 模擬調(diào)制幅度調(diào)制AM （ Amplitude Modulation，幅度調(diào)制）通信系統(tǒng)是最早開(kāi)始使用的調(diào)制技術(shù)，它的優(yōu)勢(shì)就是無(wú)論調(diào)制還是解調(diào)從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)都非常簡(jiǎn)單；但同時(shí)也存在一些缺點(diǎn)，比如抗噪性能差以及發(fā)

19、射機(jī)的功率使用效率低。但是AM 以其簡(jiǎn)單的技術(shù)和作為最早被確定的調(diào)制方式一直被廣泛使用?，F(xiàn)在仍然在使用AM調(diào)制的的領(lǐng)域有媒介及高頻信號(hào)的廣播，在 VHF （甚高頻）頻帶的航空通信及民用無(wú)線電等 1。(1)全載波調(diào)幅設(shè)幅度調(diào)制中f (t ) 為調(diào)制信號(hào)，即待傳輸或處理的信號(hào)；s(t)cos0t成為載波信號(hào)，0 為載波頻率。因此，由此系統(tǒng)輸出的響應(yīng)y(t)為y(t )f (t) s(t)f (t )cos0 t(2.1)可見(jiàn) y(t) 是一個(gè)幅度隨f (t) 變化的振蕩信號(hào)，故成為調(diào)幅信號(hào)。經(jīng)調(diào)制后，原信號(hào)的頻譜給重新復(fù)制并搬至0 處，即所需要的高頻范圍內(nèi)。這種經(jīng)過(guò)調(diào)制的高頻信號(hào)很容易以電磁波形式

20、輻射傳播。(2)抑制載波調(diào)幅雖然全載波 AM 從技術(shù)上來(lái)看非常簡(jiǎn)單， 但是無(wú)論從帶寬還是從信噪比角度分析，它都不是一個(gè)十分有效的調(diào)制方式。(a)抑制載波的雙邊帶信號(hào)在普通調(diào)幅信號(hào)中，載波雖然不含任何信息，但其最小功率也要占到總功率的 23(m=1)，也就是說(shuō)調(diào)制效率只能達(dá)到13，這造成發(fā)射機(jī)功率的極大浪費(fèi)。為了提高調(diào)制效率，便產(chǎn)生將載波抑制的雙邊帶信號(hào)方式。(b)單邊帶信號(hào)單邊帶信號(hào) (SSB)指?jìng)魉托盘?hào)一個(gè)邊帶的傳輸方式，信號(hào)的帶寬等于調(diào)制信號(hào)帶寬，信號(hào)的利用是最經(jīng)濟(jì)的，能量的利用也是最有效的。單邊帶信號(hào)的表達(dá)式可寫(xiě)成式(2.2)。式中 +代表下邊帶信號(hào)， (t) 、 c (t)分別為調(diào)制信

21、號(hào)、載波信號(hào)的正交信號(hào)。SSB(t)k (t) c (t ) (t) c (t )(2.2)單邊帶信號(hào)的產(chǎn)生方法有兩種。一個(gè)是濾波法，即在雙邊帶信號(hào)的基礎(chǔ)上通過(guò)一個(gè)邊帶濾波器即可。但因?qū)嶋H制作的濾波器從通帶到阻帶總是有一個(gè)無(wú)法忽略的過(guò)濾帶，因此往往要經(jīng)過(guò)多次調(diào)制逐級(jí)濾波。另一種方法是建立在式(2.2)基礎(chǔ)上的相移法。角度調(diào)制角度調(diào)制可分為頻率調(diào)制(FM) 和相位調(diào)制 (PM) 即調(diào)制時(shí)載波和幅度保持不變，而載波的頻率或相位隨調(diào)制信號(hào)變化的調(diào)制方式。在通信系統(tǒng)中無(wú)論是頻率調(diào)制還是相位調(diào)制的使用都非常廣泛，像電視系統(tǒng)中的聲音信號(hào)的傳輸、雙向式固定和移動(dòng)通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通訊和蜂窩電話系統(tǒng)等。與調(diào)幅調(diào)制

22、技術(shù)相比，無(wú)論是 FM 還是 PM 其最突出的優(yōu)勢(shì)就是大大改進(jìn)了系統(tǒng)的信噪比性能，但其占用的帶寬是 AM 信號(hào)的數(shù)倍。角調(diào)波的一般表達(dá)式可寫(xiě)為式(2.3)sm (t )A cosct(t )(2.3)式中，c(t)(t)是信號(hào)的瞬時(shí)相位，(t) 稱(chēng)為相對(duì)于ct 的瞬時(shí)相位偏移；dct(t)/ dt 是信號(hào)的瞬時(shí)頻率，d(t ) / dt 稱(chēng)為相對(duì)于載頻的瞬時(shí)頻偏。(1)調(diào)相波(t ) 隨調(diào)制信號(hào) f (t) 成比例變化，即 (t )K p f (t ) 。其中， K p 是比例常數(shù)，于是調(diào)相波可表示為sp m( t)A c o s c tKpf (t )(2.4)(2)調(diào)頻波d (t ) /

23、dt 隨調(diào)制信號(hào) f (t ) 成比例變化，即 d(t ) / dtK F f (t) 。其中， K F 是比例常數(shù)，于是調(diào)頻波可表示為sFM (t )tK F f (t)dt (2.5)A cos ct理論表明：調(diào)頻信號(hào)的帶寬要比調(diào)幅信號(hào)的帶寬大。但是大信噪比時(shí)，調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能將比調(diào)幅系統(tǒng)優(yōu)越，且其優(yōu)越程度將隨傳輸帶寬的增加而增加。角度調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方法：(1)相位調(diào)制實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制的方法通常有如下三種：(a)矢量合成法 （窄帶調(diào)相 NBPM ）：這種方法主要針對(duì)的是窄帶的調(diào)頻（調(diào)頻指數(shù)） mf <<1 ）或調(diào)相信號(hào)（mp/12 ），此時(shí)調(diào)相波可由兩個(gè)信號(hào)合成得到。(b)可變移相法

24、：可變移相法就是利用調(diào)制信號(hào)控制移相網(wǎng)絡(luò)或諧振回路的電抗元件或電阻元件來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)相。應(yīng)用最廣泛的是變?nèi)莨苷{(diào)相電路。該方法的調(diào)相指數(shù)受諧振回路的限制，為了增大 mp ，可以采用多級(jí)級(jí)聯(lián)的調(diào)相電路。(c)可變延時(shí)法： 將載波信號(hào)通過(guò)一可控延時(shí)網(wǎng)絡(luò)，延時(shí)時(shí)間受調(diào)制信號(hào)控制，即kd f (t) ，則輸出信號(hào)為uU cos c (t)U cos c tkd f (t)(2.6)由此可知，輸出信號(hào)已變成調(diào)相信號(hào)了。(2)頻率調(diào)制調(diào)頻波的產(chǎn)生方法主要有兩種，一是直接調(diào)頻法，另一種是間接調(diào)頻法。(a)直接調(diào)頻法：在LC 振蕩器中，若能使振蕩回路的某個(gè)電抗元件的參數(shù)（ L 或 C）隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，則振蕩器

25、的頻率必會(huì)隨調(diào)制信號(hào)而變化，產(chǎn)生調(diào)頻波。常見(jiàn)的是變?nèi)荻O管調(diào)頻。該方法因?qū)⒄{(diào)制與震蕩合二為一，可以獲得較大的頻偏，但其頻率穩(wěn)定性較差。(b)間接調(diào)頻法：即先將調(diào)制信號(hào)積分，然后對(duì)載波進(jìn)行調(diào)相，從而獲得調(diào)頻波。此法載頻的穩(wěn)定性因震蕩和調(diào)制分離而提高，但實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜切頻偏較小。實(shí)現(xiàn)間接調(diào)頻的關(guān)鍵是如何進(jìn)行相位調(diào)制。2.3 數(shù)字調(diào)制振幅鍵控ASK（ Amplitude Shift Keying，振幅鍵控）的調(diào)制有兩種實(shí)現(xiàn)方法：模擬乘法器實(shí)現(xiàn)法和數(shù)字鍵控法。(1)乘法器實(shí)現(xiàn)法乘法器實(shí)現(xiàn)法的框圖如圖2.1 所示 Ak u(t)uASK(t)基帶信號(hào)形帶通濾波器成器cos2 fctuASK圖 2.1 AS

26、K 調(diào)制器框圖圖 2.1 中 A k 是輸入的隨機(jī)信號(hào)序列， 經(jīng)過(guò)基帶信號(hào)形成器，產(chǎn)生波形序列，設(shè)形成期的基本波形為g(t) ，則波形序列為() (kTB)。式中T為碼u tA kg tBk元寬度； A k 是第 k 個(gè)輸入隨即信息。乘法器用來(lái)進(jìn)行頻譜搬移，乘法器后的帶通濾波器用來(lái)濾除高頻諧波和低頻干擾。帶通濾波器的輸出就是振幅鍵控信號(hào)，用(t ) 表示。乘法器采用環(huán)形調(diào)制器。在頻域，ASK 調(diào)制就是將亟待信號(hào)的頻譜搬移到載波頻率位置上，其貸款等于基帶信號(hào)帶寬的兩倍。(2)鍵控實(shí)現(xiàn)法二進(jìn)制 ASK 信號(hào)又可稱(chēng)為通 -斷控制信號(hào) (OOK) 。故實(shí)現(xiàn)方法可用一個(gè)電子開(kāi)關(guān)去控制載波振蕩器的輸出而獲

27、得。移頻鍵控頻移鍵控 (FSK,Frequency-shift keying)是用不同頻率的載波來(lái)攜帶二進(jìn)制信息的調(diào)制方式。 FSK 信號(hào)的產(chǎn)生有兩種方法：直接調(diào)頻法和頻率鍵控法。(1) 模擬直接調(diào)頻法模擬直接調(diào)頻發(fā)是用數(shù)字基帶信號(hào)直接控制載波振蕩器的振蕩頻率，直接調(diào)頻法實(shí)現(xiàn)電路的方法有很多， 典型方法是：當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為正時(shí) （相當(dāng)于 “1”碼），改變振蕩器諧振回路的參數(shù)（電容或者電感的數(shù)值） ，使振蕩器的振蕩頻率提高（設(shè)為 f1 ）；當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為負(fù)時(shí)，改變振蕩器諧振回路的參數(shù)（電容或者電感的數(shù)值），是振蕩器的振蕩頻率降低（設(shè)為 f2 ）；從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻，這種方法產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)相位是連續(xù)

28、的。最常用的方法是變?nèi)荻O管調(diào)頻電路。此實(shí)現(xiàn)雖然方法簡(jiǎn)單，但頻率穩(wěn)定度不高，同時(shí)頻率轉(zhuǎn)換速度不能太快。(2)頻率鍵控法頻率鍵控法也稱(chēng)頻率選擇法， 圖 2.2 是它實(shí)現(xiàn)的原理方框圖。 數(shù)字信號(hào)為 “1” 時(shí)，正脈沖使控制門(mén) 1 接通，門(mén) 2 斷開(kāi)，輸出頻率 f1 ；數(shù)字信號(hào)為 “ 0時(shí)”，門(mén) 1 斷開(kāi)，門(mén) 2 接通，輸出頻率為 f2 ；振蕩器f 1控制器 1基帶信號(hào)倒相器相加器輸入振蕩器 f2控制器 2圖 2.2 頻率監(jiān)控發(fā)產(chǎn)生FSK 信號(hào)方框圖移相鍵控移相鍵控 (PSK,Phase-shift Keying)有二進(jìn)制與多進(jìn)制之分。因而在 PSK 之前加入代號(hào)，如二相 PSK 記為 2PSK 或

29、 BPSK；四相 PSK 則記為 4PSK 或 QPSK 。2PSK 是利用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)控制連續(xù)載波的相位，進(jìn)行頻譜變換的過(guò)程。發(fā)送端要產(chǎn)生相位隨數(shù)字基帶信號(hào)變化的振蕩信號(hào)，接收端則把不同相位的載波還原成數(shù)字信號(hào)1 或 0。根據(jù)載波相位表示數(shù)字信息的方式不同，數(shù)字調(diào)相分為絕對(duì)相移 (PSK)和相對(duì)相移 (DPSK) 。(1)絕對(duì)相移絕對(duì)調(diào)相是利用載波的不同相位去直接傳送數(shù)字信息的一種方式。對(duì)二進(jìn)制絕對(duì)調(diào)相， 通常用0°和180°來(lái)分別 代表0 和1。 其時(shí)域的表達(dá)式為u2bpskan g(tnTs)cosct 。 an為雙極性二元碼。PSK 信號(hào)產(chǎn)生有兩種方法:n(a

30、)直接調(diào)相法。用雙極性數(shù)字基帶信號(hào)與載波直接相乘。(b)相位選擇法。數(shù)字基帶信號(hào)x(t) 控制門(mén)電路，選擇不同相位的載波輸出。其方框圖如圖 2.3 所示。此時(shí) x(t ) 通常是單極性的。 x(t) =0 時(shí)，門(mén) 1 通，門(mén) 2 畢； x(t) =1 時(shí)，門(mén) 2 通，門(mén) 1 閉。多進(jìn)制相移鍵控通常稱(chēng)為MPSK ，是利用載波的多個(gè)相位來(lái)代表多進(jìn)制符號(hào)或二進(jìn)制碼組， 即一個(gè)相位對(duì)應(yīng)一個(gè)多進(jìn)制符號(hào)或者一組二進(jìn)制碼元。MPSK信號(hào)的相位有 M 種取值。如nn *2/ M （n=1,2,3 ， M ），則 MPSK 信號(hào)可表示為SMPSK Acos( 0 n ) Acos( 0 2n / M )(2.7

31、)振蕩器門(mén)電路 1相加器振蕩器門(mén)電路 2倒相器圖 2.3 2psk 相位選擇法調(diào)制方框圖MPSK 調(diào)制中最常見(jiàn)的方式是4PSK，也叫做四相絕對(duì)相移鍵控QPSK。四相絕對(duì)相移鍵控主要是利用載波的四種不同的相位來(lái)表征數(shù)字信息，它可以看做是兩個(gè)正交的二相絕對(duì)相移調(diào)制而成。QPSK的時(shí)域表達(dá)式為e0 (t )g (tKTs )cos(ctk )ak g (tKTs )cosctbk g(tKTs )sinct(2.8)其中akcosk,bksink ,k受調(diào)相位。由式 (2.8)可以看出 QPSK 信號(hào)可以表示為有兩個(gè)BPSK 信號(hào)相加而成，因此它可以用正交法產(chǎn)生。其調(diào)制器由兩個(gè)BPSK 調(diào)制器組合而

32、成，其原理框圖如圖 2.4 所示，輸入的二進(jìn)制信息序列經(jīng)串并轉(zhuǎn)換及電平發(fā)生后，得到并行的雙極性二電平的同相分量I(t) 和正交分量Q(t) 。這兩個(gè)信號(hào)分別與載波cos ct 和sinct相乘，即分別完成BPSK 的調(diào)制過(guò)程，然后相加即可得到QPSK信號(hào)。MPSK信號(hào)可以采用相干解調(diào)的方法5。 QPSK信號(hào)的想干解調(diào)器如圖2.5所示。接受信號(hào)與同相和正交兩路本地載波相乘后，分別經(jīng)過(guò)相關(guān)器（或匹配濾波器），可以得到信號(hào)同相分量I(t) 和正交分量Q(t) ，再經(jīng)電平判決以及串并轉(zhuǎn)換，即可得到解調(diào)輸出的二進(jìn)制信息。輸入cosc t串并轉(zhuǎn)換載波振蕩輸出移相sinct圖 2.4 QPSK 正交調(diào)制方框

33、圖接收濾波器判決I（ t）輸入載波提取電路串并輸出轉(zhuǎn)換90°相移Q（ t）接收濾波器判決圖 2.5 QPSK 相干解調(diào)框圖(2)差分相移鍵控BPSK 信號(hào)中，攜帶調(diào)制信號(hào)信息的是載波相位，它的變化時(shí)以為調(diào)制載波的相位為參考基準(zhǔn)的。它利用了載波相位的絕對(duì)數(shù)值來(lái)傳遞信息，屬于據(jù)對(duì)調(diào)相的方法。對(duì)于這種信號(hào)，用恢復(fù)本地載波的相干解調(diào)法萊解調(diào)相移鍵控信號(hào)存在相位模糊問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致解調(diào)完全失敗。二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)，與上述絕對(duì)調(diào)相不同。 2DPSK 利用前后碼元的相對(duì)相位變化來(lái)傳送信息，因此成為相對(duì)調(diào)相。實(shí)現(xiàn)相對(duì)調(diào)相的方法是先對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼處理，將基帶信號(hào)由絕對(duì)碼表示變

34、為用經(jīng)差分編碼的相對(duì)碼表示，再用該相對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)相移鍵控 6。二進(jìn)制差分相移鍵控通常也成為二相相對(duì)調(diào)相，其調(diào)制器方框圖如圖 2.6 所示。絕對(duì)碼 an相對(duì)碼 b nDPSK已調(diào)信號(hào)差分編碼本地載波圖 2.6 DPSK 調(diào)制器原理圖由于 DPSK 信號(hào)時(shí)用前后碼元的相位來(lái)傳送信息的，因此，還可以直接比較前后碼元載波相位的方法來(lái)完成差分相干解調(diào)。其原理框圖如圖2.7 所示。把DPSK 已調(diào)信號(hào)精確延遲一個(gè)碼元間隔時(shí)間，然后再與信號(hào)自身相乘， 相乘的結(jié)果就反應(yīng)了前后碼元的相對(duì)相位關(guān)系，再經(jīng)過(guò)低通濾波后，就可直接經(jīng)采樣判決恢復(fù)出原始數(shù)字信息。這種方法用信號(hào)本身作為比較的基準(zhǔn)，無(wú)需恢復(fù)相干的本地載波，因

35、此，也可以看成非相干解調(diào)或半相干解調(diào)。這種方法將差分譯碼的過(guò)程與解調(diào)結(jié)合進(jìn)行，故不再需要單獨(dú)的差分譯碼環(huán)節(jié)。DPSK信號(hào)解調(diào)輸出帶通濾波低通濾波抽樣判決延遲圖 2.7 DPSK 差分相干解調(diào)器原理方框圖對(duì)于 DPSK 信號(hào)，采用差分相干解調(diào)的方法無(wú)需專(zhuān)門(mén)的本地想干載波，而且在抗頻偏嫩里抗多徑效應(yīng)以及抗相位抖動(dòng)能力方面，其性能均優(yōu)于采用相干解調(diào)方法，但在抗白噪聲能力方面有所損失。正交調(diào)制正交調(diào)幅 (quadrature amplitude modulation 簡(jiǎn)稱(chēng) QAM) 是利用兩個(gè)頻率相同，但相位相差 90°的正弦波作為載波 7，以調(diào)幅的方法同時(shí)傳送兩路互相獨(dú)立的信號(hào)的一種調(diào)制方

36、式 8。這種調(diào)制方式的已調(diào)波信號(hào)所占頻帶僅為兩路信號(hào)中的較寬者，而不是兩路頻帶之和，因而可以節(jié)省傳輸帶寬。隨著數(shù)字調(diào)制技術(shù)的進(jìn)步，正交調(diào)幅與解調(diào)的概念已擴(kuò)展到MQAM，其中M 可取值4、 16、 32、64、 128 和256 等，最常用的是16QAM和 64QAM 。QAM調(diào)制由兩路獨(dú)立的信號(hào)v1(t) 和 v2 (t) 分別振幅調(diào)制頻率為0 ，但相位9差為 90°(即互相正交 )的載波。然后在相加器中相加，得到輸出信號(hào)為v0 (t ) v1 (t)cos 0t v2 (t)sin 0t(2.9)QAM 調(diào)制解調(diào)原理框圖如圖2.8 所示。相乘器v1(t)載波 cos 0tcos 0

37、t/ 2 移相相加器v0(t)sin 0tv2 (t )相乘器圖 2.8 正交調(diào)幅原理性方框圖如圖 2.9 為 QAM 解調(diào)原理框圖。輸入信號(hào) v0 (t) 分別與兩個(gè)相互正交的正弦波相乘，分別得到兩個(gè)結(jié)果：v0(t)cos0tv1 (t)cos 20 tv2(t )sin 0 t cos 0t1 v1 (t)1 v1 (t)cos 20tv2 (t )sin 20 t22(2.10)v0(t)sin0tv (1t)sint 0cost0 v (t )sin2 2t01 v (t)21 v (t)sin12tv 0(t)cos2 2t022(2.11)后面經(jīng)過(guò)濾波，濾除20 分量后，即可得到原

38、來(lái)的信號(hào)v1(t) 和 v2 (t) 。相乘器濾波v1(t)cos 0tv0 (t)載波 cos0t/2移相sin0t相乘器濾波v2(t)圖 2.9 正交解調(diào)的原理性方框圖由上述結(jié)果可知，只要兩路載波是嚴(yán)格正交的，兩路信號(hào)之間就不會(huì)有干擾。 QAM 也可采用多進(jìn)制方式，即MQAM 。MQAM 比相應(yīng)的 MPSK 調(diào)制的抗干擾能力強(qiáng)，故在現(xiàn)代通信中越來(lái)越受重視10。另外， QAM 通常由符號(hào)率確定占用帶寬，因此每個(gè)符號(hào)的比特越多，效率就越高。2.4 擴(kuò)頻方法介紹擴(kuò)展頻譜通信 (Spread Spectrum Communication），建成擴(kuò)頻通信。擴(kuò)頻技術(shù)是一種信息處理傳輸技術(shù)。擴(kuò)頻技術(shù)是利

39、用同欲傳輸數(shù)據(jù)(信息 )無(wú)關(guān)的碼對(duì)被傳輸信號(hào)進(jìn)行頻譜擴(kuò)展，使之占有遠(yuǎn)超過(guò)被傳輸信息所必須的最小帶寬11。擴(kuò)頻信號(hào)特性擴(kuò)頻通信特點(diǎn)：(1)擴(kuò)頻信號(hào)時(shí)不可預(yù)測(cè)的偽隨機(jī)的寬帶信號(hào)；(2)擴(kuò)頻信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于欲傳輸數(shù)據(jù)（信息帶寬）；(3)接收機(jī)中必須有與寬帶載波同步的副本。傳輸信息時(shí)所用的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于傳輸這些信息所需最小帶寬的一種信號(hào)處理技術(shù)。發(fā)射端展寬頻帶是用獨(dú)立于所傳數(shù)據(jù)的碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，接收端用同步的相同碼解擴(kuò)以恢復(fù)所傳數(shù)據(jù)。 擴(kuò)頻的基本方法有： 直接序列擴(kuò)頻 (DS)、調(diào)頻 (FH) 、跳時(shí) (TH) 、和線性調(diào)頻 (Chirp) 等 4 種，目前人們所熟知的新一代手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)CDMA就是直接序列擴(kuò)頻技

40、術(shù)的一個(gè)應(yīng)用。而調(diào)頻、跳時(shí)等技術(shù)則主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，以避免機(jī)房通信信號(hào)被地方截獲或者干擾。擴(kuò)頻的主要優(yōu)勢(shì)有：(1)抗干擾性能好。強(qiáng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)展的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾能力就越強(qiáng)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，如果信號(hào)頻譜展寬10 倍，那么干擾方面需要在更寬的頻帶上去進(jìn)行干擾，分散了干擾功率，從而在總功率不變的情況下其干擾強(qiáng)度只有原來(lái)的 110。另外，由于接收端采用擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，空中即使有同類(lèi)信號(hào)進(jìn)行干擾，如果不能檢測(cè)出有用信號(hào)的碼序列，干擾也起不了太大作用，因此抗干擾性能強(qiáng)是擴(kuò)頻通信的最突出的優(yōu)點(diǎn)。(2)碼分多址能力強(qiáng)。由于擴(kuò)頻通信中存在擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻調(diào)制，充分利用各種不同碼型擴(kuò)頻序列之間優(yōu)良的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，在接收端利用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，則在分配給不同用戶(hù)不同碼型的情況下，系統(tǒng)可以區(qū)分不同用戶(hù)的信號(hào)，這樣在同一頻帶上許多對(duì)用戶(hù)可以同時(shí)通話而互不干擾。(3)高速可擴(kuò)展能力強(qiáng)。由于獨(dú)占信道且碼分多址，所以速率很高。由于在IEEE802.11 標(biāo)準(zhǔn)中， 11 位隨機(jī)碼元中只有1 位用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，因此吞吐量的擴(kuò)展能力強(qiáng)。相對(duì)于通用標(biāo)準(zhǔn)采用的相位變化DQPSKDPSK 調(diào)制技