《電纜調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電纜調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)（42頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

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)東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(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)的基本內(nèi)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）專題部分：題目：設(shè)計(jì)或論文專題的基本內(nèi)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- IV -東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要電纜調(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，從消息變換過來的原始信號(hào)所占的

2、有效頻帶往往具有頻率較低的頻譜分量（例如語音信號(hào)），如果將這種信號(hào)直接在信道中傳輸，則會(huì)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)摹Ｔ谕ㄐ畔到y(tǒng)的發(fā)射端經(jīng)常需要有調(diào)制過程，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)過程，將已調(diào)信號(hào)還原成原來有用的信號(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)過程。本文研究有線電視網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)速度的問題。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

3、能的要求比較高；另外，由于當(dāng)今對(duì)稱業(yè)務(wù)如視頻會(huì)議日益增長，這些業(yè)務(wù)要求首發(fā)的數(shù)是近乎相等的，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)的基本方法以及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：極大的增強(qiáng)信息的抗干擾能力以及信息傳輸距離；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及傳輸質(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

4、，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QAM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東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄目錄畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書I摘要IIAbstractIII第1章 緒 論11.1 課題研究的背景和來源11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3 課題研究的實(shí)際意義31.4 本文的主要工作以及內(nèi)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

5、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142.4.2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簡介202.5.1 matlab背景介紹202.5.2 matlab常用工具箱以及函數(shù)簡介202.5.3 matlab m文件、命令文件及函數(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 QP

6、SK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 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致謝37東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 0 緒論第1章 緒 論1.1 課題研究的背景和來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、語聲、圖像等。各種不同消息可以分為兩類，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

7、形式也可分成兩類，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)類型，可以將通信系統(tǒng)分成兩類：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。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

8、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)來對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行處理，是通信系統(tǒng)的功能增強(qiáng)。第四：易于做高保密性的加密處理；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，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)用及改善系統(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)還原原來的基帶信號(hào)2。在計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通信中

9、，隨著個(gè)人電腦的普及和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（VOD）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)稱數(shù)字用戶線調(diào)制解調(diào)器（ASDL）；速率

10、達(dá)30Mbps線纜調(diào)制解調(diào)器（Cable Modem）；電力線傳輸（PLC）；光纖入戶（FTTH）以及無線接入等。其中ASDL和PLC都屬于雙絞銅線傳輸，速度上已接近理論極限，而且真正可以解決視頻應(yīng)用的只能是光纖入戶和Cable Modem，當(dāng)然從技術(shù)上將，最佳方案是光纖入戶?！肮饫w入戶”這個(gè)方案之所以吃紅此不能實(shí)現(xiàn)，并不是技術(shù)問題，而是投資額巨大和利用率較低，暫時(shí)是一種大馬拉小車的超豪華方案，也就是說在經(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 國內(nèi)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

11、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)。在美國有50個(gè)地方做試驗(yàn)網(wǎng)，而象加州Ahome網(wǎng)已開始商業(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娎|調(diào)制解調(diào)器經(jīng)過幾年的發(fā)展已開始進(jìn)入實(shí)用期。盡管如此，美國電纜調(diào)制解調(diào)器的發(fā)展并沒有原來預(yù)期的那么快。其原因是在美國有線電視網(wǎng)大部分還是多年前鋪

12、設(shè)的同軸電纜網(wǎng)，性能較差，絕大部分是單向的，沒有上行能力。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)營管理能力和服務(wù)意識(shí)沒有電信公司那么強(qiáng)，比較而言體制也有缺陷，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)的過程。目前已發(fā)展的、供家庭用戶接入互聯(lián)網(wǎng)使用的電纜調(diào)制解調(diào)器大多是雙向不對(duì)稱的。一般來說，下行占用一個(gè)NTSC（National Television Stadnards Committee，（美國）國家電視標(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QPS

13、K(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，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，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)來自多個(gè)光結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換的問題。1.3 課題研究的實(shí)際意義電纜調(diào)制解調(diào)器是一種可以通過有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行

14、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、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 本文的主要工作以及內(nèi)容安排本文主要研究了Cable Modem的調(diào)制

15、解調(diào)問題，在信道中信噪比一定的情況下，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。各章的內(nèi)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、研究意義以及國內(nèi)外現(xiàn)狀做了簡要概述。第二章 相關(guān)技術(shù)介紹。調(diào)制解調(diào)的幾種基本方法，以及相應(yīng)的比較分析；擴(kuò)頻的基本方法介紹以及matlab概述；第三章 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)。利用matlab作為開發(fā)工具，編寫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。編寫程序進(jìn)行誤碼率計(jì)算，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出。通過仿真對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行比較

16、、分析得出方案的優(yōu)越性。第五章 總結(jié)。對(duì)整個(gè)論文功過的總結(jié)以及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。- 37 -東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第2章 相關(guān)知識(shí)介紹第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、語聲、圖像等。各種不同的消息可以分為兩類，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，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)類型，可以將通信系統(tǒng)分成兩類：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

17、，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)頻譜的平移及線性變換。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基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)，其頻譜會(huì)產(chǎn)生無限的頻譜分量。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

18、，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)來對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行處理；第四，易于做高保密性的加密處理；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)是最早開始使用的調(diào)制技術(shù)，它的優(yōu)勢就是無論調(diào)制還是解調(diào)從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)都非常簡單；但同時(shí)也存在一些缺點(diǎn)，比如抗噪性能差以及發(fā)射機(jī)的功率使用效率低。但是AM以其簡單的技術(shù)和作為最早被確定的調(diào)制方式一直被廣

19、泛使用?，F(xiàn)在仍然在使用AM調(diào)制的的領(lǐng)域有媒介及高頻信號(hào)的廣播，在VHF（甚高頻）頻帶的航空通信及民用無線電等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)可見是一個(gè)幅度隨變化的振蕩信號(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，即所需要的高頻范圍內(nèi)。這種經(jīng)過調(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)上來看非常簡單，但是無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

20、也要占到總功率的2/3(m=1)，也就是說調(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)指傳送信號(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，能量的利用也是最有效的。單邊帶信號(hào)的表達(dá)式可寫成式(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)無法忽略的過濾帶，因此往往要經(jīng)過多次調(diào)制逐級(jí)濾波。另一種方法是建立在式(2

21、.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、雙向式固定和移動(dòng)通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通訊和蜂窩電話系統(tǒng)等。與調(diào)幅調(diào)制技術(shù)相比，無論是FM還是PM其最突出的優(yōu)勢就是大大改進(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)式可寫為式(2.3) (2.3)式中，是信號(hào)的瞬時(shí)相位，稱為相對(duì)于的瞬時(shí)相位偏移；是信號(hào)的瞬時(shí)頻率，稱為相對(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

22、，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。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)）。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)在射頻信道傳輸過程中必然受到各種外來信號(hào)的干擾。因此，在收端(見圖2.16

23、(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)端相同的調(diào)制器，并用與發(fā)端完全相同的偽隨機(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，它反而使窄帶干擾變成寬度干擾信號(hào)。

24、由于干擾信號(hào)頻譜的擴(kuò)展，經(jīng)過中頻窄帶通濾波作用，只允許通帶內(nèi)的干擾通過，使干擾功率大為減少。由此可見，接收機(jī)輸入端的信號(hào)與噪聲經(jīng)過解擴(kuò)處理，使信號(hào)功率集中起來通過濾波器，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。 這一過程說明了直擴(kuò)系統(tǒng)的基本原理和它是怎樣通過對(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)(能正確處理無窮數(shù)Inf(infinity)、無定義數(shù)NaN (n

25、ot-a-number)及其運(yùn)算)進(jìn)行計(jì)算，系統(tǒng)提供了大量的矩陣及其它運(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)各專門領(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，通過上下箭頭可以調(diào)出以前打入的命令，用滾動(dòng)條可以查

26、看以前的命令以及輸出信息。如果對(duì)一條命令的用法有疑問的話，可以用help菜單中的相應(yīng)選項(xiàng)查詢有關(guān)信息，也可以用help命令在命令行上查詢?？梢栽囋噃elp、help help和help eig(求特征值的函數(shù))命令。2.5.2 matlab常用工具箱以及函數(shù)簡介(1)Matlab的常見工具箱見表2.1表2.1 matlab常見工具箱工具箱名稱工具箱中文名工具箱名稱工具箱中文名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Spline樣條Symbolic M

27、ath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、命令文件及函數(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)將運(yùn)行說明或命令存入文件。Ma

28、tlab語句的磁盤文件成為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)語句。一個(gè)M文件包含一系列的Matlab語句，一個(gè)M文件可以循環(huán)的調(diào)用它自己。M文件有兩種類型：第一類型的M文件成為命令文件，它是一系列命令、語句的簡單組合。第二類型的M文件成為函數(shù)文件，它提供了Matlab的外部函數(shù)。用戶為解決一個(gè)特定問題而編寫的大量的外部函數(shù)可放在matlab工具箱中，這樣的一組外部函數(shù)形成一個(gè)專用的軟件包。這兩種形式的M文件，無論是命令文件，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建立。(2)命令文件當(dāng)一個(gè)命令文件被調(diào)用時(shí)，

29、matlab運(yùn)行文件中出現(xiàn)的命令而不是交互地等待鍵盤輸入。命令文件的語句在工作空間中運(yùn)算全局?jǐn)?shù)據(jù)，對(duì)于進(jìn)行分析解決問題及做設(shè)計(jì)中所需的一長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)算都在文件內(nèi)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)，它被編譯并放入內(nèi)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用以下步驟解釋：看whoopie是否

30、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)頻原理以及matlab的基本結(jié)構(gòu)和語言用東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第3章 調(diào)制解調(diào)器的分析與設(shè)計(jì)表2.3 Matlab輸出格式格式中文解釋說明format 短格式（缺省格式）Default. Sam

31、e as SHORTformat short 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 f

32、ormat with 5 digitsformat long g長格式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

33、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)分多址系統(tǒng)。由前端設(shè)備CMTS和用戶端設(shè)備CM組成一個(gè)完成的數(shù)據(jù)傳輸和交換通道，下行通道帶寬為6M，采用64QAM的調(diào)制方式14。下行通道的

34、頻段通常都安排在550MHz750MHz上，數(shù)據(jù)速率達(dá)36Mbps，一個(gè)CMTS能管2000個(gè)CM，這些CM都共享這一下行通道，即CMTS以廣播形式(一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn))通過下行通道發(fā)送多址數(shù)據(jù)信息15。每個(gè)CM都擁有唯一的地址碼，CM通過下行信號(hào)中的地址碼與自己的地址碼進(jìn)行判別是否是自己的信息，也就是說，每個(gè)CM都偵聽下行傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)包，只有地址碼與之匹配的CM才能接收，即所謂多址控制。下行通道對(duì)信噪比的要求大于30dB。因?yàn)閿?shù)據(jù)信號(hào)的性質(zhì)與噪聲的性質(zhì)相似，所以當(dāng)噪聲過大時(shí)容易引起較大的誤碼率，使數(shù)據(jù)包丟失。上行通道作為用戶端向前端發(fā)送數(shù)據(jù)信息的通道，由于它是一種匯聚式的通信(多點(diǎn)到一點(diǎn))，所以匯

35、聚噪聲成了最大的技術(shù)問題(主要是各種侵入噪聲)，為此采用了抗造性能較好的QPSK調(diào)制方式。上行通道的帶寬分為：400KHz、800 KHz、1.6MHz、3.2 MHz幾個(gè)檔次。數(shù)據(jù)速率在320Kbps5Mbps之間，之所以將上行通道劃分為這幾個(gè)檔次是主要是考慮到上行通道的信噪比值。如果通道的信噪比值過低則可以將上行通道的帶寬設(shè)置得窄一些，但它是以犧牲數(shù)據(jù)傳輸速率為代價(jià)的。通常所有的帶寬為1.6MHz，此時(shí)數(shù)據(jù)速率為2.5Mbps，對(duì)信噪比值的要求為大于25dB。3.1.2 QAM調(diào)制解調(diào)器從上述可知道，由于上行通道匯聚噪聲的影響，TDMA系統(tǒng)的上下行數(shù)據(jù)的傳送速率是不一樣的(上下行業(yè)務(wù)流量的

36、比率從1:30到1:3)即不對(duì)稱。當(dāng)今隨著對(duì)新的對(duì)稱業(yè)務(wù)如視頻會(huì)議、電話、E-mail的需求日益增長，由于這些業(yè)務(wù)要求收發(fā)的比特?cái)?shù)是近乎相等的，所以上行通道的匯聚噪聲和新業(yè)務(wù)的需求形成了一對(duì)矛盾，需要一個(gè)在充滿噪聲的環(huán)境中能夠解決上行數(shù)據(jù)傳輸容量的技術(shù)支持。將TDMA系統(tǒng)中上行通道調(diào)制方式改為16QAM調(diào)制方式，數(shù)據(jù)速率達(dá)14 Mbps。它的上下行帶寬都為6M，應(yīng)用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，使信號(hào)的抗造能力大大增強(qiáng)，所以它可采用頻帶利用率較高的16QAM調(diào)制方式，以獲得較高的數(shù)據(jù)速率。根據(jù)仙農(nóng)的信道容量公式,在速率不變的情況下，頻帶寬度與信噪比 的關(guān)系是相反的，即在頻帶寬度增加的情況下，可在較低的信噪

37、比以不變的傳輸速率傳遞信息。當(dāng)帶寬足夠大時(shí)，在信號(hào)幾乎被噪聲淹沒的情況下，也能可靠地通信。在發(fā)信端輸入的數(shù)據(jù)先經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)制，形成帶寬為B1的基帶數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻編碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)噪聲序列碼(PN碼)去調(diào)制數(shù)字信號(hào)，形成帶寬為B2的擴(kuò)頻信號(hào)，由于B2B1，所以擴(kuò)頻信號(hào)的功率密度極低，擴(kuò)頻信號(hào)再經(jīng)調(diào)制到射頻上發(fā)送出去。在通信中各通信用戶使用各自的PN碼可以同時(shí)使用帶寬為B2的同一頻段，而在接收端，先將收到的射頻信號(hào)變頻至中頻，解出帶寬為B2的擴(kuò)頻信號(hào)，然后用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)，把展開的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原來的信號(hào)。擴(kuò)頻系統(tǒng)可以極大限度地共享相同的頻道資源，由于每個(gè)系統(tǒng)都具有與眾不同的PN碼來減少來自其他設(shè)備的干擾，只有具有與發(fā)信端相同PN碼的收信端才能重組或壓縮擴(kuò)頻信號(hào)來獲得其中加載的有效信息。故而多個(gè)CM可同時(shí)使用同一頻帶，只要采用不