第四章 自相位调制

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。

2.通信系统与MATLAB软件2.1模拟通信系统简介通信系统是为了有效可靠的传输信息，信息由信源发出，以语言、图像、数据为媒体,通过电(光)信号将信息传输，由信宿接收。

摘要摘要随着经济和社会的快速发展，人类对于信息的获取、储存、处理和分发提出了越来越高的要求，种类繁多的光电子器件是现代信息社会的基石。

非线性光学效应在光电子器件中存在重要的应用价值，因此受到研究者的广泛关注。

非线性光学属于研究光与物质相互作用的范畴，它研究光对物质的作用与物质对光的响应之间呈现非线性关系的现象，这种光学非线性在光强足够大时才能表现出来。

其中，空间自相位调制效应是一种重要的非线性光学效应，它是由于强激光导致介质中产生了空间变化的折射率分布，空间变化的折射率又对在介质中传播的光束产生影响，使光束在远场产生了同心圆环的衍射图样，即自衍射环。

空间自相位调制效应广泛存在于各类非线性光学材料中，以C60为代表的纳米碳材料由于其独特的特性成为了研究的热点。

本文主要研究C60甲苯溶液的空间自相位调制效应及其应用，主要创新点在于：研究了影响C60甲苯溶液空间自相位调制效应的因素，利用闭孔Z-扫描等手段，实现了C60甲苯溶液中三阶局域非线性折射和热致非局域非线性折射的鉴别和定量分离。

本文的研究内容包括：1. 研究了重力对C60甲苯溶液空间自相位调制效应的影响，确定了重力是导致自衍射环发生畸变的原因，测量了自衍射环成环和畸变所需的特征时间，给出了消除自衍射环畸变的改进型实验装置，研究了样品浓度和激光波长对C60甲苯溶液空间自相位调制效应的影响，得到了自衍射环环数、半径与样品浓度呈正相关的结论，发现了自衍射环图样对激光波长敏感，确定了观测自衍射环的最佳浓度和最佳波长；研究了激光光强和样品厚度对C60甲苯溶液空间自相位调制效应的影响，得到了自衍射环环数、半径与激光光强、样品厚度呈正相关的结论，发现了在较高光强下，环数-光强曲线存在饱和效应，并给出了产生饱和现象的原因。

2. 建立了局域和非局域非线性折射效应共存时的数学模型，提出了鉴别和分离局域和非局域非线性折射效应的方法，给出了三阶局域和热致非局域非线性折射效应共存条件下的(i)闭孔Z-扫描归一化透过率解析表达式和(ii)空间自相位调制中的自衍射环环数-光强解析表达式。

相位调制信号的自适应均衡算法研究随着信息技术的飞速发展，信息传输的需求也不断增加。

在数字通信中，调制技术是一项基础而重要的技术，其中相位调制是应用最为广泛的一种调制方式。

然而，相位调制常常会受到色散、多径干扰等信道失真影响，导致接收端无法准确解调，降低了通信质量。

因此，相位调制信号的自适应均衡算法成为了研究的热点之一。

一、相位调制技术简述相位调制是指调制信号的相位信息来携带数字信息的信号调制方式。

常见的相位调制有BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM等。

其中，BPSK是二元相移键控，QPSK是四元相移键控，其余两种则是多元相移键控。

相位调制技术能够将数字信号转换为模拟信号进行传输，可以在较小的带宽内实现高速传输，因此得到了广泛的应用。

二、相位调制信号的失真问题在数字通信中，信道传输会受到很多失真的因素影响，其中相位调制信号的失真问题尤为突出。

主要表现为以下几种：1.色散失真问题相位调制信号在传输过程中，会受到光纤折射率的影响，导致光学模式发生变化，从而使相位控制失真，最终影响接收端的解调效果。

2.多径干扰问题在数字通信中，信号需要通过多条路径到达接收端，会产生多个信号源的干扰，导致接收端无法识别、解码，从而产生误差。

3.噪声干扰问题信道中存在的噪声干扰同样会对相位调制信号的传输造成影响，尤其是在低信噪比的情况下，更易受到噪声的影响。

以上三点都是相位调制信号产生失真的主要原因，这些失真问题都会导致接收端无法准确解调信号，影响数字通信的传输质量。

三、相位调制信号的自适应均衡算法为解决相位调制信号的传输失真问题，学者们提出了自适应均衡算法，通过实时反馈机制，对相位调制信号进行补偿，提高解调正确率，降低误码率。

自适应均衡算法广泛应用于数字通信中。

其基本原理是在接收端根据接收到的信号状态反馈，调整信号的预编码和解码方式，以消除信号失真造成的影响，同时提高信道的通信质量和抗干扰能力。

自适应均衡算法的主要步骤包括：数据预处理、信道估计和均衡、解码反馈、误差计算和更新、迭代调整等。

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，Δn∝。

这种效应属于三阶非线其折射率变化大小与光电场的平方成正比，即2E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 =ωπΔφ=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。

模拟电路相位调制相位调制（Phase Modulation，简称PM）是一种常见的调制方式，在模拟电路领域有着广泛应用。

它通过改变信号的相位来传递信息，具有抗干扰性强、带宽利用效率高等优点。

本文将详细介绍模拟电路相位调制的原理和应用。

一、相位调制的原理相位调制是将基频信号与调制信号相乘后，通过改变调制信号的相位来改变基频信号的相位。

具体而言，相位调制可以分为线性相位调制（PM）和非线性相位调制（FM）两种。

1. 线性相位调制（PM）线性相位调制中，相位的变化与调制信号的幅值成正比。

常见的线性相位调制方法有频率调相（Frequency Modulation，简称FM）和全相调制（Phase Modulation，简称PM）。

2. 非线性相位调制（FM）非线性相位调制中，相位的变化与调制信号的幅值的平方成正比。

非线性相位调制的一个典型例子是调频调制（Frequency Modulation，简称FM）。

二、相位调制的应用相位调制广泛应用于通信系统、无线电和广播等领域。

以下是相位调制的几个典型应用示例：1. 模拟调制解调系统相位调制通常用于模拟调制解调系统中，实现信息的传输。

例如，调频广播系统中，音频信号通过相位调制的方式传输到载波信号中，然后在接收端进行解调。

2. 调频收音机调频收音机中使用的广播信号就是经过相位调制的信号。

调频收音机通过接收、解调并放大信号，使用户能够收听到各类广播节目。

3. 数字调制相位调制也可以应用于数字通信中。

数字调制中使用的相位调制技术（如相位偏移键控调制，Phase Shift Keying, PSK）可以将二进制数字转化为相位差不同的信号波形，实现高速数据传输。

4. 雷达系统雷达系统中的信号也经常使用相位调制的方式进行传输。

雷达系统通过改变发射信号的相位来实现测量目标物体的距离和速度。

总结：相位调制是一种常见的调制方法，通过改变信号的相位来传递信息。

相位调制具有抗干扰性强、带宽利用率高等优点，广泛应用于通信系统、无线电和广播等领域。

相位偏移和相位调制
相位偏移和相位调制是两种在通信领域中常用的技术。

相位偏移，也叫做移相键控（PSK，Phase Shift Keying），是一种利用相位差异的信号来传送资料的调制方式。

在PSK中，信息是通过改变载波的相位来传送的。

例如，二进制相移键控（BPSK）使用两个相位差180°且正交的信号表示0和1的信息。

相位调制（PM，Phase Modulation）则是一种使信号的瞬时相位偏移随着调制信号的变化而变化的技术。

在相位调制中，载波的相位会根据调制信号的变化而变化，这种变化可以反映调制信号的信息。

相位调制常用于调频广播、电视伴音等场合。

总的来说，相位偏移和相位调制都是利用相位的变化来传递信息的技术，但它们在具体的实现方式和应用场景上有所不同。