高速相干光纤通信调制解调技术

高速相干光纤通信调制解调技术（精选8篇）

篇1：高速相干光纤通信调制解调技术

在目前的高速光纤通信的研究中，数字调制是主要的研究方向，为了对其调制解调技术进行有效的研究，下面对其各种调制解调方案进行分析比较，在实际的应用中，相干检测技术能够有效的检测到相位、频率、振幅等各种信息，所以在高速相干光纤通信调制解调工作中，能够应用到的调制方式有频移键控、相移键控、振幅键控的控制方式，本文主要对其频率调制及相位调制的调制方法进行简单分析。

1.1 相位调制

相位调制的过程中，需要保持载波的频率及幅度不变，只对光波的相位进行适当的改变，这种调制方式的最主要的特点是在对信号光实施相位调制的过程中，其输出光强能够保持恒定，所以在实际的应用中，接收机对于接受功率的波动及色散具有较大的容限值。

调制器是相位调制工作中非常关键的设备，常用的调制器类型有：GsAs调制器、聚合物光调制器、LiNbO3-MZ调制器、LiNbO3相位调制器等，对相位调制的调制原理进行简单分析：在相关的晶体上施加电压时，会导致其折射率主轴及折射率的改变，以此来对通过晶体的光产生一定程度的影响，通过对各种调制器的性能进行简单分析，发现以上的各种调制器中，调制性能、稳定性最好的调制器是LiNbO3相位调制器，但是随着各项技术的不断进步未来的高速相干光纤通信调制器的主流选择还会不断的产生变化。

1.2 频率调制

频率调制主要是指调制的工程中，通过对载波光频率进行适当的改变来进行调制，在实际的应用中，可以借助于LiNbO3波导调制器，采用现行相移产生实际所需的频率变换，只要在调制器上施加相关的锯齿波形电压脉冲，就能够得到有效的频率调制信号，但是在高速的相干光纤通信中，应用这种方法来产生频率调制信号是具有较大难度，后又在此基础上提出了激光内调制与声光调制器，但是这些调制方法中都存在其各自的优点，不适合应用于高速相干光纤通信调制中。

篇2：高速相干光纤通信调制解调技术

相位调制方案主要指的是在基带信号的传输过程中，应用调制器对光载波信号的相位进行一定程度的调制，但是在相位调制方案的检测过程中，是难以对其实施直接的检测的，需要应用自相干检测或者是相干检测的方式，由于其接收机具有很高的灵敏度，如果将其应用于远距离的传输工作中，其对光功率的要求是比较低的，如果在实际的应用中，应用自相干探测的方式，其平衡探测两端口由于存在反相的关系，导致其判决电平的值为0，这就使得其对于输入光功率波动的容限高于幅度调制信号。

在相位调制的过程中，只需要对载波的相位进行调制，不会对其载波幅度产生影响，这就使得调制光功率能够在每比特中进行均匀的分布，这会导致其对码间串扰具有较高的容限值，因此，将其应用于高速相干光纤的通信中，具有非常好的应用效果。

2.2 幅度与相位联合的调制方案

正交幅度调制是应用载波抑制双边带条幅的方式，来实现对两路相互正交的同频载波进行调制，应用这种调制方式，对于带宽的拓展具有积极的作用，对光纤通信的调制方式进行分析，常用的正交幅度调制方式主要有：(1)直接调试的正交幅度调制，这种调制方式主要是应用两个正交载波上的脉冲幅度调制，应用叠加的方法来实现正交幅度调制，这种调制方式具有非线性容限大、系统结构简单的特点，但是将其应用于高速相干光纤通信中，投入成本较大。

篇3：高速相干光纤通信调制解调技术

本文首先介绍了OFDM的调制原理,针对中压电力线信道的特点,基于传输线理论建立了其衰减特性模型仿真了此信道情况下OFDM的误码率性能,以及信道特性逐渐恶劣的情况下[1],OFDM的抗频率选择性衰落能力,为更好地发挥OFDM在中压配电网载波通信中的优势提供一定的参考。

1 正交频分复用原理

正交频分复用是一种特殊的多载波调制技术[2,3],通过将发送的数据流分解为多个子比特流,使每个子数据流的速率迅速降低,从而大大提高了其抗信道衰落、抗多径的能力。将原信号序列分割成N个子信号后,子信号的码元速率降为原来的1/N倍,即Rb/N,周期为Ts=NT。然后用这N个子信号分别去调制N个相互正交的子载波,各个子信道的已调制信号相加就形成了OFDM发射信号。实际输出的信号可以表示为:

式中dn(t)为第n个子载波上的复数信号。dn(t)在一个符号期间Ts上为常数,即dn(t)=dn。OFDM信号又可以用复数形式表示为:

其中,ωn=ωc+n△ω为第n个子载波角频率,基带处理时可令ωc=0,因为OFDM信号首先经过基带调制,然后经过上变频送入信道。对式(2)进行简化后以采样间隔T采样,则有:

而离散傅里叶变换(IDFT)形式为:

由式(3)和式(4)对比发现,若选择载波频率间隔,则各子载波为ej2πn△ft,每个子载波的调制频谱形状为Sa函数,各子载波正交,且可以用离散傅里叶变换(DFT)表示。图1为基于快速傅里叶变换FFT的OFDM系统结构。

由图1可见,OFDM在信号发送时,先对伯努利二进制信号发生器产生的44 bit(一帧)源数据进行RS(15,11)编码,再进行QPSK信道映射得到30 bit有效数据,根据快速傅里叶逆变换(IFFT)定义,要把数据插在低频处,需要将所得30 bit数据搬移到IFFT的两边,中间补零,第一位0为DC子载波,接收时容易受到干扰所以也插零。因此有效数据所在位置为[2:16,50:64],其余位为0。再经过快速傅里叶逆变换(IFFT)将频域信号转变为时域信号,IFFT长度为64,Selector模块参数设置为[39:64,1:64]将后26个数据搬移到数据前端作循环前缀,并进行并/串变换后送入信道。该信道为电力线信道模型,噪声假设为高斯白噪声。接收端除了加入信道估计和信道补偿部分外,与发送端过程相反。

2 中压电力线信道模型

对中压电力线信道进行建模,主要考虑强烈的噪声干扰和复杂的衰减特性对信号的影响。本文假设噪声为高斯白噪声,重点对信道的衰减特性进行分析,利用传输线理论建立其模型。

2.1 均匀双导体传输线理论[4]

2.1.1 均匀架空线

随着配电网载波通信技术的发展,对传输线的研究越来越深入。一段架空电缆若各处有相同的尺寸、相同的材质,即为典型的均匀传输线,可以用二端口网络模型表示,如图2所示。设:

其中网络的转移参数矩阵为:

la表示线缆长度,γa表示线缆的传播常数,Zz则为线缆的特性阻抗。

2.1.2 分支线路

网络中经常存在分支线路,其影响可以归结为等效输入阻抗并联在主干线上,输入阻抗的传输参数矩阵为:

输入阻抗为:

其中la为分支线的长度,Zb为特性阻抗,γa为传播常数,Zlb为终端所接变压器的等效阻抗。

2.1.3 总体模型

电力线信道由不同架空线的串联单元和不同分支线的并联单元组成。由以上分析可知,要建立电力线信道的模型,只需要把参数相同的一段主干线路或分支线的输入阻抗等效成一个二端口网络,再将其级联即可。若每一个二端网络的转移矩阵为Ai,则级联后总的矩阵为:

2.2 均匀多导体传输线理论

配电网络并不能直接用平行双线系统描述,而是需要用多导体传输线理论,因为电力系统中的输电线路多为交流三相或者直流双极模式,各导线间存在着相互耦合效应,利用模式变换可以消除其影响,且解耦后的各模分量仍然遵循传输线方程。多导体传输线电压、电流满足的是矩阵方程,对n+1根导线系统,它们用n阶列矩阵U觶(x)、I觶(x)表示。线路的原参数R0、L0、C0也变成了矩阵R0n×n、L0n×n、C0n×n。线路阻抗矩阵和导纳矩阵为Z0=R0+jωL0,Y0=G0+jωC0。

将双导体传输线方程中的电流、电压、单位长度的电容、电感均用矩阵表示,即得:

传输线方程的解为:

式(10)中的四个链参数用双曲线正弦及双曲线余弦函数表示为:

其中Zc为特性阻抗,它是一个复数矩阵。

基于以上传输线参数计算理论,根据实际的配电网络的结构,建立一个简单的仿真网络如图3所示,其中AB段长度150 m,BC段长度100 m,BD段30 m,A、D两侧为端接的配电变压器,A点为信号源所在位置。根据此仿真网络的拓扑结构,可以利用Simulink中三相输电线路模型进行建模,参数则可以由Power_lineparam工具计算得到,变压器采用参考文献[4]中的变压器简化模型。仿真得到了该信道衰减特性的计算结果,图4为仿真结果与实际测量的线路输入阻抗对比。从图中可以看出,随着频率的增加,信道呈现频率选择性衰减,这是因为电力线网络结构复杂,分支线路的存在以及元件参数的不同造成了阻抗不匹配以及信号的多径传播。严重时在某些频点上甚至出现深度衰落。

3 仿真结果及分析

通过一系列的仿真测试,绘出了在所测量的信道特性下OFDM系统信噪比与误码率的关系曲线,如图5所示。可以看出,OFDM技术可以在电力线信道下实现可靠的数据传输,信噪比高于6 d B时,误码率明显下降;信噪比为13 d B时,误码率达到10-3以下;经RS编码后信噪比在11.5 d B以上误码率即为零。可见编码方法的加入有效地提高了信号传输的可靠性。同时,由图4还可以看出,信噪比逐渐提高时,误码率下降却是比较缓慢的。这是因为系统中所有子载波的位置、调制方式等都是固定的,并没有因为信道特性的变化而进行动态调整,这样系统的误码率就取决于衰落最严重的子载波。

随着电力线信道特性逐渐恶劣,深度衰减频段逐渐增加,信号传输的可靠性大受影响。图6画出了子载波通过率越来越大的情况下,信号的传输效果。未经RS编码时,当深度衰落高于12%,即子载波通过率低于88%时,误码率均在10-2以上,通信可视为中断;随着子载波不断增加误码率迅速下降,90%以后,误码率下降到10-4以下。经过RS编码,78%的子载波通过后误码率即为零,抗衰落性能得到明显改善。除了对信号进行编码以外,由于OFDM是把信道划分为若干子信道,可以根据信道实际传输情况灵活地分配发送功率和信息比特,更加有效地利用信道资源。

OFDM技术是现代电力线通信的关键技术,为研究其克服电力线信道频率选择性衰落的能力,本文在Matlab/Simulink平台上设计并实现了基于OFDM的中压电

图6恶劣信道下系统误码率

力线载波通信系统仿真,其中电力线信道是根据山西某中压配电网的衰减特性建模,仿真结果验证了OFDM技术在中压电力线多径衰落信道的条件下能够实现高速的数据通信。当信道特性逐渐恶劣时,深度衰落在12%以内的范围,OFDM仍能可靠通信,经过RS编码,78%的子载波通过后误码率即为零,明显地提高了系统抗多径衰落的能力。

参考文献

[1]邢志民,侯思祖,李晶,等.中压电力线信道特性的测量与研究[J].华北电力技术,2005(10):1-4.

[2]樊昌信,曹丽娜.通信原理[M].北京:国防工业出版社,2009:251-256

[3]SOUISSI S,DHIA A B,TLILI F,et al.OFDM modemdesign and implementation for narrowband Power line com-munication[C].Design and Technology of Integrated Sys-tems in Nanoscale Era(DTIS),May.2010:1-4.

[4]Guo Yihe,Xie Zhiyuan,Wang Yu.A model for 10 kV over-head power line communication channel[C].InternationalSymposium on Computer Science and Computational Tech-nology(ISCSCT 2009),DEC 2009:289-292.

[5]孙立山,刘洪臣,王晓媛.传输线参数测试方法研究[J].电气电子教学学报,2008,30(5):18-23.

篇4：高速相干光纤通信调制解调技术

【关键词】短波自适应 通信技术 调制解调

【中图分类号】TP391【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0149-01

一、 短波自适应技术

短波通信传播的途径分为天波和地波，俗称高频通信，是利用电离层反射或者地波远进行数据传输的通信手段，其距离要控制在3 - 30MHz频段范围内。[1]而在其他的通信方式中，短波通信具有不可以替代的优点。而在短波通信系统中，如具有自动对通信条件变化进行适应的能力，这种适应能力被称为短波自适应通信。而这种通信是针对与短波信道缺陷而进行的频率自适应技术，是在通信的过程中，对短波信道的传输质量进行不断的测试，对其选择最为良好的工作频率，使短波通信一直运行于良好的信道上工作，所以短波自适应通信技术俗称为实时选频技术。

在短波自适应通信技术中，自适应调制非常重要。这是根据信道的实时状态和业务不同对于不同的特性动态，对所输出的参数进行调整，从而对系统的传输潜力进行挖掘，使频谱的利用率提高，让所传输的容量以及可靠性发挥到最大。在短波自适应传输中，是将信号盲检技术与信令告知方式进行结合，对于信号所传输的参数进行检测（接收），来达到双方所接收信息的互通，可对信令减少开销，降低了估计所造成的误差，这样收发机就可以进行简化，从而对接收机的整体水平进行提高，已达到实现智能化、自动化信息接收。短波自适应通信技术，可以划分为：通信与探测分离的独立探测系统以及通信与探测合一的短波自适应的通信系统这两种系统。

而现在，短波自适应通信技术在我国广泛的应用，智能化、自动化技术的短波通信技术，[2]使得短波的调制调解的问题也渐渐的显现出来，使短波技术的发展迎接着挑战。

二、现代与传统短波调制调解技术对比

现代短波通信终端技术，在短波通信传播方面存在者严重的干扰，但为满足人们对通信业务及数据业务的需求量增加，使数据传输的速度与稳定性不断的增加，从而短波通信终端技术不断的发展，其包括数字调制技术、差错控制技术、短波自适应调制解调技术等等。

传统短波通信技术，以话和低速报为主要的工作方式，这种方式已经不能满足现在通信的需求了。而传统的短波通信技术在数据的传输上必须依靠短波Modom进行，调制解调器则是数据通信部件中最为关键的零件。由于短波信道具有反射模式较多，信道变化快等并存，不仅多径时散的现象，还有衰落的现象，让绝大多数径时的范围延伸在2ms-5ms。由于信号严重的受到电磁的干扰，导致所要传递的信息不能准确快速传输。所以，短波的自适应抗多径调制解调技术是成为现代短波通信重要的研究方向。

在短波自适应通信技术中，调制调节器非常关键的部件，其性能的好坏直接影响者传输信息的稳定性。而传统的短波通信一般采用调制方式为PSK、QAM等。而这种调制方式在短波通信中会对通信宽带进行限制，如要提高效率就需要基带脉冲成，这样一来所调制的信号起伏较大，对于发射机的效率降低。而在现代短波通信中使用的是连续相位调制，这是一种具有恒定包络调制技术，对于频带的利用率和功率利用可发挥高效的利用率。由于连续相位调制本身是有恒包络，所以也是高效率的非线性放大器。此外连续相位调制还有记忆特性与递归特性，可以利用这样的特性，将外部的交织器以及卷积码进行连接，这样就可以组成高效率的串行级连续相位系统。而这个系统在短波的应用中，可以克服传统短波通信系统的缺点，提高系统的利用率。

三、短波自适应通信中调制调解技术

现代短波通信技术，在科技不断发展的过程中满足于人们对数据的需求，也要满足高速数据需求。而这些需求使短波通信技术必须有抗电磁干扰能力加强，使短波通信技术的可靠性和数据传输率快速的提高。如要提高短波通信技术，必须在调制调解技术和差错控制等技术上进行改变。其中短波自适应调制调解技术，其调制体制分为两种：多音并行和单音串行。[3]

1、多音并行体制。其体制是将所要传输的信息在话音通道内，利用高速串行的信道把信息分解并通过低速并行信道以多个载波进行信息传输，而最后在接收信息时，将所要接收的多路数据信息进行分路，并把数据信息进行解调，使多路的低速信息组合成高速数据流。每个副载体所要承载相对较低的数据率，而在多径延时上码元的长度是足够使用，能抗多径衰落的影响。最长用的多音分为52音、32音、16音，在目前每一个单音所受QPSK/8PSK调整的数据率最高为2.4k bit/s。多音并行最新的调制解调器所采用的是分集、前向纠错、DSP技术等。

2、单音串行体制。其体制为在话路带宽内进行的串行所发送的高速数据信号。使用8PSK调制进行信息的发送，采用信道估值综合技术和高效自适应均衡以及序列检测进行信息的接收，而在接收端采用的技术可以消除码间串联的干扰。这种体制在功率分散上是不存在这个问题的，即使在传输率相同的情况下，串行体制比并行体制在很大程度上降低误码率，从而使传输的质量有所提升，数据所传输率增加到9.6kbit/s.

3、多载波正交频分复用调制（OFDM），这是并行数据传输系统，在频率间隔上的多个子载波分别对数据信息进行调制，所调制的载波信号相加并进行发送。通过对载波间隔进行选择，将频谱的正交性在符合周期整体上进行保留，而每个子载波上所进行的信号，并在频谱上进行重叠。接收一端可以利用载波之间的正交性，使信息无失真的进行恢复。

4、网格编码调制（TCM），这是一种不对宽带有效性进行牺牲，又能提高功率的有效性，又与信道编码相结合，形成一种高效编码调制技术。在调制时，充分的对所要接收的信道信息进行利用，对所接收的信号进行软判决最大似然译码，从而使系统整体达到最佳的性能。而使用TCM技术中的并行或者串行调制调节器，其效果明显高于传统并行或者串行调制解调器。

5、差错控制技术。[4]而短波的信道中，会出现随机差错、突发差错等，使数据在接收时出现偏差，字符差的出错率在10-2～10-3数量级。若使用差错控制技术，字符差的数量级将有所改善。错差控制技术分为收端检错和纠错码利用两种控制技术。收端检错简单的说是自动请求重发，是对发送端进行通知所发送错误的信息。这种技术在突发差错和随机差错使用的效果良好，但不能重复进行发错，不然会造成信号延时。利用纠错码也可称为前向纠错，这种纠错技术是手段自动的进行纠错，而纠错中需要大量的冗余码（可使用交织码或者扩散卷积码），但这种技术的造价相对较高。

四、总结

信息化社会的不断发展，通信过程将网络化、数字化等信息装备的必然发展，网络的有效性、可靠性、兼容性、抗毁坏性以俨然成为通信系统中必要的基本条件。而短波通信作为现代通信系统的重要手段，短波通信技术一方面在装备体制上进行转变，一方面要不断的提升短波通信技术的高效传输性和可靠性，所以短波自适应通信技术的智能化、自动化与调制解调技术的发展是必然的趋势。

参考文献

[1] 董彬虹，李少谦.《短波通信的现状及发展趋势》[J]；信息与电子工程；2007.01

[2] 刘明庆，李红平.《短波自适应通信技术》[J]；现代通信；1998.03

[3] 潘志勇.《关于短波通信信息技术未来发展的思考》[J]；信息通信；2012.05

篇5：高速相干光纤通信调制解调技术

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；

I

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目录

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

篇6：高速相干光纤通信调制解调技术

低压电力线载波通信(Low-voltage Power Line Communication,L_PLC),是指利用已有的220 V/380 V输电线作为传输媒介,实现数据传递和信息交换的一种通信技术。L_PLC系统的信道在时变特性、衰减特性、噪声特性、多径效应等方面均具有不同于其他通信系统信道的特点[1,2,3,4,5,6]:1)从文献[2]和[3]对低压电力线网实测噪声的研究分析结果表明,L_PLC网络与专用通信网络不同,其信道是一个既依赖于配电网一次网络结构又呈现出复杂的外部随机特性的混沌系统。2)L_PLC通信网的衰落特性与传输距离相关性很小,主要取决于负荷类型及负荷与主网络的联结线的长度[4]。3)易形成多径干扰。当传输速率很高时,由于信号的码元周期较短,码元若经过不同的路径到达接收机所用时间不同,极易造成码元间的相互干扰,形成码间串扰[6]。L_PLC信道的特殊性,尤其是其呈现出的剧烈时空波动性,使L_PLC通信可靠性问题成为一个长期困扰人们的技术难点。

L_PLC调制解调技术的应用环境和信道条件同样具有特殊性,在理论上和技术上都亟待突破,以解决L_PLC系统的通信质量不稳定等问题。早期采用的单载波调制技术无法消除频率选择性衰落所造成的影响[7],需要进行改进,例如可采用从多个备用载频中选择工作载频的技术等。

扩频调制和OFDM是现阶段的主流技术[8,9]。相对于单载波调制,这些技术有利于抑制频率选择性衰落的影响,提高频谱利用率。但由于技术复杂,难于将原理上的优势完全转化为实际的技术优势。例如在扩频调制系统中,只有当可用带宽远大于噪声带宽时,扩频增益才能抵消调制系统的损失,而这一条件在窄带L_PLC系统中一般是不具备的。除了原理上的局限性之外,上述技术的复杂性导致了扩频调制和OFDM在L_PLC上的应用效果不尽理想,仍需要继续改进。

2 小波/小波包调制

2.1 小波及小波包变换

小波定义为由满足一定条件的母函数通过伸缩和平移生成的函数族。与Fourier变换类似,小波变换是将信号分解为由一个具有快速衰减性和振荡性的函数(称为母小波)伸缩和平移得到的一个函数族(称之为小波基函数)。基函数在时频相平面上具有可变的时间-频率窗,以适应不同分辨率的需要。但同时,从多分辨率分析的角度看,小波变换仅能将高分辨率的逼近信号分解为低分辨率的逼近信号和细节信号,而无法对细节信号作进一步的分解[10]。

小波包理论是在小波理论基础上发展起来的,它克服了小波理论对高频信号或信号高频成分的频率分辨率低的缺陷和不足[11]。

2.2 小波包调制

多载波小波调制可分为M带小波调制、多尺度调制、小波包调制等方式,其中小波包调制最具发展潜力。在实际应用中,对于数字的小波包调制系统,需要采用离散的多载波调制方式。与OFDM中的FFT类似,小波包调制系统采用离散小波包变换,利用其反变换和正变换实现多载波信号的调制和解调。小波包多载波调制系统的基本框图如图1所示。

串行的高速数据流经过串并转换变成多个并行的低速数据流,进行编码映射后,通过离散小波包反变换(IDWPT)得到多载波符号,无需加入循环前缀(CP),直接送入低压电力线进行传输。接收到信号后进行离散小波包变换(DWPT)分解得到各个子信道上的数据符号,经过相应的逆操作恢复出数据。若不考虑编码、调制等方案,该系统和OFDM的最大不同就在于多载波调制时基函数的变换,且调制后无须加入CP[11]。

2.3 小波包多载波调制系统的特点

小波包函数具有较强的频谱带限能力,可有效抑制共信道干扰,这是它最显著的优势。利用小波包函数的非零平移自正交性,相邻的多载波符号在时域相互重叠。此时无需加入循环前缀,从而使得小波包系统的数据传输速率大大超过基于傅里叶基的OFDM系统。

根据信道的频域特性选择小波包分解的子空间,可得到变尺度的基函数。利用同一滤波器组可在不同尺度输出不同频率分辨率的信号。所以,通过调整小波包变换中滤波器组的分布,可以自适应地分割信道,获得不同的子信道频谱结构,从而充分利用信道的频谱资源,支持不同码率的信息传输,使得系统性能达到最佳。

文献[12-13]的研究结果表明,通过改善小波基配置,可有效调高系统的信干比。利用该类算法,可根据信道的实际状态,对小波基配置进行实时调整和优化。这对信道频域特性复杂多变的L_PLC系统特别具有吸引力。

在小波包多载波调制系统中,只有接收端获知发送端采用何种小波包配置才能进行有效的解调。所以,利用小波基配置的灵活性,将小波基配置信息作为通信系统的密钥可有效提高系统的安全性。

文献[13]应用几种小波基函数在多载波技术的低压电力线通信信道中进行了仿真。结果表明,在低压电力线噪声环境中,WPM和OFDM的表现在不同种类的噪声下有所不同,但总体上WPM要优于OFDM。

但是,小波包多载波调制系统也存在一些固有的缺陷。例如,与其他多载波调制技术一样,存在峰均功率比难以抑制的问题。此外,由于小波包多载波调制符号在时域相互重叠,需要加入一定的均衡措施,以消除符号间干扰。

3 混沌调制

混沌(Chaos)是由确定性系统产生而貌似随机的非随机运动,是介于随机和确定之间的一种相对稳定的系统状态。由于混沌信号具有宽频谱性、对初值敏感的长期不可预测性和自正交性等特点,使其在通信领域具有广阔的应用前景[14,15,16,17,18,19]。

混沌调制技术大致分为混沌掩盖、混沌参数调制、混沌扩频调制和混沌键控调制等[14]。混沌掩盖和混沌参数调制属于模拟混沌通信技术,混沌扩频调制和混沌键控调制是近年来人们致力研究发展的基于混沌的数字调制解调技术。

3.1 混沌扩频调制技术

在混沌扩频通信中,用混沌序列作为扩频序列。这种技术大致分为基于一维或高维映射的混沌扩频通信和混沌码分复用(CDMA)实现多址接入[17]。

混沌扩频调制技术具有许多独特的优点。首先将不同初值下的混沌序列用作地址码实现多址接入,可产生无限多的地址码。其次,混沌序列具有宽带功率谱,其自相关函数是一个δ函数,不同初始条件的混沌序列的互相关函数接近于零,提高了系统通信性能。

文献[17]的研究结果表明,使用混沌序列作为扩频序列比m序列、gold序列能获得更低的误码率和容纳更多的用户数。混沌跳频序列能较好地满足均匀分布,具有好的随机特性,从而降低了跳频信号被检测和跟踪的可能性。

3.2 混沌键控

混沌键控是指在发送端不同系统参数下用具有不同结构的混沌吸引子来编制二进制信息代码s(t),如用“1”表示参数μ1下所对应的一个吸引子A1,用“0”表示参数μ2下对应的另一个吸引子A2。混沌的行为在A1和A2之间转换,在接收端可通过相关检测或非相关检测技术来进行信号的解调。具体方案有混沌移位键控(CSK),差分混沌移位键控(DCSK),调频差分混沌移位键控(FM-DCSK)和正交混沌移位键控(QCSK)等。

3.2.1 CSK调制

CSK调制是在发送端将待发送符号对应为两个不同的混沌序列g1(t)和g2(t),调制后的信号Si(t)可表示为

式中:bi是待发送信号。当g2(t)=-g1(t)时,该系统称为正反极性CSK(ACSK);当g2(t)=0时,该系统称为混沌通断键控(COOK)。

CSK在接收端可按相干或非相干方式解调,原理与单载波键控调制的解调原理相类似。

CSK系统相干接收时,接收端需要有与发送端相同的混沌序列振荡器,所以具有保密性,抗噪声能力较强[15]。但缺点是接收端需要建立载波同步,若同步较弱,则误码率急剧上升。非相干解调最大的优点是接收端不需要建立同步机制,但其抗噪声能力较差。另外无论相干解调或非相干解调,CSK接收端的判决门限都依赖于信噪比,这个缺点可通过DCSK来解决。

3.2.2 DCSK调制和FM-DCSK调制

DCSK调制是在发送端将每个符号周期划分为两个相等时隙。第一个时隙发送混沌参考信号,第二个时隙传送携带有用信息的混沌信号。在接收端,将符号周期后半段与前半段接收到的信号做相关运算,实现相关解调。设调制信号bi∈(1,-1),则调制后的信号Si(t)可表示为

式中:T为数字信号的比特周期。

DCSK的调制解调原理系统框图如图2所示。

DCSK是一种反极性调制方式,其判决门限值为零,与信噪比无关。另外,由于参考混沌信号和载有信息的混沌信号通过同样的信道,使得该调制方式对信道畸变不敏感。如果在每个码元间隔内信道参数近似保持为常数,则DCSK可适用于任何时变信道。由于L_PLC信道具有很强的时变性,因此将DCSK调制方式应用于L_PLC系统具有明显的技术优势。此外,L_PLC信道具有瑞利衰落和频率选择性衰落的特性,而相关文献的仿真研究表明DCSK调制方式虽然在AGWN信道中的误码性能不如传统的BPSK,但在具有瑞利衰落和频率选择性衰落特性信道中的误码性能远远好于其他调制方式[17]。因此,DCSK在L_PLC中具有潜在应用价值。

CSK,DCSK的缺点是混沌调制的每个符号的能量不可预知。为了降低符号能量的估计方差,需要限制码元速率。FM-DCSK方案克服了这一缺点[18]。该方案在发送端将混沌信号发生器所产生的混沌信号先送入频率调制器(FM),由FM输出的混沌调频信号再经过DCSK调制器发送出去。接收端的解调过程与DCSK的相同。

由于混沌调频信号的幅度是恒定的,因此FM-DCSK信号中每个比特的能量都维持不变,这样在无噪声的情况下,解调端的判决门限恒为零。FM-DCSK在抗多径干扰、瑞利衰弱等方面误码性能与DCSK相差无几,因此FM-DCSK比DCSK更适用于L_PLC信道。

3.2.3 QCSK调制

QCSK调制是比DCSK调制频带利用率高的方案[19]。QCSK利用两个互相正交的混沌基函数在1个码元时间内传输2 bit的信息。但是,技术上难于生成理想的正交混沌信号,这是QCSK在实际应用中受到局限的一个原因。

此外,提高频带利用率的调制方式还有相关延迟键控调制方式(CDSK),但这种调制方式的抗噪声性能不及DCSK。

4 小结

小波调制和混沌调制是新兴技术,仍处于理论研究和技术探讨阶段。小波变换具有优良的时频局域特性和小波基选择的灵活性,混沌信号具有宽频谱性、对初值敏感的长期不可预测性和自正交性,混沌调制对瑞利衰落和频率选择性衰落具有较强的抑制能力,这使得小波调制和混沌调制在L_PLC领域具有独特的技术优势,应积极开展研究。

摘要：基于低压电力线载波通信信道的特点,对单载波调制解调技术、扩频调制和OFDM等主流调制解调技术,以及小波调制和混沌调制等发展中的调制解调技术原理和技术特点进行了分析和比较,分析了上述技术应用于低压电力线载波通信时的局限性及应解决的问题。重点介绍了小波调制和混沌调制的研究概况和发展趋势,对其应用于低压电力线载波通信的可能性进行了探讨。

篇7：高速相干光纤通信调制解调技术

GMSK调制方式,是在MSK调制器之前加入一个基带信号预处理滤波器,即高斯低通滤波器,由于这种滤波器能将基带信号变换成高斯脉冲信号,其包络无陡峭边沿和拐点,从而达到改善MSK信号频谱特性的目的。基带的高斯低通滤波平滑了MSK信号的相位曲线,因此稳定了信号的频率变化,这使得发射频谱上的旁瓣水平大大降低。

2 GMSK调制与解调原理

实现GMSK信号的调制,关键是设计一个性能良好的高斯低通滤波器,它必须具有如下特性:(1)有良好的窄带和尖锐的截止特性,以滤除基带信号中多余的高频成分。(2)脉冲响应过冲量应尽量小,防止已调波瞬时频偏过大。(3)输出脉冲响应曲线的面积对应的相位为π/2,使调制系数为1/2。以上要求是为了抑制高频分量、防止过量的瞬时频率偏移以及满足相干检测所需要的。

高斯低通滤波器的冲击响应为

式中,Bb为高斯滤波器的3d B带宽。

该滤波器对单个宽度为Tb的矩形脉冲的响应为

式中

当BbTb取不同值时,g(t)的波形如图1所示。

GMSK的信号表达式为

GMSK的相位路径如图2所示。

从图1和2可以看出,GMSK是通过引入可控的码间干扰(即部分响应波形)来达到平滑相位路径的目的,它消除了MSK相位路径在码元转换时刻的相位转折点。从图中还可以看出,GMSK信号在一码元周期内的相位增量,不像MSK那样固定为±π/2,而是随着输入序列的不同而不同。

由式(4)可得

式中

尽管g(t)的理论是在-∞<t<+∞范围取值,但实际中需要对g(t)进行截短,仅取(2N+1)Ts区间,这样可以证明θ(t)在码元变换时刻的取值是有限的。这样就可以事先制作cosθ(t)和sinθ(t)两张表,根据输入数据读出相应的值,再进行正交调制就可以得到GMSK信号,如图3所示。

图4描述出了GMSK信号的功率谱密度。图中,横坐标的归一化频率,纵坐标为谱密度,参变量为高斯低通滤波器的归一化3d B带宽与码元长度的乘积。的曲线是MSK信号的功率谱密度,由图4可见,GMSK信号的频谱随着值的减小变得紧凑起来。需要说明的是,GMSK信号频谱特性的改善是通过降低误比特率性能换来的。前置滤波器的带宽越窄,输出功率谱就越紧凑,误比特率性能变得越差。不过,当时,误比特率性能下降并不严重。

文中,不采用硬件构成高斯低通滤波器进行调制的方法,而是将GMSK的所有组合波形数据(高斯滤波后的)计算出来,然后将得到的数据输入EEPROM中,最后通过数据(Ik、Qk)进行寻址访问,取出相应的GMSK成形信号。

3 基于e-Labsim平台仿真

新建一实验窗口,将基带成形模块(以下简称基带模块)、IQ调制解调模块(以下简称IQ模块)分别拖入实验区。

3.1 GMSK调制仿真

3.2 GMSK相干解调仿真

模块之间的连线如表1所示,示波器按先按表2连入实验,启动仿真开关,按基带成形模块上“选择”键,选择GMSK模式(GMSK指示灯亮)如图5所示,仿真结果如图6所示。

关闭仿真开关,将示波器按再按表3连入实验,启动仿真开关,按基带成形模块上“选择”键,选择GMSK模式(GMSK指示灯亮)如图7所示,仿真结果如图8所示。

关闭仿真开关,将示波器按再按表4连入实验,启动仿真开关,按基带成形模块上“选择”键,选择GMSK模式(GMSK指示灯亮)如图9所示,仿真结果如图10所示。

4 结语

仿真结果表明GMSK调制解调原理与MSK调制解调原理基本相同,GMSK基带信号即是将MSK基带信号通过高斯滤波器得到,消除MSK相位路径在码元转换时刻的相位转折点。

摘要：GMSK(高斯最小移频键控)是20世纪80年代提出的一种典型的连续相位调制方式,常应用在GSM、GPRS移动通信系统和WLN等多个领域。文章主要介绍了数字通信中GMSK调制与解调原理,采用e-Labsim仿真平台来实现GMSK调制与解调。

关键词：GMSK,GPRS,数字通信,调制与解调,e-Labsim

参考文献

篇8：高速相干光纤通信调制解调技术

未来移动通信技术, 其更多的业务将会发生在室内和热点区域, 室内和热点的高速、高质量、高可靠性、低成本的信号覆盖是未来移动通信系统布网的重中之重[1]。随着3G、LTE的进一步发展, 对于国内移动运营商而言存在站点资源难以获得、租地费用比较高的问题。特别是, 能够租到放天线的地方, 难以租到机房。比如, 可能在一座楼的楼顶适合安装基站的天线, 但是这座楼无法租到机房, 或者可能只有地下室可能租到机房。这样, 机房离天线的距离比较远, 如果使用馈缆, 则损耗比较大[2,3]。

基于此, 目前工程上基于基带池构架把RRU远置的Node B系统 (Node B是3G网络的移动基站的称呼) 已经部署。而目前BBU (Building Base band Unit, 室内基带处理单元) +RRU (Radio Remote Unit, 射频拉远单元) 组网架构是3G室内信号分布系统的解决方案之一[4]。然而, BBU+RRU组网架构在解决3G室内信号分布系统时, 存在以下问题:

(1) RRU端设备复杂, 使用A/D、D/A、FPGA芯片, 成本较高;

(2) RRU端体积大, 功耗较大, 散热问题需要着重考虑;

(3) RRU端使用数字变频处理增大延时, 增大上下行切换难度;

(4) 数字处理技术占用大量宽带资源, TE-LTE网络尤为明显。

1 BCU+ORRU新型无线接入网组网架构

本文提出了一种新型的无线接入网系统架构, 其数字处理部分都集中于室内基站载波单元 (BCU, Building Carrier Unit) , 这样能够简化远端射频主机部分;降低整体组网成本、大大降低传输时延;可实现多路射频拉远分配;在工程上有利于快速布网, 减少工程量, 降低施工难度。

该新型无线接入网系统架构, 包括:室内载波单元 (BCU, Building Carrier Unit) 、传输光纤、光纤射频拉远单元 (ORRU, Optical Radio Remote Unit) 。室内载波单元 (BCU) 由Iub接口板、主控时钟、GPS接收机、基带处理、数字中频处理、射频收发信、光相干调制解调等部分组成;光纤射频拉远单元 (ORRU) 由光相干调制解调、滤波、射频放大、天线等部分组成。系统组网架构框图如图1所示。

2具体实施方式及性能分析

如图1所示, BCU+ORRU接入网系统架构, 包括:室内载波单元 (BCU, Building Carrier Unit) 、传输光纤、光纤射频拉远单元 (ORRU, Optical Radio Remote Unit) 。室内载波单元 (BCU) 由Iub接口板、主控时钟、GPS接收机、基带处理、数字中频处理、射频收发信、光相干调制解调等部分组成;光纤射频拉远单元 (ORRU) 由光相干调制解调、滤波、射频放大、天线等部分组成。

2.1 下行链路分析

下行链路:通过Iub接口板卡接收到从无线网络控制器 (RNC) 传送过来的数据信息后, 在主控和时钟板卡 (时钟采用GPS时钟) 控制下, 进入基带处理单元, 将数据信息进行协议解包, 转化成基带信号, 基带信号经过数字中频处理后再通过射频收信单元, 将数字中频信号混频到通信射频频段, 生成通信射频载波信号, 射频载波信号通过光相干调制解调单元, 对激光光源进行相位外调制, 生成光载波信号, 光载波信号通过具备远程供电的复合光缆中的单模光纤传送到ORRU端。光载波信号到达ORRU端后, 光相干调制解调单元对光载波信号进行光的相位解调, 解调出来的射频载波信号通过滤波降噪处理和射频功率放大, 经分集收发天线向空间发射无线电波 (寻找附近的终端设备) 。

2.2 上行链路分析

上行链路:ORRU设备的分集收发天线接收到附近终端设备发射过了的无线电波, 经滤波降噪处理和射频功率放大后进入光相干调制解调单元对激光光源进行光的相位外调制, 调制后的光载波信号通过具备远程供电的复合光缆中的单模光纤传送到BCU端, 通过光的相关调制解调单元对光载波信号进行光的相位解调, 解调出来的射频载波信号通过射频收信单元对射频载波信号进行混频处理, 得到模拟的中频载波信号, 模拟的中频载波信号在主控和时钟板卡 (时钟采用GPS时钟) 控制下, 依次经过数字中频处理单元、基带处理单元完成数字中频处理、基带信号处理后, 再通过Iub接口板卡把数据信息传送到无线网络控制器 (RNC) 上。

2.3 系统组网优势

(1) 利用光的相干调制解调技术, 减少光源啁啾, 降低噪声累加; (2) 简化远端射频主机部分, 降低整体组网成本; (3) 数字处理部分都集中于BCU, 大大降低传输时延; (4) 降低上行低噪, 减少上行干扰, 可实现多路射频拉远分配; (5) 在工程上有利于快速布网, 减少工程量, 降低施工难度; (6) 提供光纤远程供电, 解决远端供电问题; (7) ORRU分集接收, 提高上行接收灵敏度; (8) ORRU设备监控信息回传BCU集中处理, 减少ORRU监控信息处理负荷。

3 结语

本文提出的基于光学相干调制技术实现基站载波光纤拉远的无线移动接入网络, 具有降低噪声累加、简化远端射频主机、降低整体组网成本、降低传输时延、减少上行干扰、实现多路射频拉远分配、快速布网、减少工程量、降低施工难度、提高上行接收灵敏度、减少ORRU监控信息处理负荷等诸多优势, 其在解决未来移动通信室内和热点信号无线接入网研究方面会起到一定的探讨作用, 但更多的设备技术细节问题还需要完善, 设备组网后可能会遇到新的系统问题, 还需要进一步的网络优化。

参考文献

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