第六章正弦载波数字调制系统
6.1知识点结构框架
本章的知识点结构框架如图6-1所示。
图6-1 知识点结构框图
6.2教学要求
（1）了解数字调制系统的基本概念、与模拟调制系统的区别联系、以及多进制调制系统的概念和原理；
（2）理解振幅键控、移频键控和移相键控三种基本调制信号的波形特点和功率谱密度；
（3）掌握2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的调制解调原理及抗噪声性能。
6.3难点重点
教学难点：各类数字调制方式的区别联系。
教学重点：二进制数字调制解调原理，2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK系统的抗噪声性能，二进制数字调制系统的性能比较。
6.4教学安排
本章共分为6节，即正弦数字调制的概述、二进制数字调制原理、二进制数字调制系统的抗噪声性能、二进制数字调制系统的性能比较、多进制数字调制系统和改进的数字调制方式。讲授8学时，其安排见表6-1。
表6-1 课时安排
学时教学内容
第一讲 2 6.1 正弦数字调制的概述；6.2 二进制数字调制原理。
第二讲 2 6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能。
第三讲 2 6.4 二进制数字调制系统的性能比较；6.5 多进制数字调制系统（部分）。
第四讲 2 6.5 多进制数字调制系统（部分）；6.6 改进的数字调制方式。
117
6.4.1第一讲安排
（1）教学要求
了解数字调制系统的基本概念及与模拟调制系统的区别联系，理解振幅键控、移频键控和移相键控三种基本调制信号的波形特点和功率谱密度，掌握其调制解调的基本原理。
（2）难点重点
教学难点：2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK三种基本调制的区别联系。
教学重点：2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK调制解调原理。
（3）知识回顾
在第四章中介绍了模拟调制系统，分析了幅度调制（常规幅度调制，抑制载波双边带调制，单边带调制，残留边带调制）、频率调制、相位调制三种基本的模拟调制方式。本章将模拟基带信号变为数字基带信号，高频载波仍为正弦载波，分析数字调制的基本理论。
（4）讲授提纲
本章知识点结构
6.1正弦数字调制的概述
6.2二进制数字调制原理
6.2.1二进制振幅键控（2ASK）
6.2.1.1数学原理
6.2.1.2实现方法
6.2.1.3解调方法（相干解调，非相干解调）
6.2.1.4功率谱密度分析
6.2.1.5几点结论
6.2.2二进制频移键控（2FSK）
6.2.2.1数学原理
6.2.2.2实现方法
6.2.2.3解调方法（非相干解调，相干解调，过零检测法，差分检波法）
6.2.2.4功率谱密度分析
6.2.3二进制相移键控（2PSK）
6.2.3.1绝对相移方式
6.2.3.2实现方法
6.2.3.32PSK的缺陷
6.2.3.4解调方法
6.2.3.5相对相移方式
6.2.3.6实现方法
6.2.3.7解调方法
6.2.3.8功率谱密度分析
6.2.3.9几点结论
具体内容见PPT课件。
（5）板书提纲
二进制振幅键控、频移键控和相移键控的调制解调原理、功率谱密度分析。
（6）扩展知识
1）数字调制与载波键控的关系
数字调制就是用数字信号调制载波，即用数字信号控制载波的某些参数。载波一般采用正弦波，这种数字调制又称为载波键控。
键控即用电键进行控制，这是借用电报传输中的术语。载波键控是以数字信号作为电码，用它118
对正弦载波进行控制，使载波的某个参数随电码变化。单位时间内的键控次数称为键控速率（又称符号速率，传输码元速率），其单位为波特（Baud）；单位时间内所传输的信息量，称为信息速率（又称比特速率），其单位为比特／秒（bit/s）。信息速率等于键控速率乘以键控信号所携带的平均信息量。
【提示】：在讲授正弦数字调制的概念时补充。
2）实用数字调制
通信系统中采用的数字调制技术有以下四种：
四相移相键控（Quadrature Phase Shift Keying，简称QPSK）：采用四个对称的相位来传送两个二进制码元。其特点是频谱效率较高、抗干扰性较强，是数字卫星、数字微波和有线数传中的一种主要调制方式。
参差四相移相键控（offset QPSK，简称OQPSK）和最小移频键控（M-ary Frequency Shift Keying，MFSK）：前者是将四相键控的两个调制码元偏移半个码长，后者是将连续相位移频键控的移频指数定为0.5，均是四相键控的派生形式。特点是包络较恒定、非线性信道引起的频谱展宽较小等，适用于卫星信道。
八相移相键控（8 Phase Shift Keying，简称8PSK）、正交部分响应调制（QPRS）、16状态和64状态正交调幅调制（16 Quadrature Amplitude Modulation，简称16QAM和64QAM）：这是一些频谱效率很高、误码性能也较好的数字调制技术，主要用于中、大容量的数字微波接力通信系统。
连续相位调制（Continuous Phase Modulation，简称CPM）、受控调频（Tamed Frequency Modulation，简称TFM）和高斯预滤波最小移频键控（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying，简称GMFSK）：这是一些具有较好频谱效率和误码性能的数字调制技术，其主要特点是包络恒定、旁瓣很低、非线性信道引起的频谱展宽很小，可用于移动通信和卫星通信。
【提示】：在讲授完二进制数字调制原理后补充。
（7）互动话题
1）何谓相干解调，非相干解调？
相干解调是指利用乘法器，输入一路与载频相干（同频同相）的参考信号与载频相乘。因此相干解调需要接收机和载波同步。
非相干解调在解调时不需要提取载波信息来进行解调。因此不使用乘法器，不需要接收机和载波同步。
【提示】：在讲授二进制振幅键控的解调方法时提问。
2）试述2ASK、2FSK和2PSK中基带信号的极性问题。
2ASK、2FSK中基带信号采用单极性信号。
2PSK中基带信号采用双极性信号。
【提示】：在讲授二进制移相键控的绝对移相方式时提问。
（8）思考题
教材184页6-1~6-10。
6.4.2第二讲安排
（1）教学要求
了解二进制振幅键控、频移键控、相移键控相干和非相干接收系统的模型，熟悉和理解其输出信号所服从的概率密度函数，掌握各种解调方式的误码率计算方法。
（2）难点重点
教学难点：各种解调输出信号所服从的分布。
教学重点：各种解调输出信号的概率密度函数及误码率的计算。
（3）知识回顾
119
120 在第二章中，分析了窄带随机过程的统计特性（包络服从瑞利分布，相位服从均匀分布）、正弦波加窄带随机过程的统计特性（包络服从莱斯分布，相位服从均匀分布）、以及高斯分布，研究了各种分布的概率计算。本章将利用上述分布，分析二进制振幅键控、频移键控、相移键控在相干和非相干接收系统中误码率的计算。
（4）讲授提纲
6.3二进制数字调制系统的抗噪声性能 6.3.1 2ASK 系统的抗噪声性能
6.3.1.1 2ASK 非相干接收时系统的性能（系统结构，信号的概率密度函数，误码率计算，最佳门限值的确定）
6.3.1.2 2ASK 同步检测法的系统性能 6.3.2 2FSK 系统的抗噪声性能
6.3.2.1 2FSK 非相干接收时系统的性能 6.3.2.2 2FSK 同步检测法的系统性能 6.3.3 2PSK 系统的抗噪声性能
6.3.3.1 2PSK 相干接收时系统的性能 6.3.3.2 2DPSK 差分接收时系统的性能 具体内容见PPT 课件。 （5）板书提纲
2ASK 、2FSK 、2PSK 各种解调方式下输出信号的概率密度函数及误码率的计算。 （6）扩展知识 1）Q 函数的类型
马库姆（Marcum ）Q 函数：()()dt e
t tI Q t ∫∞
++?
=
β
ααβα2
02
2,
高斯Q 函数：()dt e
x Q x
t ∫
∞
+?
=
2
221π
（0>x ），其性质为：()()x Q x Q ?=?1（0>x ）；()2
1
0=
Q ；()0=∞?Q 。
【提示】：在讲授2ASK 非相干接收时系统的性能时补充。
（7）互动话题 暂无。 （8）例题
见例题1，例题2和例题3。
6.4.3第三讲安排
（1）教学要求
了解2ASK 、2FSK 、2PSK/2DPSK 调制信号在带宽、误码率和对信道敏感性方面的区别联系，理解多进制调制的特点，掌握多进制振幅调制、频率调制和相位调制的基本原理及参数计算。
（2）难点重点
教学难点：多进制调制中误码率的计算。
教学重点：多进制调制解调的基本原理，及其参数计算。 （3）知识回顾
上一讲介绍了二进制振幅键控、频移键控和相移键控的基本原理，分析了带宽和误码率的计算。本讲将对上述三种调制方式从频带利用率、误码性能、对信道的适应能力等方面进行分析比较。同
时，在第一章中，曾讲到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；在码元传输速率不变的情况下，通过增加进制数M，可以增大信息传输速率，从而在相同的带宽中传输更多的信息量。因此，本讲还将介绍多进制数字调制。
（4）讲授提纲
6.4二进制数字调制系统的性能比较
6.4.1频带宽度
6.4.2误码率
6.4.3对信道特性变化的敏感性
6.5多进制数字调制系统
6.5.1概述
6.5.1.1二进制数字调制系统的缺陷
6.5.1.2多进制数字调制系统的优点
6.5.1.3多进制数字调制系统的分类
6.5.2多进制数字振幅调制的原理及抗噪声性能
6.5.2.1调制原理
6.5.2.2与二点评调制波形比较
6.5.2.3 MASK的带宽
6.5.2.4 MASK的相干解调
6.5.2.5 MASK的误码率
6.5.2.6信噪比与误码率的关系
6.5.3多进制数字频率调制的原理及抗噪声性能
6.5.3.1调制原理
6.5.3.2 MFSK的带宽
6.5.3.3 MFSK的误码率
6.5.4多进制数字相位调制的原理及抗噪声性能
6.5.4.1调制原理
6.5.4.2四相制（四相制的概念，四相制的分类，QPSK的概念）
具体内容见PPT课件。
（5）板书提纲
二进制2ASK、2FSK、2PSK/2DPSK调制信号的性能比较，MASK、MFSK调制解调的基本原理及误码率的计算。
（6）扩展知识
暂无。
（7）互动话题
1）多进制数字调制与二进制数字调制相比，有何缺点？
在相同信噪比条件下，多进制系统的抗噪声性能低于二进制系统；或在相同误码率条件下，多进制系统的信噪比要求较二进制系统高。
【提示】：在讲授二进制数字调制系统的缺陷时提问。
（8）思考题
教材185页6-11，6-12。
6.4.4第四讲安排
121
（1）教学要求
了解多进制振幅和相位调制的不足、以及16QAM的基本原理，理解和熟悉QPSK/QDPSK的调制解调原理及方法，掌握其误码率的分析与计算。
（2）难点重点
教学难点：QDPSK的调制解调原理。
教学重点：QDPSK和QAM调制信号的调制解调原理及特点，QPSK/QDPSK的抗噪声性能。
（3）知识回顾
上一讲介绍了多进制幅度调制（MASK）和多进制频率调制（MFSK）以及四相绝对相移调制（QPSK）的基本原理，分析了其误码性能。本讲将进一步介绍四相相对相移调制（QDPSK）和正交振幅调制（QAM）的基本原理及抗噪声性能。
（4）讲授提纲
6.5.4.2四相制（QPSK的产生，QPSK的解调，QDPSK的概念，QDPSK的产生，QDPSK的解调）
6.5.4.3多进制相位调制系统的抗噪声性能（QPSK的抗噪声性能，QDPSK的抗噪声性能）
6.5.5振幅相位联合键控（APS）系统
6.5.5.1 ASK、PSK的缺陷
6.5.5.2 APS的数学模型
6.5.5.3正交振幅调制
6.5.5.416QAM信号
具体内容见PPT课件。
（5）板书提纲
QDPSK和QAM调制信号的调制解调原理，QPSK/QDPSK的抗噪声性能分析。
（6）扩展知识
暂缺。
（7）互动话题
1）何谓星座调制？
振幅相位联合调制方式称为星座调制，是一种I-Q调制。
【提示】：在讲授正交振幅调制时提问。
（8）思考与习题
思考题：教材185页6-13，6-14，6-15。
习题：教材185页6-6，186页6-10，6-12。
6.5核心内容
6.5.1数字调制的基本概念
（1）定义
用数字基带信号控制高频载波，把数字基带信号变换为数字频带信号的过程称为数字调制（digital modulation）。把数字频带信号还原为数字基带信号的过程称为数字解调（digital demodulation）。
正弦数字调制：调制信号为数字基带信号，被调制的载波为正弦波。
（2）分类
按调制方式分类：分为数字振幅调制，数字相位调制和数字频率调制三类。
按二进制正弦数字调制的参数分类：分为振幅键控（Amplitude Shift Keying，简称ASK），移频键控（Frequency Shift Keying，简称FSK）和移相键控（Phase Shift Keying，简称PSK）三种基122
123
本信号形式。
振幅键控是用数字消息控制载波的振幅；移频键控是用数字消息控制载波的（角）频率；移相键控是用数字消息控制载波的相位。
按照数字调制的频谱结构分类：分为线性调制和非线性调制两种。
线性调制是已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同，只不过是频率位置进行了搬移；非线性调制是已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构不同，不是简单的频谱搬移，而是有其他新的频率成分出现。
模拟调制（analog modulation ）与数字调制（digital modulation ）的区别联系：本质无差别，都是进行频谱（frequency spectrum ）搬移，目的也都是为了有效传输信息。区别在于调制信号不同，一个是模拟信号（analog signal ），一个是数字信号（digital signal ）。
6.5.2二进制振幅键控
（1）数学原理
振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控，又称为通断键控或开关键控（On Off Keying ，简称OOK ）是利用代表数字信息（0或1）的基带矩形脉冲去键控一个连续载波，使载波进行断续输出。
设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P ，发送1符号的概率为P ?1，且相互独立。该二进制符号序列可表示为
()()∑?=
n
s n nT t g
a
t s
其中，s T 为二进制基带信号的码元间隔；()t g 为持续时间s T 的矩形脉冲。则二进制振幅键控信号可表示为
()()t nT t g a t e c n
s n ωcos 0???
?
??
?
?
?=∑
（2）实现方法
2ASK 调制一般采用模拟相乘的方法或数字键控的方法实现，如图6-2所示。
（3）解调方法
2ASK 信号与模拟调制中的AM 信号类似。所以能够采用非相干解调（noncoherent demodulation ）（包络检波法）和相干解调（coherent demodulation ）（同步检测法），其相应原理方框图如图6-3所示。
（4）功率谱
由于二进制振幅键控信号是随机的、不归零单极性脉冲信号，按照第五章所讲，在等概发送的条件下，其功率谱密度函数为
图6-2（b ） 数字键控法 图6-2 二进制振幅键控信号的产生
124 ()()f f T f T T f P s s s s δππ41
sin 412
+?????= 由于()()t nT t g a t e c n
s n ωcos 0???
?
??
?
?
?=∑
，得到()t e 0的功率谱密度函数为
()()()[]()()()()()()[]c c c s c s c s c s s c s c s E f f f f f f T f f T f f T f f T T f f P f f P f P ?+++???????
???????????+???
???++=?++=
δδππππ161sin sin 164
1
22 2ASK 信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。其中，连续谱取决于()t g 经线性调制后的双边带谱，离散谱则处在载波频率上；其带宽是基带脉冲波形带宽的两倍；第一旁瓣值比主峰值衰
减14dB ；被称为第一零点带宽的主瓣零点带宽为2s f 。
（5）带宽 s ASK f B 22=
（6）抗噪声性能
相干解调时的误码率为
???
???
???=
421212r erf P ASK e 非相干解调时的误码率为
422
1r
ASK
e e P ?
= 6.5.3二进制频移键控
（1）数学原理
移频键控是指正弦载波的频率随数字基带信号的变化而变化。传送1码时，对应载频为2ω，传送0码时，对应载频为1ω，称为二元移频键控，如图6-4所示。其数学表示为
（a ） 非相干方式
（b ） 相干方式
图6-3 二进制振幅键控信号接收系统原理框
125
()()()()()n n
s n n n
s n t nT t g a t nT t g a t e θω?ω+???
?
??
?
?
?++??????
?
?
?=∑
∑
210cos cos
其中，n a 、n a 为反码，即1=n a ，0=n a ，0=n a ，1=n a ；n ?、n θ代表第n 个码元的初始相位，不携带信息，通常令其为零。
??
??=P P a n 11
概率为概率为，??
??=P
P
a n 概率为概率为1
10
得简化的数学表示为 ()()()t nT t g a t nT t g a t e n
s n n
s n 210cos cos ωω???
?
??
?
?
?+??????
?
?
?=∑
∑
图6-4 2FSK 信号波形
（2）实现方法
二进制移频键控信号既可以采用模拟调频电路来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。如图6-5所示。图（a ）是用一个矩形脉冲对载波进行调频而获得，这是早期采用的实现方法；图（b ）是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。
（a ） ()t s
（b ）
图6-5 二进制移频键控信号的产生
126 （3）解调方法
2FSK 信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和数字检测法，有非相干解调方法也有相干解调方法。
非相干解调：原理如图6-6所示。其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路不同载频的二进制振幅键控信号，经带通滤波和包络检波后，由相减电路对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。
相干解调：原理如图6-7所示。其解调原理也是将二进制移频键控信号分解为上下两路不同载频的二进制振幅键控信号，分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。另外，还有过零检测法、差分检波法等。
（4）功率谱
在等概率情况下，2FSK （初始相位为0）的功率谱密度是载频为1ω和2ω的两个2ASK 信号功率谱密度之和，即
()()()[]()()[]222211114
141
f f P f f P f f P f f P f P s s s s E ?+++?++=
当采用单极性不归零码时
()()()()()()()()()()()()()[]221122222221121116
1
sin sin sin sin 16
f f f f f f f f f f T f f T f f T f f T f f T f f T f f T f f T T
f P s s s s s s s s s
E ?+++?+++
?????????????????+??????+++???
????+??????++=δδδδππππππππ
2FSK 信号的功率谱密度由连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个双边带谱叠加而成，离散谱出现在两个载频位置上。若两个载频之差较小，如小于s f ，则连续谱呈现单峰；如载频之差增大，则连续谱将出现双峰。第一零点带宽约为s f f f f 212+?=Δ。
（5）带宽
s FSK f f f B 2122+?=
（6）抗噪声性能
相干解调时的误码率为
???
???
???=
221212r erf P FSK e ，()r erf P PSK e 21212?=
非相干解调时的误码率为
图6-6 非相干解调原理框图 图6-7 相干解调原理框图
127
222
1r
FSK
e e P ?
=，r DPSK e e P ?=212
6.5.4二进制相移键控
（1）数学原理
二进制移相键控（BPSK 或2PSK ）就是利用二进制数字基带信号去控制载波信号的相位，使载波相位发生跳变的一种调制方式。一般分为绝对移相方式（2PSK ）和相对移相方式（2DPSK ）。
绝对移相方式：在二进制绝对移相方式中，是以载波的不同相位直接表示相应的数字信息，即载波的相位随二进制基带信号0或1而改变，通常用已调信号载波的0°和180°分别表示数字基带信号的1和0。其时域表达式为
()()t nT t g a t e c n
s n PSK ωcos 2???
?
??
?
?
?=∑
式中，n a 为双极性，即
?
?
???=P a n 11P 1
，概率为，概率为 假设()t g 是幅度为1，脉冲宽度为s T 的单个矩形脉冲，则有
()?
?
???=P t P
t t e c c PSK 10,cos 1,cos 2符号时，概率为发送符号时，概率为发送ωω 即在发送二进制信号1时，()t e PSK 2取0相位；发送二进制信号0时，()t e PSK 2取180o相位。也
可以是发送二进制信号0时，()t e PSK 2取0相位；发送二进制信号1时，()t e PSK 2取180o相位。二进制移相键控信号的典型时间波形如图6-8所示。
2PSK 调制规律是“异变同不变”。即本码元与前一码元相异时，本码元内2PSK 信号的初相相对于前一码元内2PSK 信号的初相变化180°，相同时则不变。
图6-8 2PSK 的时间波形图
128 相对移相方式：又称为差分相位键控方式，不是利用载波相位的绝对数值来传送数字信息，而是利用载波的相对相位表示数字信息，即利用前后相邻码元的相对载波相位变化来表示数字信息。
相对相位定义为本码元的初相与前一码元的初相之差，有时也可以定义为本码元的初相与前一码元的终相之差，用?Δ表示。一般规定，用0=Δ?表示数字信息“0”，用π?=Δ表示数字信息“1”，即
?
??=Δ”表示数字信息“”
表示数字信息“1,0,0π?
有时，也用0=Δ?表示数字信息“1”，用π?=Δ表示数字信息“0”，即 ?
?
?=Δ”表示数字信息“”
表示数字信息“1,0,0π? 实现2DPSK 信号的常用方法是首先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码变换为相对
码，然后再进行绝对调相，从而产生二进制差分相位键控信号。设n a 为绝对码，n b 为相对码，则
1?⊕=n n n b a b
2DPSK 信号调制过程波形图如图6-9所示。
图6-9 2DPSK 的时间波形图
2DPSK 的调制规律是“1变0不变”。即数字信息（绝对码）为“1”时，本码元内2DPSK 信号的载波初相相对于前一码元内2DPSK 信号的终相变化180°，数字信息为“0”时，则本码元内2DPSK 信号的载波初相相对于前一码元内2DPSK 信号的终相不变化。
（2）实现方法
2PSK 的调制器原理框图如图6-10所示。其中，图（a ）为采用模拟调制方式产生2PSK 信号（也称为直接调相法）。图（b ）为采用数字键控方式产生2PSK 信号。
模拟调相法是将单极性数字基带信号通过码型变换转换为双极性数字基带信号，然后用双极性
数字基带信号与载波直接相乘来实现。相移键控法是用数字基带信号控制开关电路，以选择不同相位的载波输出。如基带信号()t s为1码时，开关接通1，输出0相载波；基带信号()t s为0码时，开关接通2，输出π相载波，从而得到2PSK信号。
2DPSK的产生基本上类似于2PSK，也可以用键控法和模拟调制法实现，只是需要将二进制数字基带信号经过码变换器，有绝对码变为相对码，如图6-11所示。
图6-10 2PSK调制器原理框图
（a）模拟调相法（b）相移键控法
（a）
图6-11 2DPSK调制器原理框图
（a）模拟调相法（b）相移键控法
（3）解调方法
2PSK一般采用相干解调，其原理框图及各点波形图如图6-12和图6-13所示。图中的解调过程实质上是输入的已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程，通常又称为极性比较法。
图6-12 2PSK相干解调原理框图
由上图可以看出，绝对移相方式由于发送端是以载波相位为基准的，故在接收端也必须有相同的载波相位作参考。如果接收端的参考相位发生变化，则恢复的数字信息就会发生0变1或1变0，从而造成错误恢复。这种现象称为2PSK的倒π现象或反向工作现象。在实际通信系统中，接收端恢复的载波存在相位模糊，即相位会出现随机跳变，有时与发送载波同相，有时与发送载波反相。
因此，在实际通信系统中一般不采用绝对移相方式2PSK，而是采用相对移相方式2DPSK。
2DPSK信号的解调主要有两种方法，一种是相干解调，即极性比较法；另一种是差分相干解调法，即相位比较法。
1
129
130
图6-13 2PSK 解调各点波形图
相干解调法：其原理框图如图6-14所示，是对2DPSK 信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，如果相干载波产生180°相位模糊，解调得到的相对码将产生倒置现象，即0、1倒置，但经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位“倒π”问题。
码反变换器的功能是将相对码恢复为绝对码，其规则为 1?⊕=k k k b b a
差分相干解调法：其原理框图如图6-15所示。不需要恢复本地载波，而是通过直接比较前后码元的相位差，即只需要将2DPSK 信号延时一个码元间隔然后与2DPSK 信号本身相乘。相乘结果反映了前后码元的相对相位关系，经低通滤波后可直接抽样判决恢复出原始数字基带信号。
图6-15 2DPSK 差分相干解调原理
正常工作波形图
t
（g ）
发送序列 t 反向工作波形图
t
t t t （b ）
t （d ） t （e ）
（g ） （a ）
（b ）
（c ）
（d ） （e ） 抽样值（f ）
t
t t t t
发送序列
抽样值（f ） （c ） （a ）
131
（4）功率谱
根据第五章所讲，双极性信号的功率谱密度为 ()()()()()()s m s s
s s mf f mf G P f
P P f G f P ??+?=∑+∞
?∞
=δω22
1214
对于矩形信号
()???
??
?=s s s fT fT T f G ππsin
()()()()()()f G P f P P f G f P s s s δω2
22201214?+?= 得到2PSK 信号的功率谱密度为
()()()[]()()[]
()()()()()[]c c s c c s c s c s E f f f f G P f P P f f G f f G f f f P f f P f P ?++?+??++=?++=
δδ2
22220124
1141
在等概发送条件下，有
()()()[]
()()()()???
?
??
?
???+
++=?++=22
2
2sin sin 4141s
c s c s
c s c s c c s E T f f T f f T f f T f f T f f G f f G f f P ππππ 由于2PSK 与2DPSK 已调信号的波形是一样的，即说明它们的频率成分是相同的，因此具有相同的功率谱密度。功率谱密度由连续谱与离散谱两部分组成，当0和1等概发送时，只有连续谱，而无离散谱，这一点与2ASK 不同。2ASK 永远存在离散谱。
（5）带宽
s PSK f B 22=
（6）抗噪声性能
相干解调时的误码率为
()r erf P PSK e 21212?=
非相干解调时的误码率为
r DPSK e e P ?=
2
12 6.5.5多进制数字调制
（1）多进制数字调制的特点 二进制数字调制系统的缺陷：二进制数字调制系统是数字通信系统最基本的方式，具有较好的抗干扰能力。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。其代价是增加信号功率和实现上的复杂性。
多进制数字调制系统的特点：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；在码元传输速率不变的情况下，通过增加进制数M ，可以增大信息传输速率，从而在相同的带宽中传输更多的信息量。
（2）多进制数字振幅调制
多进制振幅调制的时域表达式：多进制振幅调制（M-ary Amplitude Shift Keying ，简称MASK ）
132 也称多电平调制，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s T 内发送M 个幅度中的一种幅度的载波信号。M 进制数字振幅调制信号可表示为M 进制数字基带信号与正弦载波相乘的形式，其时域表达式为
()t nT t g a e c n
s n ωcos 0???
?
??
?
?
?=∑
式中，()t g 为单个基带信号码元波形，其持续时间为s T ；n a 为幅度值，表示为
?????
?
?=+++?=11
1
02121
M M n P P P P M P P a L M ，概率为，概率为，概率为 MASK 的波形：如图6-16所示给出了四进制幅度调制。由图可以看出，四进制幅度调制可以
看作是由四个二进制幅度调制之和，即0、1、2、3信号可以表示为
()()()()??????????????????
?
?
????????
?????????
?????????
?????∑
∑
∑
∑
t
nT t g a t
nT t g a t
nT t g a t
nT t g a c n
s c n
s c n
s c n
s ωωωωcos cos cos cos 3210 ???
?
?
?
?????????=????=????=≡4433
3
22211
010********P
P a P P a P P a P a ，概率为，概率为，概率为，概率为，概率为，概率为，概率为
图6-16 四进制振幅键控
MASK 的带宽：同2ASK 信号带宽相同，均为s
s T f B 2
2=
=。s T 为M 进制码元的宽度。
二进制调制
四进制调制3信号2信号1信号
0信号
133
但需注意的是，此时的s T 为M 进制码元的宽度，如在4ASK 中T T s 2=，其带宽为
T
T T s 2
222==，其中T 为基带二进制码的码元宽度。
MASK 的相干解调：如图6-17所示。
设发送端发送的信号为()t s ，信道上迭加的高斯白噪声为()t n ，则带通滤波器的输出为
()()()()()t t n t t n t nT t g a t n t s c s c c c n
s n i ωωωsin cos cos ?+???
?
??
?
?
?=+∑
式中，发送端发送的M 电平基带码元振幅分别为d ±、d 3±、…、()d M 1?±，相邻电平振幅间的距离为d 2，即
()????
??
??±±±=d
M d d a n 13M 经乘法器与本地载波相乘后，输出为
()()[]()()()[]()()[]()()t t n t t n a t t t n t t n a t
t t n t t n t a t t n t s c s c c n c c s c c n c c s c c c n c i ωωωωωωωωωω2sin 2
12cos 121
cos sin cos cos sin cos cos cos 222?++=
?+=?+=+ 经过低通滤波器后，输出为
()()t n a n x c n +=。
则抽样判决规则为：若()()()d k nT x d k s 11+<
n =?。 MASK 的误码率：设发送信号为d a n 3=，则正确判决时抽样值应为 ()d t n d d c 432<+<，()d t n d c <。
即当()d M d d a n 33?±±±=、、、L 时，错判概率均为()[]d t n P c >。 当()d M a n ?±=时，正确判决的抽样值应为
()()()d M t n d M c 21?>+?，()()()d M t n d M c 21??<+?? 则错误判决概率为
()[]
d t n P c >2
1
。 在等概发送条件下，得到MASK 的总误码率为 ()[]()[]()[]
d t n P M d t n P M d t n P M M P c c c
e >??
????
?=>+>?=
112122 由于()t n c 服从均值为零、方差为2σ的高斯分布，即
图6-17 MASK 相干解调原理框图
134 ()2221σσ
πc
n c e
n f ?
=
得到
()[]???
????????????????????
?
=?
?
????
?=>???????=∫
∞
+?
σσ
πσ211121112112
2
2d erf M
dn e
M d t n P M P c d
n c e c
（3）多进制数字频率调制
多进制数字频率调制的概念：多进制数字频率调制（M-ary Frequency Shift Keying ，简称MFSK ）简称多频制，是二进制数字移频键控方式的直接推广。
MFSK 的调制解调：如图6-18所示。调制是采用频率选择法实现，M 种频率由M 2log 了位输入信息确定。
图中，串并变换电路和逻辑电路将输入的二进制码转换成多进制码。当某组二进制码到来时，逻辑电路的输出仅打开相应的一个门电路，
将和该门电路相应的载波发送出去，其他频率对应的门电路此时是关闭的。当一组组二进制码元输入时，通过相加器输出的就是一个多进制频率键控的波形。多进制频率调制系统的解调器由
M
个带通滤波器、M 个包络检波器及一个抽样判决器和相关
的逻辑电路组成。各带通滤波器的中心频率分别是M 个载频的频率。当某一载频输入时，只有一个带通滤波器有信号及噪声通过，而其他带通滤波器只有噪声通过。抽样判决器通过比较在抽样时刻上各包络检波器的输出电压，选出其中最大值作为输出。
当M=4时，即4FSK
的波形如图6-19所示。
发送“0”信号（或
00）时，发送频率为1
f
的载波； 发送“1”信号（或10）时，发送频率为2f 的载波； 发送“2”信号（或11）时，发送频率为3f 的载波； 发送“3”信号（或01）时，发送频率为4f 的载波。
图 4FSK 信号波形图
图6-18 MFSK 调制解调原理框图 1
f 2
f 3f 4
f s
T s T s T s
T
135
MFSK 的带宽：多频制信号的第一零点带宽为s M f f f B 21+?=，其中M f 为最高载波频率，1
f 为最低载波频率，s f 为单个码元宽度的倒数。
MFSK 的误码率：非相干系统的误码率为
∫
∞
+??+?
????
?
?????????
??
??
?
?????????=
12022
2
2211dx e xa I xe
P M x a x e σσ 相干系统的误码率为
()∫
∫
∞
+?∞
????
????
?
????
?
????
???
????=
1222
2
221121dx du e e
P M x u a x e ππ
σ 图6-20示出了相干和非相干系统检测的误码率曲线。
图6-20 多频制的误码率曲线
由图可见，在M 一定的情况下，信噪比越大，则误码率越小。在信噪比一定的条件下，M 越大，则误码率越大。另外，相干解调与非相干解调性能之间的差异将随着M 的增大而减小，而且同一M 下的每一对相干和非相干曲线将随着信噪比的增加而趋于同一极限值。
（4）多进制相位调制
多进制相位调制的时域表达式：多进制数字相位调制（M-ary Phase Shift Keying ，简称MPSK ）又称多相调制，是利用载波的多种不同相位（或相位差）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和差分相位调制两种。M 进制相位调制信号的时域表达式为
()()()
()()()()∑∑∑∑∑???=???=+?=
k
c
s
k
k
c
s
k
k
k
c
s
k
k
c
s
k
k
c
s
t
kT t g b t kT t g a t kT t g t kT t g t kT t g t e ωω?ω?ω?ωsin cos sin sin cos cos cos 0
可以看出，多进制相位调制可以看作是两个正交载波进行多电平双边带调制所得信号之和。也
136 就是说，多进制相位调制信号的带宽和多电平双边带调制时的相同。
四相制：四相制是利用载波的四种不同相位来表征数字信息。因此，对输入的二进制数字序列首先进行分组，将每两个比特编为一组，然后用四种不同的载波相位去表征它们。四相制与二相制相似，可以分为四相绝对移相调制（记作4PSK 或QPSK ）和四相相对相移调制（记为4DPSK 和QDPSK ）两种。
（5）四相绝对相移调制
四相绝对相移调制的概念：通常称为正交移相键控QPSK ，是利用载波的四种不同相位来表征数字信息。由于每一种载波相位代表两个比特的信息，故每个四进制码元一般称为双比特码元。设前一个信息比特为a ，后一个为b ，则它们与载波相位的关系如表6-2所示。
表6-2 双比特码元与载波相位的关系
双比特码元
载波相位k ?
a
b
A 方式
B 方式
0 0 0° 45° 0 1 90° 135° 1 1 180° 225° 1 0 270° 315°
图6-21（a ）表示A 方式时QPSK 信号的矢量图，图6-21（b ）表示B 方式时QPSK 信号的矢量图。
QPSK 的波形：图6-22给出了采用A 方式时，输入00100100（11）二进制码元时，QPSK 的时间波形图。图中所给的QPSK 曲线分别是载波为5Hz 和75Hz 时的调制信号。
QPSK 的产生：可以采用直接调相法和相位选择法来产生。
直接调相法：原理框图如图6-23所示，为正交调制器。输入的二进制数字信息通过串/并变换器后依次变为两个并行的双极性码元序列，分别用a 、b 表示，每一对ab 称为一个双比特码元。双极性的a 、b 序列通过与同相载波及正交载波相乘后，分别得到2PSK 信号，如图4-14的虚线矢量所示。将两路输出叠加，即可得到四相移相信号，如图6-24中实线所示，其相位编码逻辑关系如表6-3所示。这是产生B 方式（即4
π体系）QPSK 信号的原理框图，若产生A 方式（即
2
π体系）
QPSK 信号，则只需将载波移相
4
π后再送乘法器即可。
1011参考相位
00
11 01 10
参考相位 0001（a ） （b ）
图6-21 QPSK 信号的矢量图
为了使变压变频器输出交流电压的波形近似为正弦波，使电动机的输出转矩平稳，从而获得优秀的工作性能，现代通用变压变频器中的逆变器都是由全控型电力电子开关器件构成，采用脉宽调制(pulse width modulation, 简称pwm ) 控制的，只有在全控器件尚未能及的特大容量时才采用晶闸管变频器。应用最早而且作为pwm控制基础的是正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation, 简称spwm)。 图3-1 与正弦波等效的等宽不等幅矩形脉冲波序列 3.1 正弦脉宽调制原理 一个连续函数是可以用无限多个离散函数逼近或替代的，因而可以设想用多个不同幅值的矩形脉冲波来替代正弦波，如图3-1所示。图中，在一个正弦半波上分割出多个等宽不等幅的波形(假设分出的波形数目n=12)，如果每一个矩形波的面积都与相应时间段内正弦波的面积相等，则这一系列矩形波的合成面积就等于正弦波的面积，也即有等效的作用。为了提高等效的精度，矩形波的个数越多越好，显然，矩形波的数目受到开关器件允许开关频率的限制。 在通用变频器采用的交-直-交变频装置中，前级整流器是不可控的，给逆变器供电的是直流电源，其幅值恒定。从这点出发，设想把上述一系列等宽不等幅的矩形波用一系列等幅不等宽的矩形脉冲波来替代(见图3-2)，只要每个脉冲波的面积都相等，也应该能实现与正弦波等效的功能，称作正弦脉宽调制(spwm)波形。例如，把正弦半波分作n等分(在图3-2中，n=9)，把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合，这样就形成spwm波形。同样，正弦波的负半周也可用相同的方法与一系列负脉冲波等效。这种正弦波正、负半周分别用正、负脉冲等效的spwm 波形称作单极式spwm。
幅度/相位调制 过去几十年随着数字信号处理技术与硬件水平的发展，数字收发器性价比已远远高于模拟收发器，如成本更低，速度更快，效率更高。更重要的是数字调制比模拟调制有更多优点，如高频谱效率，强纠错能力，抗信道失真以及更好的保密性。正是因为这些原因，目前使用的无线通信系统都是数字系统。 数字调制和解调的目的就是将信息以比特形式（0/1）通过信道从发送机传输到接收机。数字调制方式主要分为两类：1）幅度/相位调制和2）频率调制。两类调制方式分别又成为线性调制和非线性调制，在优劣势上也各有不同，因此，调制方式的选择最终还需要取决于多方面的最佳权衡。 本文就对幅度/相位调制加以讨论，全文整体思路如下： 1 信号空间分析 在路径损耗与阴影衰落中已提出发送信号与接收信号的模型以复信号的实部来表示，而在本文中为了便于分析各调制解调技术，我们必须引入信号的几何表示。 数字调制将信号比特映射为几种可能的发送信号之一，因此，接收机需要对各个可能的发送信号做比较，从而找出最接近的作为检测结果。为此我们需要一个度量来反映信号间的距离，即将信号投影到一组基函数上，将信号波形与向量一一对应，这样就可以利用向量空间中的距离概念来比较信号间的距离。 1.1 信号的几何表示 向量空间中各向量可由其基向量表示，而在无线通信中，我们也可把信号用其相应的基函数来表示。本文我们讨论的幅度/相位调制的基函数就是由正弦和余弦函数组成的： 21()()cos (2)c t g t f t φπ=(1) 22()()sin (2)c t g t f t φπ=(2) 其中g (t )是为了保证正交性，即保证 220()cos (2)1T c g t f t dt π=? (3) 20()cos(2)sin(2)0T c c g t f t f t dt ππ=? (4) 则信号可表示为 12()()cos(2)()sin(2)i i c i c s t s g t f t s g t f t ππ=+ (5) 则向量s i =[s i1，s i2]T 便构成了信号s i (t )的信号星座点，所有的星座点构成信号星座图，我们把信号s i (t )用其星座点s i 表示的方法就叫做信号的几何表示。而两个星座点s i 和s k 之间的距离就是采用向量中长度的定义，这里不再赘述。 2 幅度/相位调制 相位/幅度调制主要分为3种： 1）脉冲幅度调制(MPAM)：只有幅度携带信息；
数字信号载波调制实验指导书 数字信号载波调制实验 一、实验目的 1、运用MATLAB 软件工具仿真数字信号的载波传输．研究数字信号载波调制ASK 、FSK 、PSK 在不同调制参数下的信号变化及频谱。 2，研究频移键控的两种解调方式；相干解调与非相干解调。 3、了解高斯白噪声方差对系统的影响。 4、了解伪随机序列的产生，扰码及解扰工作原理。 二、实验原理 数字信号载波调制有三种基本的调制方式：幅度键控（ASK ），频移键控（FSK ）和相移键控（PSK ）。它们分别是用数字基带信号控制高频载波的参数如振幅、频率和相位，得到数字带通信号。在接收端运用相干或非相干解调方式，进行解调，还原为原数字基带信号。 在幅度键控中，载波幅度是随着调制信号而变化的。最简单的形式是载波在 二进制调制信号1或0的控制下通或断，这种二进制幅度键控方式称为通—断键控（00K ）。二进制幅度键控信号的频谱宽度是二进制基带信号的两倍。 在二进制频移键控中，载波频率随着调制信号1或0而变，1对应于载波频率f 1，0对应于载波频率f 2，二进制频移键控己调信号可以看作是两个不同载频的幅度键控已调信号之和。它的频带宽度是两倍基带信号带宽（B ）与21||f f -之和。 在二进制相移键控中，载波的相位随调制信号1或0而改变，通常用相位0°和180°来分别表示1或0，二进制相移键控的功率谱与通一断键控的相同，只是少了一个离散的载频分量。 m 序列是最常用的一种伪随机序列，是由带线性反馈的移位寄存器所产生的序列。它具有最长周期。由n 级移位寄存器产生的m 序列，其周期为21,n m -序列有很强的规律性及其伪随机性。因此，在通信工程上得到广泛应用，在本实验中用于扰码和解扰。 扰码原理是以线性反馈移位寄存器理论作为基础的。在数字基带信号传输中，将二进制数字信息先作“随机化”处理，变为伪随机序列，从而限制连“0”
MATLAB仿真信号的相位调制与解调 专业：通信与信息系统 姓名：赵* 学号:********* 指导老师：****教授
摘要 Psk调制是通信系统中最为重要的环节之一，Psk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基本调制解调方法，然后，运用Matlab及附带的图形仿真工具——Simulink设计了这几种数字调制方法的仿真模型。通过仿真，观察了调制解调过程中各环节时域和频域的波形，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。另外，本文还利用Matlab的图形用户界面（GUI）功能为仿真系统设计了一个便于操作的人机交互界面，使仿真系统更加完整，操作更加方便。 关键词：数字调制；分析与仿真；Matlab；Simulink；PSK；QPSK；
1.数字调制技术 (2) 2.PSK调制系统 (3) 2.1 QPSK调制部分，原理框图如图七所示 (6) 2.2 QPSK解调部分，原理框图如图八所示： (8) 3.用Simulink实现PSK调制 (9) 3.1 2PSK仿真 (9) 3.1.1调制 (9) 3.1.2 解调仿真 (12) 3.2 QPSK仿真 (13) 3.2.1 QPSK调制框图 (13) 参考文献 (18)
1.数字调制技术 通信按照传统的理解就是信息的传输与交换。在当今信息社会，通信则与遥感，计算技术紧密结合，成为整个社会的高级“神经中枢”。没有通信，人类社会是不可想象的。一般来说，社会生产力水平要求社会通信水平与之相适应。若通信水平跟不上，社会成员之间的合作程度就受到限制。可见，通信是十分重要的。 通信传输的消息是多种多样的，可以是符号的，文字的，数据和图像的等等。各种不同的消息可以分为两类：一类称为离散消息；另一类称为连续消息。离散消息的状态是可数的或离散的，比如符号，文字或数据等。离散消息也称数字消息。而连续消息则是其状态连续变化的消息，例如，连续变化的语音，图像等。连续消息也称模拟消息。因此按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号可以将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。 数字通信有以下突出的特点：第一，数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错，原则上是可以控制的。第二，当需要保密的时候，可以有效的对基带信号进行人为的“扰乱”，即加上密码。 数字通信系统可以用下图表示： →→→→→→→→信数信信数信 信源 道 字受道源字信 息编编调 解译译信 源 码码调码码者 制 道 器 器 器 器 器 器 图一 数字通信在近20年来得到了迅速的发展，其原因是： （1） 抗干扰能力强 （2） 便于进行各种数字信号处理 （3） 易于实现集成化 （4） 经济效益正赶上或超过模拟通信 （5） 传输与交换可结合起来，传输电话与传输数据也可结合起来，成为一个 统一整体，有利于实现综合业务通信网。
第五章（正弦载波数字调制系统）习题及其答案 【题5－1】设发送数字信息为 0，试分别画出 2ASK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形示意图。 【答案5－1】 2ASK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 信号的波形如下图所示。 【题5－2】已知某2ASK 系统的码元传输速率为103Band ，所用的载波信号为()6cos 410A π?。 1）设所传送的数字信息为011001，试画出相应的2ASK 信号波形示意图； 2）求2ASK 信号的带宽。 【答案5－2】 1）由题中的已知条件可知 310B R Baud = 因此一个码元周期为 3110s B T s R -== 载波频率为 6 64102102s f Hz ππ?==? 载波周期为 61102T s -=? 所以一个码元周期内有2000个载波周期。
如下图所示我们画出2ASK 信号的波形图，为简便，我们用两个载波周期代替2000个载波周期。 2）根据2ASK 的频谱特点，可知其带宽为 222000B B R Hz T === 【题5－3】设某2FSK 调制系统的码元传输速率为1000Baud ，已调信号的载频为1000Hz 或 2000 HZ 。 1）若发送数字信息为011010，试画出相应的ZFSK 信号波形； 2）试讨论这时的2FSK 信号应选择怎样的解调器解调？ 3）若发送数字信息是等可能的，试画出它的功率谱密度草图。 【答案5－3】 1）由题意可画出ZFSK 信号波形如下图所示。 2）由于ZFSK 信号载波频差较小，频谱有较大重叠，采用非相干解调时上下两个支路有较大串扰，使解调性能降低。由于两个载频人与人 构成正交信号，采用相干解调可减小相互串扰，所以应采用相干解调。 3）该2FSK 信号功率谱密度草图如下图所示。
第七章数字信号的调制传输 本章教学基本要求： 掌握：1. 二进制数字调制基本原理 2. 几种调制方式的特点、性能对比 3. 会画2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号波形图 理解：多进制数字调制的几种方式 本章核心内容： 一、数字频带传输系统基本结构 二、模拟调制原理和频分复用 三、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK系统的调制和解调原理 四、二进制数字调制系统抗噪声性能和系统性能比较 五、简介其他数字调制系统 重点：二进制数字调制的基本原理；二进制数字调制的抗噪性能分析及比较； 难点：二进制数字调制的抗噪性能分析及比较 学时安排：6学时 引言：前一章介绍的数字基带传输系统,?是将信源发出的信息码经码型变换及波形形成后直接传送至接收端。虽然码型变换及波形形成可使其频谱结构发生某些变化，但分布的范围仍然在基带范围内。因此，数字基带信号不可能在诸如无线信道、光纤信道等传输媒质中直接传输。与模拟信号一样，必须经调制后才能在无线信道、光纤信道等媒质中传输。 1、数字信号的传输方式 数字信号共有两种传输方式 （1）、基带传输（已经在第6章介绍）：数字信号直接传送的方式。 （2）、频带传输（将在本章介绍）：用数字基带信号调制载波后的传送方式。 数字调制传输系统定义：用数字基带信号调制载波的一种传输系统，这个系统也称为数字频带传输系统。 2、载波的形式 载波的波形是任意的，但大多数的数字调制系统都选择单频信号（正弦波或余弦波）作为载波，因为便于产生与接收。 3、数字调制的分类 共有以下三种基本形式。 (1)振幅键控（ASK）；(2)频移键控（FSK）；(3)相移键控（PSK） 其它形式由此派生而来。也可分为：(1)线性调制(如ASK)；(2)非线性调制（如FSK，PSK） 本章主要讨论二进制数字调制系统的原理及抗噪声性能,?并简要介绍多进制数字调制原理及其它几种派生出来的数字调制方式。 §7.1 二进制数字调制原理 §7.1.1 二进制幅度键控（2ASK） 一、ASK概念：正弦载波的幅度随着调制信号而变化。 即传“1”信号时，发送载波， 传“0”信号时，送0电平。 所以也称这种调制为通（on）、断(off)键控OOK。 其实现模型如图7.1-1所示，其调制波形如图7.1-2所示。
****************** 实践教学 ******************* 兰州理工大学 计算机与通信学院 2014年春季学期 通信系统仿真训练课程设计 题目：4ASK载波调制信号的调制解调与性能分析 专业班级：通信工程四班 姓名：赵天宏 学号： 11250414 指导教师：彭清斌 成绩：
摘要 实际通信中的许多信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使得载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即正弦载波调制。通过MATLAB软件平台，设计并实现了多进制幅移键控（M-ary Amplitude-Shift Keying，MASK）中的四电平调制（4-ary Amplitude Shift Keying，4ASK）的调制系统和解调系统。本文首先介绍了四电平调制和解调的原理，随后介绍载波产生、振幅调制、振幅判别等功能模块的设计，最后给出了整体调制解调的模块图和仿真波形。 关键词：载波调制、数字通信、四电平调制和解调
目录 一、设计目的和要求 (1) 1.1设计目的 (1) 1.2设计要求 (1) 二、设计内容及原理 (2) 2.1 四进制ASK信号的表示式 (2) 2.2产生方法 (3) 2.3 4ASK调制解调原理 (3) 三、运行环境及MATLAB简介 (6) 3.1运行环境 (6) 3.2 MATLAB简介 (6) 四、详细设计 (8) 4.1载波信号的调制 (8) 4.2调制信号的解调 (8) 4.3编程语言 (9) 4.4测试结果 (10) 五、调试分析 (11) 六、参考文献 (12) 总结 (13)
第九章 数字载波调制 图见附文件：9-1、9－2、9－8、9－9①②、9－17、9－18 未做出：9－9③、9－14、9－19、9－20、9－21 9-1 设发送的数字序列为：1011001010，试分别画出以下两种情况下的2ASK 、2FSK 、2PSK 及2DPSK 的信号波形： ①载频为码元速率的2倍； ②载频为码元速率的1.5倍。 解：图9-1 9-2 设发送的数字序列为0、1交替码，试计算并画出2PSK 信号的频谱。 解：2PSK 信号相当于将发送的0、1序列转换为双极性码)(t S D 后与载波相乘，设 10,11-→+→，则t A t S t S D PSK 02cos )()(ω=。 )]()([4 )(002 2ωωωωω++-= ∴D D PSK P P A P 根据第八章对基带数字随机脉冲序列功率谱的分析，有 ∑∞ -∞ =--++--=m T T T T T D m m G P m PG f G G P P f P ) (|)()1()(||)()(|)1()(2 21 2 221ωωδωωωωω其中)2 ( )(),2 ( )(21T TSa G T TSa G ωωωω-==，T f T 1= 为码元间隔。 代入上式，可得：)()12(2 )1(4)(2 ωδωω-+-=P f T TSa P P P T D )] ()()[12(4 1])2 ( )2 ( [)1()(002 2 2 2 2ωωδωωδωωωωω-++-+ ++--=∴P f A T Sa T Sa T P P A P T PSK 当P ＝ 2 1时，没有冲激项。 图9－2 9-3什么是OOK 的包络检波法的判决门限、归一化门限及最佳门限？设码元“0”“1”等概出现，且系统的输入信噪比S/N =10dB ，试计算归一化门限值及系统的误码率。 解：①判决门限th V 指将接收端的接收信号V 判决为1或0的门限值。如th V V >时判为1， th V V <时判为0。 归一化门限σ th V V = ，2 σ为噪声方差。 最佳门限* th V 是使误码率达到最小的判决门限。 ②已知OOK 包络检波法的最佳门限* th V ＝ 2 A ，由20 1022 2A A r = == σσ 得，
实验三数字信号载波传输系统仿真 一．实验内容： 通信的最终目的是远距离传递信息。虽然基带数字信号可以在传输距离不远的情况下直接传送，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：幅度键控、频移键控和相移键控。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。 1、掌握数字信号传输的三种调制方式。 2、掌握每种调制的解调方式。 3、掌握数字信号载波传输系统的原理，进而设计出系统。 4.分工 二．基本原理：（以二进制数字信号为例） （一）、2ASK（二进制幅移键控调制）幅移键控中，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，这种方式称作通-断键控(OOK 。还有一种形式，通过数字信号与载波的相乘得到调制信号。 调制方法：用相乘器实现调制器或单刀双掷开关 解调方法：相干法，非相干法
系统原理框图： 相干解调： 非相干解调： （二）、2FSK（二进制频移键控） 所谓 FSK 就是用数字信号去调制载波的频率。本实验中,二进制的基带信号是用正负电平来表示的。1 对应于载波频率 F1,0 对应于 F。 非相干解调： 相干解调：
过零检测解调： 三．总体设计： 由上面2ASK的调制框图与解调框图和2FSK的调制框图与解调框图进行systemview软件仿真，并将结果记录如下。 四．详细设计： 2ASK调幅法生成：
仿真波形图 2ASK键控法生成：PN码频率10HZ，sin为100HZ 2ASK的调幅法的调制解调系统：PN码频率10HZ，sin为100HZ 2ASK的调制与解调的系统仿真图
第5 章正弦载波数字调制系统 本章教学要求： 1、掌握三种基本二进制数字频带调制方式（2ASK、2FSK、2PSK/2DPSK）的调制和解调原理、 带宽。 2、掌握三种方式的误码率～信噪比公式，会计算。 3、了解多进制数字频带调制系统原理和抗噪性，了解改进的数字调制系统（MSK、QAM）。 §5.1 引言 一.什么是载波数字调制？ 它是将数字基带信号的信息转载到高频载波上去的处理过程。 二.为什么要进行频带调制？ 1.基带传输损耗打算，易误码。 2.便于利用各种模拟信道资源传输。 三.怎样进行频带调制？ 高频载波C(t)=A0cos(ω0t+ ?0)为等幅恒频正、余弦波。 数字基带信号S（t）为不归零的单极性（或双极性）矩形脉冲。 分别让载波三个参量携带数字基带信息，可获得三种调制方案： 1、让载波幅度A 按数字信号的极性变化----------数字调幅。 2、让载波频率ω按数字信号的极性变化----------数字调频。 3、让载波相位?按数字信号的极性变化----------数字调相。 §5.2 数字频带调制的基本方法 一.二元数字调幅（2ASK）又称为幅移键控. 数字基带信号： 式中a k 为数字序列{a k}的第ｋ个码元。显然，上式给出的表达是单极性不归零码。
特点: "1"码期间有等幅余弦波输出,相当与开关开通. "0"码期间无输出,相当与开关切断.因此称为幅移键控. 因此，数字调幅又称为幅移键控, 记作ASK(Amplitude Shift Keying)，或称其为开关键控(通断键控)，记作OOK(On Off Keying)。二元幅移键控记作2ASK 二.二元数字调频（2FSK) 由于基带信号只有两种电平状态,所以调频时载波频率只能被置于两种频率状态.
目录 通信原理课程设计任务书 (3) 一、序言 (4) 二， 2ASK的基本原理................................... ..4 三, systemview的介绍 (5) 四、利用systemview实现系统仿真 (6) 五、系统分析 (12) 六、设计小结.................... (14) 七.参考文献....................... . (15) 《通信原理课程设计》任务书 一．序言 二进制数字振幅键控是一种最基本的调制方式,也是各种数字调制的基础。振幅键控(也称幅移键控>,记作ASK(Amplitude Shift Keying>。二进制数字振幅键控通常记作 2 ASK。对于振幅键控这样的线性调制来说，在二进制里，2 ASK是利用代表数字信息"0"或"1"的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送"1"，无载波输出时表示发送"0"。幅移键控法(ASK>的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数字形式的调制信号在控制下通断。载波在数字信号1或0的控制下通
或断，在信号为l的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送，调制后的信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍，所以把这种调制称为二进制振幅键控信号2ASK。 二，2ASK的基本原理 将原始的数字基带信号，经过频谱搬移，变换为适合在频带上传输的频带信号，传输这个信号的系统就称为频带传输系统。在频带传输系统中，根据数字信号对载波不同参数的控制，形成不同的频带调制方法。幅移键控法(ASK>的载波幅度是随着调制信号而变化的，其最简单的形式是，载波数字形式的调制信号在控制下通断，此时又可称作开关键控法(OOK>。本设计中选择正弦波作为载波，用一个二进制基带信号对载波信号的振幅进行调制，载波在数字信号1或0的控制下通或断，在信号为l的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送，调制后的信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍，振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信号，而其频率和初始相位保持不变。在2ASK中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。 2ASK信号的产生方法我们用数字键控法，相应的调制器如图1-1所示。图< a）就是一般的模拟幅度调制的方法。在这里我们利用systemview软件来实现仿真。 三，systemview的介绍 SystemView是由Elanix公司发起的， ELANIX公司创建于1991年,主要从事高级的硬件和软件信号处理与通信系统的设计和开发。ELANIX公司位于CALIFORNIA州，公司总裁和创建人PATRICK J.READY博士拥有先进的信号处理器的美国和国际专利权,是一位信号处理和通信方面的改革者。ELANIX公司的技术力量雄厚,其设计工作可以依据使用的处理器及其环境的状况,使用DSP,MP'S,ASIC,VLSI神经网络和其他当前领先的技术。包括所有的用于商业和 噪音信号
第六章 数字信号的载波传输 一、数字调制 与模拟信号调制类比，如果调制信号是数字脉冲序列就称为数字调制，或称数字载波调制。 在微波无线通信和光通信等通信系统中信道是带通型的，所以需要把数字基带信号的频谱搬移到相应的频段再送入信道传输。因此，数字调制系统又称为频带传输系统。 二、数字调制的三种基本方式 幅移键控ASK 、频移键控FSK 和相移键控PSK 。 6.1 二进制数字调制 一、二进制幅移键控2ASK 1．定义：用数字基带信号对正弦载波的幅度进行控制的方式称为幅移键控。记为2ASK 。 2．数学表达式 ()?? ?=" 0"0 "1"cos 02t A t s ASK ω 3．波形 与输入序列1001相对应的输出波形如图所示。 4．产生方式 （1）模拟法 如图（a ）所示 01010 信号 ASK 2
（2）键控法 如图（b ）所示 “1”码作为“电键”打开通路，送出载波；“0”码关闭通路，输出0电平。 5．解调方法 幅移键控的解调方法有两种. （1） 相干解调 (a) （2） 为非相干解调 (b) 二、二进制频移键控FSK 1．定义：用数字基带信号对正弦载波的频率进行控制的方式称为幅移键控。记为2FSK 。 2．数学表达式 ()?? ?=" 0"cos "1"cos 212t A t A t s FSK ωω 3．波形 输入序列为1001时，已调2FSK 的输出波形如图所示，图中f 1代表“1”，f 2代 Cos(ω0t+?) 输出 定时抽样 输出
表“0”。 4．产生方式 （1）模拟法 如图（a ）所示 （a ） （2）键控法 如图（b ）所示 采用键控法时，二进制矩形脉冲序列中的“1”和“0”分别控制两个独立的载波发生器，“1”码时输出载波频率f 1 ；“0”码时输出载波频率f 2。 5．解调方法 2FSK 的解调也有相干解调和非相干两种，其基本原理与2ASK 相同,只是使用了两套电路而已。 (1)相干解调 如图(a)所示 2 （a ） （2）非相干解调 如图(b)所示 1 1 信号 FSK 21 f 2 f 1 f 2 f f (t)(t) (b)
数字信号的载波调制浅析 摘要：由于数字电视系统采用数字传输，而在传输系统中都使用到了数字调制技术，本文就对ASK、FSK、PSK、QAM等数字调制方法进行详细的介绍。 1934年美国学者李佛西提出脉冲编码调制(PCM)的概念，从此之后通信数字化的时代应该说已经开始了，但是数字通信的高速发展却是20世纪70年代以来的事情。随着时代的发展，用户不再满足于听到声音，而且还要看到图像；通信终端也不局限于单一的电话机，而且还有传真机和计算机等数据终端。现有的传输媒介电缆、微波中继和卫星通信等将更多地采用数字传输。而这些系统都使用到了数字调制技术，本文就数字信号的调制方法作一些详细的介绍。 一数字调制 数字信号的载波调制是信道编码的一部分，我们之所以在信源编码和传输通道之间插入信道编码是因为通道及相应的设备对所要传输的数字信号有一定的限制，未经处理的数字信号源不能适应这些限制。由于传输信道的频带资源总是有限的，因此提高传输效率是通信系统所追求的最重要的指标之一。模拟通信很难控制传输效率，我们最常见到的单边带调幅（SSB）或残留边带调幅（VSB）可以节省近一半的传输频带。由于数字信号只有”0”和”1”两种状态，所以数字调制完全可以理解为像报务员用开关电键控制载波的过程，因此数字信号的调制方式就显得较为单纯。在对传输信道的各个元素进行最充分的利用时可以组合成各种不同的调制方式，并且可以清晰的描述与表达其数学模型。所以常用的数字调制技术有2ASK、4ASK、8ASK、BPSK、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等，频带利用率从1bit/s/Hz～3bit/s/Hz。更有将幅度与相位联合调制的QAM技术，目前数字微波中广泛使用的256QAM的频带利用率可达8bit/s/Hz，八倍于2ASK或BPSK。此外，还有可减小相位跳变的MSK等特殊的调制技术，为某些专门应用环境提供了强大的工具。近年来，四维调制等高维调制技术的研究也得到了迅速发展，并已应用于高速MODEM中，为进一步提高传输效率奠定了基矗总之，数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信，调制技术的种类也远远多于模拟通信，大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性。 1、基带传输 传输信息有两种方式：基带传输和调制传输。由信源直接生成的信号，无论是模拟信号还是数字信号，都是基带信号，其频率比较低。所谓基带传输就是把信源生成的数字信号直接送入线路进行传输，如音频市话、计算机间的数据传输等。载波传输则是用原信号去改变载波的某一参数实现频谱的搬移，如果载波是正弦波，则称为正弦波或连续波调制。把二进制信号调制在正弦波上进行传输，其目的除了进行频率匹配外，也可以通过频分、时分、波分复用的方法使信源和信道的容量进行匹配。 2、为什么要进行调制 首先，由于频率资源的有限性，限制了我们无法用开路信道传输信息。再者，通信的
1.2 设计任务 本设计是基于MATLAB的模拟相位（PM）调制与解调仿真，主要设计思想是利用MATLAB这个强大的数学软件工具，其中的通信仿真模块通信工具箱以及M檔等，方便快捷灵活的功能实现仿真通信的调制解调设计。还借助MA TLAB可视化交互式的操作，对调制解调处理，降低噪声干扰，提高仿真的准确度和可靠性。要求基于MA TLAB的模拟调制与解调仿真，主要设计思想是利用MA TLAB、simulink檔、M檔等，方便快捷的实现模拟通信的多种调制解调设计。基于simulink对数字通信系统的调制和解调建模。并编写相应的m檔，得出调试及仿真结果并进行分析。 2.通信系统与MATLAB软件 2.1模拟通信系统简介 通信系统是为了有效可靠的传输信息，信息由信源发出，以语言、图像、数据为媒体,通过电(光)信号将信息传输，由信宿接收。通信系统又可分为数字通信与模拟通信。基于课程设计的要求，下面简要介绍模拟通信系统。 信源是模拟信号，信道中传输的也是模拟信号的系统为模拟通信。模拟通信系统的模型如图1所示。 图1 模拟通信系统模型 调制器: 使信号与信道相匹配, 便于频分复用等。发滤波器: 滤除调制器输出的无用信号。收滤波器: 滤除信号频带以外的噪声，一般设N(t)为高斯白噪声,则Ni(t)为窄带白噪声。 2.2 相位调制与解调 调制在通信系统中具有重要作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多任务的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。调制方式往往决定了一个通信系统的性能。 在无线电通信中，角度调制（简称角调）是一种重要的调制方式，它包括频率调制和
第六章正弦载波数字调制系统 6.1知识点结构框架 本章的知识点结构框架如图6-1所示。 图6-1 知识点结构框图 6.2教学要求 （1）了解数字调制系统的基本概念、与模拟调制系统的区别联系、以及多进制调制系统的概念和原理； （2）理解振幅键控、移频键控和移相键控三种基本调制信号的波形特点和功率谱密度； （3）掌握2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号的调制解调原理及抗噪声性能。 6.3难点重点 教学难点：各类数字调制方式的区别联系。 教学重点：二进制数字调制解调原理，2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK系统的抗噪声性能，二进制数字调制系统的性能比较。 6.4教学安排 本章共分为6节，即正弦数字调制的概述、二进制数字调制原理、二进制数字调制系统的抗噪声性能、二进制数字调制系统的性能比较、多进制数字调制系统和改进的数字调制方式。讲授8学时，其安排见表6-1。 表6-1 课时安排 学时教学内容 第一讲 2 6.1 正弦数字调制的概述；6.2 二进制数字调制原理。 第二讲 2 6.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能。 第三讲 2 6.4 二进制数字调制系统的性能比较；6.5 多进制数字调制系统（部分）。 第四讲 2 6.5 多进制数字调制系统（部分）；6.6 改进的数字调制方式。 117
6.4.1第一讲安排 （1）教学要求 了解数字调制系统的基本概念及与模拟调制系统的区别联系，理解振幅键控、移频键控和移相键控三种基本调制信号的波形特点和功率谱密度，掌握其调制解调的基本原理。 （2）难点重点 教学难点：2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK三种基本调制的区别联系。 教学重点：2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK调制解调原理。 （3）知识回顾 在第四章中介绍了模拟调制系统，分析了幅度调制（常规幅度调制，抑制载波双边带调制，单边带调制，残留边带调制）、频率调制、相位调制三种基本的模拟调制方式。本章将模拟基带信号变为数字基带信号，高频载波仍为正弦载波，分析数字调制的基本理论。 （4）讲授提纲 本章知识点结构 6.1正弦数字调制的概述 6.2二进制数字调制原理 6.2.1二进制振幅键控（2ASK） 6.2.1.1数学原理 6.2.1.2实现方法 6.2.1.3解调方法（相干解调，非相干解调） 6.2.1.4功率谱密度分析 6.2.1.5几点结论 6.2.2二进制频移键控（2FSK） 6.2.2.1数学原理 6.2.2.2实现方法 6.2.2.3解调方法（非相干解调，相干解调，过零检测法，差分检波法） 6.2.2.4功率谱密度分析 6.2.3二进制相移键控（2PSK） 6.2.3.1绝对相移方式 6.2.3.2实现方法 6.2.3.32PSK的缺陷 6.2.3.4解调方法 6.2.3.5相对相移方式 6.2.3.6实现方法 6.2.3.7解调方法 6.2.3.8功率谱密度分析 6.2.3.9几点结论 具体内容见PPT课件。 （5）板书提纲 二进制振幅键控、频移键控和相移键控的调制解调原理、功率谱密度分析。 （6）扩展知识 1）数字调制与载波键控的关系 数字调制就是用数字信号调制载波，即用数字信号控制载波的某些参数。载波一般采用正弦波，这种数字调制又称为载波键控。 键控即用电键进行控制，这是借用电报传输中的术语。载波键控是以数字信号作为电码，用它118
数字传输几种常用的调制方式 一、残留边带调制（VSB） 残留边带调制VSB是一种幅度调制法（AM），它是在双边带调制的基础上，通过设计适当的输出滤波器，使信号一个边带的频谱成分原则上保留，另一个边带频谱成分只保留小部分（残留）。该调制方法既比双边带调制节省频谱，又比单边带易于解调。 目前，美国ATSC数字电视地面传输采用的就是残留边带调制方式。根据调制电平级数的不同，VSB可分为4-VSB、8-VSB、16-VSB等。其中的数字表示调制电平级数。如8-VSB，表示有8种调制电平，即+7，+5，+3，+1，-1，-3，-5，-7。这样每个调制符号可携带3比特信息。 残留边带调制优点是技术成熟，便于实现，对发射机功放的峰均比要求低；不足的是抗多经和符号间干扰所需的均衡器相当复杂。 由于VSB抗多径，尤其是动态多径的能力差，迄今为止，A TSC只将其用于地面传输的固定接收和部分地区的便携接收。 二、编码正交频分复用调制（COFDM） 正交频分复用是一种多载波调制方式。编码的正交频分复用就是将经过信道编码后的数据符号分别调制到频域上相互正交的大量子载波上，然后将所有调制后信号叠加（复用），形成OFDM时域符号。 由于正交频分复用是采用大量（N个）子载波的并行传输，因此，在相等的传输数据率下，OFDM时域符号长度是单载波符号长度的N倍。这样其抗符号间干扰（ISI）的能力可显著提高，从而减轻对均衡的要求。 由于OFDM符号是大量相互独立信号的叠加，从统计意义上讲，其幅度近似服从高斯分布，这就造成OFDM信号的峰均功率比高。从而提高了对发射机功效线性度的要求，降低了发射机的功率效率。 目前，欧洲数字电视地面传输标准DVB-T中采用的就是COFDM。由于COFDM调制抗动态多径干扰能力强，使得其既可用于地面传输固定接收，而且可以用于便携和移动接收。在我国数字电视地面广播上海试验区，公交920路进行的测试表明，即使在城区多径丰富的地区，接收效果也良好。 三、正交幅度调制（QAM）
第 6 章正弦载波数字调制系统 学习目标 1.数字调制的基本类型 2.二进制数字调制原理和调制解调器 3.2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK信号的表示式和时域波形 4.2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK信号的频谱特性和传输带宽 5.2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK系统的抗噪声性能 6.最佳判决门限的概念 7.二进制数字调制系统的性能比较 重点内容 二进制调制信号的表示式、时域波形的绘制、二进制调制信号的传输带宽和频带利用率、二进制调制系统的抗噪声性能 难点内容 2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK信号的特点
6.1 引言 原理：用数字信号控制载波的参数，使已调信号适合于信道传输。 分类：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK)三种基本形式 内容：时域表达式、波形图；频域表达式、频谱图；调制解调器框图、调制解调器工作原理的数学描述；抗高斯白噪声的性能。 6.2 二进制数字调制原理 二进制振幅键控（ 2ASK) 二进制频移键控（ 2FSK) 二进制相移键控（ 2PSK) 二进制差分相移键控（2DPSK) 二进制振幅键控（ 2ASK) 振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。 设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P ，发送1符号的概率为1-P ，且相互独立。该二进制符号序列可表示为 其中: a n =0，发送概率为P ；a n =1，发送概率为1-P 令 则 波形与调制器 t nT t g a t e c S n n ωcos )()(0?? ? ???-=∑ ? ? ????-=∑)()(S n n nT t g a t s t t s t e c ωcos )()(0=
浅析数字信号的载波调制 浅析数字信号的载波调制 中国西部地区电视技术协会20xx年年会电视技术论文评比二等奖 20xx年度全省广播电视优秀科技论文三等奖 摘要：由于数字电视系统采用数字传输，而在传输系统中都使用到了数字调制技术，本文就对ASK、FSK、PSK、QAM等数字调制方法进行详细的介绍。 1934年美国学者李佛西提出脉冲编码调制(PCM)的概念，从此之后通信数字化的时代应该说已经开始了，但是数字通信的高速发展却是20世纪70年代以来的事情。随着时代的发展，用户不再满足于听到声音，而且还要看到图像；通信终端也不局限于单一的电话机，而且还有传真机和计算机等数据终端。现有的传输媒介电缆、微波中继和卫星通信等将更多地采用数字传输。而这些系统都使用到了数字调制技术，本文就数字信号的调制方法作一些详细的介绍。 一数字调制 数字信号的载波调制是信道编码的一部分，我们之所以在信源编码和传输通道之间插入信道编码是因为通道及相应的设备对所要传输的数字信号有一定的限制，未经处理的数字信号源不能适应这些限制。由于传输信道的频带资源总是有限的，因此提高
传输效率是通信系统所追求的最重要的指标之一。模拟通信很难控制传输效率，我们最常见到的单边带调幅（SSB）或残留边带调幅（VSB）可以节省近一半的传输频带。由于数字信号只有"0"和"1"两种状态，所以数字调制完全可以理解为像报务员用开关电键控制载波的过程，因此数字信号的调制方式就显得较为单纯。在对传输信道的各个元素进行最充分的利用时可以组合成各种不同的调制方式，并且可以清晰的描述与表达其数学模型。所以常用的数字调制技术有2ASK、4ASK、8ASK、BPSK、QPSK、8PSK、 2FSK、4FSK等，频带利用率从1bit/s/Hz～3bit/s/Hz。更有将幅度与相位联合调制的QAM技术，目前数字微波中广泛使用的 256QAM的频带利用率可达8bit/s/Hz，八倍于2ASK或BPSK。此外，还有可减小相位跳变的MSK等特殊的调制技术，为某些专门应用环境提供了强大的工具。近年来，四维调制等高维调制技术的研究也得到了迅速发展，并已应用于高速MODEM中，为进一步提高传输效率奠定了基础。总之，数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信，调制技术的种类也远远多于模拟通信，大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性。 1、基带传输 传输信息有两种方式：基带传输和调制传输。由信源直接生成的信号，无论是模拟信号还是数字信号，都是基带信号，其频率比较低。所谓基带传输就是把信源生成的数字信号直接送入线路进行传输，如音频市话、计算机间的数据传输等。载波传输则
第一章绪论 Simulink是Mathwork公司推出的基于Matlab平台的著名仿真环境。Simulink作为一种专业和功能强大且操作简单的仿真工具，它搭建积木式的建模仿真既简单又直观，而且已经在各个领域得到了广泛的应用。确切的说，Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模型，或者是两者的混合。系统还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。Simulink工作环境进过几年的发展，已经成为学术和工业界用来建模和仿真的主流工具包。在Simulink环境中，它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便，故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模，并可直接进行系统的仿真，快速的得到仿真结果。它的主要特点在于：1、建模方便、快捷；2、易于进行模型分析； 3、优越的仿真性能。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。用Simulink创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。在定义完一个模型后，用户可以通过Simulink的菜单或MATLAB的命令窗
口键入命令来对它进行仿真。仿真的结果还可以存放到MATLAB的工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和整理工具，MATLAB的所有工具及Simulink本身的应用工具箱都包含这些工具。由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改模型。但是Simulink 不能脱离MATLAB而独立工作。 本设计主要是以Simulink为基础平台，对数字频带信号的2ASK，2FSK的调制和解调进行仿真。对数字频带传输系统的调制和解调原理深入的学习，并对其进行电路设计和建模仿真。通过本设计使学生更好的掌握数字通信原理的调制解调的原理，同时具备Matlab仿真和建模的能力和数字电路设计的能力。