通信原理課設(shè)關(guān)于各種調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

1、1 引言 (12 SystemView軟件介紹 (23 模擬調(diào)制方式設(shè)計(jì) (33.1 AM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) (33.1.1 AM調(diào)制解調(diào)原理 (33.1.2 AM調(diào)制解調(diào)仿真電路及波形 (43.2 DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) (53.2.1 DSB調(diào)制解調(diào)原理 (53.2.2 DSB調(diào)制解調(diào)仿真電路及波形 (63.3 SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) (73.3.1 SSB調(diào)制解調(diào)原理 (73.3.2 DSB調(diào)制解調(diào)仿真電路及波形 (83.4 三種幅度調(diào)制系統(tǒng)的比較 (104 數(shù)字調(diào)制方式設(shè)計(jì) (114.1 2ASK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) (114.1.1 2ASK調(diào)制解調(diào)原理 (114.1.2 2ASK調(diào)制解調(diào)

2、仿真電路及波形 (124.2 2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) (144.2.1 2FSK調(diào)制解調(diào)原理 (144.2.2 2FSK調(diào)制解調(diào)仿真電路及波形 (144.3 2PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) (164.3.1 2PSK調(diào)制解調(diào)原理 (164.3.2 2PSK調(diào)制解調(diào)仿真電路及波形 (174.4 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能的比較 (185 抽樣定理、增量調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì) (205.1 抽樣定理系統(tǒng)設(shè)計(jì) (205.1.1 抽樣定理 (205.1.2 抽樣定理系統(tǒng)仿真電路及波形 (205.2 增量調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì) (225.2.1 增量調(diào)制原理 (225.2.2 增量調(diào)制系統(tǒng)仿真電路及波形 (226 總結(jié) (24參考文獻(xiàn)

3、(25在通信系統(tǒng)中,從消息變換過來的原始信號(hào)所占的有效頻帶往往具有頻率較低的頻譜分量(例如語音信號(hào),如果將這種信號(hào)直接在信道中進(jìn)行傳輸,則會(huì)嚴(yán)重影響信息傳送有效性和可靠性,因此這種信號(hào)在許多信道中均是不適宜直接進(jìn)行傳輸?shù)摹Ｔ谕ㄐ畔到y(tǒng)發(fā)射端通常需要有調(diào)制過程,將調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到所希望的位置上,使之轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸或便于信道多路復(fù)用的已調(diào)信號(hào);而在接收端則需要有解調(diào)過程,以恢復(fù)原來有用的信號(hào)。調(diào)制解調(diào)方式常常決定了一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。隨著數(shù)字化波形測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,可以使用數(shù)字化方法實(shí)現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)過程。SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件,主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿

4、真、能滿足從信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì),到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等要求。SystemView 借助大家熟悉的Windows窗口環(huán)境,以模塊化和交互式的界面,為用戶提供一個(gè)嵌入式的分析引擎。SystemView仿真系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有:能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng);能快速方便地進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真;在本文中可以方便地加入SystemView的結(jié)果;完備的濾波和線性設(shè)計(jì);先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)處理;完善的自我診斷功能等。SystemView由兩個(gè)窗口組成,分別是系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口的分析窗口。系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口,包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、滾動(dòng)條、提示欄、圖符庫和設(shè)計(jì)工作區(qū)。所有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、搭建等基本操作,都是在設(shè)計(jì)窗口內(nèi)完成。分析窗口

5、包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、流動(dòng)條、活動(dòng)圖形窗口和提示信息欄。提示信息欄顯示分析窗口的狀態(tài)信息、坐標(biāo)信息和指示分析的進(jìn)度;活動(dòng)圖形窗口顯示輸出的各種圖形,如波形等。分析窗口是用戶觀察SystemView數(shù)據(jù)輸出的基本工具,在窗口界面中,有多種選項(xiàng)可以增強(qiáng)顯示的靈活性和系統(tǒng)的用途等功能。在分析窗口最為重要的是接收計(jì)算器,利用這個(gè)工具我們可以獲得輸出的各種數(shù)據(jù)和頻域參數(shù),并對(duì)其進(jìn)行分析、處理、比較,或進(jìn)一步的組合運(yùn)算。例如信號(hào)的頻譜圖就可以很方便的在此窗口觀察到。2 SystemView軟件介紹SystemView是美國ELANIX公司推出的,基于Windows環(huán)境下運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化

6、軟件工具。SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件,主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真、能滿足從信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì),到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等要求。SystemView借助大家熟悉的Windows窗口環(huán)境,以模塊化和交互式的界面,為用戶提供一個(gè)嵌入式的分析引擎。SystemView由兩個(gè)窗口組成,分別是系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口的分析窗口。系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口,包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、滾動(dòng)條、提示欄、圖符庫和設(shè)計(jì)工作區(qū)。所有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、搭建等基本操作,都是在設(shè)計(jì)窗口內(nèi)完成。分析窗口包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、流動(dòng)條、活動(dòng)圖形窗口和提示信息欄。提示信息欄顯示分析窗口的狀態(tài)信息、坐標(biāo)信息和指示分析的進(jìn)度;活動(dòng)圖形窗

7、口顯示輸出的各種圖形,如波形等。分析窗口是用戶觀察SystemView數(shù)據(jù)輸出的基本工具,在窗口界面中,有多種選項(xiàng)可以增強(qiáng)顯示的靈活性和系統(tǒng)的用途等功能。在分析窗口最為重要的是接收計(jì)算器,利用這個(gè)工具我們可以獲得輸出的各種數(shù)據(jù)和頻域參數(shù),并對(duì)其進(jìn)行分析、處理、比較,或進(jìn)一步的組合運(yùn)算。例如信號(hào)的頻譜圖就可以很方便的在此窗口觀察到。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),只需從System View配置的圖標(biāo)庫中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,完成圖標(biāo)間的連線,然后運(yùn)行仿真操作,最終以時(shí)域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。SystemView的庫資源十分豐富,包括含若干圖標(biāo)的基本庫(Main Libra

8、ry及專業(yè)庫(Optional Library,基本庫中包括多種信號(hào)源、接收器、加法器、乘法器,各種函數(shù)運(yùn)算器等;專業(yè)庫有通訊(Communication、邏輯(Logic、數(shù)字信號(hào)處理(DSP、射頻/模擬(RF/Analog等。它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和方案論證,尤其適合于無線電話、無繩電話、尋呼機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng);并可進(jìn)行各種系統(tǒng)時(shí)域和頻域分析、譜分析,及對(duì)各種邏輯電路、射頻/模擬電路(混合器、放大器、RLC電路、運(yùn)放電路等進(jìn)行理論分析和失真分析。3 模擬調(diào)制方式設(shè)計(jì)大多數(shù)待傳輸?shù)男盘?hào)具有較低的頻率成分。稱之為基帶信號(hào),如果將基帶信號(hào)直接傳輸,稱為基帶傳輸,但

9、是,很多信道不適宜進(jìn)行基帶信號(hào)的傳輸,或者說,如果基帶信號(hào)在其中傳輸,會(huì)產(chǎn)生很大的衰減和失真。因此,需要將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,變換為適合信道傳輸?shù)男问?調(diào)制是讓基帶信號(hào)m (t 去控制載波的某個(gè)(或某些參數(shù),是該參數(shù)按照信號(hào)m (t 的規(guī)律變化的過程。載波可以是正弦波,也可以是脈沖序列,以正弦信號(hào)作為載波的調(diào)制稱連續(xù)波(CW 調(diào)制。連續(xù)波調(diào)制分為幅度調(diào)制,頻率調(diào)制和相位調(diào)制。幅度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅,使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化的過程 ,常分為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅(AM 、抑制載波雙邊帶調(diào)制(DSB 、單邊帶調(diào)制(SSB 和殘留邊帶調(diào)制(VSB 等。3.1 AM 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1 AM

10、 調(diào)制解調(diào)原理假設(shè)調(diào)制信號(hào)(t m 的平均值為0,將其疊加一個(gè)直流分量0A 后與載波(假定載波的初始相位為0相乘,即可形成調(diào)幅信號(hào)。其時(shí)域表達(dá)式為:式中:0A 為外加的直流分量;(t m 可以是確知信號(hào),也可以是隨機(jī)信號(hào)。 AM 調(diào)制解調(diào)原理圖模型如圖3-1、圖3-2所示:圖3-1 AM 調(diào)制模型圖3-2 AM 解調(diào)模型 0A t c cos (t S AM 乘法器 加法器 (t m t c cos (t m 低通濾波器 乘法器(t m (t S AM (tt m t A t t m A S c c c AM cos cos cos 00+=+=要使輸出已調(diào)信號(hào)的幅度與輸入調(diào)制信號(hào)m(t呈線性

11、對(duì)應(yīng)關(guān)系,應(yīng)滿足max 0|(|t m A ,否則會(huì)出現(xiàn)過調(diào)制現(xiàn)象。3.1.2 AM 調(diào)制解調(diào)仿真電路及波形AM 調(diào)制解調(diào)在SystemView 軟件上的仿真原理圖如圖3-3所示: 主要參數(shù):(1調(diào)制信號(hào)幅值:2V ,頻率:500Hz ;(2載波信號(hào)幅值:2V ,頻率:4000Hz ;(3信道內(nèi)加入的是高斯白噪聲,幅值為0.5V ;(4增益為4。解調(diào)用的是相干解調(diào)法。 圖3-3 AM 調(diào)制解調(diào)仿真圖AM 調(diào)制解調(diào)波形如圖3-4到圖3-7所示: 圖3-4 AM 基帶信號(hào)波形 圖3-5 AM 載波信號(hào)波形 圖3-6 AM 調(diào)制信號(hào)波形 圖3-7 AM 解調(diào)信號(hào)波形3.2 DSB 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3

12、.2.1 DSB 調(diào)制解調(diào)原理在標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅時(shí),由于已調(diào)波中不攜帶信息的載波分量,故調(diào)制效率較低,為了提高調(diào)制效率,在標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅的基礎(chǔ)上抑制載波分量,使總功率全部包含在雙邊帶中。這種調(diào)制方式稱為抑制載波雙邊帶調(diào)制,簡(jiǎn)稱雙邊帶調(diào)制(DSB 。DSB 時(shí)域表達(dá)式為:(tt m t s c m cos (=DSB 調(diào)制解調(diào)模型如圖3-8所示:圖3-8 DSB 調(diào)制解調(diào)模型3.2.2 DSB 調(diào)制解調(diào)仿真電路及波形DSB 調(diào)制解調(diào)在SystemView 軟件上的仿真原理圖如圖3-9所示。 主要參數(shù):(1調(diào)制信號(hào)幅值:2V ,頻率:500Hz ; (2載波信號(hào)幅值:2V ,頻率:10KHz ; (3信道內(nèi)加入

13、的是高斯白噪聲,幅值為0.5V 。 圖3-9 DSB 調(diào)制解調(diào)仿真圖DSB 調(diào)制解調(diào)波形如圖3-10到圖3-13所示: 圖3-10 DSB 基帶信號(hào)波形低通濾波器t c cos tc cos (t m 乘法器乘法器(t m 圖3-11 DSB 載波信號(hào)波形 圖3-12 DSB 調(diào)制信號(hào)波形 圖3-13 DSB解調(diào)信號(hào)波形DSB調(diào)制為線性調(diào)制的一種,由以上各圖可以看出,在波形上,已調(diào)信號(hào)的幅值隨基帶信號(hào)變化而呈正比地變化;用相干解調(diào)法解調(diào)出的信號(hào)與基帶信號(hào)基本一致只是在時(shí)域上有一定的延時(shí),但也實(shí)現(xiàn)了無失真?zhèn)鬏敗?.3 SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1 SSB調(diào)制解調(diào)原理雙邊帶已調(diào)信號(hào)包含有兩個(gè)邊

14、帶,即上、下邊帶。由于這兩個(gè)邊帶包含的信息相同,因而,從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤],傳輸一個(gè)邊帶就夠了。所謂單邊帶調(diào)制,就是只產(chǎn)生一個(gè)邊帶的調(diào)制方式。(t S SSB tc cos 移相90-加法器乘法器移相90-乘法t上邊帶時(shí)域表達(dá)式為: 下邊帶時(shí)域表達(dá)式為:產(chǎn)生SSB 信號(hào)的方法有濾波法和相移法,這里主要介紹相移法。 相移法原理框圖如圖3-14所示: 圖3-14 SSB 相移法原理框圖3.3.2 DSB 調(diào)制解調(diào)仿真電路及波形SSB 調(diào)制解調(diào)在SystemView 軟件上的仿真原理圖如圖3-14所示。 主要參數(shù):(1調(diào)制信號(hào)幅值:2V ,頻率:500Hz ; (2載波信號(hào)幅值:2V ,頻率:40

15、00Hz ; (3信道內(nèi)加入的是高斯白噪聲,幅值為0.5V 。圖3-14 SSB 調(diào)制解調(diào)仿真圖(t t mt t m t s c c U SB sin 5.0cos 5.0-=(t t mt t m t s c c L SB sin 5.0cos 5.0+=SSB調(diào)制解調(diào)波形如圖3-15到圖3-19所示: 圖3-15 SSB基帶信號(hào)波形 圖3-16 SSB 載波信號(hào)波形 圖3-17 SSB 上邊帶信號(hào)波形 圖3-18 SSB 下邊帶信號(hào)波形 圖3-19 SSB解調(diào)信號(hào)波形SSB調(diào)制是線性調(diào)制的一種,由以上各圖看出,在波形上,已調(diào)信號(hào)的幅值隨基帶信號(hào)變化而呈正比地變化;解調(diào)信號(hào)與原信號(hào)基本相同

16、,實(shí)現(xiàn)無失真?zhèn)鬏敗?.4 三種幅度調(diào)制系統(tǒng)的比較m的帶假設(shè)所有系統(tǒng)在接收機(jī)輸入端具有相等的輸入信號(hào)功率,基帶信號(hào)(tm為正弦波信號(hào)。寬均為m f。假設(shè)(t由以上各調(diào)制波形及解調(diào)波形可以看出,DSB調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能最好。最差的是AM調(diào)制系統(tǒng)。SSB的帶寬最窄,和基帶信號(hào)的帶寬一致,即其頻帶利用率最高,而AM和DSB調(diào)制系統(tǒng)的帶寬都是基帶信號(hào)帶寬的2倍。AM調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是功率利用率低,抗干擾能力差。AM制式主要用在中波和短波的調(diào)幅廣播中。DSB調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是功率利用率高,且?guī)捙cAM相同,但接受要求同步解調(diào),設(shè)備較復(fù)雜。應(yīng)用較少,一般只用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的專用通信。SSB調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是功率利用

17、率和頻帶利用率都較高,抗干擾能力優(yōu)于AM,而帶寬只有AM的一半;缺點(diǎn)是發(fā)送和接受設(shè)備都很復(fù)雜。鑒于這些特點(diǎn),SSB 長(zhǎng)用于頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中。4 數(shù)字調(diào)制方式設(shè)計(jì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法:一是利用模擬調(diào)制的方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制。二是利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過開關(guān)鍵控載波,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。這種方法通常稱為鍵控法。對(duì)載波的幅度進(jìn)行鍵控得到振幅鍵控(ASK 信號(hào);對(duì)載波的頻率進(jìn)行鍵控得到頻移鍵控(FSK信號(hào);對(duì)載波的相位進(jìn)行鍵控得到相移鍵控(PSK信號(hào)。4.1 2ASK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1.1 2ASK 調(diào)制解調(diào)原理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限,在

18、2ASK 中,載波的幅度只有兩種變化狀態(tài),分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的信息“0”和“1” 。一種最常見的二進(jìn)制振幅鍵控方式為通-斷鍵控(OOK 其表達(dá)式為:2ASK 的產(chǎn)生方法有兩種,一為模擬調(diào)制法,另一種為鍵控法。這里采用的是模擬調(diào)制法。模擬調(diào)制法原理框圖如圖4-1所示:圖4-1 模擬調(diào)制原理框圖2ASK 基本解調(diào)有兩種方法:相干解調(diào)和非相干解調(diào)。相干解調(diào)也叫同步檢測(cè)法,非相干解調(diào)通常用包絡(luò)檢波法。其各有優(yōu)點(diǎn),在信噪比小時(shí),包絡(luò)檢波發(fā)具有優(yōu)勢(shì),因?yàn)槠錂z波設(shè)備簡(jiǎn)單,性價(jià)比高,而在信噪比相對(duì)較大時(shí),相干解調(diào)具有優(yōu)勢(shì),因?yàn)檫@種解調(diào)方法導(dǎo)致最終的誤碼率低。這里采用的是非相干解調(diào)。二進(jìn)制數(shù)據(jù)乘法器2FSK 輸出載

19、波1 cos 0 0(”時(shí)發(fā)送“以概率”時(shí)發(fā)送“以概率P t A P O O K c t e =非相干解調(diào)原理框圖如圖4-2所示:圖4-2 非相干解調(diào)原理框圖4.1.2 2ASK 調(diào)制解調(diào)仿真電路及波形調(diào)制解調(diào)在SystemView 軟件上的仿真原理圖如圖4-3所示。 主要參數(shù):(1調(diào)制信號(hào)幅值:2V ,頻率:50Hz ; (2載波信號(hào)幅值:2V ,頻率:50Hz ; (3信道內(nèi)加入的是高斯白噪聲,幅值為0.5V 。 調(diào)制用的是模擬調(diào)制法,解調(diào)用的是非相干解調(diào)。 圖4-3 2ASK 調(diào)制解調(diào)仿真圖2ASK 調(diào)制解調(diào)波形如圖4-4到圖4-6所示: 圖4-4 2ASK 基帶信號(hào)波形定時(shí)脈沖半波或全

20、波整流器器帶通 濾波器輸出輸入低通 濾波器抽樣 判決 圖4-5 2ASK調(diào)制信號(hào)波形 圖4-6 2ASK解調(diào)信號(hào)波形輸入的基帶信號(hào)為二進(jìn)制單極性偽隨機(jī)碼(即PN序列。由以上各圖可以看出2ASK調(diào)制的調(diào)制的結(jié)果,當(dāng)發(fā)送的基帶的碼元為“1”時(shí)有載波進(jìn)行調(diào)制,為“0”則沒有,相應(yīng)輸出地調(diào)制信號(hào)為“0”,因?yàn)?ASK是單極性碼;2ASK相干解調(diào)、非相干解調(diào)出來的波形與輸入的原基帶信號(hào)基本保持一致,有一點(diǎn)延遲,但在允許范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)無失真?zhèn)鬏敗?.2 2FSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.2.1 2FSK 調(diào)制解調(diào)原理頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。在2FSK 中,載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和

21、f2兩點(diǎn)間變化,其表達(dá)式為:2FSK 信號(hào)的產(chǎn)生方法有兩種,一種采用模擬調(diào)頻電路來實(shí)現(xiàn),另一種采用鍵控法來實(shí)現(xiàn)。這兩種方法的差異在于:由調(diào)頻法產(chǎn)生的2FSK 信號(hào)在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的,而鍵控法產(chǎn)生的2FSK 信號(hào)在相鄰碼元之間的相位不是連續(xù)變化的。這里采用的是鍵控法。圖4-7 鍵控法原理框圖2FSK 解調(diào)方法有兩種,即相干解調(diào)法和非相干解調(diào)法。另外還有鑒頻法、過零檢測(cè)法、查分檢測(cè)法。相干解調(diào)法是利用載波與已調(diào)信號(hào)進(jìn)行相乘后濾波輸出得到,在上面的2FSK 中要兩個(gè)載波,所以解調(diào)也要兩個(gè)載波,分別與已調(diào)信號(hào)相乘后利用低通,最后相加即可得到我們的濾波輸出,最后判壓輸出得到解調(diào)信號(hào)。非相干

22、解調(diào)也是利用包絡(luò)檢波法檢測(cè)得到的。這里采用的是非相干解調(diào)。4.2.2 2FSK 調(diào)制解調(diào)仿真電路及波形調(diào)制解調(diào)在SystemView 軟件上的仿真原理圖如圖4-8所示。 主要參數(shù):(1調(diào)制信號(hào)幅值:2V ,頻率:50Hz ; (2載波f1信號(hào)幅值:2V ,頻率:100Hz ; (2載波f2信號(hào)幅值:2V ,頻率:300Hz ; (3信道內(nèi)加入的是高斯白噪聲,幅值為0.5V 。 調(diào)制采用的是鍵控法,解調(diào)采用的是非相干解調(diào)。cos(11+t A 當(dāng)發(fā)送“1”時(shí)cos(22+t A 當(dāng)發(fā)送“0”時(shí)=(2t e FSK 載波f1載波f2選通開關(guān)輸出 圖4-8 2FSK調(diào)制解調(diào)仿真原理圖2FSK調(diào)制解調(diào)

23、波形如圖4-9到圖4-11所示: 圖4-9 2FSK基帶信號(hào)波形 圖4-10 2FSK調(diào)制信號(hào)波形 圖4-11 2FSK 解調(diào)信號(hào)圖由以上各圖可以看出 2FSK 調(diào)制的調(diào)制的結(jié)果,當(dāng)發(fā)送的基帶的碼元為“1”時(shí)有100HZ 的載波進(jìn)行調(diào)制,為“0”則有300HZ 的載波頻率進(jìn)行調(diào)制;2FSK 相干解調(diào)出來的波形與輸入的原基帶信號(hào)基本保持一致,有一點(diǎn)延遲,但在允許范圍內(nèi),可實(shí)現(xiàn)無失真?zhèn)鬏敗?.3 2PSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.3.1 2PSK 調(diào)制解調(diào)原理相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息,而振幅和頻率保持不變。我們通常用0°表示二進(jìn)制“0”,用表示二進(jìn)制“1”。其表達(dá)式如下:

24、這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式,稱為絕對(duì)相移方式。2PSK 信號(hào)的調(diào)制采用鍵控法,與2ASK 信號(hào)的鍵控法相比對(duì)基帶信號(hào)不同,在2ASK 中基帶信號(hào)是單極性的,而在2PSK 中基帶信號(hào)是雙極性的。2PSK 的鍵控法原理框圖如圖4-12所示:圖4-12 2PSK 鍵控法原理框圖t A c cos 發(fā)送“0”時(shí)=(2t e PSK t A c cos - 發(fā)送“1”時(shí)t c cos0180移相開關(guān)電路輸出雙極性基帶信號(hào)解調(diào)部分只能用相干解調(diào),不可以用包絡(luò)檢波法等非相干解調(diào)的方法,因?yàn)槠漕l譜和抑制載波雙邊帶的頻譜一樣,因此不能采用包絡(luò)檢波,而不可采用非相干解調(diào)。4.3.2

25、 2PSK調(diào)制解調(diào)仿真電路及波形2PSK調(diào)制解調(diào)在SystemView軟件上的仿真原理圖如圖4-13所示。具體參數(shù):(1調(diào)制信號(hào)幅值:2V,頻率:50Hz;(2載波信號(hào)幅值:2V,頻率:100Hz;(3信道內(nèi)加入的是高斯白噪聲,幅值為0.5V。調(diào)制用的是鍵控法,解調(diào)用的是相干解調(diào)。 圖4-13 2PSK調(diào)制解調(diào)仿真圖2PSK調(diào)制解調(diào)波形如圖4-14到圖4-16所示: 圖4-14 2PSK基帶信號(hào)圖 圖4-15 2PSK 調(diào)制信號(hào)圖 圖4-16 2PSK 解調(diào)信號(hào)圖輸入的基帶信號(hào)是二進(jìn)制雙極性偽隨機(jī)碼(即PN 序列.由以上各圖可以看出 2PSK 調(diào)制的調(diào)制的結(jié)果,當(dāng)發(fā)送的雙極性基帶的碼元為“1”

26、時(shí)有相位為0的載波為其進(jìn)行調(diào)制,當(dāng)發(fā)送的雙極性基帶的碼元為“-1”時(shí)有相位為的載波為其進(jìn)行調(diào)制;2PSK 解調(diào)出來的波形與輸入的原基帶信號(hào)基本保持一致,有一點(diǎn)延遲,但在允許范圍內(nèi),可實(shí)現(xiàn)無失真?zhèn)鬏敗?.4 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能的比較(1頻帶寬度若傳輸?shù)拇a元時(shí)間寬度為 S T ,則從頻帶利用率上看,2FSK 系統(tǒng)的頻帶利用率最低。 (2對(duì)信道特性變化的敏感性在選擇數(shù)字調(diào)制方式時(shí),還應(yīng)考慮系統(tǒng)對(duì)信道特性的變化是否敏感。在2FSK 系統(tǒng)中,判決器是根據(jù)上下兩個(gè)支路解調(diào)輸出樣值的大小來作出判決,對(duì)信道的sFSK sPSKASK T f f B T B B 2|212222+-=變化不敏感。在2PSK系統(tǒng)中

27、,當(dāng)發(fā)送符號(hào)概率相等時(shí),判決器的最佳判決門限為零,判決門限不隨信道特性的變化而變化。2ASK系統(tǒng),判決器的最佳判決門限為a/2(當(dāng)P(1=P(0時(shí),它與接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度有關(guān)。當(dāng)信道特性發(fā)生變化時(shí),接收機(jī)輸入信號(hào)的幅度將隨著發(fā)生變化,從而導(dǎo)致最佳判決門限也將隨之而變。這時(shí),接收機(jī)不容易保持在最佳判決門限狀態(tài),因此,2ASK對(duì)信道特性變化敏感,性能最差。5 抽樣定理、增量調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 抽樣定理系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1.1 抽樣定理均勻抽樣定理指出:對(duì)一個(gè)帶限在(H 0f ,內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)(t m ,如果以(H f 2/1的時(shí)間間隔對(duì)其進(jìn)行等間隔抽樣,則(t m 將被所得到的抽樣值完全確定。即抽樣

28、速率大于等于信號(hào)帶寬的兩倍就可保證不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的混迭。(H f 2/1是抽樣的最大間隔,也稱為奈奎斯特間隔。當(dāng)采樣頻率小于奈奎斯特頻率時(shí),在接收端恢復(fù)的信號(hào)失真比較大,這是因?yàn)榇嬖谛盘?hào)的混疊;當(dāng)采樣頻率大于或等于奈奎斯特頻率時(shí),在接收端恢復(fù)的信號(hào)與原信號(hào)基本一致。理論上,理想的抽樣頻率為2倍的奈奎斯特帶寬。信號(hào)的采樣與恢復(fù)原理框圖如圖5-1所示:圖5-1 信號(hào)的采樣與恢復(fù)原理框圖5.1.2 抽樣定理系統(tǒng)仿真電路及波形抽樣定理系統(tǒng)在SystemView 軟件上的仿真原理圖如圖5-2所示。具體參數(shù):(1輸入信號(hào)幅值:2V ,頻率:50Hz ;(2抽樣頻率:5000Hz 。 圖5-2 抽樣定理原理圖

29、乘法器 低通 濾波器 恢復(fù)信號(hào) 抽樣脈沖 信號(hào)源信號(hào) 預(yù)處理抽樣定理原信號(hào)與恢復(fù)信號(hào)波形如圖5-3到圖5-7所示: 圖5-3 基帶信號(hào)波形 圖5-4 抽樣脈沖波形 圖5-5 抽樣信號(hào)波形 圖5-6 恢復(fù)信號(hào)波形由以上各圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以觀察到,當(dāng)采樣頻率小于奈奎斯特頻率時(shí),在接收端恢復(fù)的信號(hào)失真比較大,這是因?yàn)楫a(chǎn)生了信號(hào)混迭;當(dāng)采樣頻率大于或等于奈奎斯特頻率時(shí),恢復(fù)信號(hào)與原信號(hào)基本一致。5.2 增量調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.2.1 增量調(diào)制原理增量調(diào)制是可以看成DPCM的一個(gè)特例,當(dāng)DPCM系統(tǒng)中量化器的量化電平數(shù)為2時(shí),此DPCM系統(tǒng)就成為增量調(diào)制系統(tǒng)。增量調(diào)制將信號(hào)瞬時(shí)值與前一個(gè)時(shí)刻的量化值之差進(jìn)行量化,對(duì)這個(gè)差值的符號(hào)進(jìn)行編碼,差值為正,就發(fā)“1”碼,差值為負(fù)就發(fā)“0”碼。同樣,在接收端每收到一個(gè)“1”碼就上升一個(gè)量階,收到一個(gè)“0”碼就下降一個(gè)量階。當(dāng)收到連“1”碼時(shí),表示信號(hào)連續(xù)增長(zhǎng),當(dāng)收到連“0”碼時(shí),表示信號(hào)連續(xù)下降。5.2.2 增量調(diào)制系統(tǒng)仿真電路及波形增量調(diào)制的仿真電路如圖5-7所示:信號(hào)源幅值為2V,頻率為500Hz。 圖5-7 增量調(diào)制原理圖增量調(diào)制波形如圖5-8至圖5-