搭建通信系統(tǒng)

1、摘要摘要本文主要以MATLAB為平臺，借助聲波搭建典型數(shù)字通信系統(tǒng)，并將接收端和發(fā)送端分別運行于兩臺電腦，發(fā)送端按數(shù)字信號方法調(diào)制并發(fā)射聲信號，接收端成功實現(xiàn)對聲信號解調(diào)的仿真。本文包括對二進制振幅鍵控（2ASK）、二進制移頻鍵控（2FSK）和二進制移相鍵控（2PSK）信號調(diào)制及解調(diào)原理說明。本文的難點在于對信號的同步解調(diào)，創(chuàng)新點在于對PSK信號的調(diào)制與解調(diào)采用walsh正交碼糾正相偏。第四章是本文的主體也是這個課題所要表現(xiàn)的主要內(nèi)容，是2ASK、2FSK和PSK信號的仿真部分。關(guān)鍵詞：2ASK、2FSK、PSK，數(shù)字調(diào)制，同步解調(diào) IAbstractIn this paper, based

2、on the MATLAB platform, with the aid of acoustic structures, typical digital communication system, the receiving end and sending end run on two computers, respectively, the sender according to the method of digital signal modulation and launch acoustic signal, the receiver successfully realize the s

3、imulation of the acoustic signal demodulation. In this paper, including the binary amplitude shift keying (2ASK), binary frequency shift keying (2FSK) and binary phase shift keying (2PSK) signal modulation and demodulation principle. The difficulty of this article is synchronous demodulation of the

4、signal, the innovation point is that the PSK signal modulation and demodulation by Walsh orthogonal code to correct phase. The fourth chapter is the main body of this paper is the main content of this subject to performance, 2ASK, 2FSK and PSK signal simulation part.Key Words：2ASK, 2FSK, PSK, digita

5、l modulation, synchronous demodulationII目 錄第1章引言11.1研究背景與意義11.2聲波數(shù)字通信研究現(xiàn)狀分析21.3課題難點、重點、核心問題及方向21.4本文主要工作和貢獻31.5論文內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排3第2章通信系統(tǒng)仿真相關(guān)內(nèi)容概述42.1通信系統(tǒng)仿真的一般步驟42.1.1仿真建模52.1.2仿真實驗52.1.3仿真分析62.2MATLAB語言簡介62.3電腦采樣率與采樣頻率72.3.1采樣位數(shù)82.3.2音頻采樣頻率8第3章數(shù)字通信系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容概述93.1數(shù)字通信系統(tǒng)93.2數(shù)字通信系統(tǒng)與模擬通信系統(tǒng)的比較113.3符號同步143.4Walsh碼簡述1

6、5第4章基本的數(shù)字頻帶傳輸174.1二進制振幅鍵控(2ASK)174.1.12ASK信號及其調(diào)制方法174.1.22ASK的包絡(luò)檢波解調(diào)方法184.2二進制頻移鍵控信號（2FSK）194.2.12FSK信號及其調(diào)制方法194.2.22FSK的包絡(luò)檢波解調(diào)方法214.3二進制相移鍵控(2PSK)224.3.12PSK信號及其調(diào)制方法224.3.22PSK的相干解調(diào)234.4PSK的傳輸244.4.1相偏對PSK信號的影響244.4.2PSK信號的調(diào)制254.4.3PSK信號的解調(diào)26第5章使用MATLAB實現(xiàn)數(shù)字通信仿真295.12ASK系統(tǒng)仿真295.1.12ASK信號的調(diào)制295.1.22A

7、SK信號的解調(diào)315.22FSK系統(tǒng)仿真325.2.12FSK信號的調(diào)制325.2.22FSK信號的解調(diào)345.3PSK系統(tǒng)仿真365.3.1PSK信號的調(diào)制365.3.2PSK信號的解調(diào)37第6章總結(jié)與展望396.1總結(jié)396.2展望40參考文獻41致謝43翻譯文章44原文44譯文47第1章 引言第1章 引言1.1 研究背景與意義進入20世紀(jì)以來，隨著晶體管、集成電路的出現(xiàn)與普及，無線通信迅速發(fā)展。特別是在20世紀(jì)后半葉，隨著人造地球衛(wèi)星的發(fā)射，大規(guī)模集成電路、電子計算機和光導(dǎo)纖維等現(xiàn)代技術(shù)成果的問世，通信技術(shù)在一下幾個不同方向都取得了巨大成功：微波中繼通信使長距離、大容量的通信成為了現(xiàn)實；

8、移動通信和衛(wèi)星通信的出現(xiàn)，使人們 隨時隨地可通信的愿望得以實現(xiàn)；光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)更是將通信容量提高到了以前無法想像的地步；電子計算機的出現(xiàn)將通信技術(shù)推上了更高的層次，借助現(xiàn)代電信網(wǎng)和計算機的融合，人們將世界變成了地球村；微電子技術(shù)的發(fā)展，使通信終端的體積越來越小，成本越來越低，適用范圍越來越廣。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人們對通信的要求越來越高，各種技術(shù)會不斷地應(yīng)用于通信領(lǐng)域，各種新的通信業(yè)務(wù)將不斷地被開發(fā)出來。在過去的幾十年光景里，數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)字信號處理系統(tǒng)的復(fù)雜程度有著明顯地提高。與此同時，涌現(xiàn)了一系列的新型技術(shù)，例如光纖光學(xué)的器件、集成光學(xué)的設(shè)備和單片微波集成的電路等，使得用來分析和設(shè)計系統(tǒng)

9、的時間和精力也隨之提高?，F(xiàn)如今，社會已進入高速發(fā)展的信息時代，信息的傳輸及通信都起著舉足輕重的作用。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和寬帶化的方向不斷發(fā)展。對于信息的傳輸而言，數(shù)字通信已經(jīng)成為重要的方式。社會的不斷前進發(fā)展，要求數(shù)字通信系統(tǒng)的功能越來越齊全，性能越來越穩(wěn)定，構(gòu)成越來越復(fù)雜，同時，要求在數(shù)字通信系統(tǒng)研發(fā)開發(fā)的時候，縮短周期，降低成本，提高水平。只有通過對數(shù)字通信系統(tǒng)進行仿真，才能使數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計變得直觀、明了，從而推動數(shù)字通信系統(tǒng)仿真技術(shù)的更迅速發(fā)展。數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真，貫穿于數(shù)字通信系統(tǒng)工程設(shè)計的整個過程，對于數(shù)字通信系統(tǒng)的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。

10、數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真，具有廣泛的適應(yīng)性和極好的靈活性，有利于幫助我們更好地研究數(shù)字通信系統(tǒng)的性能。數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)性能的工具，通過仿真模型出來的仿真效果，可用來判斷原有數(shù)字通信系統(tǒng)的性能，從而為建立新的數(shù)字通信系統(tǒng)或改善原有的數(shù)字通信系統(tǒng)提供可靠性高，可行的參考模型，降低新建的數(shù)字通信系統(tǒng)失敗的可能性，減少數(shù)字通信系統(tǒng)潛在的瓶頸問題，防止對數(shù)字通信系統(tǒng)中某些功能部件造成過量的負(fù)載，從而優(yōu)化數(shù)字通信系統(tǒng)的整體性能。1.2 聲波數(shù)字通信研究現(xiàn)狀分析聲波數(shù)據(jù)傳輸屬于無線通信系統(tǒng)，但與無線電通信系統(tǒng)不同，聲波數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的信息傳播載體是聲波。另外聲波數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域決定了其傳播

11、信道的特征與無線電通信信道有著明顯的區(qū)別。聲波信道的載波頻率較低，信道帶寬有限。因此為了滿足現(xiàn)代測量越來越多的數(shù)據(jù)傳輸量，采用何種調(diào)制方式來提高聲波數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎蛶捓寐试絹碓绞艿街匾暋Ｔ?0世紀(jì)80年代的聲波通信系統(tǒng)中，非相干的FSK調(diào)制技術(shù)是最早廣泛采用的技術(shù)。但是由于FSK系統(tǒng)的頻帶利用率不高，加之聲波信道可利用的頻帶有限，所以FSK系統(tǒng)很難實現(xiàn)高速率的信息傳輸。為了進一步提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，實現(xiàn)圖像傳輸以及多用戶網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，人們把聲波通信技術(shù)的研究重心轉(zhuǎn)向了頻帶利用率更高的相位調(diào)制技術(shù)以及抑制多徑的信號處理技術(shù)。在聲波相位調(diào)制系統(tǒng)中最早應(yīng)用的是差分相移鍵控(DPSK)調(diào)制。差分相

12、移鍵控是利用相鄰兩個碼元的相位變化來表示數(shù)字信息，它的頻帶利用率與抗白噪聲性能雖然略差于PSK，但是DPSK無須載波提取，且在抗頻移、抗多徑以及抗相位慢抖動能力方面均優(yōu)于PSK。DPSK系統(tǒng)能減小相位跟蹤的困難，但仍無法避免ISI干擾。 另外，影響相位相干接收技術(shù)應(yīng)用的另一重要因素是，當(dāng)收發(fā)端存在相對運動時，信號會產(chǎn)生多普勒頻移和隨機相位起伏，使得載波跟蹤變得特別困難，通信系統(tǒng)的性能急劇下降。1.3 課題難點、重點、核心問題及方向本課題的難點在于同步解調(diào)，本文的同步解調(diào)方法并沒有采用開環(huán)自同步法或閉環(huán)自同步法，而是采取為信號加報頭進行幅度檢測找到信息數(shù)據(jù)的想法。由于本仿真經(jīng)歷了實際的無線信道傳

13、輸，仿真過程會受到信道噪聲、信號頻偏、相偏以及計算機工作頻率不同等問題帶來的影響，尤其是對PSK信號的調(diào)制解調(diào)，并沒有按照一般方法來實施，而是加入了walsh正交碼來矯正相位偏移問題，達到仿真目的。現(xiàn)代社會發(fā)展要求通信系統(tǒng)功能越來越強，構(gòu)成越來越復(fù)雜；另一方面，要求通信系統(tǒng)技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)縮短周期，降低成本。尖銳的對立面，只有通過計算機輔助分析設(shè)計技術(shù)和工具才能解決。本文的內(nèi)容與畢設(shè)工作相對應(yīng)，在文中都有具體的體現(xiàn)，并且我的程序設(shè)計都符合工程實際，處理結(jié)果和分析結(jié)論也與原理相一致。1.4 本文主要工作和貢獻本論文針對通信系統(tǒng)仿真主要做了以下工作：（1）使用MATLAB作為開發(fā)平臺，編寫調(diào)制解

14、調(diào)相關(guān)程序。（2）用聲波作為載波信號，完成對二進制振幅鍵控（2ASK）、二進制頻移鍵控（2FSK）和二進制相移鍵控（PSK）信號的調(diào)制及解調(diào)的仿真，其中，PSK采用相干解調(diào)的方法。（3）將接收端和發(fā)射端分別運行于兩臺電腦，一個電腦發(fā)送調(diào)制后的聲信號，另一臺電腦錄制發(fā)送過來的聲音，完成對聲波的解調(diào)部分，解調(diào)方法為同步解調(diào)。（4）觀察結(jié)果并加以分析，得出設(shè)計最終結(jié)論，并撰寫論文。1.5 論文內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排第一章：介紹研究背景與意義，簡述聲波數(shù)字通信的研究現(xiàn)狀，介紹課題難點、主要工作及論文結(jié)構(gòu)與內(nèi)容。第二章：主要對通信系統(tǒng)仿真的相關(guān)內(nèi)容進行簡單介紹，包括仿真建模、實驗、分析的介紹，對電腦采樣頻率相關(guān)

15、內(nèi)容的概述以及對使用的MATLAB語言的概述。第三章：重點介紹了數(shù)字通信系統(tǒng)以及三種數(shù)字信號的產(chǎn)生與解調(diào)的原理以及功率譜密度。第四章： 本章是本文的重點，是對信號調(diào)制解調(diào)的仿真部分，包括對二進制振幅鍵控（2ASK）、二進制移頻鍵控（2FSK）和二進制移相鍵控（PSK）信號的調(diào)制與解調(diào)。第五章：本章為對本課題的總結(jié)與展望。51第2章 通信系統(tǒng)仿真相關(guān)內(nèi)容概述第2章 通信系統(tǒng)仿真相關(guān)內(nèi)容概述2.1 通信系統(tǒng)仿真的一般步驟通信系統(tǒng)仿真一般分成3個步驟，即仿真建模、仿真實驗和仿真分析。仿真是衡量系統(tǒng)性能的工具，它通過仿真模型的仿真結(jié)果來判斷原系統(tǒng)的性能，從而為新系統(tǒng)的建立或原系統(tǒng)的改造提供可靠的參考。

16、通過仿真，可以降低新系統(tǒng)失敗的可能性，消除系統(tǒng)中潛在的瓶頸，防止對系統(tǒng)中某些功能部件造成過量的負(fù)載，優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能，因此，仿真是科學(xué)研究和工程建設(shè)中不可缺少的方法。實際的通信系統(tǒng)是一個功能結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，對這個系統(tǒng)做出的任何改變（如改變某個參數(shù)的設(shè)置、改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等）都可能影響到整個系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定。因此，在對原有的通信系統(tǒng)做出改進或建立一個新系統(tǒng)之前，通常需要對這個系統(tǒng)進行建模和仿真，通過仿真結(jié)果衡量方案的可行性，從中選擇最合理的系統(tǒng)配置和參數(shù)設(shè)置，然后再應(yīng)用于實際系統(tǒng)中，這個過程就是通信系統(tǒng)仿真。通信系統(tǒng)仿真可以分為離散事件仿真和連續(xù)事件仿真。在離散事件仿真中，仿真系統(tǒng)只對離散事

17、件做出反應(yīng)，而在連續(xù)事件仿真中，仿真系統(tǒng)對輸入信號產(chǎn)生連續(xù)的輸出信號。離散事件仿真是對實際通信系統(tǒng)的一種簡化，它的仿真建模比較簡單，整個仿真過程需要花費的時間也比連續(xù)仿真少。雖然離散仿真舍棄了一些仿真細節(jié)，在某些場合顯得不夠得體，但仍然是通信系統(tǒng)仿真的主要形式。與一般的仿真過程類似，在對通信系統(tǒng)實施仿真之前，首先需要研究通信系統(tǒng)的特性，通過歸納和抽象建立通信系統(tǒng)的仿真模型。通信系統(tǒng)仿真是一個循環(huán)往復(fù)的過程，它從當(dāng)前系統(tǒng)出發(fā)，通過分析建立起一個能夠在一定程度上描述原通信系統(tǒng)的的仿真模型，然后通過仿真試驗得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。通過對仿真數(shù)據(jù)的分析可以得到相應(yīng)的結(jié)論，然后把這個結(jié)論應(yīng)用到對當(dāng)前通信系統(tǒng)的改

18、造中。如果改造后通信系統(tǒng)的性能并不像仿真結(jié)果那樣令人滿意，還需要重新實施通信系統(tǒng)仿真，這時候改造后的通信系統(tǒng)就成了當(dāng)前系統(tǒng)，并開始新一輪的通信系統(tǒng)仿真過程。值得注意的是，在整個通信系統(tǒng)仿真過程中，人為因素自始至終騎著相當(dāng)重要的作用。除了仿真程序的運行之外，通信系統(tǒng)的每個步驟都需要進行人為干預(yù)，由人對當(dāng)前的情況做出正確的判斷。因此，通信系統(tǒng)仿真并不是一個機械的過程，它實際上是人的思維活動在計算機協(xié)助下的一種延伸。2.1.1 仿真建模仿真建模是根據(jù)實際通信系統(tǒng)建立仿真模型的過程，它是整個通信系統(tǒng)仿真過程中的一個關(guān)鍵步驟，因為仿真模型的好壞直接影響著仿真結(jié)果的真實性和可靠性。 仿真模型一般是一個數(shù)學(xué)

19、模型。數(shù)學(xué)模型有多種分類的方式，包括確定模型和隨機性模型，靜態(tài)模型和動態(tài)模型。確定性模型的輸入變量和輸出變量都有固定數(shù)值，而在隨機模型中，至少有一個輸入變量是隨機的。靜態(tài)模型不需要考慮時間變化因素，動態(tài)模型的輸入輸出變量則需考慮時間變化的因素。一般情況下，通信系統(tǒng)模型是一個隨機動態(tài)系統(tǒng)。在仿真建模過程中，首先需要分析實際系統(tǒng)存在的問題或設(shè)立系統(tǒng)改造的目標(biāo)，并且把這些問題和目標(biāo)轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)變量和公式。例如，我們可以設(shè)定改造后的系統(tǒng)或新系統(tǒng)在達到系統(tǒng)最大容量時的誤幀率等等。有了這些具體的仿真目標(biāo)之后，下一步是獲取實際通信系統(tǒng)的的各種運行參數(shù)，如通信系統(tǒng)占用的帶寬及其概率分布，系統(tǒng)對于特定的輸入信號產(chǎn)

20、生的輸出等。同時，對于通信系統(tǒng)中的各個隨機變量，可以采集這些變量的數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)學(xué)工具來確定隨機變量的分布特性。有了上面的準(zhǔn)備工作，下一步就可以通過仿真軟件來建立仿真模型了。最簡單的工具是采用C語言編程工具直接編寫仿真程序，這種方法的優(yōu)點是效率高，缺點是不夠靈活，沒有一個易于實現(xiàn)的人機交互界面，比較常用的是仿真軟件，包括MATLAB，OPENET等，這些軟件具有各自不同的特點，適用于不同層次的通信系統(tǒng)仿真。2.1.2 仿真實驗仿真實驗是一個或一系列針對仿真模型的測試。在仿真試驗過程中，通常需要多次改變仿真模型輸入信號的數(shù)據(jù)，以觀察和分析仿真模型對這些輸入信號的反應(yīng)，以及仿真系統(tǒng)在這個過程中表

21、現(xiàn)出來的性能。需要強調(diào)的一點是，仿真過程中使用的輸入數(shù)據(jù)必須具有一定得代表性，即能夠從各個角度顯著地改變仿真輸出信號的數(shù)值。實施仿真之前需要確定的另外一個因素是性能尺度。性能尺度指的是能夠衡量仿真過程中系統(tǒng)性能的輸出信號的數(shù)值（或根據(jù)輸出信號計算得到的數(shù)值），因此，在實施仿真之前，首先需要確定仿真過程中應(yīng)該收集哪些仿真數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以什么樣的格式存在，以及收集多少數(shù)據(jù)。在明確了仿真系統(tǒng)對輸入信號和輸出信號的要求之后，最好把這些設(shè)置整理成一份簡單的文檔。編寫文檔是一個好習(xí)慣，它能夠幫助我們回憶起仿真設(shè)計過程的一些細節(jié)。當(dāng)然，文檔的編寫不一定要求很規(guī)范，并且文檔的大小應(yīng)視仿真設(shè)計的規(guī)模而定。最后，

22、還應(yīng)該明確各個輸入信號的初始設(shè)置以及仿真系統(tǒng)內(nèi)部各個狀態(tài)的初始值。仿真的運行實際上是計算機的計算過程，這個過程一般不需要人工干預(yù)，花費的時間由仿真的復(fù)雜度確定。如果需要比較仿真系統(tǒng)在不同參數(shù)下的性能，應(yīng)該使仿真系統(tǒng)在取不同參數(shù)值時具有相同的輸入信號，這樣才能夠保證分析和比較的客觀性和可靠性。2.1.3 仿真分析仿真分析是一個通信系統(tǒng)仿真流程中的最后一個步驟。在仿真分析過程中，用戶已經(jīng)從仿真過程中獲得了足夠多的關(guān)于系統(tǒng)性能的信息，但是這些信息只是一個原始的數(shù)據(jù)，一般還需要經(jīng)過數(shù)值分析和處理才能獲得衡量系統(tǒng)性能的尺度，從而獲得對仿真系統(tǒng)的一個總體評價。常用的系統(tǒng)性能尺度包括平均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、最

23、大只和最小值等，它們從不同的角度描繪了仿真系統(tǒng)的性能。圖表是最簡潔的說明工具，它具有很強的直觀性，便于分析和比較，因此，仿真分析的結(jié)果一般都繪制成圖表形式。我們使用的仿真工具一般都具有很強的繪圖功能，能夠便捷地繪制各種類型的圖表。2.2 MATLAB語言簡介美國Mathworks公司于1967年推出了矩陣實驗室“Matrix Laboratory”（縮寫為MATLAB），這就是MATLAB最早的雛形。開發(fā)的最早目的是幫助學(xué)校的老師和學(xué)生更好的授課和學(xué)習(xí)。從MATLAB誕生開始，由于其高度的集成性及應(yīng)用的方便性，在高校中受到了極大的歡迎。由于它使用方便，能非常快的實現(xiàn)科研人員的設(shè)想，極大的節(jié)約了

24、科研人員的時間，受到了大多數(shù)科研人員的支持，經(jīng)過一代代人的努力，目前已發(fā)展到了7.X版本。 MATLAB是一種解釋性執(zhí)行語言，具有強大的計算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡單，擴充方便，尤其是世界上有成千上萬的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過程中擴充MATLAB的功能，使其成為了巨大的知識寶庫?？梢院敛豢鋸埖恼f，哪怕是你真正理解了一個工具箱，那么就是理解了一門非常重要的科學(xué)知識?？蒲泄ぷ髡咄ǔ？梢酝ㄟ^MATLAB來學(xué)習(xí)某個領(lǐng)域的科學(xué)知識，這就是MATLAB真正在全世界推廣開來的原因。目前的MATLAB版本已經(jīng)可以方便的設(shè)計漂亮的界面，它可以像VB等語言一樣設(shè)計漂亮的用戶接口，同時因為有

25、最豐富的函數(shù)庫（工具箱），所以計算的功能實現(xiàn)也很簡單，進一步受到了科研工作者的歡迎。另外，MATLAB和其他高級語言也具有良好的接口，可以方便的實現(xiàn)與其他語言的混合編程，進一步拓寬了MATLAB的應(yīng)用潛力?？梢哉f，MATLAB已經(jīng)也很有必要成為大學(xué)生的必修課之一，掌握這門工具對學(xué)習(xí)各門學(xué)科有非常重要的推進作用。MATLAB和Mathematica、Maple并成為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其它編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)

26、計與分析領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中的常見形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷的多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C+，JAVA的支持，可以直接調(diào)用，用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以使用。MATLAB產(chǎn)品族可以用來進行一下各種工作：數(shù)值分析、數(shù)值和符號計算、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的

27、設(shè)計與仿真、數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真、財務(wù)與金融工程等。2.3 電腦采樣率與采樣頻率數(shù)碼音頻系統(tǒng)是通過將聲波波形轉(zhuǎn)換成一連串的二進制數(shù)據(jù)來再現(xiàn)原始聲音的，實現(xiàn)這個步驟使用的設(shè)備是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）。它以每秒上萬次的速率對聲波進行采樣，每一次采樣都記錄下了原始模擬聲波在某一時刻的狀態(tài)，稱之為樣本。將一串的樣本連接起來，就可以描述一段聲波了，把每一秒鐘所采樣的數(shù)目稱為采樣頻率或采率，單位為Hz（赫茲）。采樣頻率越高所能描述的聲波頻率就越高。采樣率決定聲音頻率的范圍（相當(dāng)于音調(diào)），可以用數(shù)字波形表示。以波形表示的頻率范圍通常被稱為帶寬。要正確理解音頻采樣可以分為采樣

28、的位數(shù)和采樣的頻率。2.3.1 采樣位數(shù)采樣位數(shù)可以理解為采集卡處理聲音的解析度。這個數(shù)值越大，解析度就越高，錄制和回放的聲音就越真實。我們首先要知道：電腦中的聲音文件是用數(shù)字0和1來表示的。所以在電腦上錄音的本質(zhì)就是把模擬聲音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。反之，在播放時則是把數(shù)字信號還原成模擬聲音信號輸出。采集卡的位是指采集卡在采集和播放聲音文件時所使用數(shù)字聲音信號的二進制位數(shù)。采集卡的位客觀地反映了數(shù)字聲音信號對輸入聲音信號描述的準(zhǔn)確程度。8位代表2的8次方256，16 位則代表2的16次方64k。比較一下，一段相同的音樂信息，16位聲卡能把它分為64k個精度單位進行處理，而8位聲卡只能處理256個

29、精度單位，造成了較大的信號損失，最終的采樣效果自然是無法相提并論的。 如今市面上所有的主流產(chǎn)品都是16位的采集卡，而并非有些無知商家所鼓吹的64位乃至128位，他們將采集卡的復(fù)音概念與采樣位數(shù)概念混淆在了一起。如今功能最為強大的采集卡系列采用的emu10k1芯片雖然號稱可以達到32位，但是它只是建立在direct sound加速基礎(chǔ)上的一種多音頻流技術(shù)，其本質(zhì)還是一塊16位的聲卡。應(yīng)該說16位的采樣精度對于電腦多媒體音頻而言已經(jīng)綽綽有余了。2.3.2 音頻采樣頻率采樣頻率（采樣級別）是指錄音設(shè)備在一秒鐘內(nèi)對聲音信號的采樣次數(shù)，采樣頻率越高聲音的還原就越真實越自然。在當(dāng)今的主流采集卡上，采樣頻率

30、一般共分為 22.05KHz、44.1KHz、48KHz三個等級，22.05 KHz只能達到FM廣播的聲音品質(zhì)，44.1KHz則是理論上的CD音質(zhì)界限，48KHz則更加精確一些。對于高于48KHz的采樣頻率人耳已無法辨別出來了，所以在電腦上沒有多少使用價值。5KHz的采樣率僅能達到人們講話的聲音質(zhì)量。11KHz的采樣率是播放小段聲音的最低標(biāo)準(zhǔn)，是CD音質(zhì)的四分之一。22KHz采樣率的聲音可以達到CD音質(zhì)的一半，目前大多數(shù)網(wǎng)站都選用這樣的采樣率。44KHz的采樣率是標(biāo)準(zhǔn)的CD音質(zhì)，可以達到很好的聽覺效果。第3章 數(shù)字通信系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容概述3.1 數(shù)字通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)就是傳遞信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備

31、和傳輸媒質(zhì)的總和，包括信息源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和信宿(受信者) ，它的一般模型如圖3-1-1所示。 圖3-1-1通信系統(tǒng)一般模型通信系統(tǒng)可分為數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖3-1-2所示。 圖3-1-2 數(shù)字通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖3-1-3所示。 圖3-1-3 模擬通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)可進一步細分為數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)、模擬信號數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)。1. 數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字通信的基本特征是，它的消息或信號具有“離散”或“數(shù)字”的特性，從而使數(shù)字通信具有許

32、多特殊的問題。另外，數(shù)字通信中還存在以下突出問題：第一，數(shù)字信號傳輸時，信道噪聲或干擾所造成的差錯，原則上是可以控制的。這是通過所謂的差錯控制編碼來實現(xiàn)的。于是，就需要在發(fā)送端增加一個編碼器 ，而在接收端相應(yīng)需要一個解碼器。第二，當(dāng)需要實現(xiàn)保密通信時，可對數(shù)字基帶信號進行 人為 “擾亂”（ 加密），此時在收端就必須進行解密。第三，由于數(shù)字通信傳輸?shù)氖且粋€接一個按一定節(jié)拍傳送的數(shù)字信號，因而接收端必須有一個與發(fā)端相同的節(jié)拍，否則，就會因收發(fā)步調(diào)不一致而造成混亂。另外，為了表述消息內(nèi)容，基帶信號都是按消息特征進行編組的，于是，在收發(fā)之間一組組的編碼的規(guī)律也必須一致，否則接收時消息的真正內(nèi)容將無法恢

33、復(fù)。在數(shù)字通信中，稱節(jié)拍一致 為 “位同步”或“碼元同步”，而稱編組一致為“群同步”或“幀同步”，故數(shù)字通信中還必須有“同步”這個 重要問題。綜上所述，點對點的數(shù)字通信系統(tǒng)模型一般可用圖3-1-4所示。圖3-1-4 點對點的數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖3-1-5 數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)需要說明的是，圖中調(diào)制器/解調(diào)器、加密器/解密器、編碼器/譯碼器等環(huán)節(jié)，在具體通信系統(tǒng)中是否全部采用，這要取決于具體設(shè)計條件和要求。但在一個系統(tǒng)中，如果發(fā)端有調(diào)制/加密/編碼，則接收端必須有解調(diào)/解密/譯碼。通常把有調(diào)制器/解調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)。2. 數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)與頻帶傳輸系統(tǒng)相對應(yīng)，我們把沒

34、有調(diào)制器/解調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)，如圖3-1-5所示。圖中基帶信號形成器可能包括編碼器、加密器以及波形變換等，接收濾波器亦可能包括譯碼器、解密器等。3. 模擬信號數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)上面論述的數(shù)字通信系統(tǒng)中，信源輸出的信號均為數(shù)字基帶信號，實際上，在日常生活中大部分信號（如語音信號）為連續(xù)變化的模擬信號。那么要實現(xiàn)模擬信號在數(shù)字系統(tǒng)中的傳輸，則必須在發(fā)端將模擬信號數(shù)字化，即進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在接收端需進行相反的轉(zhuǎn)換，即 D/A 轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)模擬信號數(shù)字化傳輸?shù)南到y(tǒng)如圖3-1-6所示。圖3-1-6 模擬信號數(shù)字化傳輸系統(tǒng) 3.2 數(shù)字通信系統(tǒng)與模擬通信系統(tǒng)的比較在大學(xué)四年的學(xué)

35、習(xí)中，我們已經(jīng)深入接觸過模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)了，其基礎(chǔ)課程電路、信號與系統(tǒng)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電路基礎(chǔ)都已經(jīng)學(xué)過。通過這些課程的學(xué)習(xí)，我們也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這些基礎(chǔ)課程中關(guān)于模擬信號和數(shù)字信號之間的不同，而這些不同，肯定會理所當(dāng)然的反映到這兩個不同的通信系統(tǒng)中。接下來我們就來比較一下模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。 首先簡要介紹一下模擬通信系統(tǒng)： 首先應(yīng)該明確在該系統(tǒng)中傳送的信號。按照時間函數(shù)取值的連續(xù)性與離散性可將信號劃分為連續(xù)時間信號和離散時間信號。模擬信號就是在時間上或是在幅度上都是連續(xù)的信號。在模擬系統(tǒng)中傳送的是連續(xù)時間信號，又稱模擬信號，而該系統(tǒng)就稱為模擬通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)與模擬

36、通信系統(tǒng)相比，具有明顯的優(yōu)點： 1、首先是抗干擾、抗噪聲能力強。電信號在信道中傳送的過程中，不可避免地要受到各種各樣的電氣干擾。模擬信號在傳輸過程中，和干擾噪聲很難分離。噪聲會隨著信號被傳輸、放大，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。一個模擬信號如果衰減20%的話，那就嚴(yán)重失真了。而數(shù)字信號是包含在脈沖的有無之中的，只要噪聲絕對值不超過某一門限值，接收端便可判別脈沖的有無。又因為數(shù)字通信采用的是再生中繼方式，能夠消除噪聲，再生的數(shù)字信號和原來的數(shù)字信號一樣，可繼續(xù)傳輸下去，這樣通信質(zhì)量便不受距離的影響，可高質(zhì)量地進行遠距離通信。2、數(shù)字信號易于加密，信息傳輸比較安全。社會的發(fā)展使信息的價值突現(xiàn)出來，因此通信的安

37、全是非常重要的。數(shù)字信號的特殊形式，使得信息加密變得十分容易。數(shù)字通信可以很方便的借用現(xiàn)在數(shù)學(xué)方面的知識實現(xiàn)加密，有一些加密技術(shù)還使用了矩陣和單向函數(shù)，使得加密后的信號極難破譯。例如把信息比特率按一定的長度分組，用相同長度的一個比特率（稱為密鑰）與這些分組進行模二和，便完成了信息的加密。在接收端，用相同的密鑰，與接收到的序列模二和，就恢復(fù)為原來的信息序列。例如數(shù)字移動通信GSM系統(tǒng)就是采用這方法對信息加密的。還可以采用隨機性強的密碼打亂數(shù)字信號的組合，別人即使竊收到加密后的數(shù)字信息，在短時間內(nèi)也難以破譯。模擬信號雖然也可以加密，但操作起來要復(fù)雜得多。 3、通信距離遠，通信質(zhì)量受距離的影響小。我

38、們知道模擬信號在傳送過程中能量會逐漸發(fā)生衰減使信號變?nèi)?。為了延長通信距離，就要在線路上設(shè)立一些增音放大器。但增音放大器會把有用的信號和無用的噪音一起放大，噪音經(jīng)過一道道放大以后，就會越來越大，甚至?xí)淌烧５男盘?，并且這些噪音還很難被過濾掉，這就限制了通信的距離。而數(shù)字通信可采取“整形再生”的辦法，把受到干擾的電脈沖再還原成沒有受到干擾時的模樣，使失真和噪音不會積累。這樣，通信距離可以達到很遠，使遠距離通信變得很便捷。4、易于處理。比如我們要對一個信號進行某種數(shù)學(xué)處理，數(shù)學(xué)方程已經(jīng)給出，那么我們的任務(wù)就是設(shè)計出電路，以實現(xiàn)該方程。但這是很困難的，尤其是當(dāng)工程的復(fù)雜度很高時，系統(tǒng)的整體框架是很難

39、做的。但是如果是數(shù)字信號系統(tǒng)，我們就可以借助計算機對信號進行處理，以完成高度復(fù)雜的工程。相比之下，模擬信號系統(tǒng)就步履維艱了。顯而易見，數(shù)字通信適于與數(shù)字電子計算機結(jié)合，由計算機來處理信號，這樣就使通信系統(tǒng)變得更通用、靈活，具有很好的適用性和兼容性。 5、自動發(fā)現(xiàn)和控制差錯。通常人們的普遍要求是，通信中數(shù)據(jù)傳輸最好不要有差錯，越精確越好。但過去由于模擬線路特性不良，以及外來的干擾等原因，在傳輸數(shù)據(jù)時，極有可能出現(xiàn)差錯。但是數(shù)字通信中可以采用差錯控制技術(shù)，它能自動發(fā)現(xiàn)差錯且立即校正，并改善傳輸質(zhì)量。 6、數(shù)字信號便于存儲?，F(xiàn)在流行的CD和MP3唱盤，VCD和DVD視盤及電腦光盤都是用數(shù)字信號來存儲

40、信息的。此外，數(shù)字通信還可以兼容電話、電報、數(shù)據(jù)和圖像等多類信息的傳遞，能在同一條線路上傳送電話、有線電視、計算機等多種信息。 當(dāng)然，也不是說數(shù)字通信系統(tǒng)是十分完美的，模擬通信系統(tǒng)一無是處。模擬通信系統(tǒng)最大的優(yōu)點就是直觀而且容易實現(xiàn)。而對于數(shù)字通信系統(tǒng)來說，它也有三個很突出的缺點：1、占用頻帶較寬。因為線路傳輸?shù)氖敲}沖信號，傳送一路數(shù)字化語音信息需占20.64KHz的帶寬，而一個模擬話路只占用4KHz帶寬，即一路PCM信號占了幾個模擬話路。對某一話路而言，它的利用率降低了，或者說它對線路的要求提高了。2、技術(shù)要求復(fù)雜，尤其是同步技術(shù)要求精度很高。接收方要能正確地理解發(fā)送方的意思，就必須正確地把

41、每個碼元區(qū)分開來，并且找到每個信息組的開始，這就需要收發(fā)雙方嚴(yán)格實現(xiàn)同步，如果組成一個數(shù)字網(wǎng)的話，同步問題的解決將更加困難。3、進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換時會帶來量化誤差。隨著大規(guī)模集成電路的使用以及光纖等寬頻帶傳輸介質(zhì)的普及，對信息的存儲和傳輸，越來越多使用的是數(shù)字信號的方式，因此必須對模擬信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。模擬信號一般通過PCM脈碼調(diào)制(Pulse Code Modulation)方法量化為數(shù)字信號，即讓模擬信號的不同幅度分別對應(yīng)不同的二進制值，例如采用8位編碼可將模擬信號量化為個量級，實用中常采取24位或30位編碼。那么在轉(zhuǎn)換中便會不可避免地會產(chǎn)生量化誤差。雖說兩者現(xiàn)在都還存在一定的缺點，但由于現(xiàn)

42、代技術(shù)的發(fā)展以及計算機技術(shù)的不斷完善，我們可以借助這些有力的工具來對信號進行以前所不能的處理。我們從人們的交談中也可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)字技術(shù)越來越受到人們的歡迎，并且數(shù)字技術(shù)比模擬技術(shù)發(fā)展更快，數(shù)字設(shè)備很容易通過集成電路來實現(xiàn)，并與計算機相結(jié)合，而由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字設(shè)備的體積與成本的下降速度大大超過模擬設(shè)備，性價比越來越高。因此，將來的通信將會是數(shù)字通信的“天下”。在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號能夠在信道中傳輸，要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性。然而，在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。必須用數(shù)字基帶信號對載波進

43、行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號。 數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，一般可以采用模擬調(diào)制的方法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。但是，數(shù)字基帶信號具有與模擬基帶信號不同的特點，其取值是有限的離散狀態(tài)。這樣，可以用載波的某些離散狀態(tài)來表示數(shù)字基帶信號的離散狀態(tài)?；镜娜N數(shù)字調(diào)制方式是：振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK 或DPSK)。本章重點論述二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的原理。3.3 符號同步數(shù)字通信的基本過程是逐時地傳輸信號，接收系統(tǒng)在每個時隙上進行抽樣，然后依據(jù)抽樣值識別發(fā)送的是哪個符號。因此，系統(tǒng)傳輸符號時本質(zhì)上利用了兩點：某個時隙與某個幅度值。符號定時信號又稱為符號同步信號，是實施抽樣所必需的

44、控制信號。它顯然是進行數(shù)字通信的關(guān)鍵信號之一。符號定時信號是一種時鐘信號，用于指出在接收信號中的哪些時刻上進行抽樣可以有效地恢復(fù)碼元。這些時刻通常位于各個碼元的中央（比如，在LPF接收系統(tǒng)中），或者位于各個碼元的末端（比如，在匹配濾波器接收系統(tǒng)中）。顯然，同步信號必須“與傳輸信號的內(nèi)在節(jié)奏合拍”，所以，它要與發(fā)送端的定時時鐘保持一致，并存在一定的時延，這是由于信號通過信道與收發(fā)濾波器時經(jīng)歷了時延傳輸。系統(tǒng)通?？梢酝ㄟ^兩大類方法獲取符號同步信號。第一大類方法利用單獨的信道（或額外信息）傳輸時鐘信號，稱為外同步法或輔助信息同步法，具體的方法有很多種。在某些數(shù)字通信系統(tǒng)中，收發(fā)時鐘源于同一主時鐘系統(tǒng)

45、，該系統(tǒng)提供一個非常精確的定時信號，在此情況下，接收系統(tǒng)只需估計和補償發(fā)送端之間的相對時延。應(yīng)該注意，直接使用接收端的本地時鐘經(jīng)過實驗校準(zhǔn)來作為定時信號是不行的，由于本地時鐘與發(fā)送端的時鐘獨立，兩者之間一定存在頻率與相位差別，即使最初時延已經(jīng)校準(zhǔn)了，隨著時間的發(fā)展，頻率的差別還會使兩個時鐘逐漸錯位。外同步法提供時鐘信號的另一種常用方法是在發(fā)送信息序列的同時，發(fā)送時鐘信號或時鐘信號的倍頻信號，接收機可以使用對準(zhǔn)該信號的窄帶濾波器簡單地提取時鐘。該方案的優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，而缺點是：發(fā)射機必須分配部分信道與信號功率來傳輸時鐘信號，因而是不經(jīng)濟的。在有些系統(tǒng)中，這并不是問題。比如，多路電話傳輸系統(tǒng)在傳送

46、多個用戶的話音數(shù)據(jù)時，還額外發(fā)送一路時鐘信號，接收端多個接收系統(tǒng)共享該時鐘信號，分?jǐn)偹斐傻念~外開銷。又如芯片間的數(shù)據(jù)通信中，通過額外的線路提供符號時鐘，這種方法在近距離應(yīng)用中是很常見的。第二大類方法是直接由信息序列的傳輸信號提取（或生成）同步信號，成為自同步法或非輔助信息同步法。自同步法要充分借助傳輸信號中的某些特性，其主要的方法又可以分為兩類：（1）開環(huán)同步法，這類方法從接收信號中直接恢復(fù)出發(fā)送時鐘的副本；（2）閉環(huán)同步法，這類方法自己產(chǎn)生本地時鐘，并比較本地時鐘與接收信號，利用反饋控制使本地時鐘鎖定到接收信號的“內(nèi)在節(jié)拍”上。相比之下，閉環(huán)法更復(fù)雜，它生成的時鐘信號也更精確。3.4 W

47、alsh碼簡述walsh碼是一種同步正交碼, 即在同步傳輸情況下, 利用Walsh碼作為地址碼具有良好的自相關(guān)特性和處處為零的互相關(guān)特性。此外, Walsh碼生成容易, 應(yīng)用方便。Walsh在碼分多址系統(tǒng)（CDMA、WCDMA）中一般用于區(qū)分不同的信道，不同的用戶將分配不同的信道（使用不同的walsh碼）來傳業(yè)務(wù)，“碼分多址”中的“碼”就包括walsh碼。我們先來看比較簡單的4階walsh碼，共有四個， 一般將4個4階的walsh碼使用一個矩陣來表示，其中，矩陣的第一行是，矩陣的第二行是，矩陣的第三行是，矩陣的第二行是。圖3-4-1 利用4階walsh碼實現(xiàn)4個通道間通信的發(fā)送和接收原理Wal

48、sh碼可以用于區(qū)分不同的信道，主要因為walsh碼間具有正交性，道理和三角函數(shù)之間的正交性相同。不同的walsh碼相乘，再在一個周期T時間內(nèi)進行積分，結(jié)果為0，而相同的walsh碼相乘，再在一個周期時間T內(nèi)進行積分，結(jié)果為T（大于零）。圖3-4-1是利用4階walsh碼實現(xiàn)4個信道單向通信的發(fā)送和接收原理圖。4個信道的數(shù)據(jù)在發(fā)送端進行了疊加，但到了接收端各個信道的數(shù)據(jù)可以分離出來。第4章 使用MATLAB實現(xiàn)數(shù)字通信仿真第4章 基本的數(shù)字頻帶傳輸4.1 二進制振幅鍵控(2ASK)2ASK是二進制幅移鍵控（binary amplitude shift keying）的簡稱。這種制式通過鍵控（改變

49、）正弦載波的振幅來傳輸0或1符號，傳輸信號的波形表現(xiàn)為正弦載波的有（開啟）與無（關(guān)閉）因此，2ASK也成為二進制啟閉鍵控，即OOK（on-off keying）。4.1.1 2ASK信號及其調(diào)制方法2ASK是最簡單的一種數(shù)字頻帶調(diào)制方式，也是最早的一種調(diào)制方式，它曾經(jīng)應(yīng)用于Morse碼的無線電傳輸中，比各種模擬調(diào)制方式出現(xiàn)的還早。2ASK實現(xiàn)簡單，但性能不如其他調(diào)制方式，這種方式在光纖通信中有著廣泛的應(yīng)用。2ASK信號可由單極性二元基帶信號與載波相乘得到，如圖4-1-1所示。設(shè)二進制序列為，取0或1，單極性二元基帶信號可以表示為 (4-1-1)其中，為幅度為1的單極性NRZ（不歸零）方波，為傳

50、輸時的碼元間隔。假定載波為,則2ASK信號為 (4-1-2)由3-3-1的波形可見，2ASK信號也可以逐時隙地簡單表述為 (4-1-3) “傳號”指碼元1，“空號”指碼元0，它們是電報術(shù)語。從2ASK信號波形可見，“傳號”與“空號”直觀地反映出這種傳輸方式的“啟閉”特點。圖4-1-1 2ASK(或OOK)信號的波形 （a）乘積法 （b）開關(guān)圖4-1-2 2ASK調(diào)制框圖2ASK信號調(diào)制框圖有圖4-1-2所示的兩種，分別對應(yīng)式（4-1-2）與（4-1-3）。4.1.2 2ASK的包絡(luò)檢波解調(diào)方法2ASK信號最常用的解調(diào)方法是包絡(luò)檢波法，這種方法根據(jù)信號的振幅與數(shù)字符號直接對應(yīng)的特點，其原理與AM

51、的包絡(luò)檢波類似。由于它不需要任何載波信息，因而屬于非相干解調(diào)。包絡(luò)檢波接收系統(tǒng)的具體框圖如圖4-1-3所示。圖4-1-3 2ASK包絡(luò)檢波解調(diào)框圖接收系統(tǒng)中包含下面三個基本單元：(1) 帶通濾波（BPF）對準(zhǔn)信號的頻帶，讓信號幾乎無失真通過的同時盡量抑制帶外噪聲。通常，中心頻率為，帶寬為，為基帶信號帶寬，常常取為。因此，可認(rèn)為BPF的輸出信號為假定信道中白噪聲的功率譜密度為，則上式中為窄帶高斯白噪聲，功率（方差為）。(2) 核心單元包絡(luò)檢波器可用簡單的整流濾波電路實現(xiàn)，所以，這種接收系統(tǒng)簡單實用。由圖4-1-1可清楚地看到，的包絡(luò)就是，因此，只要信號足夠強，包絡(luò)檢波器的輸出基本上就是，只是還包

52、含有噪聲成分。(3)抽樣器的定時信號由符號同步單元從中提取，方法為符號同步法，將在3.6節(jié)中詳細講解。判決器的門限通常設(shè)為，假定抽樣值為，則判決準(zhǔn)則為2ASK系統(tǒng)簡便，其抗噪性能不強，實際工程中通常要求BPF的輸出信噪比足夠高，這時，包絡(luò)檢波接收系統(tǒng)的誤碼率為： （4-1-4）其中，是BPF的輸出信噪比。另外，包絡(luò)檢波器具有門限效應(yīng)，即當(dāng)?shù)偷揭欢ǖ拈T限值以下后，誤碼率會隨的降低而迅速惡化，系統(tǒng)無法工作。4.2 二進制頻移鍵控信號（2FSK）2FSK(或BPSK)是二進制頻移鍵控（binary frequency shift keying）的簡稱，這種制式通過鍵控正弦載波的頻率來傳輸二元符號。4

53、.2.1 2FSK信號及其調(diào)制方法圖4-2-1 2FSK信號的產(chǎn)生原理框圖2FSK利用兩個頻率（）的正弦載波來傳送符號1與0，其實現(xiàn)電路可以是簡單的電子開關(guān)，如圖3-4-1所示。在第n個時隙上，2FSK信號可以表述為 （4-2-1）容易看出，2FSK也可以表示為 （4-2-2）式中，為載波的振幅，為符號序列的單極性NRZ二元基帶信號（如式（4-2-1），為的反相信號，如下式 （4-2-3）這表明2FSK信號可以看作兩路互補的OOK信號的疊加。2FSK信號的時域波形及其互補OOK信號的解釋，如圖4-2-2所示。圖4-2-2 2FSK信號的時域波形及其互補OOK特點4.2.2 2FSK的包絡(luò)檢波解

54、調(diào)方法2FSK 最常用的解調(diào)方法有兩種：包絡(luò)檢波法與過零檢測法。這兩種方式不需要任何載波信息，因而，都是非相干解調(diào)法。包絡(luò)檢波法的具體收發(fā)框圖如圖4-2-3所示，它實際上是工作在上的兩個互補OOK接收系統(tǒng)的組合。該系統(tǒng)的要點是：圖4-2-3 2FSK信號的包絡(luò)檢波接收框圖（1）上支路接收的是式（4-2-2）中的的部分，而下之路接收的是式（4-2-2）中的部分；由后面功率的分析可以得出，系統(tǒng)必須滿足：，這樣，兩個BPF才能分離開兩路OOK信號； （2）上、下支路包絡(luò)檢波器的輸出 如圖4-2-4所示，它們是互補對稱的。（ （3）兩支路的抽樣值分別是 ， 圖4-2-4 包絡(luò)檢波器的輸出而判決準(zhǔn)則為

55、該接收系統(tǒng)的具體誤碼率為 （4-2-4）其中，是BPF的輸出信噪比。4.3 二進制相移鍵控(2PSK)2PSK（或BPSK）是二進制相移鍵控（binary phase shift keying）的簡稱，它利用兩種相位來傳輸二元符號。4.3.1 2PSK信號及其調(diào)制方法2PAK最常用的兩種相位是0與，在第n時隙上，其信號可以表述為 （4-3-1）即傳輸碼元1時采用與載波同相的正弦波，而傳輸碼元0時采用與載波反相的正弦波，如圖4-3-1所示。要注意的是，所謂“同相”與“反相”是相對于當(dāng)前時隙的載波相位而言的，例如圖中波形上的四段加粗的部分，由于同相，反相，因此傳輸?shù)氖谴a元1，傳輸?shù)氖谴a元0。要注意的是，盡管是形狀相同但傳輸?shù)氖遣煌拇a元。圖4-3-1 2PSK及其相關(guān)信號的波形圖4-3-1中繪出了序列的雙極性二元NRZ基帶信號，易見，它與載波相乘正好形成2PSK信號，即 （4-3-2）與2ASK信號的相應(yīng)公式對照可見，它們具有相同的乘積形式，但分別