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1、通信工程 综合课程设计烟 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： 专 业： 班 级： 姓 名： (组长)XXX 学号 (1号)XXX 学号 (2号)XXX学号 (3号)XXX 学号 指导老师： 2014年 11月 18 日目录1数字调制系统原理11.1 二进制数字调制系统原理11.1.1 2ASK调制原理11.1.2 2FSK调制原理21.1.3 2PSK调制原理31.2 2ASK、2FSK、2PSK的性能比较41.2.1 误码率41.1.2 频带宽度51.2.3 对信道特性变化的敏感性51.2.4 设备的复杂程度61.3 多进制数字调制系统原理61.3.1 MASK调制原
2、理61.3.2 MFSK调制原理71.3.3 MPSK调制原理81.4 多进制数字调制系统性能分析102 数字调制系统仿真122.1 二进制数字调制系统仿真122.1.1 2ASK调制系统仿真122.1.2 2FSK调制系统仿真142.1.3 2PSK调制系统仿真152.2 多进制数字调制系统仿真172.2.1 MASK调制系统仿真172.2.2 MFSK调制系统仿真182.2.3 MPSK调制系统仿真192.3 数字调制误码率分析203 成员分工及小结234 附录24附录1 二进制数字调制系统仿真24附录2 多进制数字调制系统仿真25附录3 误码分析28341数字调制系统原理1.1 二进制数
3、字调制系统原理1.1.1 2ASK调制原理 2ASK二进制振幅调制就是用二进制数字基带信号控制正弦载波的幅度，使载波振幅随着二进制数字基带信号而变化，而其频率和初始相位保持不变。信息比特是通过载波的幅度来传递的。其信号表达式为：，S(t)为单极性数字基带信号。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。2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号S(t)通断变化。所以又被称为通断键控信号。典型波形如图1-1所示。 图 1-1 典型2ASK波形e2ASK(t)为已调信
4、号，它的幅度受s(t)控制，也就是说它的幅度上携带有s(t)的信息。2ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法。模拟调制法就是用基带信号与载波相乘，进而把基带信号调制到载波上进行传输。键控法由s(t)来控制电路的开关进而进行调制。两种方法的调制如图1-2和图1-3所示。图 1-2 模拟调制法（相乘器法）图 1-3 键控法1.1.2 2FSK调制原理一个2FSK信号可以看成是两个不同载波的2ASK信号的叠加。其解调和解调方法和FSK差不多。2FSK信号的频谱可以看成是f1和f2的两个2ASK频谱的组合。频移键控是利用载波的频率来传递数字信号，在2FSK中，载波的频率随着二进
5、制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，频移键控是利用载波的频移变化来传递数字信息的。在2FSK中，载波的频率随基带信号在f1和f2两个频率点间变化。故其表达式为：典型波形如图 1-4所示。图 1-4 2FSK典型波形图2FSK的调制方式有两种，即模拟调频法和键控法。本次设计采用键控法。键控法中可以用二进制“1”来对应于载频f1，而“0”用来对应于另一频率f2，而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源f1、f2进行选择通。键控法原理图如图1-5示.图1-5 2FSK调制原理图1.1.3 2PSK调制原理在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，
6、则产生二进制移相键控(2PSK)信号。2PSK信号调制有两种方法，即模拟调制法和键控法。通常用已调信号载波的 0和 180分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0，模拟调制法用两个反相的载波信号进行调制。2PSK以载波的相位变化作为参考基准的，当基带信号为0时相位相对于初始相位为0，当基带信号为1时相对于初始相位为180。键控法，是用载波的相位来携带二进制信息的调制方式。通常用0和180来分别代表0和1。其时域表达式为：其中，2PSK的调制中an必须为双极性码。本次设计中采用模拟调制法。两种方法原理图分别如图1-6和图1-7所示。图 1-6- 模拟调制法原理图 图 1-7- 键控法原理图1.2
7、 2ASK、2FSK、2PSK的性能比较1.2.1 误码率在数字通信中，误码率是衡量数字通信系统最重要性能指标之一。表1-1列出了各种二进制数字调制系统误码率公式。表1-1 二进制数字调制系统误码率及信号带宽名称2DPSK2PSK2FSK2ASK相干检测（相干-码变换）相干检测（）（相干-码变换）非相干检测带宽备注 应用这些公式时要注意的一般条件是：接收机输入端出现的噪声是均值为0的高斯白噪声；未考虑码间串扰的影响；采用瞬时抽样判决；要注意的特殊条件已在表的备注中注明。表5-1中所有计算误码率的公式都仅是的函数。式中，是解调器输入端的信号噪声功率比。 对二进制数字调制系统的抗噪声性能做如下两个
8、方面的比较： （1）同一调制方式不同检测方法的比较对表1-1做纵向比较，可以看出，对于同一调制方式不同检测方法，相干检测的抗噪声性能优于非相干检测。但是，随着信噪比的增大，相干与非相干误码性能的相对差别越不明显。另外，相干检测系统的设备比非相干的要复杂。 （2）同一检测方法不同调制方式的比较对表1-1做横向比较，可以看出： 1）相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比的要求是：2PSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB； 2）非相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比的要求是：2DPSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。反过来，若信噪比一定，2PSK系统的误码率低于2
9、FSK系统，2FSK系统的误码率低于2ASK系统。因此，从抗加性白噪声上讲，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。1.1.2 频带宽度 各种二进制数字调制系统的频带宽度也示于表1-1中，其中为传输码元的时间宽度。 从表1-1可以看出，2ASK系统和2PSK（2DPSK）系统频带宽度相同，均为2/Tb，是码元传输速率的二倍；2FSK系统的频带宽度近似为，大于2ASK系统和2PSK（2DPSK）系统的频带宽度。因此，从频带利用率上看，2FSK调制系统最差。1.2.3 对信道特性变化的敏感性信道特性变化的灵敏度对最佳判决门限有一定的影响。在2FSK系统中，是比较两路解调输出的大小来做出判
10、决的，不需人为设置的判决门限。在2PSK系统中，判决器的最佳判决门限为0，与接收机输入信号的幅度无关。因此，判决门限不随信道特性的变化而变化，接收机总能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为（当时），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之发生变化，从而导致最佳判决门限随之而变。这时，接收机不容易保持在最佳判决门限状态，误码率将会增大。因此，从对信道特性变化的敏感程度上看，2ASK调制系统最差。 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，因为这时在接收端不易得到相干解调所需的相干参考信号。当发射机有严格的功率限制时，则
11、可考虑采用相干解调，因为在给定的传码率及误码率情况下，相干解调所要求的信噪比比非相干解调小。1.2.4 设备的复杂程度就设备的复杂度而言，2ASK、2PSK及2FSK发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和解调方式有关。对于同一种调制方式，相干解调时的接收设备比非相干解调的接收设备复杂；同为非相干解调时，2DPSK的接收设备最复杂，2FSK次之，2ASK的设备最简单。 通过从以上几个方面的比较可以看出，在选择调制方式时，要考虑的因素是比较多的。只有对系统要求做全面的考虑，并且抓住其中最主要的因素才能做出比较正确的选择。1.3 多进制数字调制系统原理所谓多进制数字调制，就是利
12、用多进制数字基带信号去调制高频载波的某个参量，如幅度、频率或相位的过程。根据被调参量的不同，多进制数字调制可分为多进制幅度键控（MASK）、多进制频移键控（MFSK）以及多进制相移键控（MPSK或MDPSK）。也可以把载波的两个参量组合起来进行调制，如把幅度和相位组合起来得到多进制幅相键控（MAPK）或它的特殊形式多进制正交幅度调制（MQAM）等。1.3.1 MASK调制原理实现电平调制的原理框图如图1-12所示，它与2ASK系统非常相似相同。不同的只是基带信号由二电平变为多电平。为此，发送端增加了2-M电平变换器，将二进制信息序列每个分为一组（），变换为电平基带信号，再送入调制器。相应地，在
13、接收端增加了M-2电平变换器。多进制数字幅度调制信号的解调可以采用相干解调方式，也可以采用包络检波方式。其原理与2ASK的完全相同。由于采用多电平，因而要求调制器为线性调制器，即已调信号幅度应与输入基带信号幅度成正比。图1-8 进制幅度调制系统原理框图除图5-34所示的双边带幅度调制外，多进制数字幅度调制还有多电平残留边带制、多电平单边带调制等，其原理与模拟调制时完全相同。MASK调制中最简单的基带信号波形是矩形，为了限制信号频谱也可以采用其它波形，例如升余弦滚降波形，部分响应波形等。1.3.2 MFSK调制原理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
14、频率代表种数字信息。MFSK系统的组成方框图如图5-35所示。发送端采用键控选频的方式，接收端采用非相干解调方式。图1-9多进制数字频率调制系统的组成方框图图中，串/并变换器和逻辑电路1将一组组输入的二进制码（每个码元为一组）对应地转换成有（）种状态的一个个多进制码。这个状态分别对应个不同的载波频率（）。当某组位二进制码到来时，逻辑电路1的输出一方面接通某个门电路，让相应的载频发送出去，另一方面同时关闭其余所有的门电路。于是当一组组二进制码元输入时，经相加器组合输出的便是一个进制调频波形。频制的解调部分由个带通滤波器、包络检波器及一个抽样判决器、逻辑电路2组成。各带通滤波器的中心频率分别对应发送端各个载频。因而，当某一已调载频信号到来时，在任一码元持续时间内，只有与发送端频率相应的一个带通滤波器能收到信号，其它带通滤波器只有噪声通过。抽样判决器的任务是比较所有包络检波器输出的电压，并选出最大者作为输出，这个输出是一位与发端载频相应的进制数。逻辑电路2把这个进制数译成位二进制并行码，并进一步做并/串变换恢复二进制信息输出，从而完成数字信号的传输。1.3.3 MPSK调制原理多
