多进制数字频率调制MFSK
通信原理期末考试重要知识点2
多进制数字调制系统多进制数字调制具有以下两个特点：（1）在相同的码元传输速率下，多进制数字调制系统的信息传输速率比二进制高。
Rb=RB2 bit/sRb=logN bit/s(2) 在相同的信息传输速率下，多进制数字调制系统的码元传输速率比二进制低，, BN＜B2可增加码元的能量,减小干扰的影响。
1. 多进制数字振幅调制(MASK)(1)多进制数字振幅调制的原理。
——多进制数字振幅调制又称多电平调制。
*MASK表示式: (波形)eASK=bn=P1+P2+……..PM=1(2) 系统的带宽: BASK =(3)单位频带内有超过2bit/s.Hz的信息传输速率。
2. 进制数字频率调制(MFSK)(1)多进制数字频率调制的原理——MFSK调制简称多频制,是二进制数字频率键控方式的直接推广。
(2) 一个多频制系统的组成方框如图:●带通滤波器的中心频率就是多个载频的频率。
●抽样判决器-----在给定时刻上比较各包络。
(3) MFSK系统带宽:BFSK=|fM-fl|+ΔfΔf单个码元宽度。
3. 多进制数字相位调制(MPSK)(1) 多进制数字相位调制的原理——多进制数字相位调制又称多相制。
*利用载波的多种不同相位(或相位差)表征数字信息的调制方式。
也可分为绝对移相(MPSK)和相对(差分)移相(MDPSK)两种。
*多进制相位调制: M=2k K位码元。
一个相位表示K位二进码元.*以四相制为例(2) QPSK(QDPSK)信号调制的原理(A)QPSK:定义:用载波的四种不同相位来表征数列中的信息。
两个信息比特与载波相位关系如下,分为A方式, B方式。
(B) QDSK:定义:利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。
以前一码元相位作为参考,并令Δ为本码元与前一码元的初相差。
信息比特与载波相位变化Δ的关系如上所示,分为A方式, B方式。
(C) 波形:(D) 表达式:ePSK ==式中：——受调相位。
M进制用M种不同相位来表征。
第十二部分：多进制数字调制系统
其正交表示形式为: sMQAM(t)= [∑ An g (t − nTS ) cosϑn ] cos wct − [∑ An g (t − nTS ) sin ϑn ] sin wct
n n
令
Xn=An cosφn Yn=Ansinφn
sMQAM(t)= [∑ X n g (t − nTS ) cosϑn ] cos wct − [∑ Yn g (t − nTS ) sinϑn ] sin wct
QAM星座图 星座图
(0,4.61) (0,2.61)
(－3,3)
(3,3)
(－3,1)
(3,1)
(－4.61,0)
(－2.61,0)
(2.61,0)
(4.61,0)
(－1,－1) (－3,－3)
(－1,1) (3,－3) (0,－2.61)
(0,－4.61)
(a)
(b)
(a) 方型16QAM星座； (b) 星型16QAM星座
Agenda
引言 多进制幅度键控 多进制频移键控 多进制相移键控 正交幅度调制 恒包络调制 Q&A
多进制相移键控（MPSK）
MPSK可以通过使用两个正交的载波分别对信 号复包络的相位和幅度进行调制而得到
g (t ) = Ac e jθ (t ) = x(t ) + jy (t )
• 其中x和y允许的值为：
对于星型16QAM，信号平均功率为
A2 p( s) = M
A2 2 2 ( cn + d n ) = (4 × 2.612 + 8 × 4.612 ) = 14.03 A2 ∑ 16 n =1
M
两者功率相差1.4dB。另外，两者的星座结构也有重要的 差别。一是星型16QAM只有两个振幅值，而方型16QAM有 三 种 振 幅 值 ； 二 是 星 型 16QAM 只 有 8 种 相 位 值 ， 而 方 型 16QAM 有 12 种 相 位 值 。 这 两 点 使 得 在 衰 落 信 道 中 ， 星 型 16QAM比方型16QAM更具有吸引力。
多进制调制的应用
辽宁工程技术大学
3、MPSK的应用
• 多进制数字相位调制又称多相制，是二相制 的推广。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。与二进制数字 相位调制相同，多进制数字相位调制也有绝 对相位调制（MPSK）和相对相位调制（ MDPSK）两种。
• 多相制是一种频带利用率较高的高效率传输 方式。再加之有较好的抗噪声性能，因而得 到广泛的应用，而MDPSK比MPSK用得更 广泛一些。
L/O/G/O
Application 多进制调制的应用
李建民
Contents
1
多进制幅度键控(MASK) 多进制频移键控(MFSK)
2
3 多进制相移键控(MPSK/MDPSK)
嵌入式系统开发概述
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1、MASK的应用
• 多进制数字幅度调制（MASK）又称为多电 平调制，它是二进制数字幅度调制方式的推 广。 M进制幅度调制信号的载波振幅有M种 取值，在一个码元期间内，发送其中的一种 幅度的载波信号。 • 多进制幅度调制是一种高效的调制方式，但 抗干扰能力较差，因而一般只适宜在恒参信 道中使用，如有线信道。
MASK的应用
1、基于MASK的神经网络算法用于解调处理 ，其抗干扰性能优于传统方法。解调系统为 并行结构，所以处理速度比传统速度更快。 2、开发多信道通信系统时，针对MASK中频 信号发生器和接收机的FPGA设计及实现的 研究，研究结果表明能增加系统的冗余性， 提高系统的可靠性。
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2、MFSK的应用
• 多进制数字频率调制（MFSK）简称多频制 ，是2FSK方式的推广。它是用 M个不同的 载波频率代表M 种数字信息。 • 多进制频移键控(MFSK)是无线通信中广泛 采用的一种调制方式 • 多频制的主要缺点是信号频带宽，频带利用 率低。因此，MFSK多用于调制速率较低及 多径延时比较严重的信道，如无线短波信道 。
mfsk最小间隔
mfsk最小间隔MFSK（多频移键控）是一种数字调制技术，常用于无线电通信中的数据传输。
它通过将数字数据转换为不同频率的音频信号，然后通过无线电信道传输。
MFSK最小间隔是指在MFSK调制中，不同频率之间的最小时间间隔。
MFSK最小间隔的大小是由多个因素决定的，包括系统设计和性能要求。
一般来说，MFSK最小间隔越小，数据传输速率越高，但同时也可能导致更高的传输错误率。
因此，在设计MFSK系统时，需要根据实际需求和可用资源进行权衡。
MFSK最小间隔的计算涉及到调制方式和信道带宽的选择。
在MFSK调制中，常见的调制方式包括2FSK、4FSK和8FSK。
这些调制方式分别将不同数量的比特映射到不同数量的频率上。
例如，2FSK 调制将每个比特映射到两个频率上，而4FSK调制将每个比特映射到四个频率上。
对于给定的调制方式，MFSK最小间隔可以通过以下公式计算：最小间隔 = 1 / (调制方式× 带宽)其中，调制方式是指每个比特映射到的频率数量，带宽是信道的有效带宽。
这个公式的含义是，MFSK最小间隔是调制方式和信道带宽的倒数。
例如，对于4FSK调制和信道带宽为10 kHz的情况下，最小间隔为1 / (4 × 10 kHz) = 25微秒。
这意味着在传输过程中，每个频率的信号至少要持续25微秒，才能确保正确的解调和数据恢复。
需要注意的是，MFSK最小间隔只是一个理论值，实际应用中可能受到多种因素的影响，如噪声、多径效应和信道衰落等。
因此，在实际系统设计中，需要考虑这些因素，并采取相应的技术手段来提高系统的性能和可靠性。
总之，MFSK最小间隔是指在MFSK调制中，不同频率之间的最小时间间隔。
它的大小取决于调制方式和信道带宽，对于高速数据传输而言，较小的最小间隔可以提高传输速率，但也需要考虑系统的可靠性和性能要求。
现代通信技术-多进制数字调频(MFSK)
键控法产生的MFSK信号，可以看作由M个幅度相同、载频不同、时间上互 不重叠的2ASK信号叠加的结果。 设MFSK信号码元的宽度为Tb，即
式中，fM为最高选用载频，f1为最低选用载频。
02. MFSK信号的频谱及带宽
MFSK信号功率谱P(f)如图所示。
03. MFSK系统的误码性能
MFSK信号采用相干解调时系统的误码率为
多频制误码率随M增大而增加，但与多电平调制相比增加的速度要小的多。 多频制的主要缺点是信号频带宽，频带利用率低。 因此，MFSK多用于调制速率较低及多径延时比较严重的信道，如无线短波信道。
谢谢
多进制数字调频
目录
01
02 03
多进制调频的概念
MFSK信号的频谱及带宽 MFSK系统的误码性能
01.多进制调频的概念
多进制数字频率调制（MFSK）简称多频制，是2FSK方式的推广。 它是用个不同的载波频率代表种数字信息。
02. MFSK信号的频谱及带宽
由于多进制数字已调信号的被调参数在一个码元间隔内有多个取值，因此， 与二进制数字调制相比，多进制数字调制有以下几个特点：
数字通信的调制方式
数字通信的调制方式通信的最终目的是在一定的距离内传递信息。
虽然基带数字信号可以在传输距离相对较近的情况下直接传送，但如果要远距离传输时，特别是在无线或光纤信道上传输时，则必须经过调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。
为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输，必须对数字信号进行载波调制。
如同传输模拟信号时一样，传输数字信号时也有三种基本的调制方式：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。
它们分别对应于用载波（正弦波）的幅度、频率和相位来传递数字基带信号，可以看成是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。
理论上，数字调制与模拟调制在本质上没有什么不同，它们都是属正弦波调制。
但是，数字调制是调制信号为数字型的正弦波调制，而模拟调制则是调制信号为连续型的正弦波调制。
在数字通信的三种调制方式（ASK、FSK、PSK)中，就频带利用率和抗噪声性能（或功率利用率）两个方面来看，一般而言，都是PSK系统最佳。
所以PSK在中、高速数据传输中得到了广泛的应用。
1、ASK--又称幅移键控法。
载波幅度是随着调制信号而变化的。
其最简单的形式是，载波在二进制调制信号控制下通断，这种方式还可称作通-断键控或开关键控(OOK) 。
●调制方法：用相乘器实现调制器。
●调制类型：2ASK,MASK。
●解调方法：相干法，非相干法。
MASK，又称多进制数字调制法。
在二进制数字调制中每个符号只能表示0和1(+1或-1)。
但在许多实际的数字传输系统中却往往采用多进制的数字调制方式。
与二进制数字调制系统相比，多进制数字调制系统具有如下两个特点：第一：在相同的信道码源调制中，每个符号可以携带log2M比特信息，因此，当信道频带受限时可以使信息传输率增加，提高了频带利用率。
但由此付出的代价是增加信号功率和实现上的复杂性。
第二，在相同的信息速率下，由于多进制方式的信道传输速率可以比二进制的低，因而多进制信号码源的持续时间要比二进制的宽。
多进制数字调制系统
多进制数字调制系统摘要: 一、多进制幅度调制原理及抗噪声性能M 电平调制信号的时间表达式为: 式中且有4ASK 信号的波形图1 4ASK 信号的波形图(b)所示的4ASK 信号波形可以等效成图(c)中四种波形之和，其中三种波形都分...一、多进制幅度调制原理及抗噪声性能M 电平调制信号的时间表达式为: 式中且有4ASK 信号的波形图1 4ASK 信号的波形图(b)所示的4ASK 信号波形可以等效成图(c)中四种波形之和，其中三种波形都分别是一个2ASK 信号。
这就是说，MASK 信号可以看成是由振幅互不相等、时间上互不相容的个2ASK 信号相加而成。
其中是多进制码元速率。
频带利用率若以信息速率来考虑频带利用率，则有它是2ASK 系统的倍。
这说明在信息速率相等的情况下，MASK 系统的频带利用率高于2ASK 系统的频带利用率。
MASK 信号的解调与2ASK 相同，可以使用相干解调和非相干解调的方法来恢复基带信号。
采用相干解调时，MASK 信号的误码率与电平基带信号的误码率相同，即其中为信噪比，，为信号功率，为噪声功率。
MASK 信号有以下几个特点：(1)传输效率高。
与二进制相比，当码元速率相同时，多进制调制的信息速率比二进制的高，是二进制的倍。
在相同信息速率的情况下，MASK 系统的频带利用率也是2ASK 系统的倍。
(2)在接收机输入平均信噪比相等的情况下，MASK 系统的误码率比2ASK系统要高。
(3)抗衰减能力差。
只适宜在恒参信道中使用。
(4)进制数越大，设备越复杂。
二、多进制频率调制原理及抗噪声性能多进制数字频率调制（MFSK）基本上是2FSK 方式的推广。
它是用多个频率的载波分别代表不同的数字信息。
MFSK 通信系统原理方框图如图2 所示。
图2 MFSK 系统的原理方框图与2ASK 信号相同，可将MFSK 信号等效为个2ASK 信号相加，它的相邻载波频率间隔应大于进制码元速率的二倍，否则接收端的带通滤波器无法将各个2ASK 信号分离开。
(最新整理)多进制数字调制2
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导入新课：随着数字通信的发展，人们对频带利用率的要求不断提高，多进制数字调制作为一种解决方案获得了广泛应用。
讲授新课：课题二 多进制数字调制一、多进制数字调制系统由于二进制数字调制系统频带利用率较低，使其在实际应用中受到一些限制。
在信道频带受限时 为了提高频带利用率，通常采用多进制数字调制系统。
所谓多进制数字调制系统就是用多进制的基带信号去调制载波的幅度、频率或相位。
相应地有多进制振幅调制、多进制频率调制和多进制相位调制。
与二进制数字调制系统相比具有如下特点：1）在相同的码元速率RB 下，多进制数字调制系统的信息速率比二进制高；)/( log 2s bit M R R B b2）在相同的信息速率下， 多进制码元速率比二进制系统的低，增大码元宽度，可以增加码元的能量，并能减小码间干扰的影响.二、多进制数字振幅调制系统1、多进制数字振幅调制（MASK ）的原理多进制数字振幅调制又称多电平调制，它是二进制数字振幅键控方式的推广。
M 进制数字振幅调制信号的载波幅度有M 种取值，在每个符号时间间隔Ts 内发送M 个幅度中的一种幅度的载波信号。
四进制数字振幅调制信号的时间波形M 进制数字振幅调制可以看成是M 个不同振幅的2ASK 信号的叠加。
b ） 多进制数字振幅调制信号的功率谱密度M 进制数字振幅调制可以看成是M 个不同振幅的2ASK 信号的叠加。
M 进制数字振幅调制信号的功率谱密度是这M 个不同振幅的2ASK 信号功率谱密度之和.尽管叠加后频谱结构很复杂,但其带宽与2ASK 信号的相同.多进制数字振幅调制信号的带宽：基带22B f B s MASK ==c) MASK 信号的产生及解调MASK 信号的产生方法与2ASK 类似,差别在于基带信号为M 电平。
【精】cp多进制数字调制系统MASK和MFSK
B M F S fM Kf1 2fs
设MFSK信号码元的宽度为TS，传输速率RB=1/TS(Baud)= fS
《 通信原理》第七章 数字带通传输系统
7-8-21
第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK
MFSK信号的频带利用率
B M F S fM Kf1 2fs
在每个符号时间间隔0≤t≤Ts内，可能发送的符号有M种，分别为s1(t)：s2(t)， …， sM(t)。
2
f2
路
fM
M
门 电路 门 电路 门 电路
输 出 逻 辑电 路
抽样 判决
器
检 波器 检 波器
带 通 f1 带 通 f2
相 加器
信 道
接收 滤 波器
检 波器
带 通 fM
多进制数字频率调制系统的组成方框图
《 通信原理》第七章 数字带通传输系统
7-8-19
第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK
无线寻呼系统中四电平调频频率配置方案
与2ASK系统相同，不能反映多进制的高频带利用率特点
信息速率形式的频带利用率--能反映多进制的高频带利用率特点
bB M R bA S R B K 2 lR o B 2M glo 2 2M g(b /sH )z
(b)M(b)2lo2M g
《 通信原理》第七章 数字带通传输系统
7-8-12
第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK
fc＋4.8 kHz 1.6 kHz
fc－1.6 kHz fc－4.8 kHz
1 10 1 1 0 0 0 0 1
《 通信原理》第七章 数字带通传输系统
7-8-20
第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK
第19讲 频带传输：MPSK、MQAM、MFSK、MSK
8
MPSK信号的矢量表示
MPSK信号中的每个波形可以由两个归一化的正交函数线性组合构成，这两个
归一化的基函数为：
1(t)
2 Ts
cos ct
2 (t)
2 Ts
sin ct
因此MPSK信号中的任一波形为： si (t) si11(t) si2 2 (t)
Es aic n1, Es ais n2
其中：
r1
Ts 0
r
(t
)
1
(t
)dt
r2
Ts 0
r
(t
)
2
(t
)dt
则MPSK信号的最佳接收原理图：
MPSK信号的判决：
因为发送信号si(t)的矢量表示：
其中
si si1, si2 Es aic , Es ais
00 3, 01 1 11 1 , 10 3
奇数位送入正交支路， 偶数位送入同相支路
假设输入为“0110”四位二进 制码元，调制后的输出波形为
1 cosct 3sin ct
MFSK
相对于MASK、MPSK信号，MFSK信号是采用载波的频率携带 基带信号，每一位M进制的符号用一种频率的波形表示 如下表载波频率与M进制符号的对应关系
频带传输系统
MPSK
多进制数字相位调制简称多相调制制，它是用正弦波
的M个相位状态来代表M组二进制信息码元的调制方式
相位为
2(i 1)
M
(i 1, 2,L M )
2(i 1) +
MM
(i 1, 2,L M )
mfsk调制解调
mfsk调制解调
MFSK调制解调是指多频移键控（MFSK）调制解调技术。
它是一种高效的数字通信技术，在无线电广播、电视广播和无线电通信等领域都有广泛的应用。
MFSK调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，通过将数字数据分成几个独立的频率信号，并将它们叠加在一起来实现。
每个频率信号代表一个特定的数字。
例如，对于4FSK（四频移键控）调制，可以使用四个不同的频率信号来表示四个不同的数字。
MFSK调制可以使用不同的调制方案，如二进制相移键控（BPSK）和四进制相移键控（QPSK）等。
MFSK解调是将模拟信号转换回数字信号的过程，通过检测接收信号的频率成分并将其与预定义的频率进行比较来实现。
根据最接近的频率，接收器可以确定接收到的数字信号是什么。
解调器还需要处理噪声和干扰，以确保接收到的数字信号的准确性。
在MFSK系统中，发送端将输入的二进制码元经过逻辑电路和串/并变换电路转换为M进制码元，每k位二进制码分为一组，用来选择不同的发送频率。
在接收端，当某一载波频率到来时，只有相应频率的带通滤波器能收到信号，其它带通滤波器输出的都是噪声。
抽样判决器的任务就是在某一时刻比较所有包络检波器的输出电压，通过选择最大值来进行判决。
将最大值输出就得到一个M进制码元，然后，再经过逻辑电路转换成k位二进制并行码，再经过并/串变换电路转换成串行二进制码，从而完成解调过程。
MFSK调制解调技术具有高频谱效率、良好的抗干扰性能和简单
的实现等优势，因此在无线电通信领域得到广泛应用。
8.13多进制数字频率调制(MFSK)系统
signal q :integer range 0 to 15; --计数器 signal f :std_logic_vector(3 downto 0); --分频器 signal xx:std_logic_vector(1 downto 0); --寄存输入信号x的2位寄存器 signal yy:std_logic_vector(1 downto 0); --寄存xx信号的寄存器 begin process(clk)--此进程对clk进行分频，得到4种载波信号f3、f2、 f1和f0 begin if clk'event and clk='1' then if start='0' then f<="0000"; elsif f="1111" then f<="0000"; else f<=f+1; end if; end if; end process;
process(clk,yy) --此进程完成对输入基带信号x的MFSK调制 begin if clk'event and clk='1' then if start='0' then y<='0'; -- if语句完成2位并行码到4种载波的选通 elsif yy="00" then y<=not f(3); elsif yy="01" then y<=not f(2); elsif yy="10" then y<=not f(1); else y<=not f(0); end if; end if; end process; end behav;
26多进制数字调制二
PQPSK
(
f
)
POQPSK
(
f
)
2
A2Tb
sin[2(
2( f
f fC )Tb fC )Tb
]
–因OQPSK相干解调与QPSK相干解调相同。由于I(t)、 Q(t)互相独立，因此OQPSK相干解调的误码率性能 也与QPSK相同
最小频移键控 MSK
16QAM
– M=16
d 16PSK 0.39 d 16QAM 0.47
抗干扰能力 优于MPSK
正交振幅调制 QAM
• MQAM与MPSK的最大功率与平均功率
– 对于MQAM，可以得出：
最大功率(峰值功率) L(L 1)2
k
平均功率
L/2
2 (2i 1)2
i 1
– 对于MPSK，由于其包络恒定，因此最大功率 与平均功率相等
MASK/MPSK
Pe
2(1
1 )Q( L
6 L2 1
)
Pe 2Q
d i ,i 1
2
2Q
2 sin
M
i+1 i 2/M
振幅相位联合调制系统
• MASK、MPSK得出：系统带宽一定的条件下，多进 制调制比二进制调制有较高的频带利用率
• 随M增加，在信号空间中各信号点的最小距离减小， 相应的判决区域也随之减小，受干扰后错误概率增大。
信号之和
－[ An g(t-nTS ) sinn ]sinCt
n
sAPK [ X ng(t nTS )]cosC t
n
－[ Yn g(t nTS )]sinCt
n
正交振幅调制 QAM
matlab mfsk函数原理
一、引言MFSK（多频正交调信号）是一种广泛使用的数字调制技术，广泛应用于无线通信、卫星通信等领域。
Matlab提供了一种名为MFSK的函数，用于实现MFSK调制和解调。
本文将介绍MFSK函数的基本原理和实现方法。
二、MFSK调制原理MFSK调制是一种基于正交调的数字调制技术，其基本原理是将数字信息加载到正弦和余弦两个信号上，然后将它们叠加在一起形成调制信号。
具体来说，MFSK调制包括以下几个步骤：1.生成基带数字信号，通常采用二进制相移键控（BPSK）或二进制频移键控（BFSK）等数字调制技术。
2.将数字信号映射到正弦和余弦两个信号上，生成两个正交调制信号。
3.将两个正交调制信号叠加在一起形成调制信号。
4.通过滤波器将调制信号转换为中频信号。
5.通过信道传输中频信号，接收端进行解调，恢复原始数字信号。
MFSK调制具有较高的频带利用率和较好的抗干扰性能，因此在无线通信和卫星通信等领域得到了广泛应用。
Matlab中的MFSK函数可以实现MFSK调制和解调。
以下是MFSK 函数的实现原理：1.输入参数：MFSK函数需要输入两个参数，一个是数字基带信号，另一个是调制阶数N。
数字基带信号可以是BPSK或BFSK等数字调制信号，调制阶数N决定了MFSK调制的阶数。
2.生成正弦和余弦两个信号：根据输入的数字基带信号和调制阶数N，MFSK函数会生成两个正交调制信号。
具体来说，每个信号由一个线性方程生成的相位序列得到相位值，通过映射得到不同的振幅值，得到模拟的波形。
3.叠加调制信号：将两个正交调制信号叠加在一起形成调制信号。
在叠加过程中，两个信号会进行适当的相位偏移和滤波处理，以获得更好的性能。
4.传输和解调：将调制信号通过信道传输，接收端通过滤波和解调，恢复原始数字基带信号。
在解调过程中，可以使用MFSK函数提供的解调算法对接收到的中频信号进行解调和解码，恢复原始数字信息。
需要注意的是，MFSK函数的具体实现可能会因Matlab版本和设置的不同而有所差异。
第17讲 多进制数字调制原理
相加 电路
s(t)
b
相乘 电路
图7-37 第一种QPSK信号产生方法
通信原理
第6章 数字带通传输系统
码元串并变换： 0
0 1
1 2 3 4 (a) 输入基带码元
2 4 (b) 并行支路a码元
5
t t t
3 5 (c) 并行支路b码元 图7-38 码元串/并变换
通信原理
第6章 数字带通传输系统
矢量图：
f1 00
f2 01
f3 10
f4 11
(b) 4FSK信号的取值
通信原理
第6章 数字带通传输系统
• 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
通信原理
第6章 数字带通传输系统
• MFSK非相干解调器的原理方框图：
通信原理
第6章 数字带通传输系统
– 正交相移键控（QPSK） • 4PSK常称为正交相移键控（QPSK） • 格雷（Gray）码 – 4PSK信号每个码元含有2 比特的信息，现用ab代表 这两个比特。 – 两个比特有4种组合，即00、01、10和11。它们和 相位k之间的关系通常都按格雷码的规律安排，如 下表所示。 QPSK信号的编码： a 0 0 1 1 b 0 1 1 0
01 10 11 11
10
01 00 00
10 t
0
(c) 基带多电平双极性不归零信号
11 01 00 00 11
01
10
10
10
0
t
(d) 抑制载波MASK信号
通信原理
第6章 数字带通传输系统
6.5.2 多进制频移键控（MFSK）
mfsk数字信号频带传输系统的设计 课程设计
湖南文理学院课程设计报告课程名称：通信系统课程设计专业班级：通信工程12101班学号（13）学生姓名：张瑶指导教师：杨智完成时间：2015年11 月29日报告成绩：评阅意见：评阅教师日期湖南文理学院制目录1绪论 (1)1.1MAXPLUXII简介 (2)1.2VHDL语言简介 (4)2方案论证 (5)2.1FPGA简介 (5)2.2FPGA概述 (5)2.3ALTERA可编程逻辑器件简介 (6)3多进制数字调制原理 (7)3.1MFSK简介 (7)3.2多进制数字频率调制的原理 (7)3.3多进制数字频率解调的原理 (8)3.4MFSK调制解调原理 (9)3.5MFSK信号的频谱、带宽及频带利用率 (10)3.6MFSK系统的误码性能 (11)4 MFSK的VHDL 建模与设计 (12)4.1MFSK调制电路的VHDL建模与设计及实现 (12)4.2MFSK解调电路的VHDL建模与设计及实现 (13)4.3MFSK调制解调电路的VHDL建模与设计及实现 (15)5硬件实现 (17)5.1程序下载 (17)附录 (20)1绪论如今社会通信技术的发展速度可谓日新月异，计算机的出现在现代通信技术的各种媒体中占有独特的地位，计算机在当今社会的众多领域里不仅为各种信息处理设备被使用，而且它与通信向结合，使电信业务更加丰富。
随着人类经济和文化的发展，人们对通信技术性能的需求也越来越迫切，从而又大大推动了通信科学的发展。
在通信理论上，先后形成了“过滤和预测理论”、“香浓信息论”、“纠错编码理论”、“信源统计特性理论”、“调制理论”等。
通信作为社会的基本设施和必要条件，引起的世界各国的广泛关注，通信的目的就是从一方向另一方传送信息，给对方以信息，但是消息的传送一般都不是直接的，它必须借助于一定形式的信号才能便于远距离快速传输和进行各种处理。
虽然基带信号可以直接传输，但是目前大多数信道不适合传输基带信号。
现有通信网的主体为传输模拟信号而设计的，基带数字信号不能直接进入这样的通信网。
CH1 现代调制解调技术1
M 2
N
与二进制数字调制系统相类似，若用多进制数字基 带信号去调制载波的振幅、频率或相位，则可相应 地产生多进制数字振幅调制、多进制数字频率调制 和多进制数字相位调制。
11
1.1 多进制数字振幅调制系统（MASK）
M 进制数字振幅调制信号的载波幅度有M 种取值，在 每个符号时间间隔 Ts 内发送M 个幅度中的一种幅度 的载波信号。 一、时域表达式
多进制数字相位调制是利用载波的多种不同相位来表 征数字信息的调制方式。
M 进制数字相位调制信号可以表示为：
其中 g(t )为信号包络波形，通常为矩形波，幅度为1；
n 为第n 个码元对应的相位，共有M 种取值。
23
M 进制数字相位调制信号也可以表示为正交形式：
令A＝ 1
式中 同相分量 正交分量
24
主要特点： 微蜂窝小区结构 数字化技术---语音信号数字化 新的调制方式---GMSK、QPSK等 TDMA、CDMA 频谱利用率高，系统容量大 便于实现通信安全保密 能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性
3
移动通信系统的发展
第二代数字蜂窝移动通信系统
历史回顾：1995年，美国的高通公司（Qualcomm）提出了一种采用码 分多址（CDMA)方式的数字蜂窝系统技术解决方案（IS-95 CDMA)， 目前已分别在中国香港、韩国、北美、中国大陆等国家和地区投入使 用，用户反映良好。 CDMA系统的主要特点：
导频/TPC/业务信道/信 令/分组业务码时分复用
扩频因子
4-512（3.84Mcps） 4-256 (3.6864Mcps)
反向信道结构
9
采用多进制数字调制系统的原因:
在信道频带受限时，为了提高频带利用率，通常其代 价是增加信号功率和实现上的复杂性。 由信息传输速率 Rb 、码元传输速率 RB 和进制数M 之 RB 间的关系 B 频带利用率
多进制数字调制
MFSK信号可以看作由M个振幅相同、载频不同、时间上互 不重叠的2ASK信号叠加形成。MFSK信号的带宽随频率数M的 增大而线性增宽， 频带利用率明显下降。因此，MFSK多用于 调制速率不高的传输系统中。
数字信号的频带传输
f1
门电路1
逻1
输入
串/并 1 转换 2
辑 电
2
路M
f2
门电路2
+
n
fM
门电路M
(a)调制器实现框图
信道
输出
并/串 转换
逻 1 抽样 1 包络检波
辑 电
2
判决
2
包络检波
路M
M
带通f1 带通f1
接 收 滤 波
器
包络检波
带通f1
(b)非相干解调实现框图
图5.27MFSK系统原理框图
数字信号的频带传输
1.3多进制数字相移键控(MPSK)
1.多进制相移键控信号的表示
多进制数字调相又称多相制，它是利用不同的相位来表征数 字信息的一种调制方式。如果用载波有M种相位，那么就可以 表示n比特码元的2n组合状态，故有M=2n。假若有四种相位， 就可以表示二比特的四种组合状态。多进制相移键控分为多进 制绝对相移键控和多进制相对相移键控两种。在实际通信中大 多采用相对相移键控。
键控。四相相移键控即4PSK又称为QPSK，用四种不同的 载波相位携带数字信息，其信号矢量图见图5.28所示。四 相相移键控具有较高的频谱利用率和较强的抗干扰性，同 时在电路实现上比较简单，成为某些通信系统的一种主要 调制方式。π/4QPSK是目前微波、卫星数字通信和数字蜂 窝移动通信系统中常用的一种载波传输方式。以四相相移 键控（QPSK）为例介绍多相相移键控的调制与解调。
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• 非相干解调时的误码率
– 分析模型 带通滤波 f 输入 1 包络检波 输出 V1(t)
包络检波
带通滤波 f
. .
. . 带通滤波
f M
2
包络检波
. .
. .
VM(t)
抽样 判决
定时脉冲
有信号码元输出的带通滤波器的输出电压包络服从广义瑞利分布 ：
p(x) x
2 n
Ax I0 2 n
exp( kr b / 2 )
在上式中若用M代替(M-1)/2，不等式右端的值将增大，但是此不 等式仍然成立，所以有
P e M exp( kr b / 2 )
这是一个比较弱的上界，但是它可以用来说明下面的问题。
A 2
2 2 n
M 1
Pe e
M 1
n 1
( 1)
n 1
Pb 2 2
k k 1
1
Pe
Pe 2 [1 (1 / 2 )]
k
当k很大时，
Pb P e / 2
– 误码率曲线
Pe
(a) 非相干解调
rb
• 相干解调时的误码率 –计算结果给出如下：
Pe 1 1 2
e
A
2
/2
1 2
A
2r
e
u
2
/2
du
上式是一个正负项交替的多项式，在计算求和时，随着项数增加 ，其值起伏振荡，但是可以证明它的第1项是它的上界，即有 上式可以改写为
M 1 2
A
2
Pe
e
/ 4
2 n
Pe
M 1 2
e
E / 2
2 0
M 1 2
e
r / 2
因为
M 2
k
e
ln 2
k
所以上式可以改写为
rb Pe exp k ln 2 2
M 1
dA
–上式较难作数值计算，为了估计相干解调时MFSK信 号的误码率，可以采用下式给出的误码率上界公式：
Pe ( M 1) erfc ( r )
– 误码率曲线
Pe
rb
(b) 相干解调
–比较相干和非相干解调的误码率： 由曲线图可见，当k > 7时，两者的区别可以忽略。这时相干和非 相干解调误码率的上界都可以用下式表示：
rb ln 2 0 , 即
由上式可以看出，当k 时，Pe按指数规律趋近于0，但要保证
2 上式条件表示，只要保证比特信噪比rb大于2ln2 = 1.39＝1.42 dB ，则不断增大k，就能得到任意小的误码率。 r b 2 ln 2
对于MFSK体制而言，就是以增大占用带宽换取误码率的降低。但 是，随着k的增大，设备的复杂程度也按指数规律增大。所以k的 增大是受到实际应用条件的限制的。
Ah M 1 h I0 2 2 0 n n n
(1 n ) h 2 / 2 2 n e dh
n 1
( 1)
n 1
2 2 M 1 1 nA / 2 ( n 1 ) n e n n 1
Pe M 1 2 e
A
2
/ 4
2 n
Pe
Pe
rb (a) 非相干解调
rb (b) 相干解调
Pe) dh
将前面两式代入上式，得到计算结果如下：
由于一个M进制码元含有k比特信息，所以每比特占有的能量等于 E/k，这表示每比特的信噪比
rb E / k
2 0
r /k
/ 4
2 n
将r = krb代入
Pe
M 1 2
e
A
2
得出
Pe
M 1 2
M=8，k=3，在任一列中均有4个“0”和
4个“1”。所以若一个码元错成另一个
码元时，在给定的比特位置上发生错
误的概率只有4/7。
码元 0 1 2 3 4 5 6 7
比特 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
» 一般而言，在一个给定的码元中，任一比特位置上 的信息和其他(2k-1 – 1)种码元在同一位置上的信 息相同，和其他2k-1种码元在同一位置上的信息则不 同。所以，比特错误率Pb和码元错误率Pe之间的关 系为
–码元错误率Pe和比特错误率Pb之间的关系 » 假定当一个M进制码元发生错误时，将随机地错成其他(M-1)个 码元之一。由于M 进制信号共有M种不同的码元，每个码元中 含有k个比特，M = 2k。所以，在一个码元中的任一给定比特 的位置上，出现“1”和“0”的码元各占一半，即出现信息 “1”的码元有M/2种，出现信息“0”的码元有M/2种。 » 例：图中，
1 exp 2
2 n
x
2
A
2
,
x 0
式中，I0() － 第一类零阶修正贝赛尔函数； x － 输出信号和噪声之和的包络； A － 输出信号码元振幅； n2 － 输出噪声功率。 其他路中任何路的输出电压值超过了有信号这路的输出电压值x就 将发生错判。因此，这里的输出信号和噪声之和x就是上面的门限 值h。因此，发生错误判决的概率是