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1、毕业设计电缆调制解调器的设计与实现东北大学本科毕业设计（论文） 毕业设计（论文）任务书- I -毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：毕业设计（论文）题目：电缆调制解调器的设计与实现电缆调制解调器的设计与实现设计设计(论文论文)的基本内容：的基本内容：(1)了解目前电缆调制解调器的发展状况；(2)分析常用调制解调器，学习 matlab 的用法；(3)设计电缆调制解调器，并进行仿真；(4)总结归纳所完成的任务，找出不足之处。 毕业设计（论文）专题部分：毕业设计（论文）专题部分：题目：题目： 设计或论文专题的基本内容：设计或论文专题的基本内容：学生接受毕业设计（论文）题
2、目日期学生接受毕业设计（论文）题目日期第第 2 周周指导教师签字：指导教师签字：2010 年年 3 月月 8 日日东北大学本科毕业设计（论文） 摘要- II -电缆调制解调器的设计与实现摘要在通信系统中，从消息变换过来的原始信号所占的有效频带往往具有频率较低的频谱分量（例如语音信号） ，如果将这种信号直接在信道中传输，则会严重影响信息传送的有效性和可靠性，因此这种信号在许多信道中都是不适宜传输的。在通信系统的发射端经常需要有调制过程，将低频信号搬移到高频信号1。使之转换成始于信道传输或便于信道多路复用的已调信号；在接收端则需要解调过程，将已调信号还原成原来有用的信号。在调制解调中利用 matl
3、ab 信号处理工具箱提供的有关函数，可以很方便的实现信号的调制解调过程。本文研究有线电视网络中网络速度的问题。电缆调制解调器在两个不同的方向上分别发送和接受数据。在上行通道作为用户端向前端发送数据信息的通道。它是一种汇聚式通信，因此对抗噪性能的要求比较高；另外，由于当今对称业务如视频会议日益增长，这些业务要求首发的数是近乎相等的，这与上行信道的汇聚噪声形成了一对矛盾。因此需要在一定的噪声比下通过调制解调实现较高的数据速率。本文首先对调制解调的基本方法以及 matlab 的基本使用进行概述，指出数字调制解调在远距离传输中的优势：极大的增强信息的抗干扰能力以及信息传输距离；然后，本文提出了采用 Q
4、PSK 调制解调方法，该模型包括调制、信道、解调三部分。接着，考虑到 QAM 调制解调较高的频带利用率以及传输质量，本文提出了 QAM 调制解调。利用直接序列扩频能使 QAM 的抗 造性能大大增加。设计的主要目标是在保证信噪比的前提下尽可能的减少信号传输误码率，从而在保证传输素的同时保证信息传输。最后，本文基于 matlab 对本文提出的 QPSK 和 QAM 调制解调进行仿真分析比较，仿真结果显示本文提出的用直接序列扩频完善 QAM 的方法的误码率最低。关键词关键词：调制解调；matlab；通信；DS东北大学本科毕业设计（论文） 目 录- III -目录毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）
5、任务书I摘要.IIAbstractIII第 1 章 绪 论11.1 课题研究的背景和来源.11.2 国内外研究现状.21.3 课题研究的实际意义.31.4 本文的主要工作以及内容安排.3第 2 章 相关知识介绍52.1 调制解调基本方法.52.2 模拟调制.52.2.1 幅度调制52.2.2 角度调制62.3 数字调制.82.3.1 振幅键控82.3.2 移频键控82.3.3 移相键控92.3.4 正交调制122.4 扩频方法介绍.142.4.1 扩频信号特性142.4.2 扩频通信的工作原理和工作方式.152.4.3 直扩系统的组成与原理.192.5 Matlab 简介.202.5.1 ma
6、tlab 背景介绍.202.5.2 matlab 常用工具箱以及函数简介.202.5.3 matlab m 文件、命令文件及函数文件.212.5.4 matlab 输出格式222.6 本章小结.22第 3 章 调制解调器的分析与设计253.1 调制解调器的分析.253.1.1 QPSK 调制解调器.253.1.2 QAM 调制解调器25东北大学本科毕业设计（论文） 目 录- IV -3.2 调制解调器的设计.263.2.1 QPSK 调制解调器的设计.263.2.2 QAM 调制解调器的设计273.3 误码率计算.283.4 本章小结.28第 4 章 仿真分析314.1 QPSK 仿真314.
7、2 扩频仿真.314.3 结果分析.324.4 本章小结.32第 5 章 总结335.1 工作总结.335.2 设计的不足之处和需要改进的方向.335.3 今后的工作展望.33参考文献35致谢37东北大学本科毕业设计（论文） 0 绪论- 1 -第 1 章 绪 论1.1 课题研究的背景和来源通信的主要目的是传输消息。消息的形式多种多样，可以是符号、文字、语声、图像等。各种不同消息可以分为两类，即数字（离散）消息和模拟（连续）消息。消息传递时，首先需要转换成电信号。相应电信号的形式也可分成两类，即模拟信号和数字信号。同样按照信道传输的信号类型，可以将通信系统分成两类：模拟通信系统和数字通信系统。模
8、拟通信系统中，常对消息进行两种变换：首先，将消息变为原始电信号。由于原始电信号通常具有很低的频率分量，一般不宜直接传输。第二种变换：将原始电信号（基带信号）变为适合信道传输的频带信号，在接收端再进行相反变换。这种变换和反变换通常称为调制和解调。数字通信系统中，虽然传输的是数据信息，但同样少不了调制和解调（频带传输系统） 。通信的根本任务是如何保证远距离传输信息的正确性，这方面数字通信系统具有先天的优势。这是因为数字通信系统传输的是离散的数字信号，与模拟通信相比，更能适应现代通信系统的要求：第一：抗干扰能力强尤其中继传输，可再生而消除噪声的积累；第二：传输差错可控制，从而改善传输质量；第三：便于
9、使用现代数字信号处理技术来对数字信息进行处理，是通信系统的功能增强。第四：易于做高保密性的加密处理；第五：可以综合传递各种消息，使通信系统的功能增强。因为如上原因，数字通信系统在各方面逐渐代替模拟通信系统成为现代通信的最基本方式。可见，调制解调在现代通信系统中起着重要作用。调制的重要性体现在：将基带信号变换成适合在信道中传输的已调信号；实现信道的多路复用及改善系统抗噪声性能；而解调的重要性为：从带有噪声干扰和畸变的信道输出信号中，恢复还原原来的基带信号2。在计算机远程通信中，随着个人电脑的普及和 Internet 技术的飞速发展，一系列新的 Internet 服务，包括提供音频、视频流，本地信
10、息服务（社区资讯和服务） ，登陆 CD-ROM 服务器，视频点播（VOD）等等层出不穷，对于网络速度（带宽）的需求也随之水涨船高，于是相继出现了 ISDN(综合服务数字网)、Cable Modem（电缆调制解调器） 、xDSL(x 数字用户线路)等新的网络接入技术和产品。目前接入技术的发展主要集中在以下几方面：高速调制解调器，指东北大学本科毕业设计（论文） 0 绪论- 2 -56Kbps V.90 Modem 拨号模拟调制解调器；速率在 64K128K 的 ISDN；速率在640Kbps 到 8Mbps 之间的非对称数字用户线调制解调器（ASDL） ；速率达30Mbps 线缆调制解调器（Cab
11、le Modem） ；电力线传输（PLC） ；光纤入户（FTTH）以及无线接入等。其中 ASDL 和 PLC 都属于双绞铜线传输，速度上已接近理论极限，而且真正可以解决视频应用的只能是光纤入户和 Cable Modem，当然从技术上将，最佳方案是光纤入户。 “光纤入户”这个方案之所以吃红此不能实现，并不是技术问题，而是投资额巨大和利用率较低，暂时是一种大马拉小车的超豪华方案，也就是说在经济上还不现实。那么，既技术成熟又经济可行的方案就只有 Cable Modem 了3。1.2 国内外研究现状利用电缆调制解调器在 HFC（Hybrid Fiber Coaxial，混合光缆同轴网）上传送数据，用其
12、作为互联网的宽带接入网是非常诱人的，有着良好的发展前景。原始是这种方法成本低、频带宽，是现有有线电视网宽带接入技术发展的热点。在美国有 50 个地方做试验网，而象加州 Ahome 网已开始商业运行。在 1996年 12 月举行的 96Westernshow 有线电视大展上，有 20 家公司推出电缆调制解调器产品。一些大公司如 DEC、Philips 等采用多家公司的产品做系统集成服务，用 HFC 网做接入网的互联网系统的 OSS (操作支撑系统)软件也已出现。总之，电缆调制解调器经过几年的发展已开始进入实用期。尽管如此，美国电缆调制解调器的发展并没有原来预期的那么快。其原因是在美国有线电视网大
13、部分还是多年前铺设的同轴电缆网，性能较差，绝大部分是单向的，没有上行能力。改造需要大量投资，一般有线电视公司负担不起。另一原因是有线电视公司的网络运营管理能力和服务意识没有电信公司那么强，比较而言体制也有缺陷，要提供高质量的数据传输服务，存在一个适应的过程。目前已发展的、供家庭用户接入互联网使用的电缆调制解调器大多是双向不对称的。一般来说，下行占用一个 NTSC（National Television Stadnards Committee，（美国）国家电视标准委员会） 6MHz 通道，采用 64QAM 调制提供高达 30Mbps 的传送速率，而上行通道则在 540MHz 带中选择干扰较低的位
14、置，占用 12MHz 带宽，用 QPSK(或 BPSK)调制提供 500Kbps2Mbps 传送速率，第一代电缆调制解调器的标准大致是这样。典型产品如 Motorola 的Cybersurfr 电缆调制解调器，下行 30Mbps，上行 786Kbps(占用 600KHz 带宽)。IBM 则推出其双向的 Cableonline 系统。它的下行速率为 30Mbps，上行为东北大学本科毕业设计（论文） 0 绪论- 3 -2.5Mbps。这种电缆调制解调器输入按照以太网协议连接用户，输出为ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）信号，在前端可用 ATM 交换机进行交
15、换，解决了对来自多个光结点的数据进行交换的问题。1.3 课题研究的实际意义电缆调制解调器是一种可以通过有线电视网络进行高速数据接入的装置。它一般有两个接口，一个用来连接有线电视端口，另一个与计算机相联。电缆调制解调器包括调制解调部分、电视接收调谐、解密解密和协议适配等部分，它还可以是一个桥接器、路由器、网络控制器或集线器4。一个电缆调制解调器要在两个不同的方向上接收和发送数据，把上下、行数字信号用不同的调制方式调制在双向传输的某一个 6MHz 或 8MHz 带宽的电视频道上。本课题研究的系统，就是要用 matlab 仿真电缆调制解调器的调制解调部分，用 matlab 对调制解调进行仿真，输入随即信号，经过调制、滤波、高斯信道、解调以后计算信号误码率。1.4 本文的主要工作以及内容安排本文主要研究了 Cable Modem 的调制解调问题，在信道中信噪比一定的情况下，保证误码率的前提下，根据 QAM 调制解调原理，并根据仿真数据对其进行性能分析
