通信工程 数字信号调制课程设计报告

烟台大学通信工程专业综合课程设计数字调制系统仿真院系：光电信息科学技术学院专业：通信工程班级：光114-1姓名：(组长)姜祥乾201157501326(1号)泮宜志201157504119(2号)罗志丹201157504122指导老师：贺鹏飞2014年11月18 日一、课程设计原理（Ⅰ）二进制数字调制（1）2ASK （二进制振幅键控）调制的原理及产生过程： 振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。

在2ASK 中载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。

一种常用的、也是最简单的二进制振幅键控方式称为通-断键控，“通-断键控(OOK)”信号表达式为波形11tsT ()s t 载波tt2ASK2ASK 信号的一般表达式 其中Ts － 码元持续时间；g(t) － 持续时间为Ts 的基带脉冲波形，通常假设是高度为1，宽度等于Ts的矩形脉冲；n a － 第N 个符号的电平取值，若取则相应的2ASK 信号就是OOK 信号产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法。

模拟调制法（相乘器法）：⎩⎨⎧-=”时发送“以概率，”时发送“以概率0P 101P t,Acos )(c OOK ωt e ()tt s t ec ωcos )(2ASK =∑-=n s n nT t g a t s )()(⎩⎨⎧-=P0P 1a n1,,概率为概率为乘法器)(2t e ASK 二进制不归零信号tc ωcos )(t s键控法：tc ωcos )(t s )(2t e ASK 开关电路（2） 2FSK （二进制频移键控）调制的原理及产生过程：频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。

在2FSK 中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。

故其表达式为 典型波形：10t10tt1()2FSK a 信号()11) cos b s t tω（()22() cos c s t tω由图可见，2FSK 信号的波形(a)可以分解为波形(b)和波形（c ），也就是说，一个2FSK 信号可以看成是两个不同载频的2ASK 信号的叠加。

因此，2FSK 信号的时域表达式又可写成式中 g(t) － 单个矩形脉冲， Ts － 脉冲持续时间；⎩⎨⎧++=”时发送“”时发送“0),cos(A 1),cos(A )(212FSK n n t t t e θωϕω)cos()()cos()()(212FSK n n s n n n s n t nT t g a t nT t g a t e θωϕω+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑∑na 是na 的反码。

n ϕ和n θ分别是第n 个信号码元（1或0）的初始相位，通常可令其为零。

因此，2FSK 信号的表达式可简化为式中 2FSK 信号的产生方法 ：①采用模拟调频电路来实现：信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。

②采用键控法来实现：相邻码元之间的相位不一定连续。

振荡器1f1反相器振荡器2f 2选通开关选通开关相加器基带信号)(2t e FSK（3）2PSK （二进制相移键控）调制的原理及产生过程：相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。

在2PSK 中，通常用初始相位01”和“0”。

因此，2PSK 信号的时域表达式为n 表示第n 个符号的绝对相位：因此，上式可以改写为典型波形⎩⎨⎧-=PP a n 1,0,1概率为概率为⎩⎨⎧-=PP a n 概率为概率为,01,1()()t t s t t s t e 22112FSK cos cos )(ωω+=()∑-=ns n nT t g a t s )(1()∑-=n s n nT t g a t s )(2)cos(A )(2PSKn c t t eϕω+=⎩⎨⎧=”时发送“”时发送“，1,00πϕn ⎩⎨⎧--=P t P t t e c c 1,cos A ,cos A )(2PSK 概率为概率为ωω1101t0sT由于两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK 信号可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘：式中：这里，g(t)是脉宽为Ts 的单个矩形脉冲，而n a 的统计特性为即发送二进制符号“0”时（n a 取+1），)(2P S K t e 取0相位；发送二进制符号“1”时（n a 取 -1），)(2P S K t e 取π相位。

这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。

2PSK 信号的产生方法： 模拟调制的方法 ：乘法器)(2t e PSK 双极性不归零tc ωcos )(t s 码型变换键控法 ：tc ωcos )(t s )(2t e PSK 开关电路移相01800π()t t s t e c ωcos )(2PSK =∑-=ns n nT t g a t s )()(⎩⎨⎧--=PP a n 1,1,1概率为概率为二进制数字调制系统的性能比较： ①误码率相干解调非相干解调2ASK ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛421rerfc421r e -2FSK ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛221r erfc221r e -2PSK()r erfc 21②误码率曲线③频带宽度2ASK 系统和2PSK(2DPSK)系统的频带宽度2FSK 系统的频带宽度④对信道特性变化的敏感性sPSKASK T B B 222==sFSK T f f B 2122+-=在2FSK 系统中，判决器是根据上下两个支路解调输出样值的大小来作出判决，不需要人为地设置判决门限，因而对信道的变化不敏感。

在2PSK 系统中，判决器的最佳判决门限为零，与接收机输入信号的幅度无关。

因此，接收机总能保持工作在最佳判决门限状态。

对于2ASK 系统，判决器的最佳判决门限与接收机输入信号的幅度有关，对信道特性变化敏感，性能最差。

（Ⅱ）多进制数字调制（1）MASK （多进制振幅键控）调制的原理及产生过程：M 进制幅度键控信号中，载波幅度有M 种取值，每个符号间隔s T 内发送一种幅度的载波信号。

M 进制幅度键控信号的时域表达式为t T c S MASK ωcos n -t g a t s n n ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=∑）（）（其中，g （t ）为基带信号波形，c ω为载波角频率，S T 为信号间隔，n a 为幅度值。

n a 可以有M 种取值，n a ∈{Ai}，i=0,1，···，M-1，这M 种取值的出现概率分别为0P ,1P ,···，1-M P ,且110i i =∑-=M P 。

波形举例基带信号是多进制单极性不归零脉冲基带信号是多进制双极性不归零脉冲二进制抑制载波双边带信号就是2PSK 信号。

(b) MASK 信号 (a) 基带多电平单极性不归零信号0 01 01 10 101011 11 00 00 t0 t01 01 1010 1011 11 00产生方式：MASK 和2ASK 的调制方法相同，模拟调制法（相乘器法）和键控法。

MASK 的优点：MASK 信号的带宽和2ASK 信号的带宽相同，故单位频带的信息传输速率高，即频带利用率高。

（2）MPSK （多进制相移键控）调制的原理及产生过程：它是利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。

在M 进制数字相位键控调制中，四进制绝对移相键控（4PSK ，又称QPSK ）用的最为广泛。

一个MPSK 信号码元可以表示为式中，A － 常数，k θ 一组间隔均匀的受调制相位它可以写为通常M 取2的某次幂：M = 2k ， k = 正整数可以将MPSK 信号码元表示式展开写成式中上式表明，MPSK 信号码元k S (t)可以看作是由正弦和余弦两个正交分量合成的信号，并且ak2 + bk2 = 1 。

因此，其带宽和MASK 信号的带宽相同。

信号产生方法（以4PSK 信号为主，4PSK 又叫正交相移键控） 相乘电路法01 01 10 1010 11 11 00 00 0 t (c) 基带多电平双极性不归零信号 00 00 0t 01 0110 10 10 11 11 (d) 抑制载波MASK 信号 M k t A t s k k ,,2,1)cos()(0 =+=θωMk k M k ,2,1),1(2=-=πθt b t a t t s k k k k 000sin cos )cos()(ωωθω-=+=k k a θcos =k k b θsin =码元串并变换：矢量图：二进制信号码元“0”和“1在相乘电路中与不归零双极性矩形脉冲振幅的关系如下：二进制码元“1” 双极性脉冲“+1”；二进制码元“0” 双极性脉冲“-1”。

-相干载 波产生 相乘 电路 相乘 电路相移串/并 变换 相加电路 A(t) s(t) 图7-37 第一种QPSK 信号产生方法 a b 0 1 2 3 4 5 (a) 输入基带码元t 0 2 4 (b) 并行支路a 码元t 1 3 5 (c) 并行支路b 码元 t 图7-38 码元串/并变换 0111 00 10a(1) a(0) b(1) b(0) 图7-39 QPSK 矢量的产生选择法（3）MFSK （多进制频移键控）调制的原理及产生过程：多进制数字频率调制也称多元调频或多频制。

M 频制有M 个不同的载波频率与M 种数字信息对应，即用多个频率不同的正弦波分别代表不同的数字信号，在某一码元时间内只发送其中一个频率。

其实多进制频移键控（MFSK ）体制同样是2FSK 体制的简单推广，所以MFSK 调制原理和2FSK 的基本相同。

MFSK 信号的带宽：B = fM - f1 + ∆f 式中f1 － 最低载频 fM － 最高载频∆f － 单个码元的带宽 产生方法（后半部分是解调器）MFSK 的优点：相同频率利用率时，其抗干扰性好。

串/并 变换 相位 选择 带通 滤波 4相载波 产生器 ab图7-40 选择法产生QPSK 信号缺点：实现难度大。

多进制调制的特点：1.相同的码元速率下，多进制系统信息速率显然比二进制系统高。

2.相同的信息速率下，码元的持续时间长。

码元的能量增加了，能减小由于信道引起的码间串扰。

3.多进制调制的代价是增加信号功率和实现的复杂性。

总结：ASK,FSK,PSK 的优缺点：ASK 是一种应用最早的基本调制方式。

其优点是设备简单，频率利用率高;缺点是抗噪声性能差，并且对信道特性变化敏感，不易使抽样判决器工作在最佳判决门限状态。

FSK 是数字通信中不可或缺的一种调制方式。

其优点是抗干扰能力强，不受信道参数变化的影响，因此FSK 特别适合应用于衰落信道；缺点是占用频率较宽，尤其是MFSK ，频带利用率较低。