基于Simulink的通信系统仿真(4)

调制的方法主要是通过改变余弦波的幅度、相位或频率来传送信息。其基本原理是把数据信号寄生在载波的上述三个参数中的一个上，即用数据信号来进行幅度调制、频率调制或相位调制。数字信号只有几个离散值，因此调制后的载波参数也只有有限个值，类似于用数字信息控制开关，从几个具有不同参量的独立振荡源中选择参量，为此把数字信号的调制方式称为“键控”。数字调制分为调幅、调相和调频三类，分别对应“幅移键控”（ASK）、“相移键控”（PSK）和“频移键控”（FSK）三种数字调制方式。在“幅移键控”方式中，当“1”出现时接通振幅为A的载波，“0”出现时关断载波，这相当于将原基带信号（脉冲列）频谱搬到了载波的两侧。如果用改变载波频率的方法来传送二进制符号，就是“频移键控”的方法，当“1”出现时是低频，“0”出现时是高频。这时其频谱可以看成码列对低频载波的开关键控加上码列的反码对高频载波的开关键控。如果用“0”和“1”来改变载波的相位，则称为“相移键控”。这时在比特周期的边缘出现相位的跳变，但在间隔中部保留了相位信息。接收端解调通常在其中心点附近进行。一般来说，PSK系统的性能要比开关键控FSK系统好，但必须使用同步检波。

本文主要通过比较不同数字调制方式的误码率和有效性，得出数字调制的最佳方式，格局经验性能为：QPSK>PSK>FSK>ASK。所以目前QPSK是目前常用的一种数字调制方式。当然目前又出现很多更加优秀的数字调制方式，如OFDM、QAM等。

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4 数字通信系统的仿真原理及框图

调制是将各种基带信号转换成适于信道传输的调制信号(已调信号或频带信号)，就是用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，将信息荷载在其上形成已调信号传输，而解调是调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参量变化中将恢复原始的基带信号。调制技术分为模拟调制技术与数字调制技术，其主要区别是：模拟调制是对载波信号的某些参量进行连续调制，在接收端对载波信号的调制量连续估值，而数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送信息，在接收端只对载波信号的离散调制参量进行检测。

1934年美国学者李佛西提出脉冲编码调制（PCM）的概念，从此之后通 信数字化的时代应该说已经开始了，但是数字通信的高速发展却是20世纪70 年代以后才开始的。随着时代的发展，用户不再满足于听到声音，而且还要看到图像；通信终端也不局限于单一的电话机，而且还有传真机和计算机等数据终端。现有的传输媒介电缆、微波中继和卫星通信等将更多地采用数字传输。常用的数字调制技术有2ASK（Amplitude Shift Keying，幅移键控）、4ASK、8ASK、BIT/SK

（Phase Shift Keying，相移键控）、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等，频带利用率从1bit/s/Hz～3bit/s/Hz。更有将幅度与相位联合调制的QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制）技术，目前数字微波中广泛使用的256QAM，其频带利用率可达8bit/s/Hz，8倍于2ASK或BIT/SK。此外，还有可采用减小相位跳变的MSK等特殊的调制技术，为某些专门应用环境提供了强大的工具。近年来，四维调制等高维调制技术的研究也得到了迅速发展，并已应用于高速MODEM中，为进一步提高传输效率奠定了基础。

数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信，调制技术的种类也远远多于

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模拟通信，大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性，除此之外，数字调制抗干扰能力强，中继时噪声及色散的影响不积累，因此可实现长距离传输。在现在文明高速发展的今天，人们越来越离不开数字信息，数字通信也越来越重要，因此数字调制解调技术越来越被广泛应用。

数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。通常使用键控法来实现数字调制，比如对载波的振幅、频率和相位进行键控。 数字调制：

（1）数字信号通过正弦载波调制成频带信号； （2）数字信号控制正弦载波的某个参量； （3）键控信号：对载波参量的离散调制。

4.1 ASK信号的调制和解调原理及频谱分析

4.1.1 ASK信号调制解调原理

振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制.当数字基带信号为二进制时,则为二进制振幅键控. 设发送的二进制符号序列由0,1序列组成,发送0符号的概率为P,发送1符号的概率为1-P,且相互独立.该二进制符号序列可表示为

s?t???nang?t?nTs? （4-1）

其中:

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?0 an???1概率为P （4-2） 概率为1?PTs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:

? g?t???1?00?t?T （4-3） 其他t则二进制振幅键控信号可表示为

t?nTs?cos?ct （4-4） e2ASK??nang?二进制振幅键控信号调制器原理框图如图4-1。 由图 4-1 可以看出,2ASK信号可以由模拟法和键控法来产生。二进制振幅键控信号的产生方法如图4-2 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。

二进制不归零信号乘法器Cosωcte2ASKS(t)

开关电路CosωctS(t)

图4-1 二进制振幅键控信号调制器原理框图

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e2ASK?t?带通滤波器全波滤波器低通滤波器抽样判决器输出定时脉冲

（a）非相干解调方式

输出e2ASK?t?带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲

（b）相干解调方式

图4-2 二进制振幅键控信号解调器原理框图

4.1.2 ASK信号的功率谱密度

若二进制基带信号的功率谱密度Ps(f)为

?2?Ps?fsP?1?P?G?f??fs?1?P?G?mfs???f?mfs? （4-5） m????11?T???sSa2??fTs????f?设P???442????2则二进制振幅键控信号的功率谱密度P2ASK(f)为

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