第３７卷第５期２０１５年１０月
指挥控制与仿真
ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ＆Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ ３７一Ｎｏ ５Ｏｃｔ ２０１５
文章编号：１６７３?３８１９（２０１５）０５?０１３３?０６
多进制ＧＭＳＫ信号产生与解调
李崇远１，蒋宇中１，杨新友２
（１ 海军工程大学电子工程学院，湖北武汉一４３００３３；
２ 解放军９２７７１部队，山东青岛一２６６０４５）
摘一要：ＧＭＳＫ具有窄带宽和恒包络的良好特性，但现行的ＧＭＳＫ调制暴露了码间串扰和编码增益等问题三对多进制ＧＭＳＫ调制展开了研究，与现行的ＧＭＳＫ调制性能做了比较三首先介绍了多进制ＧＭＳＫ调制体制的基本原理，以４ＧＭＳＫ为例做了相关研究，讨论了调制指数和信号相位终值，然后根据恢复出的附加相位轨迹提出了抽样法和积分法两种解调方案三最后通过Ｍａｔｌａｂ仿真来分析其误码率和频谱，从而得到其传输性能三多进制ＧＭＳＫ的进一步研究可在更高阶调制数和提高频带利用率上展开三关键词：多进制；４ＧＭＳＫ；调制体制；Ｍａｔｌａｂ仿真
中图分类号：Ｅ９６；ＴＮ９１１一一一一文献标志码：Ａ一一一一ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３?３８１９．２０１５．０５．０２９一
ＳｉｇｎａｌＧｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄＤｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｏｆＭ?ａｒｙＧＭＳＫ
ＬＩＣｈｏｎｇ?ｙｕａｎ１，ＪＩＡＮＧＹｕ?ｚｈｏｎｇ１，ＹＡＮＧＸｉｎ?ｙｏｕ２
（１ ＮａｖａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ４３００３３；２ ｔｈｅＵｎｉｔ９２７７１ｏｆＰＬＡ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０４５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＧＭＳＫｈａｓｇｏｏｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｎａｒｒｏｗｂａｎｄａｎｄｃｏｎｓｔａｎｔｅｎｖｅｌｏｐｅ．ＨｏｗｅｖｅｒｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔＧＭＳＫｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｅｘｐｏｓｅｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｉｎｔｅｒ?ｓｙｍｂｏｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｃｏｄｉｎｇｇａｉｎ．Ｍｕｌｔｉ?ａｒｙＧＭＳＫｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄａｎｄｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔＧＭＳＫｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ．ＴｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆＭ?ａｒｙＧＭＳＫｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｉｎｔｒｏ?ｄｕｃｅｄ．４ＧＭＳＫｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｓａｎｅｘａｍｐｌｅａｎｄｉｔｓｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｉｎｄｅｘａｎｄｓｉｇｎａｌｐｈａｓｅｔｅｒｍｉｎａｌｖａｌｕｅｉｓｄｉｓ?ｃｕｓｓｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎａｌｐｈａｓｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｈｅｓａｍｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｉｎｔｅｇｒａｌｍｅｔｈｏｄａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｄｅｍｏｄｕｌａｔｅｔｈｅｓｉｇ?ｎａｌ．ＴｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｉｔｓｂｉｔｅｒｒｏｒｒａｔｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍｔｈｒｏｕｇｈＭａｔｌａｂｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ＦｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｆＭ?ａｒｙＧＭＳＫｃａｎｂｅｆｏｃｕｓｅｄｏｎｈｉｇｈｅｒｏｒｄｅｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｂａｎｄｗｉｄｔｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉ?ａｒｙ；４ＧＭＳＫ；ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；Ｍａｔｌａｂｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
收稿日期：２０１５?０５?２０
修回日期：２０１５?０５?２７
作者简介：李崇远（１９９０?），男，山东济宁人，硕士研究生，研
究方向为通信信号处理三蒋宇中（１９６３?），男，博士，教授三杨新友（１９７５?），男，高级工程师三
一一ＧＭＳＫ是由Ｍｕｒｏｔａ和Ｈｉｒａｄｅ１９７９年首先提出的三ＧＭＳＫ作为连续相位调制ＣＰＭ的一种特例，具有窄带宽和恒包络的良好特性，恒包络可在通信中抗干扰，窄带宽则可在带宽受限条件下发挥作用三ＧＭＳＫ已经成为新一代移动通信的标准调制方式三美国的ＣＤＰＤ通信系统和欧洲的ＧＳＭ通信系统都采用该调制方式［１］三
但现行的ＧＭＳＫ调制暴露出两个主要问题：１）由
窄带宽所带来的码间串扰对接收机的设计提出了更高的要求；２）缺少多进制ＧＭＳＫ调制方式，因此无法通过预编码来提高通信质量，获得编码增益三如果采用多进制ＧＭＳＫ调制方式，我们在现行的ＢＧＭＳＫ（即二进制ＧＭＳＫ）的调制体制基础上做某些改进
［２］
，设法减小
码间串扰的同时，利用一个多进制码元传输多比特信息来进行预编码处理，从而能在带宽二实现的复杂度和
发送功率之间折中二平衡，达到我们所需要的误码率指标，但多进制ＧＭＳＫ的相关研究较少，需要我们自己建立模型和展开调制解调的研究三
１一多进制ＧＭＳＫ信号产生
１ １一基础理论
多进制ＧＭＳＫ信号表达式［２］如下：
ｓ（ｔ）＝２ＥｓＴ
ｃｏｓ（２πｆｃｔ＋φ（ｔ，α?
））
（１）
式中，
２ＥｓＴ
是信号幅度，ｆｃ是载波频率，φ（ｔ，
α?
）为
φ（ｔ，α?
）＝２πｈeｎｉ＝－?
αｉｑ（ｔ－ｉＴ），ｎＴ＜ｔ＜（ｎ＋１）Ｔ（２）
对于ＭＧＭＳＫ调制来讲，调制指数ｈ＝
１
Ｍ
，Ｍ＝２ｍ，ｍ为正整数三αｉ是待发送的码元｛?１，?３， ，?（Ｍ－１）｝三ｑ（ｔ）为归一化相位响应函数，它一般可表示成
某个脉冲ｇ（ｔ）的积分形式：
江苏省地质测绘院印刷厂一＼ＤＺ０６ａ＼ｆ＼指挥控制与仿真＼１５指挥控制与仿真５期一５校样一排版：张一芸一时间一２０１５／０９／２９
G F S K的调制和解调原理 高斯频移键控GFSK(GaussfrequencyShiftKeying)，是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。它是一种连续相位频移键控调制技术，起源于FSK(Frequency-shiftkeying)。但FSK带宽要求在相当大的程度上随着调制符号数的增加而增加。而在工业，科学和医用433MHz频段的带宽较窄，因此在低数据速率应用中，GFSK调制采用高斯函数作为脉冲整形滤波器可以减少传输带宽。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，因此GFSK调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用（高斯预调制滤波器能进一步减小调制频谱，它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量）。 GFSK调制 1、直接调制：将数字信号经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟调频。由于通常调制信号都是加在PLL频率合成器的VCO上（图一），其固有的环路高通特性将导致调制信号的低频分量受到损失，调制频偏（或相偏）较小。因此,为了保证调制器具有优良的低频调制特性，得到较为理想的GFSK调制特 另一部分则加在PLL的主分频器一端（基于PLL技术的频率合成器将增加两个分频器：一个用于降低基准频率，另一个则用于对VCO进行分频）。由于主分频器不在控制反馈环内，它能够被信号的低频分量所调制。这样,所产生的复合GFSK信号具有可以扩展到直流的频谱特性，且调制灵敏度基本上为一常量,不受环路带宽的影响。但是，两点调制增加了GFSK调制指数控制的难度。
频率调制信号的表示式为：()cos[()]t m c S t A t kfm d ωττ-∞ =+ ? 其中，kf 为 调频灵敏度，m(t)为调制信号。从公式出发即可完成频率调制的程序。 调频信号的解调方法通常是采用鉴频法。方框图如图所示 其中鉴频器包括微分电路和包络检波。 在模拟信号的调频程序中，先对输入参量的个数做出判断，少于则运行默认的。然后对信号进行调制，这里采样的调制信号是最简单的正弦信号，当然也可以为其他信号。调制过程中，积分是根据积分的定义编写的一段程序。在对已调信号进行解调前加入了噪声。解调过程中的微分同样的根据定义编写的，当然也可以采用MATLAB 里自带的函数diff 。在经过包络检波后对幅值做出了一定的修正。 下图是调频信号的时域频域波形。经过调频之后的信号频谱不仅发生了频谱搬移还增加了频率分量。
下图绿色的是小信噪比条件下的解调波形，可以发现信噪比对解调的影响。 而在语音信号的调频中，积分采用cumsum来完成，微分采用diff。因为经过调试发现，采用根据定义编写的程序由于循环运行需
要很多时间。另外，在经过微分器后，包络检波和低通这段和幅度调制的非相干解调一样，所以也可以在经过微分后调用AM包络检波的程序。对于调频信号来说，都会存在门限效应，使之在小信噪比情况下无法恢复出原来的调制信号。所以语音信号的调制解调是在很大信噪比情况下。
下面是语音信号调制解调的时域频域图。观看频谱可以看到调制信号的频谱相对于输入信号，发生了频谱搬移，还有在fc处多了一个冲激。 另外还有一个需要注意的问题，读入语音信号时所输入的路径必须和存放语音信号的路径相同。否则无法打开。 参考文献： [1]樊昌信，曹丽娜。通信原理。国防工业出版社。2006.9 [2] Santosh, the LNM IIT Jaipur (India).santosh_am_fm.m.2002.4 [3]陈丽丹。FM调制解调系统设计与仿真
安康学院 学年论文﹙设计﹚ 题目多进制数字调制系统抗噪性能分析 学生姓名任永森学号 2009222343 所在院(系)安康学院 专业班级电子信息工程 09级（1班） 指导教师张申华 2012年 6月8日
多进制数字调制系统抗噪性能分析 （作者：任永森） （安康学院电子与信息工程系电子信息工程专业09级，陕西安康725000） 指导教师：张申华 【摘要】本文以双模噪声为背景噪声，详细分析了二进制数字调制系统的抗噪声性能。它是对原建立在高斯噪声基础上通信与信号处理理论的完善与补充，有一定的普遍意义。在理论分析的基础上，给出了仿真结果并进行了分析。 【关键词】双模噪声相干检测非相干检测高斯型混合 Anti-noise performance of M-ary digital modulation system Author: Ren Y ongsen （Department of electronics and Information Engineering Ankang University of electronic information engineering09，Ankang 725000，Shaanxi） Directed by Zhang Shenhua Abstract：The bimodal noise background noise, a detailed analysis of the binary digital modulation noise immunity performance of. It is to build in the Gauss noise based on communication and signal processing theory perfect and supplement, has certain common sense. On the basis of theoretical analysis, simulation results and analysis. Key words：Bimodal Noise coherent detection noncoherent detection Gauss hybrid 0 引言 通信与信号处理理论一般是建立在高斯噪声基础之上的，它对建立在高斯噪声基础上的数字调制系统中的背景噪声为高斯噪声时的性能分析理论上已经比较完善。非高斯噪声研究是现代信号处理的核心内容之一，其应用范围以涉及地球物理各个领域。在信号处理方法中，特别是对于各种污染非高斯噪声的接收信号的检测和处理，用高斯噪声进行近似分析不能得到满意效果，所以在处理信号和数据时，首先要分清混有那类噪声，建立其数学模型进行处理。非高斯噪声比高斯噪声更具
2、四相绝对移相键控(QPSK)系统 a)QPSK信号的产生 QPSK信号利用载波的四种不同相位来表示数字信息。由于每一种载波相位代表两比特信息，因此每个四进制码元称为双比特码元。两个二进制码元中的前一比特用a 表示，后一比特用 b 表示，采用体系，则双比特ab 与载波相位的关系如右表。 在2PSK信号相干解调过程中会产生180?相位模糊。同样，对QPSK信号相干解调也会产生相位模糊问题，并且是0?, 90?,180?和270?四个相位模糊。故在实际中更实用的是四相相对移相调制，即QDPSK方式。 3、四相相对移相键控(QDPSK)系统 四相相对移相键控(QDPSK)信号是利用前后码元之间载波四种不同的相对相位变化来表示数字信息。若以前一双比特码元相位作为参考，??n为当前双比特码元与前一双比特码元初相差，则信息编码与载波相位变化关系如右表（π/2体系） 五、正交振幅调制（QAM） 在系统带宽一定的条件下，多进制调制的信息传输速率比二进制高，也就是说，多进制调制系统的频带利用率高。但是，多进制调制系统频带利用率的提高是通过牺牲功率利用率来换取的。因为随着M 值的增加，在信号空间中各信号点的最小距离减小，相应的信号判决区域也随之减小。因此，当信号受到噪声和干扰的损害时，接收信号的错误概率也将随之增大。 振幅相位联合键控（APK）或正交振幅调制（QAM）就是为克服上述问题而提出来的。在M 较大时，可以获得较好的功率利用率，同时，其设备组成也比较简单。因此，它是目前研究和应用较多的一种调制方式。 正交振幅调制（QAM）是用两个独立的基带数字信号对两个相互正交的同
频载波进行抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。 输入的二进制序列经过串/并变换器输出速率减半的两路并行序列，再分别经过 2 电平到L 电平的变换，形成L 电平的基带信号。为了抑制已调信号的带外辐射，该L 电平的基带信号还要经过预调制低通滤波器，形成X(t)和Y(t)，再分别对同相载波和正交载波相乘。最后将两路信号相加即可得到QAM 信号。 正交振幅调制（QAM）的原理 五、总结 六、布置作业： 课后习题
多进制数字相位调制(MPSK)系统 多相移键控(MPSK -多相移键控)也被称为多相位系统,它是二相系统的推广。它是利用不同载波的相位状态来表征数字信息的调制。与二进制数字相位调制相似,它有绝对相位调制(MPSK)和相位调制(MDPSK)两种调制方式。本文以4PSK为例,主要介绍基于Xilinx ISE 仿真软件的多相移键控系统(MPSK)的设计。调制方法是简单的相位选择方法。它只专注于数字系统的设计,而忽略了模拟电路系统。关键词:多相移键控MPSK西林ISE选相方法摘要多进制数字相位调制(MPSK -多相移键控)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。本文主要研究基于Xilinx ISE仿真软件设计的多进制数字相位调制(MPSK)系统,以4PSK系统为例。调制方法采用简便的相位选择法,且略去模拟电路系统部分,仅对数字系统进行设计。关键字: 多进制数字相位调制MPSK锡林郭勒ISE相位选择法武汉理工大学《FPGA课程设计》说明书目录摘要1摘要11 多进制数字相位调制11.1 MPSK概念11.2 MPSK原理12 四相相位调制(4PSK) 22.1 4PSK调制22.1.1相位选择法22.1.2直接调相法32.2 4PSK解调42.3 4PSK调制与解调系统设计53 ISE设计与仿真73.1 ISE操作环境73.1.1输入（设计条目)73.1.2综合（综合83.1.3)实现（实施83.1.4)验证（验证83.1.5)下载（下载)93.2 ISE程序设计93.2.1调制系统程
常用多进制数字调制技术基础 1 常用多进制数字调制技术及应用 1.1 QPSK(四相相移键控)技术及应用 (1)QPSK技术 在相移键控(PSK)技术中，通过改变载波信号的相位来表示二进制数0、1，而相位改变的同时，最大振幅和频率则保持不变。例如，可以用两种不同相位的正弦信号分别表示0和1，用0°相位表示0，用180°相位表示1，这种PSK技术称为二相位PSK或2-PSK，信号之间的相位差为180°。 同样，可以用4种不同相位的正弦信号分别表示00、01、10和11，例如，用0°相位表示00，用90°相位表示01，用180°相位表示10，用270°相位表示11。这样每种相位的正弦信号可以表示两位二进制信息，信号之间的相位差为90°，这种PSK技术称为四相位PSK或QPSK，由于4个相位与四进制的4个符号相对应，也称四进制PSK调制。因每种相位的正弦信号可以表示两位二进制信息，与2-PSK相比，其编码效率提高了1倍。 以此类推，当不同相位的载波数为8、16……时,分别称为8-PSK(八进制PSK)、16-PSK(十六进制PSK)……，理论上，不同相位差的载波越多，可以表征的数字输入信息越多，频带的压缩能力越强，可以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。但在多相调制时，相位取值数增大，信号之间的相位差也就减小，传输的可靠性将随之降低，因而实际中用得较多的是四相制(4-PSK)和八相制(8-PSK)。 (2)QPSK的应用 QPS K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。欧洲与日本的数字电视首先考虑的是卫星信道，采用QPSK调制，我国也出现了采用QPSK调制解调的卫星广播和数字电视机。 要实现卫星电视的数字化，必须在卫视传输中采用高效的调制器和先进的压缩技术，因为我国现行的PAL制彩色电视是采用625行/50场，其视频带宽5 MHz，根据4∶2∶2的标准，625行/50场的亮度信号(Y)的取样频率为13.5 MHz，每个色差信号(R-Y)和(B-Y)的取样频率均为6.75 MHz。当Y，(R-Y)，(B-Y)信号的每个取样为8 bit量化时，电视信号经数字化后的亮度信号码率为13.5×8=108 Mbps，色度信号的码率为6.75×8×2=108 Mbps，总码率为色亮码率之和，即216 Mbps，在现有的传输媒介中要传送这样宽带的数字电视信号是不可能的。
GFSK 的调制和解调原理 高斯频移键控GFSK (Gauss frequency Shift Keying)，是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。它是一种连续相位频移键控调制技术，起源于FSK(Frequency- shift keying)。但FSK 带宽要求在相当大的程度上随着调制符号数的增加而增加。而在工业，科学和医用433MHz 频段的带宽较窄，因此在低数据速率应用中，GFSK 调制采用高斯函数作为脉冲整形滤波器可以减少传输带宽。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，因此GFSK 调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用（高斯预调制滤波器能进一步减小调制频谱，它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量）。 GFSK 调制 1、直接调制：将数字信号经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟调 频。由于通常调制信号都是加在PLL 频率合成器的VCO 上（图一），其固有的环路高通特性将导致调制信号的低频分量受到损失，调制频偏（或相偏）较小。因此,为了保证调制器具有优良的低频调制特性，得到较为理想的GFSK 调制特性，提出了一种称为两点调制的直接调频技术。 uc 图一 两点调制：调制信号被分成2部分，一部分按常规的调频法加在PLL 的VCO 端,另一部分则加在PLL 的主分频器一端（基于PLL 技术的频率合成器将增加两个分频器：一个用于降低基准频率，另一个则用于对VCO 进行分频 ）。由于主分频器不在控制反馈环内，它能够被信号的低频分量所调制。这样,所产生的复合GFSK 信号具有可以扩展到直流的频谱特性，且调制灵敏度基本上为一常量, 鉴频器 PD 环路低通滤波器LF 压控振荡器VCO 载波信号 调制信号ui 调频信号uo 主分频器
Abstract Multiple Phase Shift Keying (MPSK - multiple phase shift keying) is also called multi-phase system, which is the promotion of the two-phase system. It is the modulation to characterize digital information using the different carrier’s phase state. Similar with the Binary Digital Phase Modulation, it has the absolute phase modulation (MPSK) and phase modulation (MDPSK) as the two kinds of modulation methods. This article is mainly about the Multiple Phase Shift Keying system (MPSK) based on Xilinx ISE simulation software design, setting 4PSK as an example. The modulation method is the simple phase-selection method. It only concentrates on the design of digital system, neglecting the analog circuit system. Keywords: Multiple Phase Shift Keying MPSK Xilinx ISE phase-selection method
通信原理课程设计报告
一. 2DPSK基本原理 1.2DPSK信号原理 2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图2.1所示。 图1.1 2DPSK信号 在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。 定义?Φ为本码元初相与前一码元初相之差，假设： ?Φ=0→数字信息“0”； ?Φ=π→数字信息“1”。 则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下： 数字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1
DPSK信号相位：0 π π 0 π π 0 π 0 0 π 或：π 0 0 π 0 0 π 0 π π 0 2. 2DPSK信号的调制原理 一般来说，2DPSK信号有两种调试方法，即模拟调制法和键控法。2DPSK 信号的的模拟调制法框图如图1.2.1所示，其中码变换的过程为将输入的单极性不归零码转换为双极性不归零码。 图1.2.1 模拟调制法 2DPSK信号的的键控调制法框图如图1.2.2所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。选相开关作用为当输入为数字信息“0”时接相位0，当输入数字信息为“1”时接pi。 图1.2.2 键控法调制原理图 码变换相乘 载波 s(t)e o(t)
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 P e 解调方式
图1 各种数字调制系统误码率 2ASK 1 (/4)2erfc r /4 12r e - 2FSK 1 (/2)2erfc r /2 12r e - BPSK 1 ()2erfc r — DBPSK ()erfc r 12r e - 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 BPSK r 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 ()()/2 e DBPSK e BPSK P P ≈，若 () e BPSK P 很大，则有 ()()/1 e 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
一．2FSK 调制原理： 1、2FSK 信号的产生： 2FSK 是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。例如，1码用频率f1来传输，0码用频率f2来传输，而其振幅和初始相位不变。故其表示式为 式中，假设码元的初始相位分别为1θ和2θ；112 f π=ω和222f π=ω为两个不同的码元的角频率；幅度为A 为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。 2FSK 信号的产生方法有两种： （1）模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。如图1-1（a ）所示。 （2）键控法，用数字基带信号)(t g 及其反)(t g 相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。如图1-1（b ）所示。 这两种方法产生的2FSK 信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的2FSK 信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。 (a) (b) 2FSK 信号产生原理图 由键控法产生原理可知，一位相位离散的2FSK 信号可看成不同频率交替发送的两个2ASK 信号之和，即 其中)(t g 是脉宽为s T 的矩形脉冲表示的NRZ 数字基带信号。 其中，n a 为n a 的反码，即若1=n a ，则0=n a ；若0=n a ，则1=n a 。 2、2FSK 信号的频谱特性： 由于相位离散的2FSK 信号可看成是两个2ASK 信号之和，所以，这里可以直接应用2ASK 信号的频谱分析结果，比较方便，即 2FSK 信号带宽为 s s F S K R f f f f f B 2||2||21212+-=+-≈ 式中，s s f R =是基带信号的带宽。 二．2FSK 解调原理： 仿真是基于非相干解调进行的，即不要求载波相位知识的解调和检测方法。 其非相干检测解调框图如下 M 信号非相干检测解调框图 当k=m 时检测器采样值为： 当k ≠m 时在样本和中的信号分量将是0，只要相继频率之间的频率间隔是,就与相移值无关了，于是其余相关器的输出仅有噪声组成。 其中噪声样本{}和{}都是零均值，具有相等的方差 对于平方律检测器而言，即先计算平方包络
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 b 2）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。 将二进制信息n 位（n=log2M ）分为一组，然后变换为M 电平，再送入幅度调制器。除了可以采用双边带调制外，也可以用多电平残留边带调制或单边带调制等。基带信号的波形最简单的为矩形脉冲，为了限制信号频谱也可用其他波形如升余弦滚降波形，或部分响应波形等。 MASK 信号的解调可以采用非相干解调即包络检波，或相干检测。 三、多进制数字频率调制系统 1、多进制数字频率调制的基本原理 多进制数字频率调制(MFSK)简称多频调制，它是2FSK 方式的推广。 时域表达式：( )()t t s t e i i MFSK ωcos = ()???<<<<=”时发送的符号不为“0，在时间间隔0”时发送的符号为“0在时间间隔 ，i T t i T t A t s s s i ωi 为载波角频率，共有 M 种取值。通常可选载波频率 fi=n/2T ，n 为正整数，此时M 种发送信号相互正交。 2、多进制数字频率调制的基本原理
多进制频率调制解调系统的设计 【摘要】MFSK ---多进制数字频率调制，简称多频制，是2FSK方式的推广。它是用不同的载波频率代表各种数字信息。在数字通信系统中，数字调制与解调技术占有非常重要的地位。随着FPGA 技术的发展，数字通信技术与 FPGA的结合体现了现代数字通信系统发展的一个趋势。文中介绍了MFSK 调制解调的原理, 并基于 VHDL 实现了MFSK 调制解调电路设计，仿真结果表明设计方案是可行的。整个系统的功能在EDA技术开发平台均调试通过，并在MAX7000S系列FPGA上硬件实现，具有较高的实用性和可靠性。 【关键词】MFSK；VHDL；调制；解调
Design and Simulation of MFSK Modulation Circuit Based on VHDL XX (Grade 03,Class 1,Major electronics and information engineering ，Electronics and information engineering Dept.，XX University of technology XXXX,XX) Tutor: XX 【Abstract】MFSK --- Multi-band digital frequency modulation, referred to as multi-frequency system is the way 2FSK promotion. It is representative of a different variety of digital information carrier frequency. In digital communication system, the digital modulation and demodulation plays an important role with the development of FPGA technology, the combination of digital communication technology with FPGA is an inevitable trend. This paper gives the principle of MFSK modulation and demodulation. Based on VHDL, the design of MFSK modulation circuit is realized. The simulation result indicates that this scheme is feasible. 【Key words】MFSK;VHDL; modulation; demodulation
南华大学电气工程学院 通信原理课程设计 设计题目：多进制数字调制解调系统设计 专业：通信工程 学生姓名:学号: 起迄日期:2015 年6月29日~2015年7月10日指导教师: 系主任：
《通信原理课程设计》任务书
摘要：多进制数字调制基于二进制调制，通过采用多进制调制的方式，使得每个码元传送多个比特的信息，从而在信息传送速率不变的情况下提高频带利用率。与二进制类似，多进制调制有多进制振幅键控（MASK）、多进制频移键控（MFSK）、多进制相移键控（MPSK）和多进制差分相移键控（MDPSK）。本文介绍了多进制调制的原理，并通过Systemview软件，设计了MASK和MFSK调制解调系统。 关键词：多进制调制MASK MFSK
目录 1绪论 (6) 1.1引言 (6) 1.2 MASK调制的基本原理介绍 (7) 1.3 MFSK调制的基本原理介绍 (8) 2 MASK调制设计方法与步骤分析 (9) 2.1 建立仿真电路 (9) 2.2参数设置 (10) 2.3运行时间设置 (10) 2.4 运行系统 (11) 2.5测试结果和分析 (12) 3 MFSK调制设计方法与步骤分析 (13) 3.1 建立仿真电路 (13) 3.2参数设置 (14) 3.3运行时间设置 (14) 3.4 运行系统 (15) 3.5测试结果和分析 (15) 4 心得与体会 (16) 参考文献 (17) 附录 (18)
1绪论 1.1引言 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。但是由于一个码元只能传送两个比特的信息，因此其频带利用率较低，这一点使得其在实际应用中受到一定的限制。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的复杂性。由信息 传输速率R b 、码元传输速率R B 和进制数M之间的关系可知，在信息传送速率不 变的情况下，通过增加进制数M可以降低码元传送速率，从而减小信号带宽，节约频带资源，提高系统的频带利用率。虽然多进制调制带来了信号功率上升和实现上更加复杂，但是随着现代社会的发展，对数据传输要求的迅速增长必然要求多进制调制的进一步应用，而电子技术的飞速发展也使得其调制解调的实现也变得相对简单起来，因此多进制调制的应用必然变得更加广泛。 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振幅调控、多进制数字频率调制和多进制数字相位调制。 1.2多进制振幅键控（4ASK）的调制解调原理 振幅键控（Amplitude Shift Keying，ASK）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4Ask中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应四进制信息“0”或“1”或“2”或“3” MASK信号的一般表达式为 e2ASK（t）=s（t）coswct 其中 s（t）=Σa n g(t-nTs) 式中：Ts为码元持续时间；g(t)为持续时间为Ts的基带脉冲波形，为简便起见，通常假设g(t)是高度为1、宽度等于Ts的矩形脉冲；an是第n个符号的电平取值。 MASK信号的产生方法通常有两种：数字键控法和模拟相乘法，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，用乘法器实现；
HUNAN UNIVERSITY 课程实验报告 题目：十QPSK调制解调实验 指导教师： 学生： 学生学号： 专业班级：
实验10 QPSK调制解调实验 一、实验目的 1. 掌握QPSK调制解调的工作原理及性能要求；了解IQ调制解调原理及特性 2. 进行QPSK调制、解调实验，掌握电路调整测试方法了解载波在QPSK相干及非相干时的解调特性 二、实验原理 1、QPSK调制原理 QPSK又叫四相绝对相移调制，它是一种正交相移键控。QPSK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信息，因此，对于输入的二进制数字序列应该先进行分组，将每两个比特编为一组，然后用四种不同的载波相位来表征。 用调相法产生QPSK调制原理框图如图所示，QPSK的调制器可以看作是由两个BPSK调制器构成，输入的串行二进制信息序列经过串行变换，变成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性的二电平信号I（t）和Q（t），然后对Acosωt和Asinωt进行调制，相加后即可得到QPSK信号。
二进制码经串并变换后的码型如图所示，一路为单数码元，另外一路为偶数码元，这两个支路互为正交，一个称为同相支路，即I支路；另外一路称为正交支路，即Q支路 2、QPSK解调原理 由于QPSK可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，其原理框图如图 三、实验步骤 在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块）、IQ调制解调模块（以下简称
IQ模块）、码元再生模块（以下简称再生模块）和PSK载波恢复模块。 1、QPSK调制实验 a、关闭实验箱总电源，用台阶插座线完成连接 * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源。 b、按基带成形模块上“选择”键，选择QPSK模式（QPSK指示灯亮）。 c、用示波器观察基带模块上“NRZ-I,I-OUT,NRZ-Q,Q-OUT”的信号;并分别与“NRZ IN”信号进行对比，观察串并转换情况。 NRZ-I 与NRZ IN I-OUT与NRZ IN NRZ-Q 与NRZ IN Q-OUT与NRZ IN d、观测IQ调制信号矢量图。 e、观测IQ调制载波信号。
一．2F ＳK 调制原理： 1、2ＦＳK 信号的产生： 2F ＳK 是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。例如,1码用频率f １来传输，0码用频率f2来传输,而其振幅和初始相位不变。故其表示式为 { )cos()cos(21122)(θωθω?++=t A t A FSK t 时 发送时发送"1""0" 式中,假设码元的初始相位分别为1θ和2θ；112 f π=ω和222f π=ω为两个不同的码元的角频率；幅度为A 为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。 ?2FSK 信号的产生方法有两种： （1）模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。如图 1-１(a)所示。 （2）键控法，用数字基带信号)(t g 及其反)(t g 相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。如图1－1(b)所示。 这两种方法产生的2FSK 信号的波形基本相同，只有一点差异,即由调频器产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的２FS Ｋ信号,则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号,故相邻码元的相位不一定是连续的。 (a) (b) ２FSK 信号产生原理图 由键控法产生原理可知，一位相位离散的2FS Ｋ信号可看成不同频率交替发送的两个2A ＳK 信号之和,即 ) cos(])([)cos(])([) cos(·)()cos()()(221122112θωθωθωθω?+-++-=+++=∑∑∞ -∞ =∞ -∞ =t nT t g a t nT t g a t t g t t g t n s n n s n FSK 其中)(t g 是脉宽为s T 的矩形脉冲表示的NRZ 数字基带信号。
(完整)多进制数字调制2 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)多进制数字调制2）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)多进制数字调制2的全部内容。
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 b 2）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
PSK调制方式 PSK原理介绍（以2-PSK为例） 移相键控(PSK)又称为数字相位调制,二进制移相键控记作2PSK。绝对相移是利用载波的相位(指初相)直接表示数字信号的相移方式。二进制相移键控中,通常用相位0 和π来分别表示“0”或“1”。2PSK 已调信号的时域表达式为s2psk(t)=s(t)cosωct, 2PSK移相键控中的基带信号与频移键控和幅度键控是有区别的,频移键控和幅度键控为单极性非归零矩形脉冲序列,移相键控为为双极性数字基带信号,就模拟调制法而言,与产生2ASK 信号的方法比较,只是对s(t)要求不同,因此2PSK 信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB 调幅信号。 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 e2PSK(t)=[ n n a g(t-nT s)]cosw c t 其中, an与2ASK和2FSK时的不同，在2PSK调制中，an应选择双极性。 1, 发送概率为P an= -1, 发送概率为1-P 若g(t)是脉宽为Ts, 高度为1的矩形脉冲时，则有 cosωct, 发送概率为P e2PSK(t)= -cosωct, 发送概率为1-P 由上式可看出，当发送二进制符号1时，已调信号e2PSK(t)取0°相位，发送二进制符号0时，e2PSK(t)取180°相位。若用φn表示第n个符号的绝对相位，则有 0°, 发送 1 符号 φn= 180°, 发送 0 符号 由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180°的相位模糊，所以2PSK信
2.5 频带传输 2.5.2多进制调制原理 在相同码元周期的情况下，多进制数字调制系统的信息传输速率是二进制数字调制系统的log 2M 倍 为了提高通信系统的有效性能，可以采用多进制数字调制的方式 ? 多进制幅度键控(MASK)、多进制频移键控(MFSK)和多进制相 移键控(MPSK) 对于M 进制的数字调制系统，假设信息传输速率为R b ，码元传输速率为R s ，则有如下关系： R b R s log 2 M 但是，为了保证较低的误码率，需要相应的增加发射信号的信噪比。 WHY?? Wireless and Mobile Networks Technology Zhenzhou Tang @ Wenzhou University 9
2.5 频带传输 2.5.2多进制调制原理 – MASK 01 10 11 01 00 10 00 11 10 t 将二进制基带序列进行M 进制的电平序列转换，然后用这些M 进制的电平去调制载波，以得到多电平的幅度调制信号。 cos ωc t S MASK (t ) s (t ) s (t ) (a) 基带多电平单极性不 t 归零信号 (b) 4ASK 信号 Wireless and Mobile Networks Technology Zhenzhou Tang @ Wenzhou University 01 10 11 01 00 10 00 11 10 二进制/M 进制转换
2.5.2多进制调制原理 – MFSK f 1 开关电路 1 f 2 开关电路 加法器 输入 串/并变换器 2 f M 开关电路 M 信道 1 检波器 带通f 1 输出 抽样判决器 2 检波器 带通f 1 接收 滤波器 M 检波器 带通f 1 … … 1
基于MATLAB的多进制振幅调制与解调系统 仿真与分析 吴江涛 （陕西理工学院物理与电信工程学院通信081班，陕西汉中 723003） 指导教师：李翠华 [摘要]随着人们对于通信系统的要求增高，多进制中的二进制作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。二进制数字振幅键控是一种古老的调制方式，也是各种数字调制的基础。利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个2ASK调制与解调系统.用示波器观察调制前后的信号波形;用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化;加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。 [关键词] MATLAB；Simulink；多进制振幅；误码率
MASK Modulation and Demodulation System Simulation and Analysis Wu Jiangtao (Grade08,Class1,Majorof Communication Engineering，School of Physics and telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology, Han zhong 723003,China) Tutor: Li Cuihua [Abstract] Modern correspondence the system request to correspond by letter distance far, the correspondence has great capacity, delivers quality like. This course designs mainly is make use of MATLAB integrated environment under of Simulink imitate true platform and design much aer enter make to flap to make with solution adjust https://www.doczj.com/doc/017216223.html,e to show a machine observation to make front and back signal wave a form;Make the variety of front and back signal frequency chart with the analytical mold piece observation of frequency chart;Plus various Zao voice source, test a mold piece with the mistake code diagraph mistake code rate;Finally analyze the system's function according to movement result and wave form.Through a true function of imitating of Simulink touched draw up physically medium of much enter make to flap to make with solution flirtation condition. [Key words] MA TLAB；Simulink：MASK; the mistake code leads