光束调制原理
QPSK调制与解调原理 (2)
QPSK 调制: 四相相移调制就是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息,就 是四 进制移相键控。QPSK 就是在M=4时的调相技术,它规定了四种载波相位,分别为 45°, 135°,225°,315°,调制器输入的数据就是二进制数字序列,为了能与四进制的 载 波相位配合起来,则需要把二进制数据变换为四进制数据,这就就是说需要把二 进制数 字序列中每两个比特分成一组,共有四种组合,即00,01,10,11,其中每一组称 为双比特码元。每一个双比特码元就是由两位二进制信息比特组成,它们分别代 表四进 制四个符号中的一个符号。QPSK 中每次调制 可传输2个信息比特,这些 信息比特就是通过载波的四种相位来传递的。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。 图2-1 QPSK 相位图 以π/4 QPSK 信号来分析,由相位图可以瞧出: 当输入的数字信息为“11”码元时,输出已调载波 ? ?? ? ? +4ππ2cos c t f A (2-1) 当输入的数字信息为“01”码元时,输出已调载波 ? ?? ? ? +43ππ2cos c t f A (2-2) 当输入的数字信息为“00”码元时,输出已调载波
? ?? ? ? +45ππ2cos c t f A (2-3) 当输入的数字信息为“10”码元时,输出已调载波 ? ?? ? ? +47ππ2cos c t f A (2-4) QPSK 调制框图如下: 图2-2 QPSK 调制框图 其中串并转换模块就是将码元序列进行I/Q 分离,转换规则可以设定为奇数 位为I,偶数位为Q 。 例:1011001001:I 路:11010;Q 路:01001 电平转换模块就是将1转换成幅度为A 的电平,0转换成幅度为-A 的电平。 如此,输入00则)4 5 2cos(2)2sin()2cos(ππππ+=+-=t f A t f A t f A QPSK c c c , 输入11,则)4 2cos(2)2sin()2cos(π πππ+= -=t f A t f A t f A QPSK c c c ,等等。
自相位调制
重庆大学研究生报告 自相位调制 课程名称：非线性光学 专业：光学工程 班级：光学工程二班 学号：20140802004 姓名：刘永风 成绩： 评语： 第2章应用自相位调制的色散补偿技术
2.1 引言 2.2 自相位调制对光信号的影响 2.3 色散补偿系统中SPM的影响 2.4 小结 1.1 引言 随着社会的发展，人类社会迈步进入信息时代，光纤无可质疑地成为信息交换中最重要的传输媒介。光纤通信系统中，色散和非线性光学效应的问题一直是光通信研究的一个热点问题。在强光的作用下，任何介质对光的响应都是非线性的，光纤也不例外作为传输波导的光纤，其纤芯的横截面积非常小。高功率密度经过长距离的传输。非线性效应就不可忽视了。. 随着干线光通信系统朝、着长距离、高速率密集型波分复用（WDM）系统方向发展，光纤的非线性效应对系统的影响日益突出。非线性对信号传输的影响不仅引起损耗，也将引起信号脉冲展宽, 限制输入信号功率和传输距离，并将导致频谱展宽和频率惆啾, 在多信道系统中还会引起信道间串音。 光纤中低阶非线性效应会产生光信号的自相位调制（SPM）和交叉相位调制
（XPM ）限制输入信号功率和传输距离，并将导致频谱展宽和频率惆啾。当光场较强时光纤折射率将随光场幅度的变化而变化, 从而使相位随光场幅度而变化。因此随着光场在光纤中的传输，光场自身产生的非线性效应而引起的非线性相移，使光纤中传输的光脉冲前、后沿的相位相对漂移，这种现象称为光场的自相位调制（SPM ）本文分析了部分相干脉冲传输时, 当光纤通信系统中非线性效应起主要作用。色散相对比较弱时, 由自相位调制引起的频谱演变。 1.2 相干脉冲传输下自相位调制对脉冲频谱的影响 光的自相位调制是一种非线性效应,如同光束的自聚焦一样, 光的自相位调制要求有相当强的光才能观察到。 SPM 对光纤中脉冲传输的影响可以通过求解非线性传输方程(10.2 -30)进行分析。 为了突出SPM 对信号传输的影响, 假定脉冲的中心波长位于光纤的零色散波长上, 则在方程(10.2 - 30)中β2=0。 同时, 如前面几节的讨论, 作下述变换, 定义出归一化振幅: ),(),(,01T z U e P T z A z t T z αβ-=-= (1- 1) 式中, P0为输入脉冲的峰值功率; α为光纤损耗系数; U(z,T)是按随传输损耗减小的脉冲振幅峰值归一化后得到的信号脉冲形式, 它将只反映脉冲的形状和相位信息。 这样, 方程(10.2 - 30)变为： U U L e i z U NL z 2α-=?? (1- 2) 方程(1 -2)的解为： ),(),0(),(T z i NL e T U T z U ?= (1 - 3) 22),0(),0(1),(T U L Z T U L e T z NL eff NL z NL =-=-α?α (1 - 4) 说明SPM 效应并不影响初始脉冲的形状, 但产生了随脉冲幅度而变化的相位调制因子由(4) 可以看出非线性相移价NL ? 正比于2 ),0(T U ，那么它的瞬时变 化恒等于脉冲光强的变化, 引起脉冲的惆啾效应,使脉冲的不同的部位具有与中心频率饰不同的偏移量 ??? ????????? ??-???? ??=-m m NL eff T T T T L Z T m T 201 20ex p 2)(δω (1 - 5) δω的时间依赖关系可被看做频率咽啾,这种叨啾是由SPM 引起的,它随传输距离的增大而增大。换句话说, 当脉冲沿光纤传输时, 新的频率分量在不断产生这些由SPM 产生的频率分量展宽了频谱使之超过了Z=0处脉冲的初始宽度脉冲频谱展宽的程度与脉冲的形状有关。 最大相移与光纤的有效长度、峰值功率有关。最大相移峰值功率T0线性增大。SPM 所致频谱展宽在整个频率范围内伴随着振荡结构通常, 频谱由许多峰
FM调制解调原理
频率调制信号的表示式为：()cos[()]t m c S t A t kfm d ωττ-∞ =+ ? 其中，kf 为 调频灵敏度，m(t)为调制信号。从公式出发即可完成频率调制的程序。 调频信号的解调方法通常是采用鉴频法。方框图如图所示 其中鉴频器包括微分电路和包络检波。 在模拟信号的调频程序中，先对输入参量的个数做出判断，少于则运行默认的。然后对信号进行调制，这里采样的调制信号是最简单的正弦信号，当然也可以为其他信号。调制过程中，积分是根据积分的定义编写的一段程序。在对已调信号进行解调前加入了噪声。解调过程中的微分同样的根据定义编写的，当然也可以采用MATLAB 里自带的函数diff 。在经过包络检波后对幅值做出了一定的修正。 下图是调频信号的时域频域波形。经过调频之后的信号频谱不仅发生了频谱搬移还增加了频率分量。
下图绿色的是小信噪比条件下的解调波形，可以发现信噪比对解调的影响。 而在语音信号的调频中，积分采用cumsum来完成，微分采用diff。因为经过调试发现，采用根据定义编写的程序由于循环运行需
要很多时间。另外，在经过微分器后，包络检波和低通这段和幅度调制的非相干解调一样，所以也可以在经过微分后调用AM包络检波的程序。对于调频信号来说，都会存在门限效应，使之在小信噪比情况下无法恢复出原来的调制信号。所以语音信号的调制解调是在很大信噪比情况下。
下面是语音信号调制解调的时域频域图。观看频谱可以看到调制信号的频谱相对于输入信号，发生了频谱搬移，还有在fc处多了一个冲激。 另外还有一个需要注意的问题，读入语音信号时所输入的路径必须和存放语音信号的路径相同。否则无法打开。 参考文献： [1]樊昌信，曹丽娜。通信原理。国防工业出版社。2006.9 [2] Santosh, the LNM IIT Jaipur (India).santosh_am_fm.m.2002.4 [3]陈丽丹。FM调制解调系统设计与仿真
信号的相位调制与解调概要
MATLAB仿真信号的相位调制与解调 专业：通信与信息系统 姓名：赵* 学号:********* 指导老师：****教授
摘要 Psk调制是通信系统中最为重要的环节之一，Psk调制技术的改进也是通信系统性能提高的重要途径。本文首先分析了数字调制系统的基本调制解调方法，然后，运用Matlab及附带的图形仿真工具——Simulink设计了这几种数字调制方法的仿真模型。通过仿真，观察了调制解调过程中各环节时域和频域的波形，并结合这几种调制方法的调制原理，跟踪分析了各个环节对调制性能的影响及仿真模型的可靠性。最后，在仿真的基础上分析比较了各种调制方法的性能，并通过比较仿真模型与理论计算的性能，证明了仿真模型的可行性。另外，本文还利用Matlab的图形用户界面（GUI）功能为仿真系统设计了一个便于操作的人机交互界面，使仿真系统更加完整，操作更加方便。 关键词：数字调制；分析与仿真；Matlab；Simulink；PSK；QPSK；
1.数字调制技术 (2) 2.PSK调制系统 (3) 2.1 QPSK调制部分，原理框图如图七所示 (6) 2.2 QPSK解调部分，原理框图如图八所示： (8) 3.用Simulink实现PSK调制 (9) 3.1 2PSK仿真 (9) 3.1.1调制 (9) 3.1.2 解调仿真 (12) 3.2 QPSK仿真 (13) 3.2.1 QPSK调制框图 (13) 参考文献 (18)
1.数字调制技术 通信按照传统的理解就是信息的传输与交换。在当今信息社会，通信则与遥感，计算技术紧密结合，成为整个社会的高级“神经中枢”。没有通信，人类社会是不可想象的。一般来说，社会生产力水平要求社会通信水平与之相适应。若通信水平跟不上，社会成员之间的合作程度就受到限制。可见，通信是十分重要的。 通信传输的消息是多种多样的，可以是符号的，文字的，数据和图像的等等。各种不同的消息可以分为两类：一类称为离散消息；另一类称为连续消息。离散消息的状态是可数的或离散的，比如符号，文字或数据等。离散消息也称数字消息。而连续消息则是其状态连续变化的消息，例如，连续变化的语音，图像等。连续消息也称模拟消息。因此按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号可以将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。 数字通信有以下突出的特点：第一，数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错，原则上是可以控制的。第二，当需要保密的时候，可以有效的对基带信号进行人为的“扰乱”，即加上密码。 数字通信系统可以用下图表示： →→→→→→→→信数信信数信 信源 道 字受道源字信 息编编调 解译译信 源 码码调码码者 制 道 器 器 器 器 器 器 图一 数字通信在近20年来得到了迅速的发展，其原因是： （1） 抗干扰能力强 （2） 便于进行各种数字信号处理 （3） 易于实现集成化 （4） 经济效益正赶上或超过模拟通信 （5） 传输与交换可结合起来，传输电话与传输数据也可结合起来，成为一个 统一整体，有利于实现综合业务通信网。
QPSK调制与解调原理
四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四 进制移相键控。QPSK 是在M=4时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为 45°, 135°, 225°，315°,调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制 的载 波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据， 这就是说需要把二进 制 数 字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即 00, 01，10，11,其中每一 组称 为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成， 它们分别代表 四进 制四个符号中的一个符号。QPSK 中每次调制 图2-1 QPSK 相位图 以n /4 QPSK 信号来分析,由相位图可以看出： 当输入的数字信息为“11 ”码元时，输出已调载波 (2-1) 当输入的数字信息为“ 01”码元时，输出已调载波 (2-2) 当输入的数字信息为“ 00”码元时，输出已调载波 (2-3) 当输入的数字信息为“10”码元时，输出已调载波 (2-4) 4 01 11 ? ? ? ■ 00 10 可传输2个信息比特，这些 信息比特是通过载波的四种 相位来传递的。解调器根据 星座图及接收到的载波信号 的相位来判断发送端发送的 信息比特。
QPS碉制框图如下: 图2-2 QPSK调制框图 其中串并转换模块是将码元序列进行I/Q分离，转换规则可以设定为奇数位为I，偶数位为Q 例：01: 1 路：11010；Q路：01001 电平转换模块是将1转换成幅度为A的电平，0转换成幅度为-A的电平。 如此，输入00 则QPSK Acos(2 fj) Asin(2 f」)、2Acos(2 f」4 ), 输入11,则QPSK Acos(2 f c t) Asin(2 口、2Acos(2 以-)，等等。 4 QPSK军调： 接收机收到某一码元的QPSK言号可表示为:
通信原理实验 QPSK调制解调实验
HUNAN UNIVERSITY 课程实验报告 题目：十QPSK调制解调实验 指导教师： 学生姓名： 学生学号： 专业班级：
实验10 QPSK调制解调实验 一、实验目的 1. 掌握QPSK调制解调的工作原理及性能要求；了解IQ调制解调原理及特性 2. 进行QPSK调制、解调实验，掌握电路调整测试方法了解载波在QPSK相干及非相干时的解调特性 二、实验原理 1、QPSK调制原理 QPSK又叫四相绝对相移调制，它是一种正交相移键控。QPSK利用载波的四种不同相位来表征数字信息。由于每一种载波相位代表两个比特信息，因此，对于输入的二进制数字序列应该先进行分组，将每两个比特编为一组，然后用四种不同的载波相位来表征。 用调相法产生QPSK调制原理框图如图所示，QPSK的调制器可以看作是由两个BPSK调 制器构成，输入的串行二进制信息序列经过串行变换，变成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性的二电平信号I（t）和Q（t），然后对Acosωt和Asinωt进行调制，相 加后即可得到QPSK信号。 二进制码经串并变换后的码型如图所示，一路为单数码元，另外一路为偶数码元，这两个支路互为正交，一个称为同相支路，即I支路；另外一路称为正交支路，即Q支路
2、QPSK解调原理 由于QPSK可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，其原理框图如图 三、实验步骤 在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块）、IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）、码元再生模块（以下简称再生模块）和PSK载波恢复模块。 1、QPSK调制实验 a、关闭实验箱总电源，用台阶插座线完成连接 * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源。 b、按基带成形模块上“选择”键，选择QPSK模式（QPSK指示灯亮）。 c、用示波器观察基带模块上“NRZ-I,I-OUT,NRZ-Q,Q-OUT”的信号;并分别与“NRZ IN”信号进行对比，观察串并转换情况。 NRZ-I 与NRZ IN I-OUT与NRZ IN NRZ-Q 与NRZ IN Q-OUT与NRZ IN d、观测IQ调制信号矢量图。
连续相位调制原理
连续相位QAM调制原理 1 引言 目前通信领域正处于急速发展阶段，由于新的需求层出不穷，促使新的业务不断产生，因而导致频率资源越来越紧张。在有限的带宽里要传输大量的多媒体数据，提高频谱利用率成为当前至关重要的课题，否则将很难容纳如此众多的业务。正交幅度调制(QAM)由于具有很高的频谱利用率被DVB-C等标准选做主要的调制技术。与多进制PSK(MPSK)调制不同，OAM调制采取幅度与相位相结合的方式，因而可以更充分地利用信号平面，从而在具有高频谱利用效率的同时可以获得比MPSK更低的误码率。 但仔细分析可以发现QAM调制仍存在着频繁的相位跳变，相位跳变会产生较大的谐波分量，因此如果能够在保证QAM调制所需的相位区分度的前提下，尽量减少或消除这种相位跳变，就可以大大抑制谐波分量，从而进一步提高频谱利用率，同时又不影响QAM的解调性能。文献中提出了针对QPSK调制的相位连续化方法，本文借鉴该方法，提出连续相位QAM调制技术，并针对QAM调制的特点在电路设计时作了改进。 2 连续相位QAM调制原理 QAM调制原理如图1所示。QAM调制的表达式一般可表示为 其中Am=dmA，Bm=emA，式中A是固定的振幅大小，(dm，em)由输入数据确定。 利用三角函数关系对(1)式进行变换可得 其中
Cm、θm分别表征QAM调制信号在一个码元区间[T，mT)内调制信号的振幅和相角大小。相应的，在相邻的下一个码元区间[mT，T)内，QAM调制信号可表示为 比较(2)、(4)式可以发现，普通的QAM调制过程中存在着△θ的相位跳变量。这种相位跳变的存在会增大调制信号的谐波分量，从而使频带展宽。由于有用信息主要集中在频谱的主峰附近，谐波中几乎不含有有用信息，所以从提高频谱利用率的角度，如果能够设法在保持每个码元主要区间内相位不变的前提下，在信号相邻码元的过渡区内逐点连续改变相位的值，直到下一个码元的主要部分，就可以使信号相邻码元之间的过渡区内最大相位差的绝对值趋近于零，从而既可以保证QAM调制所必须的相位差别，又避免了相位改变时的剧烈跳变，可以大大抑制谐波分量。 根据以上分析，连续相位QAM调制原理可用如下的公式表示 其中 称为连续化函数，2τ称为过渡区宽度，而把一个码元的其它部分称为该码元的主要部分。之所以选用这样的连续化函数，是因为考虑到sin函数取值在一l和+1 之间，并且是相当平滑的，这样S(t)的取值范围是[0，1]，于是运用公式(5)和(6)正好可以使相位在过渡区2τ内完成△θ的变化量，即从θm到θm+1的变化是在过渡区内逐渐完成的，这不同于一般QAM调制的相位跳变。在过渡区结束后，即进入一个码元的主要部分时相位已经达到与输入数据相对应的相位值θm+1。这种变化既满足了QAM调制相位转移的要求，又实现了用相位连续变化代替跳变的目的。
脉宽调制(PWM)的基本原理及其应用实例
脉宽调制(PWM)的基本原理及其应用实例 脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 模拟电路 模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V, 5V}这一集合中取值。 模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。 尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。 数字控制 通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。 简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。 图1显示了三种不同的PWM信号。图1a是一个占空比为10%的PWM输出，即在信号周期中，10％的时间通，其余90％的时间断。图1b和图1c显示的分别是占空比为50%和90%的PWM 输出。这三种PWM输出编码的分别是强度为满度值的10%、50%和90%的三种不同模拟信号值。例如，假设供电电源为9V，占空比为10%，则对应的是一个幅度为0.9V的模拟信号。 图2是一个可以使用PWM进行驱动的简单电路。图中使用9V电池来给一个白炽灯泡供电。如果将连接电池和灯泡的开关闭合50ms，灯泡在这段时间中将得到9V供电。如果在下一个50ms中将开关断开，灯泡得到的供电将为0V。如果在1秒钟内将此过程重复10次，灯泡将会点亮并象连接到了一个4.5V电池(9V的50%)上一样。这种情况下，占空比为50%，调制频率为10Hz。 大多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz。设想一下如果灯泡先接通5秒再断开5秒，然后再接通、再断开……。占空比仍然是50%，但灯泡在头5秒钟内将点亮，在下一个5秒钟内将熄灭。要让灯泡取得4.5V电压的供电效果，通断循环周期与负载对开关状态变化的响应时间相比必须足够短。要想取得调光灯(但保持点亮)的效果，必须提高调制频率。在其他PWM应用场合也有同样的要求。通常调制频率为1kHz到200kHz之间。
QPSK调制与解调原理
ＱPSＫ调制: 四相相移调制就是利用载波得四种不同相位差来表征输入得数字信息,就 是四 进制移相键控。QPＳK就是在M＝4时得调相技术,它规定了四种载波相位,分别 为45°, 1３5°,225°,３15°,调制器输入得数据就是二进制数字序列,为了能与四进制 得载 波相位配合起来,则需要把二进制数据变换为四进制数据,这就就是说需要把二 进制数 字序列中每两个比特分成一组,共有四种组合,即00,01,10,11,其中每一组称 为双比特码元。每一个双比特码元就是由两位二进制信息比特组成,它们分别代 表四进 制四个符号中得一个符号。QＰＳK中每次调制 可传输2个信息 比特,这些信息比特就是通 过载波得四种相位来传递 得。解调器根据星座图及接 收到得载波信号得相位来判 断发送端发送得信息比特。以π/: (2—1) 当输入得数字信息为“0１"码元时,输出已调载波 (2-２) 当输入得数字信息为“00”码元时,输出已调载波 (2－3) 当输入得数字信息为“１0”码元时,输出已调载波 (2－4) QPSK调制框图如下:
图2—2 QPS Ｋ调制框图 其中串并转换模块就是将码元序列进行I/Q 分离,转换规则可以设定为奇数位为I,偶数位为Q 、 例:1011０0１001:Ｉ路:11０1０;Ｑ路:01０01 电平转换模块就是将1转换成幅度为A 得电平,０转换成幅度为－A 得电平。 如此,输入0０则 )4 5 2cos(2)2sin()2cos(ππππ+=+-=t f A t f A t f A QPSK c c c , 输入11,则,等等。 QP ＳK 解调: 接收机收到某一码元得QPSK 信号可表示为: yi(t)＝ａ ｃos(2πfc ｔ+φｎ) 其中 (2—5) 图2—4 QPS Ｋ解调原理分析 由ＱＰＳK 得解调框图得到:
GFSK的调制解调原理
GFSK 的调制和解调原理 高斯频移键控GFSK (Gauss frequency Shift Keying)，是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。它是一种连续相位频移键控调制技术，起源于FSK(Frequency- shift keying)。但FSK 带宽要求在相当大的程度上随着调制符号数的增加而增加。而在工业，科学和医用433MHz 频段的带宽较窄，因此在低数据速率应用中，GFSK 调制采用高斯函数作为脉冲整形滤波器可以减少传输带宽。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，因此GFSK 调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用（高斯预调制滤波器能进一步减小调制频谱，它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量）。 GFSK 调制 1、直接调制：将数字信号经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟调 频。由于通常调制信号都是加在PLL 频率合成器的VCO 上（图一），其固有的环路高通特性将导致调制信号的低频分量受到损失，调制频偏（或相偏）较小。因此,为了保证调制器具有优良的低频调制特性，得到较为理想的GFSK 调制特性，提出了一种称为两点调制的直接调频技术。 uc 图一 两点调制：调制信号被分成2部分，一部分按常规的调频法加在PLL 的VCO 端,另一部分则加在PLL 的主分频器一端（基于PLL 技术的频率合成器将增加两个分频器：一个用于降低基准频率，另一个则用于对VCO 进行分频 ）。由于主分频器不在控制反馈环内，它能够被信号的低频分量所调制。这样,所产生的复合GFSK 信号具有可以扩展到直流的频谱特性，且调制灵敏度基本上为一常量, 鉴频器 PD 环路低通滤波器LF 压控振荡器VCO 载波信号 调制信号ui 调频信号uo 主分频器
激光束的自聚焦、自散焦与自调制
激光束的自聚焦、自散焦与相位调制 引言：在各向同性的非线性介质中，光场会引起介质极化率的实部发生变化，或者说光致折射率变化或产生非线性折射率。光致折射率变化的效应有多种，这里只介绍光学克尔效应，它表述为介质某处折射率变化的大小与该处光强大小成正比。本文介绍自作用（自相位调制）和互作用（交叉相位调制）两种光克尔效应。还要讨论由于高斯光束横向分布的不均匀性，光束在传播过程中引起的自聚焦，自散焦效应的理论，以及相关的时间和空间自相位调制的现象。 一．光学克尔效应 光克尔效应是指光电场直接引起的折射率变化（即非线性折射率）的效应，其折射率变化大小与光电场的平方成正比，即2E Δn∝。这种效应属于三阶非线性光学效应。具有克尔效应的介质称为克尔介质。光学克尔效应因其产生的非线性极化率的方式不同而被分为两种： （1）自作用光学克尔效应 利用频率为ω的信号光自身的光强引起介质折射率变化，同时用一束信号光直接探测在该频率ω下的非线性极化率实部或非线性折射率的大小。 （2）互作用光学克尔效应 演示这种光克尔效应，需要两束光：泵浦光---引起折射率变化的强光；信号光----探测介质折射率变化大小的弱光。也就是用频率不同（ω’）或偏振方向不同的强泵浦光引起介质折射率变化，同时用频率为ω的弱信号光探测介质非线性极化率实部或非线性折射率的大小。图 1.给出了自作用克尔效应和互作用克尔效应的两个典型例子。 (a)自作用克尔效应（b）互作用克尔效应 图1.两种光克尔效应 设信号光频率为ω，泵浦光频率为ω’，忽略吸收，自作用克尔效应和互作
用克尔效应的非线性极化强度分别表示为 23(3) 0()3(;,,)()()P E E =- （） ωεχωωωωωω （1.1） 23(3) 0()6(;',-',)(')()P E E = （） ωεχωωωωωω （1.2） 在光波传播过程中，折射率的变化会引起光的相位的变化。考虑一个沿Z 方向传播的平面单色波()((z)e i kz wt E E - ω,z)=,光从z=0出发传至z=L,引起介质的折射率变化为Δn,传播常数变化为Δk,相应光波的相位变化为 2KL c =ωπ Δφ=ΔΔnL=ΔnL λ（1.3） 上式表明光致折射率变化调制了相位，对自作用光克尔效应和互作用光克尔效应，相应地存在自相位调制（SPM ）和交叉相位调制（XPM ）两种。 1.1自相位调制光克尔效应 为讨论自作用光克尔效应中折射率与光场的关系，设频率为ω的强激光入射各向同性介质，仅考虑一阶和三阶效应，其中一阶极化率(1)(1)(1)'i ''χχχ=+和三阶极化率(3)(3)(3)'i ''χχχ=+皆取实部，则总极化强度为 (1)(3) 2(1)'(3)' 00()()() ()3(;,)()() P P P E E E χχ=+=+ ωωωεωεωω,-ωωωω （1.4） 根据0D E P ε=+ 和D E ε= ，并定义有效三阶极化率(3)(3)'3'e χχ=,由（1.4）得 2 (1)' (3)0(1+'())e E χ χ =+ εεω （1.5） 式中ε是总介电系数，为实数。利用线性介电系数的关 系0n =和 (1)'0'(1)=+εεχ，得到2 (1)'01n =+χ,将它代入式（1.5）得到 2 2 (3)'00(())e n E χ =+ εεω （1.6） 利用（1.6），得总折射率n 为 (3)'(3)'2 2 1/2 1/2 00020 (/) (1()) ()2e e n n E n E n n χχ==+ ≈+ εεωω （1.7） 式中，考虑到等式右边圆括号中的后一项比1小得多。式（1.7）的前项n 0
4.6 恒包络连续相位调制技术-MSK和GMSK
4.6恒包络连续相位调制技术 4.6.1 引言 根据前面的学习我们知道，在数字频率调制FSK和数字相位调制PSK体制中，由于已调信号振幅是恒定的，因此有利于在非线性特性的信道中传输。但PSK已调信号的相邻码元存在相位跳变，FSK 已调信号如果没有保证相位连续措施的话，相邻码元的相位也存在跳变。 相位跳变会使信号功率谱扩展，旁瓣增大，对相邻频率的信道形成干扰。为了使信号功率谱尽可能集中于主瓣之内，主瓣之外的功率谱衰减速度快，那么信号的相位就不能突变。恒包络连续相位调制技术就是按照这种思想产生的。 MSK和GMSK就是两种在移动通信中常用的恒包络连续相位调制技术。 4.6.2最小频移键控MSK 最小频移键控（Minimum Shift Keying，缩写为MSK）是二进制连续相位FSK（CPFSK）的一种特例，它能够产生恒定包络、连续相位信号，具有正交信号的最小频率间隔，在相邻码元交界处相位连续。 MSK有时也称为快速频移键控(FFSK)。 所谓“最小”是指这种调制方式能以最小的调制指数(0.5)获得正交信号；而“快速”是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK的数据传输速率更高，且在带外的频谱分量要比2PSK衰减的快。
MSK 信号的时域表达式为 s s k s s k c MSK T k t kT kT t T a t f A t s )1(,)(22cos )(+≤≤?? ????+-+=?ππ （4.6.1） 式中，c f 表示载波频率； A 表示已调信号振幅； s T 表示码元宽度； k a 表示第k 个码元中的信息，其取值为1±； ∑--∞ == 1 2k k k k a π ?表示直到s T k )1(-时的累积（记忆）相位值。 设 k k k a k x ?π+- =2 （4.6.2） 则式（4.6.1）变为 s s k k s c MSK T k t kT x t a T f A t s )1(,)41 (2cos )(+≤≤?? ????++=π （4.6.3） 由表达式（4.6.3）可知：MSK 信号可以表示成在s s T k t kT )1(+≤≤时间间隔内具有两个频率之一的正弦波。如果定义这两个频率为 )1(,41 1-=- =k s c a T f f （4.6.4） )1(,41 2+=+ =k s c a T f f （4.6.5） 那么，由式（4.6.3）确定的MSK 信号可以写成如下形式 2,1,)1(212c o s )(1=?? ????+-+=-i k t f A t s k i i M S K ?ππ （4.6.6） 频率间隔为 s T f f f 2112= -=? （4.6.7） 所以，MSK 调制的调制指数 5.02 1 21==?= ?=s s s T T fT h （4.6.8） 为了分析方便，定义
QPSK调制与解调分析
移动通信实验报告 姓名学号实验日期实验名称QPSK调制与解调实验类型 实验目的 学会使用MATLAB中的simulink仿真软件，了解其各种模块的功能，用simulink 实现QPSK的调制和仿真过程，得到调制信号经高斯白噪声信道，再通过解调恢复原始信号，绘制出调制前后的频谱图，分析QPSK在高斯信道中的性能，计算传输过程中的误码率。通过此次设计，在仿真中形象的感受到QPSK的调制和解调过程，有利于深入了解QPSK的原理。同时掌握了simulink的使用，增强了我们学习通信的兴趣，培养通信系统的仿真建模能力。 实验原理及设计思路（一）QPSK星座图 QPSK是Quadrature Phase Shift Keying的简称，意为正交移相键控，是数字调制的一种方式。它规定了四种载波相位，分别为0, 2 π , π, 3 2 π (或者 4 π ， 3 4 π ， 5 4 π ，7 4 π )，星座图如图1（a）、（b）所示。 图1 QPSK星座图 （二）QPSK的调制 因为输入信息是二进制序列，所以需要将二进制数据变换成四进制数据，才能和四进制的载波相位配合起来。采取的办法是将二进制数字序列中每两个序列分成一组，共四种组合（00,01,10,11），每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。QPSK每次调制可传输两个信息比特。图2的（a）、(b)、(c)原理框图即为QPSK的三种调制方式，本次课程设计主要采用的是正交调制方式。 （a）（b）
（a）正交调制法 （b）相位选择法 （c）脉冲插入法 图2 QPSK的主要调制方式 （三）QPSK的解调 QPSK信号可以用两个正交的载波信号实现相干解调，它的相干解调器如图3所示，正交路分别设置两个匹配滤波器，得到I（t）和Q（t），经电平判决和并转串即可恢复出原始信息。
实验九QPSK调制与解调实验报告
实验九Q P S K/O Q P S K调制与解调实验 一、实验目的 1、了解用CPLD进行电路设计的基本方法。 2、掌握QPSK调制与解调的原理。 3、通过本实验掌握星座图的概念、星座图的产生原理及方法，了解星座图的作用及工程上的作用。 二、实验内容 1、观察QPSK调制的各种波形。 2、观察QPSK解调的各种波形。 三、实验器材 1、信号源模块一块 2、⑤号模块一块 3、20M双踪示波器一台 4、连接线若干 四、实验原理 （一）QPSK调制解调原理 1、QPSK调制 QPSK信号的产生方法可分为调相法和相位选择法。 用调相法产生QPSK信号的组成方框图如图12-1（a）所示。图中，串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行的双极性序列。设两个序列中的二进制数字分别为a和b，每一对ab称为一个双比特码元。双极性的a和b脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波及正交载波进行二相调制，得到图12-1（b）中虚线矢量。将两路输出叠加，即得如图12-1（b）中实线所示的四相移相信号，其相位编码逻辑关系如表12-1所示。 （a） （b） 图12-1 QPSK调制 2、QPSK解调 图12-2 QPSK相干解调器 由于四相绝对移相信号可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，其组成方框图如图12-2所示。图中的并/串变换器的作用与调制器中的串/并变换器相反，它是用来将上、下支路所得到的并行数据恢复成串行数据的。（二）OQPSK调制解调原理 OQPSK又叫偏移四相相移键控，它是基于QPSK的改进型，为了克服QPSK中过零点的相位跃变特性，以及由此带来的幅度起伏不恒定和频带的展宽（通过带限系统后）等一系列问题。若将QPSK中并行的I，Q两路码元错开时间（如半个码元），称这类QPSK为偏移QPSK或OQPSK。通过I，Q路码元错开半个码元调制之后的波形，其载波相位跃变由180°降至90°，避免了过零点，从而大大降低了峰平比和频带的展宽。 下面通过一个具体的例子说明某个带宽波形序列的I路，Q路波形，以及经载波调制以后相位变化情况。 若给定基带信号序列为1 －1 －1 1 1 1 1 －1 －1 1 1 －1 对应的QPSK与OQPSK发送波形如图12-3所示。 图12-3 QPSK,OQPSK发送信号波形 图12-3中，I信道为U（t）的奇数数据单元，Q信道为U（t）的偶数数据单元，而OQPSK的Q信道
相位生成载波(PGC)调制与解调讲解
相位生成载波（PGC ）调制与解调 一、 PGC 调制 干涉型光纤传感器的解调方法目前主要有：相位生成载波解调法、光路匹配差分干涉法、差分时延外差法。由于相位生成载波解调信号有动态范围大、灵敏度高、线性度好、测相精度高等优点，是目前光纤传感干涉领域工程上较为实用的解调方法。[1] 相位生成载波的调制分为外调制和内调制。外调制一般采用压电陶瓷（PZT ）作为相位调制器，假设调制信号频率为ω0 ，幅度为C ，调制信号可以表示为（1）式： 0(t)cos(t)C φω= （1） 则光纤干涉仪的输出的信号可表示为（2）式： 00cos[(t)(t)]cos[cos(t)(t)]s s I A B A B C φφωφ=++=++ （2） 式中，A 为直流量， B 为干涉信号幅度。s (t)Dcos(t)(t)s φωψ=+，其中，?s (t) 不仅包含了待测信号D cos ωs t ，还包括了环境噪声引起的相位变化ψ(t)。 将（2）式按 Bessel 函数展开，得到（3）式[2]： k k 02k 02k 1010J (C)2(1)J (C)cos 2k t cos (t)2(1)J (C)cos(2k 1)t sin (t)s s k k I A B ωφωφ∞ ∞+==?????? =++---+?? ?????????? ∑∑ (3) 二、 PGC 解调 微分交叉相乘（differential and cross —multiply ，DCM ）算法和反正切算法是 两种传统的 PGC 解调算法，此外,文献[1]中还介绍了三倍频DCM 算法，基频混频PGC 算法，基于反正切算法和基频混频算法的改进算法，反正切-微分自相乘算法（Arctan-DSM ）算法。下面分别介绍DCM 算法和反正切算法。 2.1 微分交叉相乘（DCM ）算法 DCM 算法的原理图如图1所示： 图1 DCM 算法原理图 输入的干涉信号I 分别与基频信号10cos S G t ω=和二倍频信号20cos 2S H t ω=进行混频，再通过低通滤波器滤除高频成分，可以得到信号的正弦项（5）式和余弦项（6）
QPSK调制原理及matlab程序实现(最新整理)
QPSK已调信号生成 一、QPSK介绍 QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying 的缩写，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。其有抗干扰性强、误码性能好、频谱利用率高等优点，广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。 二、实验平台和实验内容 １、实验平台 本实验是MATLAB环境中生成基本QPSK已调信号，只需要MATLAB12.0。２、实验内容 1.基带信号为周期127bits伪随机序列，信息比特速率：20kbps，载波频率： 20kHz（速率及频率参数现场可调整）； 2.在MATLAB环境中编写M代码搭建QPSK调制系统模型； 3.观测基带时域波形、已调信号时域波形； 4.观测基带发射星座图； 5.观测已调信号的功率谱（优先）或频谱； 三、实现框图及其原理分析 １、原理分析及其结构 QPSK与二进制PSK一样，传输信号包含的信息都存在于相位中。载波相位取四个等间隔值之一，如л/4, 3л/4,5л/4,和7л/4。相应的E为发射信号的
每个符号的能量，T为符号持续时间，载波频率f等于nc/T，nc为固定整数。每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组。例如，可用前述的一组相位值来表示格雷码的一组二位组：10，00，01，11。 - + ∏i ft∏ 2( 2E/t]4/ Ｓｉｎ（ｔ）＝ｃｏｓ［２］ ０＜＝ｔ＜＝Ｔ )1 其中，i＝１，２，３，４。 2、框图 四、实验结果与分析
图一基带信号为周期为127bits的伪随机序列。
图二：已调信号时域波形 带宽为Hz 7104
QPSK调制与解调原理
QPSK 调制： 四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四 进制移相键控。QPSK 是在M=4时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45°， 135°，225°，315°，调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制的载 波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数 字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称 为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进 制四个符号中的一个符号。QPSK 中每次调制 可传输2个信息比特，这些信息比特 是通过载波的四种相位来传递的。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。 图2-1 QPSK 相位图 以π/4 QPSK 信号来分析,由相位图可以看出： 当输入的数字信息为“11”码元时，输出已调载波 ? ?? ? ? +4ππ2cos c t f A (2-1) 当输入的数字信息为“01”码元时，输出已调载波 ? ?? ? ? +43ππ2c o s c t f A (2-2) 当输入的数字信息为“00”码元时，输出已调载波 ? ?? ? ? +45ππ2cos c t f A (2-3) 当输入的数字信息为“10”码元时，输出已调载波 ? ?? ? ? +47ππ2cos c t f A (2-4) QPSK 调制框图如下： 图 2-2 QPSK 调制框图 其中串并转换模块是将码元序列进行I/Q 分离，转换规则可以设定为奇数位为I ，偶 数位为Q 。 例：：I 路：11010；Q 路：01001 电平转换模块是将1转换成幅度为A 的电平，0转换成幅度为-A 的电平。 11 0100 10
声光调制器原理和技术
声光调制器原理和技术 （信息科学与工程学院江苏·南京） 3.1 声光调制器简介 声光调制是一种外调制技术，通常把控制激光束强度变化的声光器件称作声光调制器。声光调制技术比光源的直接调制技术有高得多的调制频率；与电光调制技术相比，它有更高的消光比（一般大于1000：1），更低的驱动功率，更优良的温度稳定性和更好的光点质量以及低的价格；与机械调制方式相比，它有更小的体积、重量和更好的输出波形。根据它的用途特点可分为：脉冲声光调制器、线性声光调制器、正弦声光调制器、红外声光调制器等。 3.2 声光调制器的工作原理 声光调制器由声光介质和压电换能器构成。当驱动源的某种特定载波频率驱动换能器时,换能器即产生同一频率的超声波并传入声光介质,在介质内形成折射率声变化，光束通过介质时即发生相互作用而改变光的传播方向即产生衍射，如图1所示。 入射光 衍射光 调制信号 图1 布拉格衍射原理图 衍射模式有布拉格衍射和拉曼-奈斯型衍射。激光腔外使用的声光调制器一般采用布拉格型，衍射角为： sinθd≈θd=（λ0/υ）f1 一级光衍射效率η为： η1=I1/IT=sin2（Δψ/2） Δψ=（π/λ0）√2LM2Pa/H 式中λ0为光波长；V为声光介质中的声速；I1为一级光衍射强度；L为声光互作用长度；H为声光互作用宽（高）度；M2为声光品质因数；Pa为声功率。 当外加信号通过驱动电源作用到声光器件时，超声强度随此信号变化，衍射光强也随之变化，从而实现了对激光的振幅或强度调制；当外加信号仅为载波频率且不随时间变化时，衍射光的频率发生变化而达到移频。
t P s I d (f m ) f m (I s ) 图2 衍射光随调制信号的变化 3.3 声光调制器主要的参量 3.3.1 光波长: 用于声光互作用的有效波长； 3.3.2 光波长范围: 满足声光性能参数规约的光波长宽度； 3.3.3 工作频率: 声光器件工作的声载波频率； 3.3.4 衍射效率: 级光强（或衍射光强）与透过声光介质总光强的百分比值 3.3.5 脉冲重复率： 脉冲信号包络的时间周期的倒数； 3.3.6 光脉冲上升时间： 脉冲信号前沿从 10%上升到 90%稳定值的时间； 3.3.7 动态调制度： 信号包络的最大值 Imax 和最小值 Imin ，按公式 Imax-Imin/Imax+Imin 计算的数值； 3.3.8 调制带宽： 以低频信号的最大调制度为基值，改变调制信号直到调制度下降 3dB 所对应的频率宽度； 3.3.9 线性度： 一级衍射光强与控制电压改变的关系曲线的线性状况； 3.3.10 电压可调范围： 满足线性度指标的控制电压范围； 3.3.11 线性光强等级： 衍射光强度随控制电压改变所能达到可分辨的光强变化等级，亦 可称之为灰度等级； 3.3.12 消光比：一级光衍射光方向上器件处于“开”状态的最佳衍射光强与“关”状态下 的杂散光强之比值； 3.3.13 光学透过率：声光介质插入光路中的透过光强与自由光路的光强之百分比值； 3.3.14 移频带宽： 以中心频率处衍射光强的最大值为基准，衍射光强随声载波频率改变 而下降至 3dB 所对应的带宽。 3.4 常用的声光调制器 3.4.1 自由空间声光调制器 标准的自由空间声光调制器用于对激光束的数字或模拟的强度调制。主要技术参数如下： 波长范围：240nm 到 2100nm 驱动频率：20MHz 到 350MHz 光学上升时间：5ns 调制带宽：宽达100MHz 工作介质：二氧化碲、钼酸铅、熔融石英、石英晶体、燧石玻璃 使用数字RF 驱动器，外控TTL 信号可以快速开关激光束；使用模拟RF 驱动器，可以调节输出激光功率和输入激光功率的比率，典型调节范围为0%到85%。 最大调制带宽或光学上升时间是超声波穿越激光束时间的函数。因此，为了获得最快的速度，一般将激光束聚焦