第20章MATLAB在通信原理中的應(yīng)用幅度調(diào)制相位調(diào)制頻率調(diào)制數(shù)字信號的解調(diào)

幅度調(diào)制MATLAB在通信原理中的應(yīng)用非常廣泛，本章主要討論數(shù)字通信的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)的MATLAB仿真。通常做為信號發(fā)送的載波信號可以表示成：本節(jié)主要討論幅度調(diào)制技術(shù)，從最簡單的二進(jìn)制幅度調(diào)制開始。設(shè)發(fā)送信號表示成：這里an等于0或1。當(dāng)輸入比特為1，an為1；當(dāng)輸入比特為0，an為0。那么是基帶信號波形，例如矩形波信號、或者通過脈沖成型濾波器后的輸出信號。

幅度調(diào)制輸入是M進(jìn)制比特流的幅度調(diào)制。這里M=2N，N是大于或等于2的自然數(shù)，N代表同時(shí)被發(fā)送的比特?cái)?shù)。例如N=2表示將輸入比特流按2個(gè)比特為一組同時(shí)發(fā)送，同一組比特被稱為一個(gè)碼元。將M進(jìn)制比特流映射成振幅值應(yīng)該等于：

幅度調(diào)制兩個(gè)載波分量的情況下的輸入M進(jìn)制比特流，稱這種調(diào)制為QAM調(diào)制方式。因?yàn)檩d波分量cosωt與sinωt是彼此正交的，也就是滿足如下條件，在一個(gè)周期內(nèi)有，所以該調(diào)制方式被稱為正交幅度調(diào)制。其輸出信號的表達(dá)式為：

幅度調(diào)制

相位調(diào)制載波的相位對其參考相位的偏離值隨調(diào)制信號的瞬時(shí)值成比例變化的調(diào)制方式，稱為相位調(diào)制，或稱調(diào)相。調(diào)相和調(diào)頻有密切的關(guān)系。調(diào)相時(shí)，同時(shí)有調(diào)頻伴隨發(fā)生；調(diào)頻時(shí)，也同時(shí)有調(diào)相伴隨發(fā)生，不過兩者的變化規(guī)律不同。實(shí)際使用時(shí)很少采用調(diào)相制，它主要是用來作為得到調(diào)頻的一種方法。

本節(jié)主要討論相位調(diào)制技術(shù)，設(shè)發(fā)送信號表示成：

這里M是可能的相位個(gè)數(shù)，M=2N，N是每次被輸入到調(diào)制器的比特?cái)?shù)。當(dāng)M等于2，這時(shí)PSK通常被稱為二進(jìn)制相移鍵控（BPSK），當(dāng)M等于4，這時(shí)PSK通常被稱為四進(jìn)制相移鍵控（QPSK）。如果輸入的比特流先經(jīng)過差分編碼然后輸入到調(diào)制器，這時(shí)PSK通常被稱為差分相移鍵控（DPSK）。

相位調(diào)制

為避免出現(xiàn)180度的相移，可以采用OQPSK（OffsetQPSK）調(diào)制方式。該調(diào)制方式首先串并變換，將輸入比特流分成I、Q兩路比特流，原先周期為Ts的一個(gè)比特流變成周期為2Ts的兩個(gè)比特流，然后將Q路比特流偏移一個(gè)周期Ts，按QPSK方式調(diào)制。這樣由于在每個(gè)周期Ts只有某一路比特發(fā)生變化，而不會(huì)出現(xiàn)I、Q兩路比特同時(shí)變化，所以就可以避免出現(xiàn)180度的相移。當(dāng)I、Q兩路比特同時(shí)變化，QPSK調(diào)制會(huì)出現(xiàn)180度的相移。該調(diào)制方式發(fā)送信號可以表示成：

相位調(diào)制

頻率調(diào)制頻率調(diào)制是使高頻信號的頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化，而振幅保持不變的調(diào)制方式。MATLAB可以仿真數(shù)字頻率調(diào)制信號的波形。

本節(jié)主要討論頻率調(diào)制技術(shù)，從最簡單的二進(jìn)制頻率調(diào)制開始。設(shè)發(fā)送信號表示成：這里?f是相對于f的固定頻率偏移。m是輸入比特流，通常由0、1組成。

頻率調(diào)制如果每次輸入多個(gè)比特到調(diào)制器，那么稱為M進(jìn)制頻率調(diào)制，簡稱MFSK。這里M=2N，N≥1，N是每次輸入到調(diào)制器的比特?cái)?shù)。

設(shè)發(fā)送信號為

頻率調(diào)制

CPFSK調(diào)制

以上兩種頻移鍵控調(diào)制方式，由于相位的非連續(xù)性導(dǎo)致譜擴(kuò)展，有較大的頻譜旁瓣產(chǎn)生。為避免產(chǎn)生較大的頻譜旁瓣，可以用調(diào)制信號調(diào)制單一頻率載波，并且相位連續(xù)變化，稱這種頻移鍵控為連續(xù)相位頻移鍵控CPFSK。其輸出信號表達(dá)式為：

頻率調(diào)制MSK調(diào)制MSK是CPFSK的特例，這時(shí)調(diào)制指數(shù)h等于1/2，即h=2*fd*T=1/2。將該關(guān)系式代入到，可得調(diào)制信號為：

頻率調(diào)制

數(shù)字信號的解調(diào)本節(jié)主要討論在高斯白噪聲信道下的解調(diào)技術(shù)，在討論解調(diào)時(shí)都假定已經(jīng)實(shí)現(xiàn)同步，在高斯白噪聲信道下，接收機(jī)接收信號后需要經(jīng)過解調(diào)并進(jìn)行判決來估計(jì)出發(fā)送端發(fā)送的信號，所以接收機(jī)包含解調(diào)器、檢測器，解調(diào)器用來從接收信號中提取有效信息送到檢測器，檢測器對解調(diào)器的輸出信息進(jìn)行