幅度/相位调制 过去几十年随着数字信号处理技术与硬件水平的发展,数字收发器性价比已远远高于模拟收发器,如成本更低,速度更快,效率更高。更重要的是数字调制比模拟调制有更多优点,如高频谱效率,强纠错能力,抗信道失真以及更好的保密性。正是因为这些原因,目前使用的无线通信系统都是数字系统。 数字调制和解调的目的就是将信息以比特形式(0/1)通过信道从发送机传输到接收机。数字调制方式主要分为两类:1)幅度/相位调制和2)频率调制。两类调制方式分别又成为线性调制和非线性调制,在优劣势上也各有不同,因此,调制方式的选择最终还需要取决于多方面的最佳权衡。 本文就对幅度/相位调制加以讨论,全文整体思路如下: 1 信号空间分析 在路径损耗与阴影衰落中已提出发送信号与接收信号的模型以复信号的实部来表示,而在本文中为了便于分析各调制解调技术,我们必须引入信号的几何表示。 数字调制将信号比特映射为几种可能的发送信号之一,因此,接收机需要对各个可能的发送信号做比较,从而找出最接近的作为检测结果。为此我们需要一个度量来反映信号间的距离,即将信号投影到一组基函数上,将信号波形与向量一一对应,这样就可以利用向量空间中的距离概念来比较信号间的距离。 1.1 信号的几何表示 向量空间中各向量可由其基向量表示,而在无线通信中,我们也可把信号用其相应的基函数来表示。本文我们讨论的幅度/相位调制的基函数就是由正弦和余弦函数组成的: 21()()cos (2)c t g t f t φπ=(1) 22()()sin (2)c t g t f t φπ=(2) 其中g (t )是为了保证正交性,即保证 220()cos (2)1T c g t f t dt π=? (3) 20()cos(2)sin(2)0T c c g t f t f t dt ππ=? (4) 则信号可表示为 12()()cos(2)()sin(2)i i c i c s t s g t f t s g t f t ππ=+ (5) 则向量s i =[s i1,s i2]T 便构成了信号s i (t )的信号星座点,所有的星座点构成信号星座图,我们把信号s i (t )用其星座点s i 表示的方法就叫做信号的几何表示。而两个星座点s i 和s k 之间的距离就是采用向量中长度的定义,这里不再赘述。 2 幅度/相位调制 相位/幅度调制主要分为3种: 1)脉冲幅度调制(MPAM):只有幅度携带信息;
1.前言 1.1 序言 随着人类社会步入信息化社会,电子信息科学技术正以惊人的速度发展,开辟了社会发展的新纪元。从20世纪90年代开始至今,通信技术特别是移动通信技术取得了举世瞩目的成就。在通信技术日新月异的今天,学习通信专业知识不仅需要扎实的基础理论,同时需要学习和掌握更多的现代通信技术和网络技术。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。全面、系统地论述了通信系统基本理沦、基本技术以及系统分析与设计中用到的基本工具和方法,并将重点放在数字通信系统上。通信系统又可分为数字通信与模拟通信。传统的模拟通信系统,包括模拟信号的调制与解调,以及加性噪声对幅度调制和角度调制模拟信号解调的影响。数字通信的基本原理,包括模数转换、基本AWGN信道中的数字调制方法、数字通信系统的信号同步方法、带限AWGN信道中的数字通信问题、数字信号的载波传输、数字信源编码以及信道编码与译码等,同时对多径信道中的数字通信、多载波调制、扩频、GSM与IS95数位蜂窝通信。随着数字技术的发展原来许多不得不采用的模拟技术部分已经可以由数字化来实现,但是模拟通信还是比较重要的 1.2 设计任务 本设计是基于MATLAB的模拟相位(PM)调制与解调仿真,主要设计思想是利用MATLAB这个强大的数学软件工具,其中的通信仿真模块通信工具箱以及M檔等,方便快捷灵活的功能实现仿真通信的调制解调设计。还借助MATLAB可视化交互式的操作,对调制解调处理,降低噪声干扰,提高仿真的准确度和可靠性。要求基于MATLAB的模拟调制与解调仿真,主要设计思想是利用MATLAB、simulink檔、M檔等,方便快捷的实现模拟通信的多种调制解调设计。基于simulink对数字通信系统的调制和解调建模。并编写相应的m檔,得出调试及仿真结果并进行分析。
无线通信系统中的调制解调基础(二):相位调制 作者:Ian Poole Adrio Communications Ltd 第二部分解释了相移键控(PSK)的多种形式,包括双相相移键控(BPSK),四相相移键控(QPSK),高斯滤波最小相移键控(GMSK),和目前流行的正交幅度调制(QAM)。 第一部分解释了调幅(AM)和调频(FM)技术,并介绍了其优点和缺点。第三部分将会介绍直接序列扩频(DSSS)技术和正交频分复用(OFDM)调制技术。 调相 相位调制是另一种广泛采用的调制技术,特别是在数据传输的应用中。因为相位和频率是相辅相成的(频变是相变的一种形式),两种调制方法可以用角度调制(angle modulation)来概括。 为了解释调相如何工作,我们首先要对相位做出解释。一个无线信号包涵了一个正弦信号的载波,幅度从正到负程波浪形变化,一个周期后回到零点,这个同样可以由一个围绕一个零点旋转的一个点来表示,如图3-13所示,相位就是终点到起点的角度。 调相改变了信号的相位,换句话来说,图中绕着原点旋转的点的位置会改变,要实现这个效果既是要在短时间内改变信号的频率。所以,当进行相位调制的时候会产生频率的
改变,反之亦然。相位和频率是密不可分的,因为相位就是频率的积分,频率调制可以通过简单的CR网络转变成相位调制。因此,相位调制与频率调制信号的边带、带宽具有异曲同工的效果,我们必须留意这个关系。 相移键控 相位调制可以用来传输数据,而相移键控是很常用的。PSK在带宽利用率上有很多优势,在许多移动电话无线通信的应用中广为采用。 最基本的PSK方法被称作双相相移键控(BPSK),有时也称作反向相位键控(PRK)。一个数字信号在1和0之间改变(或表述为1和-1),这样形成了相位反转,就是180°的相移,如图3-14。 双相相移键控(BPSK) PSK的一个问题是接收机不能精确的识别传输的信号,来判定是mark(1)还是space (0),即使发射机和接收机的时钟同步也很难实现,因为传输路径会决定接受信号的精确相位。为了克服这个问题,PSK系统采用差分模式对载波上的数据进行编码。比如说,信号为1的时候改变相位,信号为0时不改变相位,在这个基础架构上可以做更多的改进,一些其它的PSK方法也被开发了出来。一个方法是信号为1时做90°的相移,在信号为0时做-90°相移,这样保留了0和1之间180度的相差。在简单的系统中如果不采用该方式进行传输,在传一个长序列的0的时候有可能会失去同步,这是因为产生突发模式时相位没有改变。 基于基本的PSK会有很多改变,各个方案都有各自的优缺点,让设计人员针对具体的应用采用不同的解决方法。比如说四相相移键控(QPSK),采用了四个相位,每个相差90°,8-PSK,采用8个相位等等。 为了方便表述一个PSK信号,我们采用相位矢量或者星座图,如图3-15。采用这个图可以很好的体现相位信息和幅度信息。在这个图里面,信号的相位用角度表示,幅度用具离圆心的距离表示。这样这个信号中的同相分量用sine信号表示,而正交分量用cosine 信号表示。大部分PSK系统采用不变的幅度,因此圆心周围的点与圆心距离相等并只改
国家电工电子实验教学中心 通信系统与原理 实验报告 实验题目:基于LabVIEW的频率调制 学院:电子信息工程学院 专业:通信1210班通信1212班 学生: 学号: 任课教师:纯喜磊 实验老师:王琴
一、实验目标 本实验的目的是实现一个基于LabVIEW 和NI-USRP 平台的调频收音机,并正确接收空中的调频广播电台信号。让学生可以直观深入的理解调频收音机的工作原理,感受真实信号。并通过实验容熟悉图形化编程方式,了解软件LabVIEW 和USRP 硬件基本模块的使用和调试方法,为后续实验奠定基础。 二、实验环境与准备 软件LabVIEW 2012(或以上版本); 硬件NI USRP (1台)及配件。 三、实验原理 1. 频率调制 FM (Frequency Modulation )代表频率调制,常用于无线电和电视广播。世界各地的FM 调频广播电台使用从87.5MHz 到108MHz 为中心频率的信号进行传输,其中每个电台的带宽通常为200kHz 。本实验重新温习FM 的理论知识,并介绍其基本的实现方法。 通过一个基带信号)(t m 调节载波的数学过程分为两步。首先,信源信号经过积分得到关于时间的函数)(t ,再将该函数当作载波信号的相位,从而实现根据信源信号变化对载波频率进行控制的频率调制过程。FM 发射机频率调制的框图如图1所示。 图 1 频率调制示意图
在图1的框图中,将信源信号的积分得到一个相位和时间的方程,即: ?+=t f c d m k t f t 0)(22)(ττππθ (1.1) 式中,c f 代表载波频率,f k 代表调制指数,)(τm 代表信源信号。调制结果是相位的调制,与在时域上载波相位的变化有关。此过程需要一个正交调制器如下图2所示: 图 2 相位调制 在此次实验中,NI USRP-2920通过天线接收FM 信号,经模拟下变频后,再使用两个高速模拟/数字转化器和数字下变频后将信号下变频至基带I/Q 采样点,采样点通过千兆以太网接口发送至PC ,并在LabVIEW 中进行信号处理。 假设已知调频信号的数学表达式: ??????+=?∞-t )(cos )(ττωd m k t A t s f c c FM (1.2) 式中,c A 代表载波幅度,f k 代表调制指数,()m τ代表信源信号。由于在软件无线电中,各种调制都是在数字域实现的,所以首先要对式1.2进行数字化。若将调频信号以t 为采样间隔离散化,则式1.2中的积分运算应转化为适合用软件处理的数值积分,可采用复化求积法实现FM 连续数学表达式的离散化。即把积分区间分成若干子区间,再在每个子区间上用低阶求积。即将积分区间[a ,b ]分为n 等份,分点kh x k =,n a b h -= ,k =0,1,…,n 在每个子区间[]1,+k k x x 上引用梯形公式()()()[]121++≈?+k k x x x f x f h dx x f k k ,求和得复化求积公式为: ()()()()[]∑∑??-=+-=+≈==+10110a 2x 1 n k k k n k x x b x f x f h dx x f dx f I k k (1.3) 采用复化求积公式后,按三角运算展开后可得到FM 的离散数学表达式为: