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=
图 6-3 二进制振幅键控信号调制器原理框图
解调器
2ASK 频谱
设 e 0(t)的功率谱为P E (f)，s(t)的功率谱为P s (f)，则
二进制频移键控（
2FSK)
正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，则产生
t nT t g a t e c S n n ωcos )()(0??
?
???-=∑
t
t s c ωcos )(=[])()(4
1
)(fc f Ps fc f Ps f P E -++=2)()1()(f G P P f f P s s -
=)()()1(2s m s s mf f mf G P f --+∑
δs
fT j s s s e fT fT T f G πππ-???
? ??=sin )(???
?????--+
++=22)()(sin )()(sin 16)(s c s
c s c s c s E T f f T f f T f f T f f T f P ππππ[])()(161c c f f f f -+++δδ
二进制移频键控信号（2FSK 信号）。
二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。
若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1，0符号对应于载波频率f2，则二进制移频键控信号的时域表达式为
ESK 信号的时间波形
2FSK 信号产生
)cos()]([)(10n S n
n t T n t g a t e Φ+-=∑ω)
cos()]([2n n
S n t nT t g a θω+-+∑
2FSK 信号非相干解调
2FSK 信号相干解调
2FSK 信号延迟检测解调
令
则检测输出
e (a )e (b ))])(cos[()cos()2/(002τωωωω-++=t t A ωττωsin )2/(cos )2/(202A A +≈0cos 0=τωωτ)2/(2A ≈
2FSK 信号可以看作载频分别为f1和f2的两个2ASK 信号的迭加，因此功率谱是两个2ASK 信号功率谱的迭加。
二进制相移键控（
2PSK)
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，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。
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。 二进制移相键控信号的时域表达式为 2PSK 信号波形与产生
t
nT t g a t e c S n n ωcos )()(0??
?
???-=∑A －A
O
开关电路(b )
2PSK 信号的解调采用相干解调， 解调器原理图如图6-13所示。
2PSK 信号相干解调各点时间波形如图所示。
当恢复的相干载波产生180°倒相时，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反，解调器输出数字基带信号全部出错。这种现象通常称为“倒π”现象。
差分相移键控
(2DPSK)
2DPSK 方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为Δφ，可定义一种数字信息与Δφ之间的关系为
Δφ=0, 表示数字信息“0”
π, 表示数字信息“1” 例 数字信息： 1 1 0 1 00 1 1 1 0 2DPSK 信号相位： 0π0 0πππ0π0 0 或 π0ππ00 0π0ππ
e
10
a 110100
b
c d e
2DPSK 信号调制过程波形图
2DPSK 信号调制器原理图
2DPSK 相干解调器及各点波形
绝对码相对码
载波
DP SK
信
号
10
1
10010
开关电路
e
a b c d e
f 1011000
差分相干解调器原理和各点波形
2PSK 与2DPSK 信号功率谱
2PSK 与2DPSK 信号有相同的功率谱。若 2PSK 信号可表示为双极性不归零二进制基带信号与正弦载波相乘，则2PSK 信号的功率谱为
P 2PSK (f)=
包括离散谱和连续谱。结构与2ASK 的功率谱相似，带宽也是基带信号带宽的二倍。当“1”和“0”等概相时，不存在离散谱。
a
b c d
e DPSK 信号二进制信息
1000110
])()(sin )()sin([42
2S
c S
c S c S c S T f f T f f T f f T f f T --+++πππ
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。