信号调制通信系统设计文献综述

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文献综述信号调制通信系统设计1前言部分（阐明课题的研究背景和意义）本课题研究的是设计信号调制系统，之所以要设计这个项目，是因为信号调制在人们的生活中已经不可分割了。信号调制在信号的传输中起了不可代替的作用。很久很久以前，人们曾经寻找各种方法，用来实现信号传输。例如，我们古代利用烽火来传送边疆报警信号，这种光信号的传输成为了我国最造的通信系统。1837年的莫尔斯发明了电报。后来在1876年，贝尔发明了电话，将声信号转换为点信号沿着导线直接传送。19世纪，人们又开始研究用电磁波传送无线电信号。[1]一直到今天，传送信号的速度越来越快，这些就是归功于信号的快速传输。而信号的传输并非直接传输，而是要经过特殊的处理之后，才能有效的，高速的，正确的接收到信号。而且，信号的长距离传输必定会损耗能量，影响最后的接收。所以，为了减少在传输时的耗损，人们一般是先对传输信号进行特殊处理，然后再传递。把原始的待传信号托附到高频振荡的过程称为调制，只有这样，信号才能在载波的作用下，以极少的能量在传输过程中损耗，使接收端收到有效信。首先我们必须对信号调制的概念要做个简要的叙述：调制就是将我们所需的信号进行加工处理，然后加载到高频载波上，使它成为有益于信号传播的形式的过程。其实说明白点就是使载波随着信号而改变的技术。一般来说，我们所需的有用信号（信号源），存在直流分量和低频频率的分量，这信号叫作基带信号。基带信号是无法进行长远距离传输的，因为能量在中途中非常容易损耗的。所以必须要把低频的基带信号转换成高频的基带信号来进行传播。而这已变成的高频率基带信号就叫做调制信号，这个信号叫已调信号。调制信号就是通过改变高频载波的幅度，相位，频率，使它随着基带信号的改变而改变来实现调制的。当然，有调制，就肯定有解调，没有解调的信号是不能接收使用的。而解调就是将信号从载波中提取出来，然后进行一些处理是接收者使用。这里就对解调不做作详细的介绍了。[2]信号调制的作用不仅仅能减少信号在长远距离传输过程中所要消耗的能量，而且还有其它的作用。由于天线的尺寸一定要与信号的波长相匹配，而低频信号的波长很长，无法制作相对长度的天线尺寸，所以必须要对信号进行调制处理，使信号转变为高频载波上而使波长变短，有利于天线的制作。还有一个作用就是，将低频信号调制到高频信号可以实现频分复用。 调制技术主要用来将模拟信号或数字信号转换成特殊的模拟信号。常用的模拟信号的调制技术有三种：（1）改变载波的振幅称振幅调制。（2）改变载波的频率称频率调制。（3）改变载波的相位称相位调制。[4]在通信中，信号调制是必不可少的。调制在通信系统中有非常重要的作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于传播的高频已调信号，而且它对系统的传输可靠性和传输的有效性有着很大的提高，调制方式往往是决定一个通信系统的性能。本课程设计是采用FPGA技术来完成信号调制通信系统的设计。所谓FPGA，全名是：Field－ProgrammableGateArray。中文名叫：现场可编程门阵列。它是在CPL、PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的成果。它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，不仅解决了定制电路的不足方面，而且克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。[3]目前以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录到FPGA上进行测试，是一种现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以实现一些基本的逻辑门电路或者复杂的组合功能，比如解码器或数学方程式。在大部分的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。①2主题部分（阐明课题的国内外发展现状和发展方向，以及对这些问题的评述）如今，信号调制这个技术在国内外的发展可以突飞猛进。信号调制的方式在目前的开发中还只有存在两种：它们分别是模拟调制和数字调制。其中，模拟调制系统，不仅我国，还有国外的其它国家都采用两种调制方法：幅度调制（线性调制），角度调制（非线性调制）。而在幅度调制中采用了双边带调制（DSB）、单边带调制（SSB）和残留边带调制。另一个调制角度调制则采用了频率调制（FM）。这么多种类的调制方式，完全可以在各种领域中得到应用了。不仅调制方式有多种，连信号调制通信系统的开发技术也层出不穷。目前最流行的技术是一种基于DDS技术的通信信号调制。所谓DDS，就是直接数字频率合成。它首先由J.Tierncy提出的。它是以数字信号处理理论为基础的，从相位概念出发直接合成所需波形的一种信得全数字技术的频率合成方法。随着大规模集成电路的发展，DDS 技术有了飞速的发展，逐渐成为了最重要的频率合成技术了。[5][6]正巧，利用FPGA可实现DDS技术的信号调制。而FPGA也是当今应用最广泛的一种技术，两种应用最广泛的技术的完美组合，使通信信号调制技术突飞猛进。[7]目前，Altera公司，Xilinx公司，Actel公司和Lattice公司都推出了FPGA技术。他们是FPGA的领头羊。其中Altera公司和Xilinx公司主要生产一般用途FPGA，其主要产品采用RAM工艺。，Actel公司主要提供非易失性FPGA，产品主要基于反熔丝工艺和FLASH工艺。[8]调制在电子通信学中是非常重要的。其发展方向是：①由于数字业务的不断增加，数字通信系统的容量需要不断扩充，这就必须发展超高速率的数字调制技术；②为了充分利用无线电频谱资源，要求进一步研究频谱效率高的和误码率低的调制方式；③在相干光通信和光盘存储设备方面，光相位调制、频率调制和偏振调制等的研究也是重要的研究课题。[9]不仅如此，随着通信技术的进步和调制方式的发展，自然在通信信号调制的模式中也不断面临挑战，研究者尝试着将各种新方法、新技术、新工具和新理论运用于其中，以期望能有更好的识别效果。当然，也还有很多问题或不足的方面仍需要进一步的研究：(1)如何提高有限样本特别是小样本情况下不同调制类型信号的识别率；(2)如何提高大信噪比变化范围内特别是低信噪比情况下不同调制类型信号的识别率；(3)基于现代信号处理方法寻找计算量更小、识别性能更好的新识别特征参数；(4)目前对通信信号调制识别的研究是在同一接收信道中同时只存在一个信道的前提下进行的；[10]随着无线电通信技术的发展，同时出现两个或多个通信信号的现象难以避免，如何实现对共信道的多个通信信号的调制模式实现自动识别，值得进一步研究；(5)调制识别方法在软件无线电中的应用，也是一个值得研究的方向。利用软件无线电、自动化控制技术，结合硬件解调及数据采集，实现信号的自动接收和解调，具有重要的应用前景。3总结部分（将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方向做出预测）本文主要介绍了通信信号调制的作用和 调制的方法。21世纪是信息化时代，也就是说是信息高速传送的时代，信息的传送就必须依靠信号的调制这一必不可少的通信技术。假设没有了信号的调制，就无法使发送端的信号传送到接收端了，更不用说是在宇宙中的信号传送了这样，我们生活中的所有电脑，手机，电视机，收音机等都将成为废铁，只能靠报纸缓慢的传播信息了，就等于我们又回到了100年前的时代了。所以说，信号调制的作用是无可厚非的，也是无可取代。[11][12]或许有人会认为，既然已经有了信号调制技术，就不用再在这方面研究了。那就大错特错了。随着科技的发展，从简单的文字信息发展到语音信息，再到视图信号，而调制不同信号种类的方法也截然不同，从文字信号到视图信号对应的调制方法技术逐渐提高。前者的调制方法无法调制后者信号。所以调制方式要与信号源一一对应。[13]目前，我们无法预测将来的信号是以什么形式出现，所以我们对未来的调制技术也是未知数，这就要求我们继续不断的研究来适应新型的信号源。不仅如此，现在全球提倡节能。因此我们还须努力研究如何降低信号调制通信系统的功耗，使功耗尽可能达到最低。[14][15]4参考文献[1]郑君里，杨为理.信号与系统.高等教育出版社.2008.[2]樊昌信，曹丽娜.通信原理.北京：国防工业出版社.1980.[3]黄志伟.FPGA系统设计与实践，北京：电子工业出版社.[4]吕铁军等调制信号的分形特征研究[J]，中国科学（E），2001，31（6）：508－513.[5]孙超，林占江.基于DDS的雷达任意波形信号源的研究.电子测量与仪器学报,2008,(4):31-36.[6]尹继武.基于DDS技术提高频谱仪的频率分辨率.传感器与仪器仪表.2008，（5）：153-154.[7]亿特科技.CPLD/FPGA应用系统设计与产品开发.[8]李广军，孟宪元.可编程ASIC设计及应用.电子科技大学出版社，2003.9.[9]王炜，赵可萍，郑易.基于FPGA的调制信号电路设计.微计算机信息，2007，（2）.[10]张学平，王应生，邹传云.基于FPGA的OQPSK解调器的设计与实现[J].微计算机信息，2006,22（4）：155-157.[11]付扬.基于FPGA直接数字频率合成两种控制电路设计.微计算机信息，2007.23（4-2）.[12]潘松，黄继业.EDA技术与VHDL（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2007.[13]潘松，EDA技术使用教程[M],北京：科技出版社，2003.[14]Liedtke,F.F..Computersimulationofanautomaticclassification procedurefordigitallymodulatedcommunicationsignalswithunknownparameters.Signalprocess.1984.6.311-324.[15]Hsue,S.Z.,Soliman,S.S..Automaticmodulationclassificationusingzerocrossing.IEEEProc.F.1990.137.459-464.注：①摘自于百度百科里的FPGA。