AM调制解调

关键词： 解调 天线 信号 传输

AM调制解调（精选六篇）

AM调制解调 篇1

信息化飞速发展的今天, 无线电传输信号已经广泛的应用。其原理是通过天线, 将有用信号转换成便于传输的电信号。由于受天线尺寸的影响, 又考虑信息传输的有效性, 需要在天线的发送端和接收端之间, 选用高频振荡信号为载体, 对信号进行调制解调, 这样可以实现信号的传输。AM调制解调电路简单, 便于接收, 而且占用频带窄, 广泛应用于中波无线电广播中, 为我们的生活带来了便利。但AM调制解调系统在部分电路设计和参数的选择方面等方面, 还可以继续研究完善。

1 调幅基本原理

普通调幅波也叫标准调幅波, 用AM表示, 调制信号以单频信号作例, 设单频信号为m (t) , 载波信号为正弦信号, 要求载波信号远大于调制信号频率, 由振幅调制的定义, 已调信号的振幅随调制信号线性变化。要使已调波不失真, 调制度m应小于或等于1。当m大于1时为过调 (应当避免) 。

2 AM调制与解调电路

要实现AM调制, 核心是实现调制信号与载波相乘;AM号解调是把调制在高频调幅信号中的原调制信号取出来的过程, 又称检波[2]。包络检波又分为峰值包络检波和平均包络检波[3]。这里主要研究峰值包络检波。

2.1 振幅调制电路

按实现调幅电平的高低可分为高电平调幅电路和低电平调幅电路。高电平调幅是直接产生满足发射机输出功率要求的已调波, 它的优点是整机效率高, 设计时必须兼顾输出功率、效率和调制线性的要求, 通常高电平调幅只能产生普通调幅波, 低电平调幅电路是先在低功率电平级进行振幅调制, 然后再经过高频功率放大放大到所需要的发射功率, DSB, SSB均采用这种方式[4]。设计调制器主要要求是调制效率高, 调制线性范围大, 失真小等, 但对低电平调制而言, 由于低电平调幅电路的功率较小, 对调幅电路来说, 输出功率和效率不是主要指标, 重点是调制线性的提高。

2.2 二极管峰值包络检波器

RC回路有两个作用:一是产生高频电压, 并做作检波器的负载, ;二是作为高频电流的旁路作用。

原理说明:检波过程, 输入信号是等幅高频电压 (载波状态) , 加电压前C上的电荷为零, 当输入电压从零开始增大时, C的高频阻抗很小, 电压几乎都加在二极管VD上, 当二极管导通C被充电, 因二极管电阻小, 充电电流很大。而充电常数很小, 电容电压建立很快, 这个电压反加在二极管上, 二极管上的电压是信号源电压和电容电压之差。当输入电压达到一定值时, 二极管开始截止;当信号源继续下降, 二极管存在一段截止时间, 在这段时间里, 电容C把存储的电荷通过R放电。因放电常数RC较大, 所以放电较慢;当UC下降不多时, 信号源的下一个正周期到来, 当输入电压远大于UC时, 二极管再次导通, 电容C又开始充电, UC开始增大, 然后继续上述放电、充电的过称[5]。

3 电路设计与仿真

注意在设计包络检波器时, 应主要考虑要有较高的检波效率和尽可能避免各种失真并减少对前级中频放大器的影响。

3.1 二极管的选择

要选择导通电阻和结电容比较小的二极管, 可以提高效率。选择点接触型二极管BA220, 此类电容的优点是结电容较小, 频率性好, 适用于高频信号检波。

3.2 电阻选择

为了不损失效率, R1/R2一般选择在0.1~0.2, 而R1+R2几千欧, 它不能太大, 否则容易产生底部切割失真和惰性失真。

3.3 电容的选择

C太大容易产生惰性失真, 太小又会使纹波加大, 效率降低。应使RC远大于TC, Cg一般选的很大, 可以起到隔直的作用, 此处为10微法。

3.4 参数选择

现设计一音频信号 (400Hz~4k Hz) 解调检波器, 设等效输入电阻大于5千欧。

电路分析利用multisim绘制出设计的AM调制解调电路。电路由双差分对调制电路和包络检波两个子电路电路构成。查阅相关资料获得电路参数, 用multism仿真实现调制解调过程。

参数设置载波频率是465k Hz, 调制信号频率5k Hz。示波器XSC1通道A输出是调制后的信号, 通道B是调制信号, 仿真后包络波形与调制信号波形一致, 调制不失真。利用multisim仿真的AM调制解调在误差允许范围内实现了仿真, 电路设计成功。

4总结

AM调制解调虽然简单, 但也就因电路简单, 便于实现广泛应用于生活中, 而且实现调制电路的基本构成模拟乘法器是组成一些重要电路的基本电路, 所以研究AM调制解调对指导实践也有深远的影响。

摘要：AM调制解调电路简单, 便于接收, 而且占用频带窄, 广泛应用于中波无线电广播中。本文阐述AM调制解调的基本原理和实现方法, 重点分析了双差分对电路调制和二极管峰值包络检波器以及其电路实现参数选择。利用Multisim仿真软件实现了AM波调制与解调, 设计电路参数和基本数据对实际电路设计有指导意义。

关键词：AM,Multisim,包络检波,模拟乘法器

参考文献

[1]倪新蕾, 池水莲.用数字示波器观测拍与调幅波[J].大学物理, 2010 (02) .

[2]毛世伟.论窄带调频信号与调幅信号的差异[J].宿州学院学报, 2012 (02) .

[3]郭帅.远距离RFID读卡器设计[D].大连理工大学, 2006.

[4]唐金元, 史风隆, 王翠珍.基于Multisim 10.0的高电平调幅电路仿真研究[J].国外电子测量技术, 2013 (06) .

FSK调制解调实验报告 篇2

一、实验目的：

1.掌握FSK(ASK)调制器的工作原理及性能测试;

2.掌握FSK(ASK)锁相解调器工作原理及性能测试;

3. 学习FSK(ASK)调制、解调硬件实现，掌握电路调整测试方法。

二、实验仪器：

1.信道编码与 ASK.FSK.PSK.QPSK 调制模块，位号： A,B 位

2. FSK 解调模块，位号： C 位

3.时钟与基带数据发生模块，位号： G 位

4. 100M 双踪示波器

三、实验内容：

观测m序列(1，0， 0/1码)基带数据FSK (ASK)调制信号波和解调后基带数据信号波形。

观测基带数字和FSK(ASK)调制信号的频谱。

改变信噪比(S/N)，观察解调信号波形。

四、实验原理：

数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实 现，抗噪声和抗群时延性能较强，因此在无线中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛 的应用。

(一) FSK 调制电路工作原理

FSK 的调制模块采用了可编程逻辑器件+D/A 转换器件的软件无线电结构模式，由于调 制算法采用了可编程的逻辑器件完成，因此该模块不仅可以完成 ASK， FSK 调制，还可以完成 PSK， DPSK， QPSK， OQPSK 等调制方式。不仅如此，由于该模块具备可编程的特性，学生还可以基于该模块进行二次开发，掌握调制解调的算法过程。在学习ASK， FSK 调制的同时，也希望学生能意识到，技术发展的`今天，早期的纯模拟电路调制技术正在被新兴的技术所替代，因此学习应该是一个不断进取的过程。 下图为调制电路原理框图

上图为应用可编程逻辑器件实现调制的电路原理图(可实现多种方式调制)。基带数据时钟和数据，通过 JCLK 和 JD 两个铆孔输入到可编程逻辑器件中，由可编程逻辑器件根据设置的工作模式，完成 ASK 或 FSK 的调制，因为可编程逻辑器件为纯数字运算器件，因此调制后输出需要经过 D/A 器件，完成数字到模拟的转换，然后经过模拟电路对信号进行调整输出，加入射随器，便完成了整个调制系统。

ASK/FSK 系统中，默认输入信号应该为 2K 的时钟信号，在时钟与基带数据发生模块有2K的M序列输出，可供该实验使用，可以通过连线将时钟和数据送到 JCLK 和 JD 输入端。标有 ASK.FSK 的输出铆孔为调制信号的输出测量点，可以通过按动模块上的 SW01 按钮，切换输出信号为 ASK 或 FSK，同时 LED 指示灯会指示当前工作状态。

(二) FSK 解调电路工作原理

FSK 解调采用锁相解调，锁相解调的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使它锁定在 FSK 的一个载频上，此时对应的环路滤波器输出电压为零，而对另一载频失锁，则对应的环路滤波器输出电压不为零，那末在锁相环路滤波器输出端就可以获得原基带信号的信息。下图为FSK 锁相环解调器原理示意图和电路图。

FSK 锁相解调器采用集成锁相环芯片 MC4046。其中，压控振荡器的频率是由 17C02.17R09.17W01 等元件参数确定，中心频率设计在 32KHz 左右，并可通过 17W01 电位

器进行微调。当输入信号为 32KHz时，调节 17W01 电位器，使环路锁定，经形成电路后，输出高电平;当输入信号为 16KHz时，环路失锁，经形成电路后，输出低电平，则在解调器输出端就得到解调的基带信号序列。

五、各测量点和可调元件的作用

1、数字调制电路模块接口定义：

信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制模块(A、B位) JCLK：2K时钟输入端; JD：2K基带数据输出端;

ASK、FSK：FSK或ASK调制信号输出端;

SW01：调制模式切换按钮;

L01L02：指示调制状态。

2、FSK (ASK)解调模块接口定义：

17P01：FSK解调信号输入铆孔;

17P02：FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同16P01。

17TP02：FSK解调电路中压控振荡器输出时钟的中心频率，正常工作时应为32KHz左右，频偏不应大于2KHz，若有偏差，可调节电位器17W01;

17W01：解调模块压控振荡器的中心频率调整电位器;

数字调制电路模块：

FSK(ASK)调制模块

CD4046原理框图：

六、实验步骤：

1、插入有关实验模块

在关闭系统电源的情况下，按照下表放置实验模块：

对应位号可见底板右上角的“实验模块位置分布表”，注意模块插头与底板插座的防呆 口一致。

2、信号线连接

使用专用导线按照下表进行信号线连接：

3、加电

打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。

4、实验设置

设置拨码器 4SW02( G) 为“ 00000”，则 4P01 产生 2K 的 15 位 m 序列输出，4P02 产生 2K 的码元时钟。

按动SW01(AB)按钮，使L02指示灯亮，“ASK、FSK”铆孔输出为FSK 调制信号。

5、FSK 调制信号波形观察

用示波器通道 1 观测“ 4P01”( G)，通道 2 观测“ ASK、FSK”(A&B)，调节示波器 使两波形同步，观察基带信号和 FSK 调制信号波形，分析对应“ 0”和“ 1”载波频率，记录实验数据。

6、FSK 解调观测

无噪声 FSK 解调

(1)调节 3W01(E)，使 3TP01 信号幅度为 0，即传输的 FSK 调制信号不加入噪声。

(2)用示波器分别观测JD(AB)和 17P02(C)，对比调制前基带数据和解调后基带 数据。两路数据是否有延时，分析其原理。

(3)调节解调模块上的17W01(C)电位器，使压控振荡器锁定在32KHz，同时注意对比JD(AB)和17P03(C)的信号是否相同。

加入噪声 FSK 解调

(1)在保持上述连线(无噪声时)不变的情况下，逐渐调节 3W01(E)，使噪声电平逐渐增大，即改变信噪比(S/N)，观察解调信号波形是否还能保持正确。

(2)用示波器观察 3P01(E)和 3P02(E)，分析加噪前和加噪后信号有什么差别。

7、ASK 调制解调观测

ASK 调制解调操作和 FSK 操作类似，不同点在于需调整 SW01(AB)，使 L01 指示灯亮，则“ASK FSK” 输出为 ASK 调制。其他操作和测量参考 FSK 调制解调完成。

8、关机拆线

几种AM信号数字化解调算法比较 篇3

关键词：幅度调制,数字解调,解调算法,Matlab

0 引 言

在目前的通信中,因数字信号与模拟信号相比有易于存储,可靠性高等优点,而得到了越来越广泛的应用,数字体制开始逐步取代模拟体制。许多以往的模拟信号处理部分现在正逐步被数字化变换取代,从而能够进行数字信号处理。

幅度调制(AM)方式是常见的信号调制方式之一。其原理是用调制信号去控制有用信号的幅度,使之随调制信号作变化。它的模拟解调方法有两种:相干解调和包络解调(非相干解调)。相干解调也叫同步检波,是通过接收端提供与接收的已调AM信号载波严格同步的相干载波,使其与接收的已调信号相乘后,取出低频分量得到基带信号。包络检波是通过整流器和低通滤波器直接从已调波的幅度中提取原调制信号[1]。

AM信号的数字化解调不能使用模拟器件,因而只能采用数字器件实现解调。目前采用的主要是数字化正交解调器,本文阐述了其原理及局限性,并探讨了另外两种数字解调的方法,对这3种方法进行了比较。

1 传统正交解调法

AM信号数字化解调中广泛采用的是数字正交解调法解调,解调框图如图1所示[2,3]。

收到的已调信号采样值为:

$S(n)=A(n)\cos (2\text{π}f{}_{\text{c}}n+\phi ),-\infty \le n\le +\infty$

式中:A(n)为包含有用信息的调制信号;fc为载波频率;φ是初相。采样后信号与正交的两路本振信号直接相乘,然后经滤波器输出。该滤波器带宽取决于基带信号带宽,从而得到I/Q两路正交信号:

$\begin{array}{l}{\rm I}(n)=\frac{1}{2}A(n)\cos \phi \\ Q(n)=-\frac{1}{2}A(n)\sin \phi \end{array}$

利用解调算法即可得到所需信号:

$A(n)=2\sqrt{{\rm I}{}^2(n)+Q{}^2(n)}$

采用正交解调获得I/Q两路正交信号时,可以较容易地获得信号的三个特征:瞬时幅度、瞬时相位和瞬时频率,它们都是信号识别解调的基础。理想情况下,数字正交解调精度高,误差小。但其存在很大的局限性,在解调过程中需要本地恢复载波,往往需要用到数控振荡器或锁相环等器件,电路很复杂,因其恢复本地载波效果直接关系到最后的输出效果及误差,所以对器件要求较高,非常耗费资源。

2 AM信号数字化包络解调

传统方法在提取所需本地载波时需要的器件和电路非常复杂,在数字器件处理中可能会引入系统误差,甚至使信号失真。因数字信号处理比较灵活,可以利用一种算法实现AM信号的数字化包络解调[4],而将大大简化电路。

在AM信号调制中,有用信号包络是由各个幅值点支撑起来的,因此该算法通过采样得到幅值点来获得信号包络,实现起来较简单。假设载波频率为fc,信号采样率为fs,则在一个载波周期内应该有$\frac{f{}_{\text{s}}}{f{}_{\text{c}}-nf{}_{\text{s}}}$个采样点,n取使$\left|f{}_{\text{c}}-nf{}_{\text{s}}\right|$最小的正整数。在所有这些采样点中存在一个有用信息的幅值点,将存在于所有载波周期内的这些幅值点取出,就可得到幅度信号包络。通过对每个载波周期内的采样值统计,在周期末输出这个周期内的最大值,可以很方便地对各幅值点之间不等间隔采样的零值作处理,且可降低$\frac{f{}_{\text{s}}}{f{}_{\text{c}}-nf{}_{\text{s}}}$倍采样速率。最后对输出的各个幅值点进行曲线拟合[5],即可得到调制信号的表达式。

载波周期末输出幅值和实际幅值会产生时间上的偏差$\frac{f{}_{\text{s}}}{f{}_{\text{c}}-nf{}_{\text{s}}}\cdot \frac{1}{f{}_{\text{s}}}=\frac{1}{f{}_{\text{c}}-nf{}_{\text{s}}}$,引入的相位误差为$\frac{\omega {}_{\text{s}}}{f{}_{\text{c}}-nf{}_{\text{s}}}$,一般载波频率和采样率都比较大,调制信号频率远小于采样率,则此相位误差很微小,通过曲线拟合更是可以忽略不计。如果一个载波周期内采样点数为整数时,幅值点的出现具有周期性,则每个周期的幅值点出现对应的样点数相同,可对幅值点计数获得固定相差,对调制信号修正。当一个载波周期内采样点数为非整数时,载波周期样点数应选择靠近实际值的整数中较小的数,以避免单周期内出现两个幅值而造成包络失真。 这种解调方法原理简单,实现起来较容易,且设备资源消耗少,但由于是基于包络的检波,它对于噪声的抑制作用较弱。AM信号数字化包络解调框图如图2所示。

3 基于滑动DFT的AM信号数字化解调算法

以上两种方法都是对调制信号本身进行处理的,在频域角度,常用FFT算法对信号进行解调,但这种方法计算量较大,且耗时。这里介绍采用滑动DFT算法对AM信号进行数字化解调[6]。该方法相比于传统的FFT算法计算量大大降低,具有较高效率。

经A/D采样后的离散信号表示为:

$x(n)=A\text{c}\text{o}\text{s}(\omega {}_{\text{c}}/f{}_{\text{s}}n+\phi ),-\infty \le n\le +\infty$

式中:fs为A/D采样频率;A,ωc和φ分别对应信号幅度、载波角频率和初相。

窗口截取信号表示为:

$v(n)=\frac{A}{2}[\text{e}{}^{\text{j}(2\text{π}\frac{f{}_{\text{c}}}{f{}_{\text{s}}}+\phi )}+\text{e}{}^{-\text{j}(2\text{π}\frac{f{}_{\text{c}}}{f{}_{\text{s}}}+\phi )}]w(n)(1)$

对其做傅里叶变换得:

$V(\text{e}{}^{\text{j}\omega })=\frac{A}{2}\text{e}{}^{\text{j}\phi }\{W[\text{e}{}^{\text{j}(\omega -2\text{π}\frac{f{}_{\text{c}}}{f{}_{\text{s}}}}]+W[\text{e}{}^{-\text{j}(\omega -2\text{π}\frac{f{}_{\text{c}}}{f{}_{\text{s}}})}]\}(2)$

式中:w(n)是长度为L的矩形窗,傅里叶变换为$W[XC<xxyx.tif>,J{\rm Z}]\text{e}{}^{\text{j}\omega }[XC<xxzx.tif>,J{\rm Z}]$。

取其正频部分:

$V{}_{\text{o}}(\text{e}{}^{\text{j}\omega })=\frac{A}{2}\text{e}{}^{\text{j}\phi }W\left[\text{e}{}^{\text{j}(\omega -2\text{π}\frac{f{}_{\text{c}}}{f{}_{\text{s}}})}\right](3)$

令$\omega =\frac{2\text{π}f{}_{\text{c}}}{f{}_{\text{s}}}$,因而:

$V{}_{\text{o}}(\text{e}{}^{\text{j}\omega {}_{\text{c}}/f{}_{\text{s}}})=\frac{A}{2}\text{e}{}^{\text{j}\phi },A=2|V{}_{\text{o}}(\text{e}{}^{\text{j}\omega {}_{\text{c}}/f{}_{\text{s}}})|$

故在解调过程中,仅对载波频率处所对应的DFT幅度感兴趣,取其幅度值去掉直流分量即可恢复原始调制信号[7]。具体运算推导过程如下:

对窗口内的信号在K0=Nfc/fs频点作DFT变换:

$X(k)={\displaystyle \sum _{n=0}^{{\rm N}-1}x}(n)\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}kn/{\rm N}}$

设滑动窗口长度为L,DFT运算点数为N,用X1(K0)表示从第一个采样数据开始的L个采样数据进行DFT运算,得到的在频点K0处的傅里叶值[7,8],则有:

$\begin{array}{l}X{}_1({\rm K}{}_0)=x(1)+x(2)\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}{\rm K}{}_0/{\rm N}}+\cdots +\\ x(L)\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}(L-1){\rm K}{}_0/{\rm N}}+x(L+1)\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}L{\rm K}{}_0/{\rm N}}+\cdots +\\ x({\rm N})\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}({\rm N}-1){\rm K}{}_0/{\rm N}}(4)\end{array}$

式中:x(L+1)=x(L+2)=…=x(N)=0。

窗户向后滑动一个采样点,得到第2个采样点在频点K0处对应的傅里叶值:

$\begin{array}{l}X{}_2({\rm K}{}_0)=x(2)+x(3)\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}{\rm K}{}_0/{\rm N}}+\cdots +\\ x(L+1)\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}(L){\rm K}{}_0/{\rm N}}+x(L+2)\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}(L+1){\rm K}{}_0/{\rm N}}+\cdots +\\ x({\rm N}+1)\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}({\rm N}-1){\rm K}{}_0/{\rm N}}(5)\end{array}$

式中:x(L+2)=x(L+3)=…=x(N+1)=0。

通过式(4)和式(5)比较可以看出,窗口内的指数项完全一样,只是数据组不同。因此,X2(K0)可以由X1(K0)表示:

$\begin{array}{l}X{}_2({\rm K}{}_0)=[X{}_1({\rm K}{}_0)-x(1)]\text{e}{}^{\text{j}2\text{π}{\rm K}{}_0/{\rm N}}+\\ x({\rm N}+1)\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}({\rm N}-1){\rm K}{}_0/{\rm N}}\end{array}$

同理,Xn(K0)可由Xn-1(K0)表示:

$\begin{array}{l}X{}_n({\rm K}{}_0)=[X{}_{n-1}({\rm K}{}_0)-x(n-1)]\text{e}{}^{\text{j}2\text{π}{\rm K}{}_0/{\rm N}}+\\ x({\rm N}+n-1)\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}({\rm N}-1){\rm K}{}_0/{\rm N}}\end{array}$

这样即可得到全部采样数据点在频点K0处对应的傅里叶值。随后只需计算$\left|X{}_n({\rm K}{}_0)\right|$,去除直流分量即可恢复调制信号。

传统的FFT算法对窗口内的所有时刻都要独立运算L次,而每个时刻都要Nlog2N次复乘运算[8],总计算量为LNlog2N。利用滑动DFT算法,在已知前个时刻频谱Xn-1(K0)的情况下,计算Xn(K0)只需2次复乘运算,对窗口内的所有时刻总计算量为log2N+2(L-1)。通过图3的比较可以明显看出,当N较大时,滑动DFT的计算量远小于FFT。

4 解调方法的比较

首先利用三种方法对一段信号(f=0.2 MHz)进行解调,载波频率fc=5 MHz,采样频率fs=50 MHz,加入窄带加性高斯白噪声,信噪比为SNR=35,取N=L=10。图4为已调信号。仿真结果如图5～图7所示,分别对应以上三种方法。

从仿真图中可以看出,数字正交解调输出图形存在数字器件的截断效应,在不考虑系统误差的情况下,其解调精确度较高,误差较小,但耗用资源。另外,当本地恢复载波和信号载波不一致时,信号易失真;包络解调降低了10倍原始信号采样率,平滑了解调输出信号,误差较小,效率高;滑动DFT解调输出波形较理想,其优势主要体现在计算量上。几种算法的具体比较见表1。

5 结 语

随着数字器件得到越来越多的应用,AM信号的数字化处理应用也将更加广泛。本文阐述了传统AM信号数字化正交解调方法,并详细介绍了另外两种方法以及它们的优缺点,在此基础上从不同角度对其优缺点进行了比较,得出各自的应用场合。通过比较结论可知,在实际应用过程中,可以根据不同情况选用不同的解调方法,从而可以更加方便高效地实现AM信号的数字化解调,且具有很好的应用前景。

参考文献

[1]樊昌信,曹丽娜.通信原理[M].6版.北京:国防工业出版社,2006.

[2]陈祝明.软件无线电基础[M].北京:高等教育出版社,2007.

[3]杨小牛,楼才义,徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2001.

[4]付涛,李治安,李晓明.AM信号数字化解调方法研究[J].通信技术,2009,42(1):41-43.

[5]梁志国.调幅信号的一种数字化精确解调算法[J].华北工学院学报,2003,24(1):24-30.

[6]管良琴.基于滑动DFT的AM信号数字化解调算法研究[D].成都:电子科技大学,2009.

[7]吴志敏,肖大光.一种基于DFT的AM信号数字化解调算法[J].计算机仿真,2006,23(1):92-93.

[8]程佩青.数字信号处理教程[M].3版.北京:清华大学出版社,2006.

[9]黄寒华.实时谱分析的优化算法:滑动DFT[J].金陵科技学院学报,2006,22(2):36-39.

AM调制解调 篇4

基于MATLAB-Simulink的2PSK仿真

摘要 :Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

本文主要是以simulink为基础平台，对2PSK信号的仿真。首先有关通信的绪论，然后文章第一章是课程设计的要求。第二章是对2PSK信号调制及解调原理的详细说明；第三章是本文的主体也是这个课题所要表现的主要内容2PSK信号的仿真部分，调制和解调都是simulink建模的的方法及参数设置。

本文的主要目的是对simulink的熟悉和对数字通信理论的更加深化和理解。关键词：2PSK；调制与解调；simulink；

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成都学院（成都大学）课程设计报告

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第一章 绪论.........................................................................................................................................................1 1.1通信技术背景........................................................................................................................................1 1.2 课程设计的目的...................................................................................................................................1 1.3 课程设计的基本任务和要求...............................................................................................................1 1.4 MATLAB/Simulink的简介..................................................................................................................2 第二章 2psk信号的调制与解调原理................................................................................................................3 2.1数字调制的基本原理............................................................................................................................3 2.2二进制相移键控....................................................................................................................................3 第三章 实验仿真与结果分析...........................................................................................................................7 3.1调制部分................................................................................................................................................7 3.1.1 Simulink中2PSK调制的模块框图........................................................................................7 3.1.2 各模块参数的设置...................................................................................................................7 3.1.3 调制系统中各模块的波形.......................................................................................................8 3.1.4结果分析....................................................................................................................................8 3.2解调部分................................................................................................................................................9 3.2.1解调模块框图............................................................................................................................9 3.2.2 各模块参数设置.......................................................................................................................9 3.2.3 各模块的波形.............................................................................10 3.2.4结果分析...................................................................................................................................11 3.3加入高斯白噪声的调制与解调...........................................................................................................11 3.3.1系统框图3-3-1........................................................................................................................11 3.3.2 各模块参数的设置..................................................................................................................11 3.3.3 示波器得到的波形.................................................................................................................13 3.3.4结果分析..................................................................................................................................14 第四章 结束语.................................................................................................................................................15 参考文献.............................................................................................................................................................16

II

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第一章 绪论

1.1通信技术背景

通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(Message)。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号（Signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。

现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。从最早的模拟调幅调频技术的日臻完善，到现在数字调制技术的广泛运用，使得信息的传输更为有效和可靠。

数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。

随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。

1.2 课程设计的目的

通信原理是电子信息工程通信方向的一门骨干的专业课，是通信方向后续专业课的基础。掌握通信原理课程的知识可使学生打下一个坚实的专业基础，可提高处理通信系统问题能力和素质。由于通信原理理论深、实践性强，做好课程设计，对学生掌握本专业的知识、提高其基本能力是非常重要的。

通信课程设计的目的是为了学生加深对所学的通信原理知识理解，培养学生专业素质，提高利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后的专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。使学生能比较扎实地掌握本专业的基础知识和基本理论，掌握数字通信系统及有关设备的分析、开发等基本技能，受到必要工程训练和初步的科学研究方法和实践训练，增强分析和解决问题的能力，了解本通信专业的新发展。

1.3 课程设计的基本任务和要求

本次课程设计的基本任务：

使学生通过专业课程设计掌握通信中常用的信号处理方法，能够分析简单通信系统的性能。使学生掌握

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通信电路的设计方法，能够进行设计简单的通信电路系统。了解通信工程专业的发展现状及发展方向。与运用学过的MATLAB基本知识，熟悉MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台的使用。

课程设计中必须遵循下列要求：

利用通信原理中学习的理论知识，在Simulik仿真平台中设计出各种调制系统，并按题目要求运行、检测系统仿真结果。构建调制电路，并用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。再以调制信号为输入，构建解调电路，用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。在调制与解调电路间加上噪声源，模拟信号在不同信道中的传输：用高斯白噪声模拟有线信道，并且分析高斯噪声对信号的影响。要求编写课程设计论文，正确阐述和分析设计和实验结果。

1.4 MATLAB/Simulink的简介

Simulink提供了一套预定义模块，加以组合即可创建详细的系统框图。Simulink 库浏览器包含系统建模常用的模块库。其中包括：连续和离散动态模块，如积分和单位延迟；算法模块，如 Sum（加法）、Product（乘法）和 Lookup Table（查找表）等；结构模块，如 Mux、Switch 和 Bus Selector 等，无论是使用这些模块，还是将手写 MATLAB、C、Fortran 或 Ada 代码融合到模型时，均可构建自定义函数。借助于 Simulink 附加产品，可以加入航空、通信、PID 控制、控制逻辑、信号处理、视频和图像处理以及其他应用的专业化组件。有了附加产品，还可以利用机械、电气和液压组件来构建物理系统模型。Simulink 编辑器可用于全面控制模型中的内容和操作。

Simulik是MATLAB软件的扩展，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。所谓模型化图形输入是指Simulik提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。

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第二章 2psk信号的调制与解调原理

2.1数字调制的基本原理

在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。

图 2-1 数字调制系统的基本结构

数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调制方式是：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK 或DPSK)。

2.2二进制相移键控

在二进制数字调制中,当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时,则产生二进制移相键控(2PSK)信号.通常用已调信号载波的 0°和 180°分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0.二进制移相键控信号的时域表达式为e2PSK(t)= g(t-nTs)]cosωct（公式2-2-1）其中, an与2ASK和2FSK时的不同,在2PSK调制中,an应选择双极性,即

（公式2-2-2）

（公式2-2-3）

若g(t)是脉宽为Ts, 高度为1的矩形脉冲时,则有e2PSK(t)=cosωct, 发送概率为P-cosωct, 发送概率为1-P由式(2-2-3)可看出,当发送二进制符号1时,已调信号e2PSK(t)取0°相位,发送二进

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制符号0时,e2PSK(t)取180°相位.若用φn表示第n个符号的绝对相位,则有φn= 0°, 发送 1 符号180°, 发送 0 符号。这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式,称为二进制绝对移相方式.二进制相移键控信号的典型时间波形如图2-2所示。

图 2 – 2 二进制移相键控信号的时间波形

二进制移相键控信号的调制原理图如图 25所示.当恢复的相干载波产生180°倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调器输出数字基带信号全部出错.（a）

（b）

图 2-3 2PSK信号的调制原理图

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图 2-4 2PSK信号的解调原理图

图 2-

52PSK信号相干解调各点时间波形

这种现象通常称为“倒π”现象.由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180°的相位模糊,所以2PSK信号的相干解调存在随机的“倒π”现象,从而使得2PSK方式在实际中很少采用.成都学院（成都大学）课程设计报告

图2-6过零检测法原理图和各点波形

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第三章 实验仿真与结果分析

3.1调制部分

3.1.1 Simulink中2PSK调制的模块框图

图3-1-1

利用巴克码（取值为+1或-1）和基本的正弦信号相乘得到2psk的调制波

3.1.2 各模块参数的设置

图3-1-2 正弦载波的参数设置

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图3-1-3 码长为2，取样时间为0.00001s的巴克码设置

3.1.3 调制系统中各模块的波形

图3-1-4 巴克码波形

图3-1-5 幅度为2频率为1M的正弦波

图3-1-6 通过相乘器调制后的波形

3.1.4结果分析

利用巴克码与正弦载波相乘得到了调制的波形如图3-1-6所示。巴克码的取值为1时，调制波为初

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相为0开始的正弦波。巴克码值为-1时，调制波为倒向的正弦波。这样，通过巴克码与正弦波得到了调制波。

3.2解调部分

3.2.1解调模块框图

图3-2-1 2psk的解调模块

3.2.2 各模块参数设置

图3-2-2

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图3-2-3 3.2.3 各模块的波形

图3-2-4 原巴克码波形

图3-2-5 调制后的波形

图3-2-6 调制波与原始载波相乘后

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图3-2-7 通过低通滤波器后的波形

图3-2-8 解调恢复出的波形

3.2.4结果分析

利用3.1得到的调制波作为输入，与基本原始载波相乘得到如图3-2-6的波形。此波形通过低通滤波器后得到低通信号图3-2-7，取样判决器先取样再进行门限判决，得到恢复的信号图3-2-8即为解调信号。

3.3加入高斯白噪声的调制与解调

3.3.1系统框图3-3-1

图3-3-1

3.3.2 各模块参数的设置

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图3-3-2 高斯白噪声参数

图3-3-3 带通滤波器参数设置

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图3-3-4 误码率计算器设置

3.3.3 示波器得到的波形

（a）

（b）

（c）

（d）

（e）

（f）

图3-3-5 scope成都学院（成都大学）课程设计报告

（a）

（b）

（c）

图3-3-6 scope 其余模块的参数设置与前面相同模块一样。3.3.4结果分析

加入高斯白噪声的调制波的解调需要在与载波相乘前先用带通滤波器滤去部分噪声。通过带通滤波器后的波形如图3-3-5中的（c）图所示，可以看出相对于没有加噪声的调制波来说，此图还是有一定的误码。又因为通过了两个滤波器，判决出的波形显然与原巴克码的波形有一些时延，但是最终没有误码，所以误码率显示为0。

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第四章 结束语

半个多月的课程设计，在此就要写下结束语。回首这段时间的准备，感觉自己学到与收获的不仅仅是课程设计的完成更是通信原理知识的加深与理解。

首先自己对2PSK的调制与解调的原理更加理解了。2PSK的调制可以使用相位选择器也可以用乘法器。如果使用相位选择器需要使用两个频率相同幅值大小相同互为相反数的载波信号，巴克码输出+1或-1，选择器来选择不同载波再拼在一起就能得到调制波形。如果使用乘法器，直接把巴克码与载波相乘就好。虽然两种方法得到的调制波形没有什么区别，但是原理却大相径庭。第一种方法得到的波形是拼在一起的，而第二种才是平顺又载波而来的。在老师检查前我并没有意识到这个问题，进过一番讨论我才意识到这个问题。

2PSK的解调原理也并不困难。加入噪声后，需要把调制后的波先通过带通滤波器滤去大部分噪声。再与原来的载波相乘，得到幅值的一部分完全在横坐标上或下的正弦波。然后通过一个低通滤波器得到原巴克码的大致波形，最后通过一个判决器得到完整平滑的波形即为解调波。但是问题来了，两个滤波器的参数应该怎么设置呢？

由于老师要求载波频率1Mhz、码元速率100Khz，所以采样时间最好是载波频率的100倍，但是我们开始没有意识到这个问题，把滤波器上的采样时间设置在和载波速率一样，所以滤波器始终不能滤掉噪声。然后把带通滤波器的通频带设置在载波频率的左右，但是上下频差最好不要超过0.3Mhz这样就能滤出噪声。通过低通滤波器的波是调制波与原载波相乘后的波形，所以它的自然也减半。低通滤波器的通带0.5M，所以采样频率也低于50M。

在上述框架上加上误码率计算模块与频谱分析模块就能得到完整的调制解调与分析的系统框图。此次课程设计的原理是我们在书本上学到的，MATLAB中simulink仿真过程却是这一次动手得来的。以前自己只是用simulink做过自控原理的简单反馈仿真，多数的功能都不清楚。在课程设计的过程中我遇到了许多问题，有同学、老师的帮助我才得以顺利完成。

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参考文献

[1] 黄葆华 杨晓静 吕晶 编著，《通信原理》，西安电子科技大学出版社，2012 [2] 吴冰冰 编著，《通信原理》，北京大学出版社，2013 [3] 孙屹 吴磊编著, 《Simulink通信仿真开发手册》,国防工业出版社,2003 [4] 邵佳 董晨辉编著，《MATLAB/Simulink 通信系统建模与仿真实例精讲》，电子工业出版社 2009 [5] 石良臣 编著，《MATLAB/Simulink系统仿真超级学习手册》，人民邮电出版社,2014

基于AD9954的AM调制技术 篇5

调幅 (AM) 是用调制信号控制载波的振幅, 使载波的振幅随着调制信号变化的过程。它广泛应用于中波无线广播中, 另外在高频 (3-30MHz) 中的国际短波广播所使用的调制方式也是AM, 甚至比调频广播更高频率的航空导航通讯 (116-136MHz) 也是采用AM的方式

目前的AM中波广播系统体积非常庞大, 发射功率达几千瓦, 需要强大的供电系统才能工作, 天线也要架设很高, 这就限制了中波AM广播系统的使用。因此, 研制出便携式的中波AM广播系统对某些特种行业如煤矿井下的通信意义重大。如国外的WHOLE-MINE通信系统采用了中波通信[1]和我国的使用中频感应通信[2], 成功的实现煤矿井下的远距离通信。

现在AM通信较多的采用数字方式, 即采用DDS技术, 它在相对带宽更宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面, 并具有极高的性价比。

当前, 使用DDS与高性能数字信号处理器 (DSP) 结合建立DDS调制系统已非常常见, 聂伟等采用DDS技术实现了基于DSP的模拟调制实验模块[3], 包括系统的硬件和软件设计, 模拟调制原理, DSP实现模拟调制的方法, 同时采用单象限正弦波形存储器结构对DDS模块进行了改进, 提高调制器的性能。张太芳等人将DSP应用到DDS调制电路中[4], 实现了多频段、多模式、高精度数字调制。结果在载波频率300MHz时, 实现语音信号的调制。钟玲玲[5]提出一个基于FPGA设计的AM发射机的制作过程, 通过用Verilog语言来设计一个简单的AM发射机, 介绍了软件系统的具体设计思路和设计原理, 并对设计过程中所遇到的各种问题, 进行了分析并对相应问题提供了具体的解决方案。

本文借鉴他们思路的基础上, 从AM调制基本理论和调制算法, 提出使用Cortex-M4高性能处理器STM32F407作为主控CPU, 负责语音信号的采集和编码;AM中波调制使用ADI公司的14位、速度达400MPS高性能射频DAC实现AM的语音调制, 并建立模型和进行实测数据, 证明便携式的中波AM调制技术的可行性和有效性。

1 AM调制原理

1.1 调幅调制原理

幅度调制[6]就是指载波的振幅受调制信号的控制, 作线性变化, 变化的大小与调制信号的强度成线性关系, 变化的周期由调制信号的频率决定。

调幅信号的数学表达式为:

式中, ma为调制度, 通常ma≤1。

AM的离散数学表达式为:

AM信号的调制采用直接计算[7]的方法, 根据表达式计算出输出值, AM调制过程的实现框图如图1所示。

1.3 基于AD9954的AM调制算法

如图2所示。

(1) 第一步, 主CPU先主要对ADC系统和定时器系统初始化, 语音系统的采样率=8kH。

(2) 定时器中断发生后, 主程序即时对语音信号采样, 并将结果保存到数组中ADC[]。

(3) 计算相对语音ADC值

n为放大倍数, 该分量是整数, 有正值也有负值。

(4) 设置AD9954调制幅度值

由AD9954的幅度控制字ASF寄存器为14位,

根据AM数字调制原理, ASF值为ASF=vi*0.3+8192, 其中常数8192刚好14位数值的一半, 表示AM系统的常数值“1”;

(5) 把计算好的ASF幅度值通过SPI数据通信传递给AD9954, 并发起Update命令。

(6) 重复执行第2步。

2 基于AD9954的中波AM调制系统

2.1 基于AD9954和STM32F407的中波AM数字调制

AD9954是一款直接数字频率合成器 (DDS) , 采用先进技术并内置一个高速、高性能DAC, 构成完整的数字可编程、高频合成器, 能够产生最高达160 MHz的频率捷变模拟输出正弦波。它能够实现快速跳频, 同时还具有精密频率调谐 (0.01 Hz或更高分辨率) 和相位调谐 (0.022°间隔) 。通过一个高速串行I/O端口可以进行编程。该器件内置静态RAM, 支持多种模式下的灵活扫频功能, 并且支持用户定义的线性扫描工作模式。同时内置一个片内高速比较器, 适合要求方波输出的应用。借助片内振荡器和PLL电路, 用户可以用多种方法产生器件的系统时钟。

STM32F407处理器内核为3 2位Cortex-M4处理器, 主频高达168MHz, 它集成了单循环乘法累计 (MAC) 单元、优化的单指令多数据 (SIMD) 指令、饱和算法指令和可选择的单精度浮点单元 (FPU) , STM32F407的单周期DSP指令将会催生数字信号控制器 (DSC) 市场, 数字信号控制器适用于高端电机控制、医疗设备和安全系统等应用, 这些应用在计算能力和DSP指令方面有很高的要求。

基于AD9954的中波语音AM调制系统如图3所示, 电脑端负责程序的编译并下载到STM32F407板。程序运行后, 就按8kHz的采样频率将耳麦的语音信号收集并按图2的流程发送到AD9954板, 最后将语音调制出去。

2.2 基于AD9954的Multisim仿真模型

根据上图实物, 建立AD9954的Multisim仿真模型[8]如图6, 基带信号为10kHz的正弦波, 幅度为4096, ;AM的加常数为8192, 载波信号Sine Wave1为正弦波, 频率为550kHz, 根据AD9954的数据手册为幅度设置为“1”, 它们的各信号使用四通道的虚拟示波器Scope2显示。

仿真波形如图5, 6, 7, 8所示, 图5的语音基带信号幅度为4096的正弦波, 频率为10kHz;图6为语音信号加上常数“8192”后的波形, 图6是中波载波信号, 幅度为“1”, 频率为550kHz;图8为基带信号与载波信号相乘操作后的波形, 可以看出, 调制后的波形的包络图与基带的信号的波形一致, 说明该AM调制是有效的。

2.3 使用普通收音机的实时语音测试

将上述AM中波调制系统按图连接好, 并接上天线。使用电脑USB供电并使用下载工具将固件下载到STM32F407, 然后复位运行。同时使用德生R-9702收音机放在1米内接收, 接收频率设定为中波550kHz。对着耳麦说话, 收音机将听到清晰的实时的声音, 实时声音的波形如图9所示。如果系统增加射频功放, 传输的距离将更大。

3 结语

本文针对目前的中波AM调制的应用情况, 按照矿井下的要求研制出一款便携式的中波调制系统。系统从调幅系统的离散数学公式, 将语音AD采样进行数字化, 经过中心归零变换、数字放大和加常数等运算提供了理论和算法基础, 然后通过搭建实验平台、软件仿真和实际测试等步骤, 完成了中波AM语音调制系统, 从仿真结果和实际测试的结果看, 满足语音调制的要求;系统使用的电路都是数字模块, 调制算法可以使用嵌入式的平台实现, 为研制井下的中波通信系统设备研制提供了参考价值。

参考文献

[1]Dobroski, Harry, Jr.;Stolarczyk, Larry G., Dr.A WholeMine Medium-Frequency Radio Communication System, http://stacks.cdc.gov/view/cdc/8576/, 2013-05-10.

[2]姚善化, 唐超礼.煤矿井下中频移动通信技术方案研究[J].煤矿机械, 2003年第6期:26-29.

[3]聂伟, 刘星, 苏伟.基于DSP的AM_FM调制器实验模块的实现[J].北京化工大学学报, 2008, 35 (4) :104-107.

[4]张太芳, 赵睿.DSP在DDS语音数字调制中的应用[J].信息技术, 2006, 35 (5) :14-14.

[5]钟玲玲.基于FPGA的AM发射机设计[J].计算机工程应用技术, 2008, 02:171-173.

[6]曾兴雯, 刘乃安, 陈键.高频电子线路.北京:高等教育出版社, 2004, 1:187~225, 259~307.

[7]于玉美, 高西全.数字信号处理, 第二版.西安电子科技大学出版社, 2002.

数字调制与解调技术研究 篇6

关键词：调制,解调,数字信号

1 概述

1.1 数字通信系统

通信是信息的传输,在如今信息化交流越发频繁的时代,通信和信息已成为当代社会最重要的交流脉搏。简单来说,通信是信源从一个地方向另一个或多个地方进行信息交换和传递。通信系统可以理解为硬件设备和中介相互作用传输信号的一种系统方式。

从传输消息的原理可以看出,该系统涵盖两个方面的交替。有消息与数字基带信号之间的交替,数字基带信号与信道信号之间的交替。其中,前者的交替是在系统开始和结束过程中完成的,而后者需要数字调制和解调[1]。

1.2 调制与解调技术的发展

脉冲编码调制的技术理念是美国的一名研究人员于20世纪初提出的。伴随着通信调制解调技术的不断发展,我们不再满足于听到声音,还要看到图像。在通信设备中接收的一端不再是电话,而且还有如计算机等数据终端。在现代传输的一些介质中,采用数字传输将会愈加频繁。

数字调制与解调未来必将成为通信领域中核心的研究方向,这是因为目前通信的发展趋势和人们的生活需要所决定的,同时新的技术突破是问题的关键所在,能否保证技术的发展跟上时代的需求至关重要。在不久的将来,一种新型的通信调制方法的出现一定要基于实现高效能的功率和频带利用率,技术设备趋于简单可行,在环境卫生方面更加环保可靠。在目前已经提出的研究方案中,航天通信方面的调制等都是未来重要的课题研究。

2 数字信号调制与解调技术基本原理

2.1 数字调制与解调技术的基本概念

调制可理解为基带信号去控制某一载波信号使信号具有带通特性,从而能顺利在特定的信道中顺利传输,达到实现调制的目的。本地载波信号一般选择正弦信号。数字原始信号通过通信设备进行调制后成为已调信号,这是调制的基本实现步骤。然后已调信号通过系统后面的解调设备可以还原成为基带信号,这是数字信号解调的简单的实现过程。数字解调也可以理解为调制的反转换。

2.2 二进制振幅键控

2.2.1 2ASK信号调制原理。

数字基带信号来调制正弦载波信号的幅度是2ASK幅度调制的原理,其中正弦载波的振幅在不断改变,但是信号的初始相位和频率没有变化。已调信号表达式为:

调制信号在调制时有两个电平1或者0,乘以载波的目的类似于把载波频率断开或者是开通。这个过程可以理解为当调制数字信号发送是“1”的时候,载波传输过去;当调制数字信号发送是为“0”的时候,载波不能够传输。

已调信号的受调制信号s(t)影响,已调信号上具有s(t)信息。模拟相乘法和键控法通常是产生此信号的2种方法。模拟相乘法是基于用乘法器来实现的,从而实现把信息加载到载波上,对于输入的基带信号须是非矩形信号。另外一种键控法,其中开关电路受调制信号s(t)的控制。

2.2.2 2ASK信号解调原理。

非相干解调和相干解调是2ASK信号进行解调的2种通用方法。非相干解调又叫包络检波法,相干解调也叫同步检测法。首先已调信号2ASK先通过带通滤波器,其次经过全波整流器,然后通过低通滤波器(LPF)滤除掉高频杂波,能够使包络过的基带信号干净地通过,再通过抽样判决器对信号进行抽样判决。抽样判决器需要很窄的定时抽样脉冲以码元的宽度为重复周期进行判决。经过包络检波可以实现2ASK信号的解调,可以恢复原数字信号序列。

相干解调又名同步检测法。在解调的过程中需要一个与调制时的载波相同频率和相位的本地载波信号。已调信号通过带通滤波器滤除杂波,再通过低通滤波过滤信号中,其中要根据基带信号的最高频率设置好低通滤波器的截止频率,最后经过抽样判决器的判决可以得到原数字基带信号。

2.3 二进制频移键控

2.3.1 2FSK信号调制原理。

二进制数字基带信号来调制正弦载波信号的频率是2FSK的频移调制的原理,基带信号频率变化引起载波频率的变化。2FSK信号可以分成2个频率不同的载波信号。载波的频率在基带信号的2个频率范围内变化。发送二进制信息0或者1分别对应载波2种不同的频率变化。所以已调信号的表达式为:

2FSK数字信号的调制可以采用模拟的方法来完成,还可以使用开关电路来完成。在此主要介绍键控法。键控法就是运用电路,原理是二进制信息的序列运用开关电路对2种频率不一样的信号不断地转换选择。

2.3.2 2FSK信号解调原理。

2FSK数字信号的解调可以采取不同条件实现。通常采用2种方法进行解调,即非相干解调和相干解调。

非相干解调可以看成是2个2ASK解调系统的并联组合而成。首先已调信号通过带通滤波器滤掉杂波,再分别对输出的信号进行包络检波,最后2个电路系统的信号进入到抽样判决器中,发送定时脉冲比较判决包络的信号,输出解调后的原基带信号。相干解调在解调的过程中需要2个在调制时相同的本地载波信号。其中2个带通滤波器的频率必须是不一样的,它们把系统分成2条不同的支路;然后分别和对应频率的载波相乘,把信号搬到各自对应的频率上。再分别通过2个低通滤波器过滤掉高频的杂波分量,让其低频信号能够通过;最后再通过抽样判决器,要定时地选择出对应的信息,从而解调出原来的数字基带信号。另外,还有一种过零检测法,其原理是通过检测过零点数得到频率的变化。

2.4 二进制相移键控

2.4.1 2PSK信号调制原理。

数字基带信号来调制本地载波的相位是2PSK的相移调制的原理,基带信号引起载波相位的变化。可以理解为载波相位变化是2PSK数字信号参考的标准。当发送二进制信息1表示信号初试相位是π,发送二进制信息0则表示初试相位为0。

模拟调制法和键控法是2PSK信号通用的调制方法。模拟调制法用2个反相的载波信号进行调制。键控法是通过开关电路实现的。这两种调制的基带数字信号必须是单极性。

2.4.2 2PSK信号解调原理。

2PSK数字信号一般使用的方法是相干解调。先把2PSK信号通过带通滤波器;然后与一个与调制载波的频率和相位都相同的相干载波相乘,再通过低通滤波器过滤杂波信号,主要是高频杂波;最后再由抽样判决器对低频信号进行判决、抽样,解调出的就是原来的数字基带信号。

在2PSK解调过程中存在着倒π现象。这是由于2PSK解调需要的相干载波和调制时用的本地载波的相位可能存在反相,相位的不稳定导致了抽样判决解调出的数字基带信号出现错误,引起了倒π现象的发生。

3 结语

在通信系统传输过程中调制和解调技术扮演着重要角色,信道的类型不同也决定了调制和解调方式的不同。不同调制和解调方式的应用,对于降低接受信号的误码率,提高频带的效率有很大帮助。通信系统每个环节的设置都非常的精细标准,使得如果出现丝毫误差都有可能影响到系统的可靠性能。通过上述分析使大家对于通信系统各个环节的组成有了更深刻的了解和认识,并学会用不同方法将数字调制和解调技术贯彻于通信领域的研究中。

参考文献