二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 3070950103 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

2.1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

(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

调系统。

2ASK 解调器原理框图：

2.2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0.3S ，采样频率=20000HZ 。

2ASK 系统调制解调图对比

2.3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。

e

e (b)相干解调(同步检测法）

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。

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.

3.2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=0.3S ，采样频率=10000HZ 。

e

(a)

e

(b)

2FSK 系统调制解调图对比：

3.3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

4.1调制系统：

2PSK 信号的产生（数字键控法）

开关电路

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。

4.2调制解调系统：

系统基本参数：

基带信号频率=30HZ，电平=2，偏移=0，载波频率=600HZ，模拟低通滤波器频率=225，极点个数为3。

2PSK系统调制解调图对比：

4.3仿真结果分析：

Sink1、sink10分别为调制信号、解调信号。它们波形整体一致，但是每段的起点处存在一定的波动误差，造成的主要原因是调制系统的误差。仿真结果准确。同样已调信号不是很清楚，因为载波频率太高的缘故。

相干解调错一位，码变换错两位；相干解调错连续两位，码变换也错两位；相干解调错连续n位，码变换也错两位。

5 二进制差分移相键控2DPSK

5.1实验原理

前一个实验讲述了绝对调相2PSK的仿真系统，但在2PSK系统中，由于本地参考载波有0，180°模糊度，因而解调得到的数字信号可能极性完全相反，从而造成1和0倒置。这对于数字传输来说当然是不能允许的。克服相位模糊度对相干解调影响的最常用而又有效的办法是在调制器输入的数字基带信号中采用差分编码，即相对调相，也称为二进制差分相移键控。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对相位变化传递数字信息。

2DPSK信号的产生：

2DPSK信号解调：

2DPSK系统调制解调图对比：

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