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
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 2ASK2.1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 。
2PSK与2DPSK系统性能分析
2PSK与2DPSK系统性能分析2PSK和2DPSK都是数字调制技术中的一种调制方式。
它们分别是二进制相移键控（2-phase shift keying，2PSK）和二进制差分相移键控（2-differential phase shift keying，2DPSK）。
2PSK是一种基本的调制方式，它将每个比特映射到一个相移角度。
具体地说，1比特映射到0°的相位偏移，0比特映射到180°的相位偏移。
因此，在2PSK中，相位谱只有两个离散的相位值。
2DPSK是在2PSK的基础上引入了相邻符号的相对相位差（differential phase），而不是绝对相位值。
具体来说，在2DPSK中，1比特时，相对相位差为0°，0比特时，相对相位差为180°。
因此，2DPSK相位谱仍然只有两个离散的相位差。
两种调制方式的性能分析主要集中在误码率（bit error rate, BER）和功率效率上。
首先从误码率角度考虑，2PSK和2DPSK的误码率性能较为接近，都可以通过调制解调器的性能指标进行测量和分析。
2PSK的误码率与信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）有关。
通常误码率与SNR之间存在一个近似线性的关系，即误码率与SNR的负幂函数呈指数关系。
而2DPSK由于相对相位差的引入，在非理想时钟同步条件下的误码率性能相对较好。
它相对于2PSK能够提供更好的抗多径传播和同步偏差的能力，从而降低误码率。
其次从功率效率角度考虑，2PSK和2DPSK相对于传统的振幅调制技术来说，都具有更高的功率效率。
因为它们只使用两个离散的相位值来表示信息，相位是连续的，而振幅值是固定的。
相对于振幅调制技术，二进制相位调制技术能够更有效地利用信道带宽，提高信息传输速率。
而2DPSK相对于2PSK来说，实际上是在相邻符号间引入了相对相位差，进一步提高了功率效率。
总的来说，2PSK和2DPSK是两种在数字通信中常用的调制方式。
5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能
Pe
分析其抗噪声性能
重庆大学通信工程学院
性能分析
数字通信原理
u () t 发 送 “ 1 ” 符 号 T () t 码元时间间隔Ts内，发送端输出的2ASK信号 s T 0 发 送 “ 0 ” 符 号
其中
A c o s t , 0 < t < T c s u () t T , 其 它 t 0
数字通信原理
分析二进制数字调制系统的抗噪声性能，也 就是分析在信道等效加性高斯白噪声的干扰 下系统的误码性能，得出误码率与信噪比之 间的数学关系。
在二进制数字调制系统抗噪声性能分析中， 假设信道特性是恒参信道，在信号的频带范 围内其具有理想矩形的传输特性(可取传输系 数为K)。噪声为等效加性高斯白噪声，其均 值为零，方差为σ 2。
P0 f0 x
P1 f1 x
当判决门限b取两条曲线 相交点b*时，阴影的面积 最小。这个门限就称为最 佳判决门限
0
b b*
a P(1/0)
x
重庆大学通信工程学院
P(0/1)
数字通信原理
最佳判决门限也可通过求误码率Pe关于判决门限b的最小值的方法得到 令 当
Pe 0 b
2 a P(0) n b ln 2 2 P(1 )
相干检测法的系统性能 包络检波法的系统性能
重庆大学通信工程学院
相干检测法的系统性能
数字通信原理
2ASK信号相干检测法的系统性能分析模型
发送端 信道 带通 滤波器 y ( t ) 相乘器 低通 滤波器 x ( t ) 抽样 判决器 输出
sT (t)
n i(t)
y i(t)
2cos(ct )
定时 脉冲
发送“0”符号时的抽样值x＝nc的一维概率密度函数
数字调制系统
数字信号在传输过程中可能会受到各种干扰和噪声的影响，导致信号失真或误码。因此，在传输过程 中需要进行适当的信号处理和纠错编码，以保证信号的可靠传输。
数字信号的接收
接收端在接收到信号后，需要进行解调和解码操作，以获取原始的数字信息。在接收过程中，还需要 进行必要的信号质量评估和误码检测，以确保信号的准确性和可靠性。
数字信号的生成
数字信号的生成通常由数字信号发生器完成，它能够根据需要产生各种数字信 号。这些信号可以是二进制、八进制、十六进制等不同进制形式的信号。
数字信号的编码
在数字信号的生成过程中，为了提高信号的抗干扰能力和传输效率，通常需要 对数字信号进行编码。常见的编码方式有曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等。
现代数字调制系统
随着技术的发展，现代数字调制系统如16QAM、64QAM和256QAM等高阶调制方式 逐渐成为主流，能够实现高速数据传输。
未来发展趋势
未来数字调制系统将朝着更高阶的调制方式、更高的频谱利用率和更强的抗干扰能力方 向发展，以满足不断增长的数据传输需求。
02
数字调制系统的基本原 理
调制解调的基本概念
信道编码与解码技术
总结词
信道编码与解码技术是数字调制系统中用于 提高传输可靠性的关键技术。
详细描述
信道编码通过在信息位中添加冗余位，使得 在接收端能够检测和纠正传输过程中可能出 现的错误。常见信道编码技术包括线性分组 码、循环码、卷积码等。解码技术则是与编 码相对应的过程，用于从接收信号中提取原 始信息位。解码算法的选择应根据编码方式 和具体应用场景而定。
04
数字调制系统的性能优 化
调制方式的优化选择
总结词
调制方式的选择对于数字调制系统的性 能至关重要，合适的调制方式能够提高 系统的传输效率和可靠性。
移动通信中各类数字调制方式的分析比较
移动通信中各类数字调制方式的分析比较1.1 GMSK调制方式GSM系统GSM系统采用的是称为GMSK的调制方式。
GMSK 在二进制调制中具有最优综合性能。
其基本原理是让基带信号先经过高斯滤波器滤波，使基带信号形成高斯脉冲，之后进行MSK调制，属于恒包络调制方案。
它的优点是能在保持谱效率的同时维持相应的同波道和邻波道干扰，且包络恒定，实现起来较为容易。
目前，常选用锁相环(PLL)型GMSK调制器。
从其调制原理可看出，这种相位调制方法选用90°相移，每次相移只传送一个比特，这样的好处是虽然在信号的传输过程中会发生相当大的相位和幅度误差，但不会扰乱接收机，即不会生成误码，对抗相位误差的能力非常强。
如果发生相位解码误差，那么也只会丢失一个数据比特。
这就为数字化语音创建了一个非常稳定的传输系统，这也是此调制方式在第二代移动通信系统中得以广泛使用的重要原因。
但其唯一的缺点是数据传输速率相对较低，其频谱效率不如QPSK，并不太适合数据会话和高速传输。
因此，为提高传输效率，在GPRS系统中的增强蜂窝技术（EDGE）则运用了3π/8-8PSK的调制方式，以弥补GMSK的不足，为GSM向3G的过渡做好了准备。
1.2 PSK 类调制方式以基带数据信号控制载波的相位，使它作不连续的、有限取值的变化以实现传输信息的方法称为数字调相，又称为相移键控，即PSK。
理论上，相移键控调制方式中不同相位差的载波越多，传输速率越高，并能够减小由于信道特性引起的码间串扰的影响，从而提高数字通信的有效性和频谱利用率。
如四相调制（QPSK）在发端一个码元周期内（双比特）传送了２位码，信息传输速率是二相调制（BPSK）的2倍，依此类推，8PSK的信息传输速率是BPSK的3倍。
但相邻载波间的相位差越小，对接收端的要求就越高，将使误码率增加，传输的可靠性将随之降低。
为了实现两者的统一，各通信系统纷纷采用改进的PSK调制方式，而实际上各类改进型都是在最基本的BPSK和QPSK基础上发展起来的。
25-3 二进制数字调制系统的性能比较
信号的幅度有关，对信道特性变化敏感，性能最差。
7
4
二进制数字调制系统的性能比较
一、抗噪声性能比较
误码率公式
调制方式 2ASK 2FSK 2PSK 2DPSK
误码率 相干解调
⎛ r⎞ 1 erfc ⎜ ⎜ 4⎟ ⎟ 2 ⎝ ⎠
非相干解调
r 1 −4 e （大信噪比） 2 r 1 −2 e 2
a2 r= 24
2
《通信原理》 国防科技大学电子科学与工程学院 马东堂 _____________________________
二进制数字调制系统的性能比较
误码率曲线
¾ 在抗白噪声方面，2PSK相干解调系统性能最优，其他依
次是相干解调2DPSK、差分相干解调DPSK、相干2FSK （相干2ASK）、非相干2FSK（非相干2ASK）
5
二进制数字调制系统的性能比较
二、频带宽度
2ASK系统和2PSK(2DPSK)系统的频带宽度
B2 ASK = B2 PSK = B2 DPSK =
2FSK系统的频带宽度
2 Ts
B2 FSK = f 2 − f1 +
2 Ts
6
3
《通信原理》 国防科技大学电子科学与工程学院 马东堂 _____________________________
r 2
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
1 erfc 2
erfc
( r)
1 −r e 2
3
( r)
二进制数字调制系统的性能比较
固定误码率下，不同数字调制方式所需信噪比的比较
Pe=10-5时，相干解调所需要的信噪比r 调制方式 2ASK 2FSK 2PSK 信噪比r 倍 36.4 18.2 9.1 分贝 15.6 12.6 9.6
通信原理实验报告三主要数字调制系统的抗误码性能的仿真比较
实验三主要数字调制系统的抗误码性能的仿真比较一、实验目的1.熟悉2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK等各种调制方式；2.学会对2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK等相应的主要解调方式下（分相干与非相干）的误码率进行统计；3.学会分析误码率与信噪比间的关系。
二、实验内容设定噪声为高斯白噪声, 对2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK等各种调制方式及相应的主要解调方式下（分相干与非相干）的误码率进行统计, 并与理论值进行比较, 以图形方式表示误码率与信噪比间的关系。
三、实验原理2ASK: 有两种解调方法: 非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）。
其中包络检波法不需相干载波, 利用e0(t)波形振幅变化表示信息的特点, 取出其包络, 经抽样判决即可恢复数码。
相干解调需要与相干载波相乘。
2FSK: 常用的解调方法: 非相干解调（包络检波法）；相干解调；鉴频法；过零检测法及差分检波法。
将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调。
其中的抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小, 可以不专门设置门限。
判决规则应与调制规则相呼应。
例如,若调制时规定“1”-》载频f1, 则接收时应规定: 上支路样值>下支路样值判为1, 反之则判为0.2PSK: 该方式中载波的相位随调制信号“1”或“0”而改变, 通常用相位0°或180°来分别表示“1”或“0”。
2PSK信号是以一个固定初相的未调载波为参考的。
解调时必须有与此同频同相的同步载波。
而2PSK信号是抑制载波的双边带信号, 不存在载频分量, 因而无法从已调信号中直接用滤波法提取本地载波。
只有采用非线性变换, 才能产生新的频率分量。
2DPSK: 由于2DPSK信号对绝对码{an}来说是相对移相信号, 对相对码{bn}来说是绝对移相信号。
因此, 只需在2PSK调制器前加一个差分编码器即可产生2DPSK信号。
解调：1、极性比较法（码变换法）（相干解调）, 此法即是2PSK解调加差分移码。
数字调制基本原理及调制质量参数
2FSK信号
1 f(t) 0 0 1
⎧ A cos ω1t ϕ FSK (t ) = ⎨ ⎩ A cos ω 2 t
"1" "0"
1码用频率f1来传送；0码用频率f2来传送。
Ts (a) f2 f1 f1 f2 f1 t
(b) f1 f1 f1
t
(c) f2 f2
t
FSK信号可看作是两个交错的ASK信号之和。
{bn } 为 “ ⊕ ”为模２加符号。 {a n } 为绝对码， 相对码，也称差分码。
四相调制QPSK
（基站Æ移动台）
GMSK
QPSK信号实际上是把两个BPSK信号相加。但由于QPSK信 号的比特率是BPSK的两倍，所以QPSK的频带利用率要比 BPSK高出一倍。
用基带滤波器的方法进行限带
升余弦滤波器
ACPR（Adjacent Channel Power Ratio） ACPR 常定义为邻频率信道（或偏移量）的平均 功率和发射频率信道的平均功率之比。
ACPR
邻道功率
ACPR测量参数 IS-95 CDMA cdma2000
主通道测量带宽 邻道频偏 邻道测量带宽 次邻道频偏 30KHz ±750kHz 30kHz ±750kHz 1.23MHz ±750kHz 30kHz ±750kHz ±1.98MHz
•
•
模拟调制和数字调制的区别
调制: 将各种基带信号转换成适于信道传输的频带信号； 解调: 在接收端将收到的频带信号还原成基带信号。
C=λ×f
调制的目的：
假设f=10KHz 则λ=30000m
1. 将基带信号变换成适合在信道中传输的已调信号； 2. 改善系统的抗噪声性能； 3. 实现信道的多路复用。
二进制数字调制系统的性能比较
《通信原理》 第四十三讲§7．3 二进制数字调制系统的性能比较下面我们将对二进制数字通信系统的误码率性能、频带利用率、对信道的适应能力等方面的性能做进一步的比较。
一、 误码率表7-1 二进制数字调制系统的误码率公式一览表从横向来比较，对同一种数字调制信号，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式的误码率。
从纵向来比较，在误码率一定的情况下，2PSK、2FSK 、2ASK 系统所需要的信噪比关系为e P 22224ASK FSK PSK r r r == (7.3-1) 将式(7.3-1)转换为分贝表示式为22()3()6()ASK dB FSK dB PSK dB r dB r dB r =+=+2 (7.3-2) 反过来，若信噪比r 一定，2PSK 系统的误码率低于2FSK 系统，2FSK 系统的误码率低于2ASK 系统。
图7-33 误码率与信噪比的关系曲线e P r 二、 频带宽度s T 若传输的码元时间宽度为， 222ASK PSK sB B T ==(7.3-3) 2212FSK sB f f T =−+(7.3-4) 从频带利用率上看，2FSK 系统的频带利用率最低。
三、 对信道特性变化的敏感性在选择数字调制方式时，还应考虑系统对信道特性的变化是否敏感。
在2F SK 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，对信道的变化不敏感。
在2P SK 系统中，当发送符号概率相等时，判决器的最佳判决门限为零，判决门限不随信道特性的变化而变化。
2ASK 系统，判决器的最佳判决门限为a /2(当P(1)=P(0)时)，它与接收机输入信号的幅度有关。
当信道特性发生变化时，接收机输入信号的幅度将随着发生变化，从而导致最佳判决门限也将随之而变。
这时，接收机不容易保持在最佳判决门限状态，因此，2ASK 对信道特性变化敏感，性能最差。
通过从几个方面对各种二进制数字调制系统进行比较可以看出，对调制和解调方式的选择需要考虑的因素较多。
常见数字调制方式简述
调制技术
调制是对信号源的编码信息进行处理， 使其变为适合传输的形式的过程。即 是把基带信号（信源）转变为一个相 对基带信号而言频率非常高的带通信 号。带通信号叫做已调信号，而基带 信号叫做调制信号。调制可以通过改 变调制后载波的幅度，相位或者频率 来实现。
数字调制
调制技术的分类 按照调制信号的性质分为模拟调制和数字 调制两类 模拟调制 指调制信号和载波都是连续波的调制方式。 它有调幅、调频和调相三种基本形式 数字调制 一般指调制信号是离散的，而载波是连续 波的调制方式。
16QPSK星座图
QAM-正交幅度调制
正交幅度调制（QAM）是数字调制的一 种方式，数字信息包含在发送载波的幅 度和相位内。
8QAM
与8PSK不同，8QAM调制器输出的信号 不是一个等幅信号。
8QAM真值表
二进制输入 Q I C 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 8QAM输出 幅度 相位 0.765V -135度 1.848V -135度 0.765V -45度 1.848V -45度
16QAM真值表
二进制输入 Q Q’ I I’ 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 16QAM 输出 0.311V -135度 0.850V -165度 0.311V -45度 0.850V -15度
16QAM真值表
二进制输入 Q Q’ I I’ 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 16QAM 输出 0.850V -105度 1.161V -135度 0.850V -75度 1.161V -45度
ASK-数字幅度调制
二进制信号的数字幅度调制的数学表达式：
模拟调制和数字调制的区别
1、模拟调制与数字调制的区别，不同点和相同点？168 相同点：调制原理相同，调制目的相同，未调载波（正弦波相同）；不同点：调制信号不同（前者为数字基带信号s（t)；后者为模拟基带信号m(t)),已调载波的参量取值不同（前者离散取值，后者连续取值）.2、AM 、PSB、SSB、DSB带宽大小调试AM：优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。
主要用在中波和短波调幅广播。
DSB调制：优点是功率利用率高，且带宽与AM相同，但设备较复杂。
应用较少，一般用于点对点专用通信。
SSB调制：优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM，而带宽只有AM的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。
SSB常用于频分多路复用系统中。
VSB调制：抗噪声性能和频带利用率与S S B相当。
在电视广播、数传等系统中得到了广泛应用。
FM： FM的抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通信系统中。
缺点是频带利用率低，存在门限效应。
3、什么是线性、非线性调制？在波形上，已调信号的幅度随基带信号的规律而正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移(精确到常数因子)。
由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为线性调制。
角度调制：频率调制和相位调制的总称。
已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。
4、什么是基带传输？114频带传输？误码率大小？基带传输又叫数字传输，是指把要传输的数据转换为数字信号，使用固定的频率在信道上传输。
基带传输是由发送滤波器、信道、接收滤波器和抽样判决其组成。
频带传输又叫模拟传输，是指信号在电话线等这样的普通线路上以正弦波形式传输的方式。
二进制数字调制系统的频带效率排序
二进制数字调制系统的频带效率排序二进制数字调制系统是一种使用数字信号进行传输的通信系统。
在数字调制中，频带效率是指每秒钟传输的比特数与信道带宽的比值，通常用比特/秒/赫兹（bps/Hz）来表示。
频带效率越高，信道的利用率就越高。
常见的二进制数字调制系统包括以下几种：ASK（Amplitude Shift Keying）、FSK（Frequency Shift Keying）、PSK（Phase Shift Keying）和QAM （Quadrature Amplitude Modulation）。
根据频带效率的高低，这四种数字调制方式可以按照以下顺序进行排列：1. QAM：QAM是一种将多个ASK或PSK信号同时调制在一个载波上的数字调制技术。
QAM具有很高的频带效率，因为它可以在有限带宽内传输大量的信息，无论是流媒体、数据或是语音通信。
2. PSK：PSK是一种将数字信息编码到相位的数字调制技术。
相较于ASK和FSK，PSK可以在相同的带宽下实现更高的频带效率。
PSK在数字通信系统中得到广泛应用，尤其是在WLAN、GSM、蓝牙等通信系统中。
3. FSK：FSK是一种将数字信息编码到频率的数字调制技术。
与ASK相比，FSK 需要更宽的带宽，但可以在有限的带宽内传输相对较高的比特率。
FSK在数字调制中应用广泛，尤其是在低速率的数据传输和音频传输中。
4. ASK：ASK是一种将数字信息编码到振幅的数字调制技术。
ASK的频带效率最低，因为它需要更多的带宽才能传输相同的比特率。
尽管如此，ASK仍然广泛应用于RFID、无线传感器网络和其他低速率的数据传输应用中。
综上所述，QAM的频带效率最高，而ASK的频带效率最低。
在选择数字调制方式时，应考虑到传输速率、带宽限制和信道情况等因素。
(完整word版)2ASK、2FSK、2PSK数字调制系统的Matlab实现及性能分析
2ASK、2FSK、2PSK数字调制系统的Matlab实现及性能分析比较引言:数字信号有两种传输方式，分别是基带传输方式和调制传输方式,即带通，在实际应用中,因基带信号含有大量低频分量不利于传送，所以必须经过载波和调制形成带通信号，通过数字基带信号对载波某些参量进行控制，使之随机带信号的变化而变化，这这一过程即为数字调制。
数字调制为信号长距离高效传输提供保障，现已广泛应用于生活和生产中.另外根据控制载波参量方式的不同，数字调制主要有调幅（ASK ），调频(FSK ），调相(PSK) 三种基本形式。
本次课题针对于二进制的2ASK 、2FSK 、2PSK 进行讨论，应用Matlab 矩阵实验室进行仿真,分析和修改，通过仿真系统生成一个人机交互界面，以利于仿真系统的操作。
通过对系统的仿真，更加直观的了解数字调制系统的性能及影响其性能的各种因素,以便于比较，评论和改进。
关键词： 数字，载波，调制,2ASK,2FSK ，2PSK ，Matlab ，仿真，性能，比较，分析正文：一 。
数字调制与解调原理1.1 2ASK（1）2ASK2ASK 就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。
由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号"1时，传输载波;当调制的数字信号为"0"时,不传输载波。
表达式为：⎩⎨⎧===001,cos )(2k k c ASK a a t A t s 当，当ω1。
2 2FSK2FSK 可以看做是2个不同频率的2ASK 的叠加，其调制与解调方法与2ASK 差不多，主要频率F1和F2，不同的组合产生所要求的2FSK 调制信号. 公式如下：1。
3 2PSK2PSK 以载波的相位变化为基准，载波的相位随数字基带序列信号的1或者0而改变，通常用已经调制完的载波的0或者π表示数据1或者0，每种相位与之一一对应。
通信原理教学大纲
通信原理教学大纲一、课程基本信息课程名称：通信原理课程类别：专业必修课学分：＿____总学时：＿____适用专业：通信工程、电子信息工程等相关专业二、课程性质与教学目标（一）课程性质通信原理是通信工程、电子信息工程等专业的一门重要的专业基础课程，是研究通信系统中信息传输基本原理和方法的课程。
通过本课程的学习，使学生掌握通信系统的基本组成、基本原理和性能分析方法，为后续的专业课程学习和从事通信领域的工作打下坚实的基础。
（二）教学目标1、知识目标掌握通信系统的组成、分类和性能指标。
理解模拟通信和数字通信的基本原理，包括模拟调制解调、数字基带传输和数字频带传输。
熟悉信道的特性、噪声对通信系统的影响以及信道编码和纠错编码的基本原理。
了解通信系统中的同步技术，包括载波同步、位同步和帧同步。
2、能力目标能够对简单通信系统进行性能分析和计算。
具备设计和实现基本通信系统的能力。
能够运用所学知识解决通信工程中的实际问题。
3、素质目标培养学生的工程思维和创新意识。
提高学生的自主学习能力和团队协作能力。
增强学生的职业道德和社会责任感。
三、教学内容与要求（一）绪论1、通信的基本概念通信的定义和目的。
通信系统的模型和组成部分。
2、通信系统的分类按传输媒介分类（有线通信和无线通信）。
按信号特征分类（模拟通信和数字通信）。
3、通信系统的性能指标有效性指标（传输速率、频带利用率）。
可靠性指标（误码率、误信率）。
（二）确知信号1、确知信号的分类周期信号和非周期信号。
能量信号和功率信号。
2、确知信号的频域特性傅里叶变换的基本性质。
周期信号的频谱。
3、确知信号的时域特性信号的自相关函数和互相关函数。
（三）随机过程1、随机过程的基本概念随机过程的定义和分类。
随机过程的数字特征（均值、方差、自相关函数）。
2、平稳随机过程平稳随机过程的定义和性质。
各态历经性。
3、高斯随机过程高斯随机过程的定义和性质。
高斯随机变量的概率分布。
（四）信道1、信道的定义和分类有线信道和无线信道。
数字通信中的调制方案比较
数字通信中的调制方案比较随着信息技术的飞跃发展，数字通信越来越普遍，也越来越重要。
在数字通信中，数据会通过一些信号传输到接收方，而这些信号的传输就要经过调制（Modulation）这一过程。
调制是数字通信中的核心技术之一，决定着数字信号传输的好坏，因此不同的调制方案也对通信效果有着很大的影响。
本文将就几种常见的调制方案进行比较和分析。
1.频移键控调制（FSK）FSK是一种广泛采用的数字调制方案之一，它在采用两个频率（分别代表的是0和1）之间切换的过程中实现数字信号传输。
FSK码率与调制频率相等，因此它可以很容易地与时钟电路进行同步，并且它不会产生频谱扩展，相对来说是一种比较有效的调制方式。
但是，FSK有一些缺点，其中最明显的是它的频带占用率相当高，这会在一定程度上影响传输速率。
2.相移键控调制（PSK）PSK与FSK类似，它也是一种二元数字调制方案，但是它是通过改变信号的相位来传输数据的。
与FSK相比，PSK带宽利用率更高，这样在相同的带宽内，它能够传输更多的数据。
此外，PSK也比FSK更灵活，当需要传输多位数据时将非常有用，但是它比FSK对相位误差更敏感，这往往会在接收端产生比较高的误码率。
3.正交振幅调制（QAM）QAM是一种复合数字调制方案，它将幅度调制和相位调制结合在了一起。
在QAM中，数据信号被分成两个部分：一个用来控制信号的幅度，另一个用于控制信号的相位。
QAM被广泛应用于数字电视和数字通信中，它具有很好的频带利用率和传输速率。
但是，QAM在高误差率的环境下表现不佳，因为它容易受到信道中的噪声和干扰。
4.正交频分复用（OFDM）OFDM是一种多载波数字调制方案，它可以有效地利用信道，并且在多径干扰下具有很好的鲁棒性。
OFDM将数据信号通过多个载波的组合来传输，因此可以避免频率选择性衰落产生的影响，并且可以充分利用频率资源，提高数据传输速率。
OFDM在数字音视频广播、数字电视、LTE和WLAN等领域中有着广泛的应用，是一种非常有效的数字调制方案。
二进制数字调制系统的性能比较
7.3 二进制数字调制系统的性能比较二、误码率曲线7.3 二进制数字调制系统的性能比较7.3 二进制数字调制系统的性能比较⏹7.3 二进制数字调制系统的性能比较⏹四、对信道特性变化的敏感性◆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。
⏹概述⏹7.4.1 多进制振幅键控(MASK)◆概述☐多进制振幅键控又称多电平调制☐优点：M ASK 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。
7.4 多进制数字调制原理◆举例☐基带信号是多进制单极性不归零脉冲(b) M ASK 信号(a) 基带多电平单极性不归零信号0010110101011110000t 0t01011010101111007.4 多进制数字调制原理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。
0101101010111100000t (c) 基带多电平双极性不归零信号00000t01011010101111(d) 抑制载波M ASK 信号7.4 多进制数字调制原理⏹(a)4FSK 信号波形312f 4T T T TMFSK 信号的带宽：B = f M -f 1+ ∆f式中f 1－最低载频f M －最高载频∆f －单个码元的带宽7.4 多进制数字调制原理MFSK 非相干解调器的原理方框图V 1(t )抽样判决带通滤波f 1包络检波带通滤波f M包络检波输入输出V M (t )定时脉冲带通滤波f 2包络检波⋅..⋅..⋅..⋅..7.4 多进制数字调制原理⏹在下图中示出当k =3时，θk 取值的一例。
数字调制
二进制数字调制仿真及性能分析摘要：数字调制是通信系统中最为重要的环节之一，数字调制技术的改进也是通信系统性能提高的重要途径。
本文首先分析了数字调制系统的三种基本调制方法，然后，运用Matlab对这几种数字调制方法进行编程和仿真。
通过仿真，观察了调制过程中各环节时域的波形，并结合这几种调制方法的调制原理，跟踪分析了各个环节对调制性能的影响及仿真模型的可靠性。
最后，在仿真的基础上分析比较了各种调制方法的性能，并通过比较仿真模型与理论计算的性能，证明了仿真模型的可行性。
关键词：数字调制；分析与仿真；Matlab；数字通信系统现代数字通信系统由两个主要部分构成：数字信号的基带传输系统和数字信号的频带传输系统，其中，数字信号频带传输系统的应用最为广泛。
频带传输系统是指将原始的数字基带信号，经过频谱搬移，变换成适合在频带上传输的频带信号，而传输这种信号的系统就称为频带传输系统。
在频带传输系统中，根据已调信号参数改变类型的不同，可分为用基带信号控制一个载波幅度的数字调幅信号(ASK)；用基带信号控制一个载波频率的数字调频信号(FSK)和用基带信号控制一个载波相位的数字调相信号(PSK)。
本文将对二进制的数字信号进行仿真分析。
1.2数字调制的意义数字调制是指用数字基带信号对载波的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化。
根据控制的载波参量的不同，数字调制有调幅、调相和调频三种基本形式，并可以派生出多种其他形式。
由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因，基带信号不适合在各种信道上进行长距离传输。
为了进行长途传输，必须对数字信号进行载波调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。
因此，大部分现代通信系统都使用数字调制技术。
另外，由于数字通信具有建网灵活，容易采用数字差错控制技术和数字加密，便于集成化，并能够进入综合业务数字网（ISDN网），所以通信系统都有由模拟方式向数字方式过渡的趋势。
因此，对数字通信系统的分析与研究越来越重要，数字调制作为数字通信系统的重要部分之一，对它的研究也是有必要的。
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衡量一个数字通信系统性能优劣的最为主要的指标是有效性和可靠性，下面主要针对二进制频移键控(2FSK)、二进制相移键控(BPSK)、二进制差分相移键控(DBPSK)以及四进制差分相移键控（DQPSK）数字调制系统，分别从误码率、频带利用率、对信道的适应能力以及设备的可实现性大小几个方面讨论。
1. 误码率通信系统的抗噪声性能是指系统克服加性噪声影响的能力。
在数字通信系统中，信道噪声有可能使传输码元产生错误，错误程度通常用误码率来衡量。
在信道高斯白噪声的干扰下，各种二进制数字调制系统的误码率取决于解调器输入信噪比，而误码率表达式的形式则取决于解调方式：相干解调时为互erfc r k形式（k只取决于调制方式），非相干解调时为指数函数形补误差函数(/)式。
图1和图2是在下列前提条件下得到：①二进制数字信号“1”和“0”是独立且等概率出现的；②信道加性噪声n(t)是零均值高斯白噪声，单边功率谱密度为0n，信道参恒定；③通过接受滤波器后的噪声为窄带高斯噪声，其均值为零，方差为2n ；④由接收滤波器引起的码间串扰很小，忽略不计；⑤接收端产生的相干载波的相位差为0。
调制方式相干解调非相干解调Pe解调方式图1 各种数字调制系统误码率2ASK 1(/4)2erfc r /412r e -2FSK 1(/2)2erfc r/212r e - BPSK 1()2erfc r —DBPSK ()erfc r12re -DQPSK(2sin)2erfc r M π—图2 二进制数字调制系统的误码率曲线图3a MDPSK 信号误码率曲线 图3b MPSK 信号的误码率曲线(1) 通过图1从横向来看并结合图2得到：对同一调制方式，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式的误码率，相干解调方式的抗噪声性能优于非相干解调方式。
但是，随着信噪比r 的增大，相干与非相干误码性能的相对差别越不明显，误码率曲线有所靠拢。
(2) 通过图1从纵向来看：①若采用相干解调，在误码率相同的情况下，2224ASK FSK BPSKr r r ==，转化成分贝表示为22()3()6()ASK FSK BPSK r dB dB r dB dB r dB=+=+，即所需要的信噪比的要求为：BPSK 比2FSK 小3dB ，2FSK 比2ASK 小3dB ；BPSK 和DBPSK 相比，信噪比r 一定时，若()e BPSK P 很小，则()()/2e DBPSK e BPSK P P ≈，若()e BPSK P 很大，则有()()/1e DBPSK e BPSK P P ≈，意味着()e DBPSK P 总是大于()e BPSK P ，误码率增加，增加的系数在1~2之间变化，说明DBPSK 系统抗加性白噪音性能比BPSK 的要差；总之，使用相干解调时，在二进制数字调制系统中，BPSK的抗噪声性能最优。
②若采用非相干解调，在误码率相同的情况下，信噪比的要求为：DBPSK 比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。
总之，使用非相干解调时，在二进制数字调制系统中，DBPSK的抗噪声性能最优。
(3) 通过图3a和图3b可得：在多进制相移键控调制系统中，M相同时，相干解调下MPSK系统的抗噪声性能优于差分相干解调MDPSK系统的抗噪声性能。
在相同误码率的条件下，M值越大，差分相移比相干相移在信噪比上损失得越多，M很大时，这种损失约为3dB。
对比图3a中的DBPSK(M=2)和DQPSK(M=4)可得，在相同误码率的条件下，DBPSK的信噪比要求比DQPSK的低。
可见，随着进制数的增加，抗干扰性能降低。
综上所述，各信号按抗噪声性能优劣的排列是BPSK相干解调、DBPSK相干解调（极性比较法）、DBPSK非相干解调（相位比较法）、DQPSK相干解调（极性比较法）、2FSK相干解调、2FSK非相干解调、2ASK相干解调、2ASK非相干解调。
2. 带宽各种调制方式的带宽如下：调制方式带宽备注2ASK 2/S T S T为二进制码元时间宽度MASK 2/S T S T为M进制码元时间宽度图4 各种调制方式的带宽(1) 二进制数字调制系统的传码率等于其传信率，2ASK 和BPSK 的系统带宽近似等于两倍的传信率，频带利用率为1/2 bit/(s •Hz)；而2FSK 系统的带宽近似为2122B Bf f R R -+>，频带利用率小于1/2 bit/(s •Hz)。
(2) 在多进制数字调制系统中，由信息传输率bR 、码元传输速率BR 和进制数M 之间的关系2/log B b R R M=知：在信息传输速率不变的情况下，通过增加进制数M ，可以降低码元传输速率，从而减小信号带宽，节约频带资源，提高系统频带利用率。
当然，采用多进制数字调制系统增加频带利用率的代价是增加了信号功率和实现上的复杂性。
综合以上两条，所以DQPSK 的频带利用率最高，2ASK 、BPSK 、DBPSK 的频带利用率次之，2FSK 最不可取。
3. 对信道特性变化的敏感性在选择数字调制方式时，还应考虑判决门限对信道特性的敏感性，在随参信道中，我们希望判决门限不随信道变化而变。
经过比较，可以得出以下结2FSK212/Sf f T -+12,f f 为载波频率，ST 为二进制码元时间宽度MFSK212/Sf f T -+12,f f 为载波频率，ST 为二进制码元时间宽度BPSK 2/S T S T 为二进制码元时间宽度MPSK 2/S T ST 为M 进制码元时间宽度 DBPSK 2/S T S T 为二进制码元时间宽度 DQPSK2/STST 为四进制码元时间宽度论：(1) 2FSK最优，因为不需人为设置判决门限；(2) BPSK次之，最佳判决门限为0，与接收机输入信号幅度无关；(3) 2ASK最差，最佳判决门限位a/2，与接收机输入信号幅度有关，因为信道变化，判决门限随着信号幅度的变化而变化，不利于电路设计，此时需要自适应控制电路；(4) 但当信道有严重衰落时，通常采用非相干解调或差分相干解调，因为在接收端难以得到与发送端同频同相的本地载波。
但在远距离通信中，当发射机有着严格的功率限制时，如卫星通信中，星上转发器输出功率受电能的限制，这时可考虑用相干解调，因为在传码率及误码率给定的情况下，相干解调所要求的信噪比较非相干解调的小。
4. 设备复杂度就二进制调制系统的设备而言，2ASK、BPSK及2FSK发送端设备的复杂度相差不多，而接收端的复杂程度则和所用的调制解调方式有关。
对于同一种调制方式，相干解调时的接收设备比非相干的接受设备复杂；同为非相干解调时，DBPSK的接收设备最复杂，2FSK次之，2ASK的设备最简单。
就多进制而言，不同调制解调方式设备的复杂程度的关系与二进制的情况相同。
但总体讲，多进制数字调制与解调设备的复杂程度要比二进制的复杂得多。
5. 各自优缺点及应用场合FSK是数字通信中不可缺少的一种调制方式。
优点是抗干扰能力较强，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；缺点是占用频带较宽，尤其是MFSK，频率利用率低。
目前调频体制主要应用于中、低速数据传输中。
BPSK在解调时有相位模糊的缺点，因而在实际中很少采用。
DBPSK不存在相位模糊的问题，因为它是依靠前后两个接收码元信号的相位差来恢复数字信号的。
BPSK和DBPSK，是一种高传输效率的调制方式，其抗干扰能力比ASK 和FSK都强，因此在高、中速数据传输中得到了广泛应用，尤其是DBPSK。
DQPSK是一种多进制相移键控，可以看做是振幅相等而相位不等的振幅调制，它是一种频带利用率高的高效率传输方式，其抗噪性能也好。
它的发展趋势是纯数字化，广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入与移动通信及有线电视的上行传输。
在卫星数字电视传输中普遍采用的QPSK 调谐器可以说是当今卫星数字电视传输中对卫星功率、传输效率、抗干扰性以及天线尺寸等多种因素综合考虑的最佳选择。
6. 总结通过以上几个方面的比较可以看出，对调制和解调方式的选择需要考虑的因素较多。
通常，只有对系统的要求作全面的考虑，并且还要抓住其中最主要的因素，才能作出比较恰当的选择。
如果抗噪声性能是最主要的，则应考虑相干2PSK和DBPSK，而2ASK最不可取；如果要求较高的频带利用率，则应选择相干2PSK、DBPSK及2ASK，而2FSK最不可取；如果要求较高的功率利用率，则应选择相干2PSK和DBPSK，而2ASK最不可取；若传输信道是随参信道，则2FSK具有更好的适应能力；若从设备复杂度方面来主要考虑，则非相干方式比相干方式更适宜。
DQPSK是一种频带利用率高的高效率传输方式，其抗噪性能也好，有点较多，有着广泛的应用。
参考书目[1] 樊昌信，曹丽娜. 通信原理[M].北京：国防工业出版社，2006.[2] 王兴亮. 通信系统原理教程[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007. [3] 赵蓉. 现代通信原理教程[M].北京：北京邮电大学出版社，2009. [4] 孙青华. 数字通信原理[M].北京：北京邮电大学出版社，2007. [5] 黄葆华. 通信原理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007. [6] 文川.多进制数字调制技术及应用[J].中国有线电视.2004(23).[7] 朱锦，范平志.几种数字调制解调方式的性能比较与分析[J].四川省通信学会 1997年学术论文集.1997 存在的疑问DQPSK 的非相干解调（相位比较法）的误码率表达式没有搜到，相关书籍资料上只讲了它的两种解调方法——极性比较和相位比较法，但是最后给出它的误码率eP 函数表达式(2sin)2erfc r M时，不确定是哪一种解调方式下的误码率，所以在本文章第一部分“1.误码率”最后的综上所述中，DQPSK 相干解调（极性比较法） 在按抗噪声性能优劣的排列位置不太确定。