電纜調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、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)37 / 42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)

2、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)1。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，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

3、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)的基本方法以與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與信息傳輸距離；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與傳輸質(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，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QA

4、M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IIAbstractIII第1章 緒論11.1 課題研究的背景和來(lái)源11.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀21.3 課題研究的實(shí)際意義31.4 本文的主要工作以與容安排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.

5、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常用工具箱以與函數(shù)簡(jiǎn)介202.5.3 matlab m文件、命令文件與函數(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253.1.1 QPSK調(diào)制解調(diào)器253.1.2 QAM調(diào)制解調(diào)器253.2 調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)263.2.1 QPSK調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)263.2.2 QAM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

6、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

7、為原始電信號(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

8、系統(tǒng)的功能增強(qiáng)。第四：易于做高性的加密處理；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。 可見(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)用與改善系統(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)人電腦的普與和Internet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（V

9、OD）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))、Cable Modem（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（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）以與無(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，

10、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)?！肮饫w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)外研究現(xiàn)狀利用電纜調(diào)制解調(diào)器在HFC（Hybrid 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A

11、home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)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

12、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 Stadnards Committee，（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的傳送速率，而上行通道則在540MHz帶中選擇干擾較低的位置，占用12MHz帶寬，用QPSK(或BPSK)調(diào)制提供500Kbps2Mbps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，

13、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、

14、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，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 本文的主要工作以與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

15、與國(guó)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，以與相應(yīng)的比較分析；擴(kuò)頻的基本方法介紹以與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)、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)以與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

16、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

17、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)頻譜的平移與線性變換。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

18、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2.2.1 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)，比如抗噪性能差以與發(fā)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)域有媒介與高頻信號(hào)的廣播，在VHF（甚高頻）頻帶的航空通信與民用無(wú)線電等1。(1)全載波調(diào)幅設(shè)幅度調(diào)制中為調(diào)制信號(hào)，即待傳輸或處理的信號(hào)；成為載波信號(hào)，為載波頻率。因此，由此系統(tǒng)輸出的響應(yīng)為 (2.1)可見(jiàn)是一個(gè)幅度隨變

19、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)制并搬至處，即所需要的高頻圍。這種經(jīng)過(guò)調(diào)制的高頻信號(hào)很容易以電磁波形式輻射傳播。(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2/3(m=1)，也就是說(shuō)調(diào)制效率只能達(dá)到1/3，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

20、，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)，、分別為調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)的正交信號(hào)。 (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。2.2.2 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

21、移動(dòng)通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通訊和蜂窩系統(tǒng)等。與調(diào)幅調(diào)制技術(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) (2.3)式中，是信號(hào)的瞬時(shí)相位，稱(chēng)為相對(duì)于的瞬時(shí)相位偏移；是信號(hào)的瞬時(shí)頻率，稱(chēng)為相對(duì)于載頻的瞬時(shí)頻偏。(1)調(diào)相波隨調(diào)制信號(hào)成比例變化，即。其中，是比例常數(shù)，于是調(diào)相波可表示為 (2.4)(2)調(diào)頻波隨調(diào)制信號(hào)成比例變化，即。其中，是比例常數(shù)，于是調(diào)頻波可表示為(2.5)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。

22、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)）<<1）或調(diào)相信號(hào)（），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：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，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，則輸出信號(hào)為 (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

23、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2.3.1 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

24、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所示圖2.1ASK調(diào)制器框圖圖2.1中是輸入的隨機(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，則波形序列為。式中為碼元寬度；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得。2.3.2 移頻鍵控頻移鍵控(FS

25、K,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）；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）；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)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，

26、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；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；圖2.2 頻率監(jiān)控發(fā)產(chǎn)生FSK信號(hào)方框圖2.3.3 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

27、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。為雙極性二元碼。PSK信號(hào)產(chǎn)生有兩種方法:(a)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)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)通常是單極性的。=0時(shí)，門(mén)1通，門(mén)2畢；=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

28、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（n=1,2,3，M），則MPSK信號(hào)可表示為 (2.7)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 (2.8)其中受調(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)制器組合而成，其原理框圖如圖2.4所示，輸入的二進(jìn)制信息序

29、列經(jīng)串并轉(zhuǎn)換與電平發(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)分別與載波和相乘，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)電平判決以與串并轉(zhuǎn)換，即可得到解調(diào)輸出的二進(jìn)制信息。 圖2.4 QPSK正交調(diào)制方框圖圖2.5QPSK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

30、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?yōu)橛媒?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。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

31、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)。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)以與抗相位抖動(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。2

32、.3.4 正交調(diào)制正交調(diào)幅(quadrature amplitude modulation簡(jiǎn)稱(chēng)QAM)是利用兩個(gè)頻率一樣，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)和分別振幅調(diào)制頻率為，但相位差為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

33、9 (2.9) QAM調(diào)制解調(diào)原理框圖如圖2.8所示。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)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： (2.10) (2.11)后面經(jīng)過(guò)濾波，濾除分量后，即可得到原來(lái)的信號(hào)和。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 Spectru

34、m 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。2.4.1 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)，接收端用同步的一樣碼解擴(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)

35、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

36、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DQPSK/DPSK調(diào)制技術(shù)，增強(qiáng)型采用了直序/脈沖位置調(diào)制(DS/PPM)技術(shù)。PPM(Pulse Position Modulation)，脈沖位置調(diào)制)

37、技術(shù)使用了預(yù)置的8位碼元中的3位傳輸數(shù)據(jù)，這就使傳輸率產(chǎn)生了飛躍。2.4.2擴(kuò)頻通信的工作原理和工作方式擴(kuò)頻系統(tǒng)的一般組成如圖2.10所示。(a)(b)圖2.10擴(kuò)頻系統(tǒng)工作組成框圖圖2.10(a)中，在發(fā)端輸入的信息先經(jīng)過(guò)信息調(diào)制形成數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜。展寬后的信號(hào)再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。圖2.10(b)中接收端把收到的寬帶射頻信號(hào)，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端一樣的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)。再經(jīng)信息解調(diào)、恢復(fù)成原始信息輸出。由此可見(jiàn)，般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行三次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)

38、制，以與相應(yīng)的信息解調(diào)、解擴(kuò)和射頻解調(diào)。與一般通信系統(tǒng)比較，擴(kuò)頻通信就是多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。按照擴(kuò)展頻譜的方式不同，現(xiàn)有的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可以分為：(1)直擴(kuò)方式直接序列擴(kuò)頻 (Direct Sequence Spread Spectrum)工作方式，簡(jiǎn)稱(chēng)直擴(kuò)(DS)方式。所謂直接序列擴(kuò)頻，就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。而在接收端用一樣的擴(kuò)頻碼序列去解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息。假設(shè)用窄脈沖序列對(duì)某一載波進(jìn)行二相相移鍵控調(diào)制。如果采用平衡調(diào)制器，則調(diào)制后的輸出為二相相移鍵控信號(hào)，它相當(dāng)于載波抑制的調(diào)幅雙邊帶信號(hào)。圖中輸入載波信號(hào)的頻率為，窄脈沖序列的頻譜函數(shù)

39、為，它具有很寬的頻帶。平衡調(diào)制器的輸出則為兩倍脈沖頻譜寬度，而被抑制的雙邊帶的展寬了的擴(kuò)頻信號(hào)，其頻譜函數(shù)為.在接收端應(yīng)用一樣的平衡調(diào)制器作為解擴(kuò)器，可將頻譜為的擴(kuò)頻信號(hào)，用一樣的碼序列進(jìn)行再調(diào)制，將其恢復(fù)成原始的載波信號(hào)。(2)跳頻方式跳變頻率(Frequency Hopping)工作方式，簡(jiǎn)稱(chēng)跳頻(FH)方式。所謂跳頻，比較確切的意思是：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說(shuō)，用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷的跳變，所以成為跳頻。簡(jiǎn)單的頻移鍵控如2FSK只有兩個(gè)頻率，分別代表傳號(hào)和空號(hào)，而調(diào)頻系統(tǒng)則有幾個(gè)、幾十個(gè)、甚至上千個(gè)頻率，有所傳信息與擴(kuò)頻碼的組合去進(jìn)行選擇控制

40、，不斷跳變。跳頻原理見(jiàn)圖2.11。發(fā)端信息碼序列與擴(kuò)頻碼序列組合以后按照不同的碼字去控制頻率合成器。(a)(b)圖2.11跳頻原理圖從圖2.12可以看出在頻域上輸出頻譜在寬頻帶所選擇的某些頻率隨機(jī)地跳變。在收端，為了解調(diào)跳頻信號(hào)，需要有與發(fā)端完全一樣的本地?cái)U(kuò)頻碼發(fā)生器去控制本地頻率合成器，使其輸出的調(diào)頻信號(hào)能在混頻器中與接收信號(hào)差頻出固定的中頻信號(hào)，然后經(jīng)中頻帶通濾波器與信息解調(diào)器輸出恢復(fù)的信息?？傊?，調(diào)頻系統(tǒng)占用了比信息帶寬要寬得多的頻帶。圖2.12 頻域跳變示意圖(3)跳時(shí)方式跳變時(shí)間(Time Hopping)工作方式，簡(jiǎn)稱(chēng)跳時(shí)(TH)方式。與跳頻相似，跳時(shí)是使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。首

41、先把時(shí)間軸分成許多時(shí)片。在一幀哪個(gè)時(shí)片發(fā)射信號(hào)由擴(kuò)頻碼序列控制，可以把跳時(shí)理解為用一定碼序列進(jìn)行選擇的多時(shí)片的時(shí)移鍵控。由于采用了窄得很多的時(shí)片去發(fā)送信號(hào)，相對(duì)說(shuō)來(lái)，信號(hào)的頻譜也就展寬，了。跳時(shí)系統(tǒng)的原理見(jiàn)圖2.1312。在發(fā)端，輸入的數(shù)據(jù)線存儲(chǔ)起來(lái)，由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去控制通-斷開(kāi)關(guān)，經(jīng)二相或四相調(diào)制后再經(jīng)射頻調(diào)制后發(fā)射。在收端，由射頻接收機(jī)輸出的中頻信號(hào)經(jīng)本地產(chǎn)生的與發(fā)端一樣的擴(kuò)頻碼序列控制通=斷開(kāi)關(guān)，再經(jīng)二相或四相解調(diào)器，送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器再定時(shí)后輸出數(shù)據(jù)。只要收發(fā)兩端在時(shí)間上嚴(yán)格同步進(jìn)行，就能正確地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。圖2.13 跳時(shí)系統(tǒng)原理圖跳時(shí)也可以看成是一種時(shí)分系統(tǒng)，所不同的地

42、方在于它不是一幀中固定分配一定位置的時(shí)片，而是由擴(kuò)頻碼序列控制的按一定規(guī)律跳變位置的時(shí)片。跳時(shí)系統(tǒng)的處理增益等于一幀中所分的時(shí)片數(shù)。由于簡(jiǎn)單的跳時(shí)抗干擾性不強(qiáng)，很少單獨(dú)使用。跳時(shí)通常都與其他方式結(jié)合使用，組成各種混合方式。(4)寬帶線性調(diào)頻方式寬帶線性調(diào)頻(Chirp Modulation)工作方式，簡(jiǎn)稱(chēng)Chirp方式。如果發(fā)射的射頻脈沖信號(hào)在一個(gè)周期其載波的頻率作線性變化，則成為線性調(diào)頻。因?yàn)槠漕l率在較寬的頻帶變化，信號(hào)的頻帶也被展寬了，這種擴(kuò)頻調(diào)制方式主要用在雷達(dá)中，線性調(diào)頻原理圖見(jiàn)圖2.14。圖2.14 線性調(diào)頻原理圖發(fā)端有一鋸齒波去調(diào)制壓控振蕩器，從而產(chǎn)生線性調(diào)頻脈沖。它和掃頻信號(hào)發(fā)生

43、器產(chǎn)生的信號(hào)一樣。在收端，線性調(diào)頻脈沖由匹配濾波器對(duì)其進(jìn)行壓縮，把能量集中在一個(gè)很短的時(shí)間輸出，從而提高了性噪比，獲得了處理增益。匹配濾波器可采用色散延遲線，它是一個(gè)存儲(chǔ)和累加器件，其作用機(jī)理對(duì)不同頻率的延遲時(shí)間不一樣。如果脈沖前后兩端的頻率經(jīng)不同的延遲后一同輸出，則匹配濾波器輸出信噪比的改善時(shí)脈沖寬度與調(diào)頻頻偏乘積的函數(shù)。一般，線性調(diào)頻在通信中很少使用。(5)混合方式在上述幾種基本的擴(kuò)頻方式的基礎(chǔ)上可以組合起來(lái)構(gòu)成各種混合方式。例如DSFH、DSTH、DSFHTH等等。一般說(shuō)來(lái)，采用混合方式看起來(lái)在技術(shù)上要復(fù)雜一些，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也要困難一些。但是，不同方式結(jié)合起來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是有時(shí)能得到只用其中一種方

44、式得不到的特性。例如DSFH系統(tǒng)，就是一種中心頻率在某一頻帶跳變的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)。其信號(hào)的頻譜如圖2.15所示。圖2.15 DS/FH 信號(hào)頻譜圖由圖2.15可見(jiàn)，一個(gè)DS擴(kuò)頻信號(hào)在一個(gè)更寬的頻帶圍進(jìn)行跳變。DS/FH系統(tǒng)的處理增益為DS和FH的處理增益之和。因此，有時(shí)采用DS/FH反而能比單獨(dú)采用DS或FH獲得更寬的頻譜擴(kuò)展和更大的處理增益。甚至有時(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)，其技術(shù)復(fù)雜性比單獨(dú)用DS來(lái)展寬頻譜或用FH在更寬的圍實(shí)現(xiàn)頻率的跳變還要容易些。對(duì)于DS/FH方式，它相當(dāng)于在擴(kuò)頻方式中加上時(shí)間復(fù)用。采用這種方式可以容納更多的用戶(hù)。在實(shí)現(xiàn)上，DS本身已有嚴(yán)格的收發(fā)兩端擴(kuò)頻碼的同步。加上跳時(shí)，只不過(guò)增加

45、了一個(gè)通斷開(kāi)關(guān)，并不增加太多技術(shù)上的復(fù)雜性。對(duì)于DS/FH/TH，它把三種擴(kuò)頻方式組合在一起，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上肯定是復(fù)雜的。但是對(duì)于一個(gè)有多種功能要求的系統(tǒng)，DS、FH、TH可分別實(shí)現(xiàn)各自獨(dú)特的功能。因此，對(duì)于需要同時(shí)解決諸如抗干擾、多址組網(wǎng)、定時(shí)定位、抗多徑和遠(yuǎn)近問(wèn)題時(shí)就不得不同時(shí)采用多種擴(kuò)頻方式。2.4.3直擴(kuò)系統(tǒng)的組成與原理(1)組成與原理 前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)：所謂直接序列(DS)擴(kuò)頻，就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。而在收端，用一樣的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息。圖2.16為直擴(kuò)系統(tǒng)的組成框圖。(a)(b)圖2.16直擴(kuò)系統(tǒng)的組成框圖在圖2.16

46、(a)中，假定發(fā)送的是一個(gè)頻帶限于以的窄帶信息。將此信息在信息調(diào)制器中先對(duì)某一副載進(jìn)行調(diào)制(例如進(jìn)行調(diào)幅或窄帶調(diào)頻)，得到一中心頻率為而帶寬為的信號(hào)，即通常的窄帶信號(hào)。一般的窄帶通信系統(tǒng)直接將此信號(hào)在發(fā)射機(jī)中對(duì)射頻進(jìn)行調(diào)制后由天線輻射出去。但在擴(kuò)展頻譜通信中還需要增加一個(gè)擴(kuò)展頻譜的處理過(guò)程。常用的一種擴(kuò)展頻譜的方法就是用一高碼率的隨機(jī)碼序列對(duì)窄帶信號(hào)進(jìn)行二相相移鍵控調(diào)制。二相相移鍵控相當(dāng)于載波抑制的調(diào)幅雙邊帶信號(hào)。選擇>>>。這樣得到了帶寬為的載波抑制的寬帶信號(hào)。這一擴(kuò)展了頻譜的信號(hào)再送到發(fā)射機(jī)中去對(duì)射頻進(jìn)行調(diào)制后由天線輻射出去。信號(hào)在射頻信道傳輸過(guò)程中必然受到各種外來(lái)信號(hào)的

47、干擾。因此，在收端(見(jiàn)圖2.16(b)，進(jìn)入接收機(jī)的除有用信號(hào)外還存在干擾信號(hào)。假定干擾為功率較強(qiáng)的窄帶信號(hào)，寬帶有用信號(hào)與干擾信號(hào)同時(shí)經(jīng)變頻至中心頻率為中頻輸出。不言而喻，對(duì)這一中頻寬帶信號(hào)必須進(jìn)行解擴(kuò)處理才能進(jìn)行信息解調(diào)。解擴(kuò)實(shí)際上就是擴(kuò)頻的反變換，通常也是用與發(fā)端一樣的調(diào)制器，并用與發(fā)端完全一樣的偽隨機(jī)碼序列對(duì)收到的寬帶信號(hào)再一次進(jìn)行二相相移鍵控，正好把擴(kuò)頻信號(hào)恢復(fù)成相移鍵控前的原始信號(hào)。從頻譜上看則表現(xiàn)為寬帶信號(hào)被解擴(kuò)壓縮還原成窄帶信號(hào)。這一窄帶信號(hào)經(jīng)中頻窄帶濾波器后至信息解調(diào)器再恢復(fù)成原始信息。但是對(duì)于進(jìn)入接收機(jī)的變窄帶干擾信號(hào)，在收端調(diào)制器中同樣也受到偽隨機(jī)碼的雙相相移鍵控調(diào)制，它

48、反而使窄帶干擾變成寬度干擾信號(hào)。由于干擾信號(hào)頻譜的擴(kuò)展，經(jīng)過(guò)中頻窄帶通濾波作用，只允許通帶的干擾通過(guò)，使干擾功率大為減少。由此可見(jiàn)，接收機(jī)輸入端的信號(hào)與噪聲經(jīng)過(guò)解擴(kuò)處理，使信號(hào)功率集中起來(lái)通過(guò)濾波器，同時(shí)使干擾功率擴(kuò)散后被濾波器大量濾除，結(jié)果便大大提高了輸出端的信號(hào)噪聲功率比。 這一過(guò)程說(shuō)明了直擴(kuò)系統(tǒng)的基本原理和它是怎樣通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻與解擴(kuò)處理從而獲得提高輸出信噪比的好處的。它體現(xiàn)了直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾能力。2.5 Matlab簡(jiǎn)介2.5.1 matlab背景介紹Matlab是幾個(gè)交互式的系統(tǒng)，它的基本運(yùn)算單元是不需指定維數(shù)的矩陣，按照IEEE的數(shù)值計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)(能正確處理無(wú)窮數(shù)Inf(infin

49、ity)、無(wú)定義數(shù)NaN (not-a-number)與其運(yùn)算)進(jìn)行計(jì)算，系統(tǒng)提供了大量的矩陣與其它運(yùn)算函數(shù)，可以方便地進(jìn)行一些很復(fù)雜的運(yùn)算，而且運(yùn)算效率極高。Matlab命令很數(shù)字中的符號(hào)、公式非常接近，可讀性強(qiáng)，容易掌握，還可利用它所提供的編程語(yǔ)言進(jìn)行編程完成特定的工作。除基本部分外，matlab還根據(jù)各專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域中的特殊需要提供了許多可選的工具箱，如應(yīng)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域的control system工具箱和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的neural network工具箱等13。從Windows中雙擊Matlab圖標(biāo)，會(huì)出現(xiàn)Matlab窗口(Command Window),在一段提示信息后，通過(guò)上下箭頭可以調(diào)出

50、以前打入的命令，用滾動(dòng)條可以查看以前的命令以與輸出信息。如果對(duì)一條命令的用法有疑問(wèn)的話，可以用help菜單中的相應(yīng)選項(xiàng)查詢(xún)有關(guān)信息，也可以用help命令在命令行上查詢(xún)?？梢栽囋噃elp、help help和help eig(求特征值的函數(shù))命令。2.5.2 matlab常用工具箱以與函數(shù)簡(jiǎn)介(1)Matlab的常見(jiàn)工具箱見(jiàn)表2.1表2.1 matlab常見(jiàn)工具箱工具箱名稱(chēng)工具箱中文名工具箱名稱(chēng)工具箱中文名Optimization優(yōu)化Neural Network神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Signal Process信號(hào)處理System Identification系統(tǒng)辨識(shí)Control System自動(dòng)控制Spl

51、ine樣條Symbolic Math符號(hào)代數(shù)Image Process圖像處理Nonlinear Control非線性控制Statistics統(tǒng)計(jì)Matlab提供的一批產(chǎn)生矩陣的函數(shù)，見(jiàn)表2.2表2.2 matlab生成矩陣函數(shù)函數(shù)名函數(shù)作用函數(shù)名函數(shù)作用zeros產(chǎn)生一個(gè)零矩陣diag產(chǎn)生一個(gè)對(duì)角矩陣ones生成全1矩陣tril取一個(gè)矩陣的下三角eye生成單位矩陣triu取一個(gè)矩陣的上三角magic生成魔術(shù)方陣pasca生成PASCAL矩陣2.5.3 matlab m文件、命令文件與函數(shù)文件(1)M文件Matlab通常使用命令驅(qū)動(dòng)形式，當(dāng)單行命令輸入時(shí)，matlab立即處理并顯示結(jié)果，同時(shí)將

52、運(yùn)行說(shuō)明或命令存入文件。Matlab語(yǔ)句的磁盤(pán)文件成為M文件，因?yàn)檫@些文件名的末尾是M形式，例如一個(gè)文件名為bessel.m，則提供bessel函數(shù)語(yǔ)句。一個(gè)M文件包含一系列的Matlab語(yǔ)句，一個(gè)M文件可以循環(huán)的調(diào)用它自己。M文件有兩種類(lèi)型：第一類(lèi)型的M文件成為命令文件，它是一系列命令、語(yǔ)句的簡(jiǎn)單組合。第二類(lèi)型的M文件成為函數(shù)文件，它提供了Matlab的外部函數(shù)。用戶(hù)為解決一個(gè)特定問(wèn)題而編寫(xiě)的大量的外部函數(shù)可放在matlab工具箱中，這樣的一組外部函數(shù)形成一個(gè)專(zhuān)用的軟件包。這兩種形式的M文件，無(wú)論是命令文件，還是函數(shù)文件，都是普通的ASCII文本文件，可選擇編輯或字處理文件來(lái)建立。(2)命令

53、文件當(dāng)一個(gè)命令文件被調(diào)用時(shí)，matlab運(yùn)行文件中出現(xiàn)的命令而不是交互地等待鍵盤(pán)輸入。命令文件的語(yǔ)句在工作空間中運(yùn)算全局?jǐn)?shù)據(jù)，對(duì)于進(jìn)行分析解決問(wèn)題與做設(shè)計(jì)中所需的一長(zhǎng)串繁雜的命令和解釋是很有用的。(3)函數(shù)文件如果M文件的第一行包含function，這個(gè)文件就是函數(shù)文件。它與命令文件不同，所定義變量和運(yùn)算都在文件部，而不在工作空間。函數(shù)被調(diào)用完畢后，所定義變量和運(yùn)算將全部釋放，函數(shù)文件對(duì)擴(kuò)展matlab函數(shù)非常有用。當(dāng)M函數(shù)文件第一次在matlab運(yùn)行時(shí)，它被編譯并放入存，以后使用時(shí)不用重新編譯即可得到。一般而言，輸入一個(gè)名字到matlab，例如鍵入whoopie命令，matlab用以下步驟解

54、釋?zhuān)嚎磜hoopie是否為變量；檢驗(yàn)whoopie是否為在線函數(shù)；檢驗(yàn)whoopie文件的當(dāng)前目錄；將whoopie看成matlab的path的一個(gè)文件，在matlab path目錄中搜索。如果whoopie存在，matlab首先將其作為變量而不是作為函數(shù)。2.5.4 matlab 輸出格式Matlab輸出格式見(jiàn)表2.32.6 本章小結(jié)本章首先對(duì)通信系統(tǒng)的相關(guān)調(diào)制解調(diào)原理進(jìn)行介紹，并且分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)。然后介紹了直接擴(kuò)頻原理以與matlab的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)言用表2.3Matlab輸出格式格式中文解釋說(shuō)明format短格式（缺省格式）Default. Same as SHORTformat sho

55、rt短格式（缺省格式）Scaled fixed point format with 5 digits（只顯示五位十進(jìn)制數(shù)）format long長(zhǎng)格式Scaled fixed point format with 15 digitsformat short e短格式e方式Floating point format with 5 digitsformat long e長(zhǎng)格式e方式Floating point format with 15 digitsformat short g短格式g方式Best of fixed or floating point format with 5 digitsfor

56、mat long g長(zhǎng)格式g方式Best of fixed or floating point format with 15 digitsformat hex16進(jìn)制格式Hexadecimal formatformat +格式The symbols +, - and blank are printed for positive, negative and zero elements. Imaginary parts are ignoredformat compact壓縮格式Suppress extra line-feedsformat loose自由格式Puts the extra line-feeds back informat bank銀行格式Fixed format for dollars and centsformat rat有理數(shù)格式Approximation by ratio of small integers第3章 調(diào)制解調(diào)器的分析與設(shè)計(jì)3.1 調(diào)制解調(diào)器的分析3.1.1 QPSK調(diào)制解調(diào)器電纜調(diào)制解調(diào)器多采用TDMA(Time Division Multiple Access)系統(tǒng)即時(shí)分