进制数字调制系统的性能比较

二进制数字调制系统的性能比较

应用物理07-1班 03 安迎波

1.引言

数字信号的传输方式可以分为基带传输和带通传输。为了使信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道特性相匹配。在这个过程中就要用到数字调制。

一般说来，数字调制技术可分为两种类型：(1) 利用模拟方法去实现数字调制，即把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；(2) 利用数字信号的离散取值特点键控载波， 从而实现数字调制。第(2)种技术通常称为键控法， 比如对载波的振幅、频率及相位进行键控，便可获得振幅键控(ASK)、 频移键控(FSK)及相移键控(PSK)调制方式。键控法一般由数字电路来实现， 它具有调制变换速率快，调整测试方便，体积小和设备可靠性高等特点。

本篇的目的在学习以上三种调制的基础上，通过Systemview 仿真软件，实现对2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK 等数字调制系统的仿真，同时对以上系统进行性能比较。

2 二进制振幅键控 2ASK

调制系统：

实验原理：2ASK 的实现

在幅移键控中，载波幅度是随着调制信号而变化的。一种是最简单的形式是载波在 二进制调制信号1或0控制下通或断，这种二进制幅度键控方式称为通断键控（OOK ）。二进制振幅键控方式是数字调制中出现最早的，也是最简单的。这种方法最初用于电报系统，但由于它在抗噪声的能力上较差，故在数字通信中用的不多。但二进制振幅键控常作为研究其他数字调制方式的基础。

二进制振幅键控信号的基本解调方法有两种：相干解调和非相干解调，即包络检波和同步检测。非相干解调系统设备简单，但信噪比小市，相干解调系统的性能优于相干解调系统。

(a )模拟调制法（相乘器法）

开关电路

(t)

(b)通-断键控(OOK,On-Off Keying )

二进制不

2ASK 解调器原理框图：

调制解调系统： 系统相关参数：

基带信号频率=50HZ ，电平=2，偏移=1，载波频率=1000HZ 模拟低通频率=225HZ,极点数为3.系统运行时间为，采样频率=20000HZ 。

2ASK 系统调制解调图对比

系统仿真结果分析:

如图所示调制信号Sink3的图形与解调后的信号Sink8图形基本一致，在每段的起始因为信号不稳定，所以出现了微小的波动。这与滤波器滤波误差也相关。

相干解调需要插入相干载波，而非相干解调不需要载波，因此包络检波时设备较简单。 对于2ASK 系统，大信噪比条件下使用包络检波，而小信噪比条件下使用相干解调。

e 2ASK (t)

BPF

全波整流器

LPF

抽样判决器

输出

a

b

c

d 定时脉冲

(a)非相干解调（包络检波法）e 2ASK (t)

BPF 相乘器

LPF

抽样判决器定时脉冲

输出

Cos ωc t

(b)相干解调(同步检测法）

3 二进制频移键控 2FSK

3. 1调制系统： 实验原理：

数字键控法实现二进制移频键 控信号的原理图：

采用键控法产生的二进制频移键控信号，即利用矩形脉冲序列控制的开关电力对两个不同的独立频率源进行选通。频移键控FSK 是用数字基带信号去调制载波的频率。因为数字信号的电平是离散的，所以载波频率的变化也是离散的。在实验中，二进制基带信号是用正负电平表示的，载波频率随着调制信号为1或-1而变化，其中1对应于载波频率f1，-1对应于载波频率f2.

调制解调系统：

2FSK 信号的解调—非相干解调：

2FSK 信号的解调—相干解调：

系统基本参数：基带信号频率=50HZ ，电平=2，偏移=0，半波整流器门限为0，sink8、sink14频率=500HZ ，sink9、sink15频率=1000HZ 。模拟低通滤波器频率=225HZ ，极点个数为7，运行时间=，采样频率=10000HZ 。

振荡器1

门电路1

反相器

振荡器2

门电路2

基带信号

+

1

f 2

f ()

s t 2()

FSK e t ()s t a

b

c

e

g

d

f

e 2FSK (t)

BPF1

ω 8

包络检波器抽样判决器

输出

抽样脉冲

BPF2

ω 2

包络检波器(a)

e 2FSK (t)

BPF1

ω 1

LPF

抽样判决器

输出

抽样脉冲

BPF2

ω 2

LPF

相乘器相乘器cos ω 1t cos ω 2t

(b)

2FSK 系统调制解调图对比：

仿真结果分析：

如图sink7、sink19分别为系统的输入和输出，输入为调制信号，输出为解调后信号，两信号基本一致，但解调信号每段的起始点有波动，主要是滤波器滤波误差造成的，这无碍仿真结果的准确性。由于载波频率相当大，已调信号的波形观察不是很清楚，这就不如低频处理清楚，直观。

相干解调需要插入两个相干载波，而非相干解调不需要载波，因此包络检波时设备较简单。 对于2FSK 系统，大信噪比条件下使用包络检波，而小信噪比条件下使用相干解调。

4 二进制移相键控 2PSK

调制系统：

2PSK 信号的产生（数字键控法） 实验原理

二进制相移键控中，载波的振幅和频率都是不变的，只有载波的相位随基带脉冲的变化而取相应的离散值。通常用相位0°和180°来分别表示1或0.这种PSK 波形在抗噪声性能方面比ASK 和FSK 都好，而且频带利用率也高，所以在中高速数传中得到广泛的应用。 这种以载波的不同相位去直接表示相应的数字信息的相位键控通常被称为绝对移相方式。 调制部分：将信号源产生的双极性不归零信号直接同正弦载波相乘便可以得到2PSK 调制信号。

cos ω c t 0°开关电路

e 2PSK (t)

π

180°

相移

s(t)

(b)