第六章 数字载波调制
1． 2ASK 包络检测接收机输入端的平均信噪功率比ρ为7dB ，输入端高斯白噪声的双边功率谱密度为。码元传输速率为50波特，设“1”、“0”等概率出现。试计算最佳判决门限，最佳归一化门限及系统的误码率。
Hz V /102214?× A
-2105.4 , 2.235 ,47.4×V μ2． ASK 相干检测接收机输入端的平均信噪功率比ρ为7dB ，输入端高斯白噪声的双边功率谱密度为。码元传输速率为50波特，设 “1”、“0”等概率出现。试计算最佳判决门限，最佳归一化门限及系统的误码率。
Hz V /102214?× A
-2101.27 , 2.24 , 47.4×V μ3． ASK 相干检测接收机输入平均信噪功率比为9dB ，欲保持相同的误码率，包络检测接收机输入的平均信噪功率比应为多大？
A 10.3dB
4． 一相位不连续的2FSK 信号，发1及0时其波形分别为
)2000cos()(11?π+=t A t s 及)8000
cos()(00?π+=t A t s 。码元速率为600波特，采用普通滤波器检测，系统频带宽度最小为
A 4.2KHz
5． 一相位不连续的2FSK 信号，为了节省频带、提高抗干扰能力，采用动态滤波器进行分路滤波，设码元速率为600波特，求发送频率之间最小间隔及系统带宽。
01, f f A 600Hz , 1800Hz
6． 差分检测法解调2FSK 信号，已知中心频率KHz f 100=，频偏，时延Hz f 400=Δτ为( )，该电路性能是否接近理想鉴频器( ) A s μ25, 接近
7． 一个相干2FSK 系统每秒传送2000bit ，在传输过程中混入均值为0的高斯白噪声，接收机输入端信号幅度为V μ12，白噪声的双边
功率谱密度为
，抽样判决器前接有电压放大倍数为1000倍的放大器。求输出码流的误码率（ ）。
Hz V /105.0215?× A
31036.1?×8． 欲保持上题的误码率，对包络检测接收机，要求输入端信号幅度为（ ）：（其余条件同上题）
A V μ75.13
9． 已知数字信息
{}1011010=n a ，分别以下面两种情况画出
2PSK 、2DPSK 及相对码 的波形。 {}n b （1） 码元速率为1200波特，载波频率为1200Hz ；
（2） 码元速率为1200波特，载波频率为1800Hz ；
10．2DPSK 信号相位比较法解调原理方框图及输入信号波形如图P6.1所示。画出b 、c 、d 、e 、f 各点波形。
11． 机输入信噪功率比r=10dB ，试分别计算采用同步检测2PSK 信号、极性比较－码型变换法检测2DPSK 信号时系统误码率 。 A
61005.4?×12．比较相干2PSK 系统抗噪声性能（信噪功率比为c γ，
误码率）与差分2DPSK 系统抗噪声性能（信噪功率比为ec P D γ，误码率）的
eD P
差异。在大信噪比条件下，求：
（1） 误码率相同，接收机输入信噪功率比之间关系。
A c c D γπγγ+=)ln(21
（2） 接收机输入信噪功率比相等为γ，误码率之间关系。 A ec eD P P πγ=
13．已知接收机输入平均信噪功率比dB 10=ρ，试分别计算单极性非相干4ASK 、单极性相干4ASK 、双极性相干4ASK 系统的误码率。
A 0.2641, 0.167, 0.0358
14．已知接收机输入信噪功率比r ＝10dB ，试分别计算非相干4FSK 、相干4FSK 系统的误码率。( )
A 0.01, 0.002355
15. 已知接收机输入信噪功率比r ＝10dB ，
(1) 试分别计算差分4DPSK 、相干4PSK 系统的误码率。( ) A
-33101.57 ,1054.8××?(2) 在大信噪比条件下，若误码率相同,求差分4DPSK 输入信噪功率比D γ、相干4PSK 输入信噪功率比c γ之间关系。( )
A c D γγ8.1=
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。
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”
单载波调制和多载波调制优缺点比较 大家都知道，上海交大的ADTB-T方案和清华的DMB-T方案，双方争论的焦点就是，单载波调制性能优越还是多载波调制性能优越。 因此，在这里还是有必要简单介绍一下，什么是单载波调制和多载波调制。 所谓单载波调制，就是将需要传输的数据流调制到单个载波上进行传送，如：4-QAM （QPSK、8-QAM、16-QAM、32-QAM、64-QAM、128-QAM、256- QAM 或8-VS B、16-VSB等都是单载波调制。 上海交大的ADTB-T方案选用的是单载波调制，在1999年50周年大庆试播的时候，上海交大的ADTB-T方案采用的是8-VSB数字调制，到后来才改为16- QAM 数字调制。 QAM 调制也叫正交幅度调制，简称正交调幅；因为正交调幅有很多种调制模式，如上面列出的就有7 种，一般记为n-QAM，n 表示各种调制映射到星座图上的模数。模数越低，调制和解调电路就越简单，但传输的码率也相应降低，例如：4-QAM的码率为2bit/S，而16-QAM的码率为4bit/S。一般，信号传输条件越差，选择的模式就越低，例如： 卫星通信只能选择QPSK而有线电视可选64-QAM和128-QAM，甚至256- QAM;对于地面电视广播，信号发送一般选8-QAM、16-QAM、32-QAM，最高只能选到64-QAM。 正交调幅就是把一序列需要传送的数字信号（ 2 进制码）分成两组，并分别对两组数字信号进行幅度编码，使之变成幅度不同的调制信号，即I 信号和Q 信号，然后用I 信号和Q 信号分别对两个频率相同，但相位正好相差的两个载波进行调幅，最后再把两路调制过的信号合成在一起进行传送。由于在调制之前已经对输入信号进行过幅度编码，因此，这种调制也称为正交数字幅度调制。 我国的HDTV如选用MPGE-2编码，最高传送码率大约为20Mbit/S，如果选用16-QAM 调制模式，其频谱利用率是每赫芝传送4 位数据，即码率为4bit/S。由此可知其载波最咼频率约为6MHz,经咼频调制后米用残留边带发送，其载频带宽大约
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。
万方数据
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三电平H桥级联逆变器载波移相脉宽调制方式 作者：姚文熙， 吕征宇， 胡海兵， YAO Wen-xi， LU Zheng-yu， HU Hai-bing 作者单位：浙江大学电力电子国家专业实验室,浙江,杭州310027 刊名： 浙江大学学报（工学版） 英文刊名：JOURNAL OF ZHEJIANG UNIVERSITY(ENGINEERING SCIENCE) 年，卷(期)：2008,42(8) 参考文献(8条) 1.陈远华;刘文华;宋强基于FPGA的级联逆变器直接PWM发生器[期刊论文]-电力系统自动化 2006(09) 2.桂红云;姚文熙;吕征宇DSP空间矢量控制三电平逆变器的研究[期刊论文]-电力系统自动化 2004(11) 3.MCGRATH B P;HOLMES D G A comparison of multicarrier PWM strategies for cascaded and neutral point clamped multilevel inverters 2000 https://www.doczj.com/doc/ab18644115.html,I Jih-sheng;PENG Fang-cheng Multilevel convertersa new breed of power converters[外文期刊] 1996(03) 5.王碧芳;宫金武;胡伟级联型多电平逆变器的改进PWM控制方法[期刊论文]-电力系统自动化 2006(07) 6.宋强;刘文华;陈远华多电平载波调制与空间矢量调制的等效关系[期刊论文]-电力系统自动化 2004(19) 7.吴洪洋;何湘宁多电平载波PWM法与SVPWM法之间的本质联系及其应用[期刊论文]-中国电机工程学报 2002(05) 8.TOLBERT L M;HABETLER T G Novel multilevel inverter carrier-based PWM method[外文期刊] 1999(05) 本文链接：https://www.doczj.com/doc/ab18644115.html,/Periodical_zjdxxb-gx200808009.aspx
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
什么是单载波调制和多载波调制 大家都知道，上海交大的ADTB-T方案和清华的DMB-T方案，双方争论的焦点就是，单载波调制性能优越还是多载波调制性能优越。因此，在这里还是有必要简单介绍一下，什么是单载波调制和多载波调制。 所谓单载波调制，就是将需要传输的数据流调制到单个载波上进行传送，如：4-QAM （QPSK）、8-QAM、16-QAM、32-QAM、64-QAM、128-QAM、256-QAM或8-VSB、16-VSB等都是单载波调制。 上海交大的ADTB-T方案选用的是单载波调制，在1999年50周年大庆试播的时候，上海交大的ADTB-T方案采用的是8-VSB数字调制，到后来才改为16-QAM数字调制。 QAM调制也叫正交幅度调制，简称正交调幅；因为正交调幅有很多种调制模式，如上面列出的就有7种，一般记为n-QAM，n表示各种调制映射到星座图上的模数。模数越低，调制和解调电路就越简单，但传输的码率也相应降低，例如：4-QAM的码率为2bit/S，而16-QAM 的码率为4bit/S。一般，信号传输条件越差，选择的模式就越低，例如：卫星通信只能选择QPSK，而有线电视可选64-QAM和128-QAM，甚至256-QAM；对于地面电视广播，信号发送一般选8-QAM、16-QAM、32-QAM，最高只能选到64-QAM。 正交调幅就是把一序列需要传送的数字信号（2进制码）分成两组，并分别对两组数字信号进行幅度编码，使之变成幅度不同的调制信号，即I信号和Q信号，然后用I信号和Q 信号分别对两个频率相同，但相位正好相差的两个载波进行调幅，最后再把两路调制过的信号合成在一起进行传送。由于在调制之前已经对输入信号进行过幅度编码，因此，这种调制也称为正交数字幅度调制。
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，
SCPC单路单载波 single channel per carrier, 信号传输的一种方式。其工作方式为，每一路基带信号对一个载波进行调制，调制后的信号再进行合路传输。这样，每载波只携带一路基带信号。由于载波频率可随意变化，因此该方式适合用于频率资源按需分配的通信体制中。单路单载波(SCPC)是频分多址(FDMA)的一种，即每一话路使用一个载波。信道的按需分配方式(DAMA)是指所有的信道归各站所公有，信道的分配是根据各地面站提出的申请而临时决定。SCPC／DAMA因为是在每一载波上只传输一路话（或相当于一路话的报或数据业务），当没有话音信号时，可以利用话音开关，关闭所有载波，有话音信号时才发射载波，从而可以大大节约卫星功率。：又由于DAMA可以提高信道利用率，使用比较灵活。所以，在每站的通信容量较小，通信地址数较多的移动卫星通信系统中，使用这种方式是非常有利的。但是，这种SCPC ／DAMA方式有一个重要缺点是产生互调干扰。产生互调干扰的主要原因是：卫星转发器的行波管放大器在同时放大多个不同频率的信号时，由于它的输入输出特性的非线性，使输出信号中出现各种组合频率成分。这种现象不但影响了通信质量，而且浪费了卫星的功率。为了避开这些干扰频率，有些频带便不得不禁止使用，因而又造成了卫星频带的浪
费。另外，如果被放大的各个载波信号强度不同时，还会发生强信号抑制弱信号的现象，使弱信号大大削弱，以致无法为对方地面站所接收。由此可见，为了有利于发射功率不同的大小站兼容，需要确定出系统的最佳或准最佳信道分配方案。卫星通信是利用通信卫星作中继站的通信。卫星通信的特点是：通信距离远，费用和通信距离无关；覆盖面积大、不受地理限制；通信频带宽、传输容量大，适于多种传输业务；可进行多址通信；通信线路稳定可靠；既可为固定终端提供通信，又可为车载、船载、机载移动终端以及个人终端提供通信；时延较大,一般单程端—星—端的时延约为 270ms。 卫星通信系统中，信道速率可以灵活地配置，这一特点特别适合于Internet网络远端站的运行。远端站和中心网络之间的数据流量可以是不对称的，多数情况下远端站发给中心网络的数据量小于中心网络发给远端站的数据量，呈现出远端站下载量突发和流量大的特点，需要大的数据下载带宽。如果按照远端站下载带宽需求对称地配置信道，则远端站至中心网络方向上的带宽虽然性能更好，但大量的空闲率使得相对成本升高，从而信道的性能价格比不够优化。卫星信道的灵活配置很好地解决了这一问题，可以提供灵活的、符合业务需要的带宽配置，如128Kb/s上载（远端站至中心）/256Kb/s 下载（中心至远端站）、256Kb/s上载/512Kb/s下载等配置。
数字通信中的数据传输速率、波特率、符号率计算在数字通信中的数据传输速率与调制速率是两个容易混淆的概念。 数据传输速率（又称码率、比特率或数据带宽）描述通信中每秒传送数据代码的比特数，单位是bps。 当要将数据进行远距离传送时，往往是将数据通过调制解调技术进行传送的，即将数据信号先调制在载波上传送，如QPSK、各种QAM调制等，在接收端再通过解调得到数据信号。 数据信号在对载波调制过程中会使载波的各种参数产生变化（幅度变化、相位变化、频率变化、载波的有或无等，视调制方式而定），波特率是描述数据信号对模拟载波调制过程中，载波每秒中变化的数值，又称为调制速率，波特率又称符号率。 在数据调制中，数据是由符号组成的，随着采用的调制技术的不同，调制符号所映射的比特数也不同。 符号又称单位码元，它是一个单元传送周期内的数据信息。 如果一个单位码元对应二个比特数（一个二进制数有两种状态0和1，所以为二个比特）的数据信息，那么符号率等于比特率；如果一个单位码元对应多个比特数的数据信息（m个），则称单位码元为多进制码元。 此时比特率与符号率的关系是： 比特率=符号率*log2 m,比如QPSK调制是四相位码，它的一个单位码元对应四个比特数据信息，即m=4，则比特率=2*符号率，这里“log2 m”又称为频带利用率,单位是： bps/hz。 另外已调信号传输时，符号率（SR）和传输带宽（BW）的关系是： BW=SR（1+α），α是低通滤波器的滚降系数，当它的取值为0时，频带利用率最高，占用的带宽最小，但由于波形拖尾振荡起伏大(如图5-15b),容易造成
码间干扰；当它的取值为1时，带外特性呈平坦特性，占用的带宽最大是为0时的两倍；由此可见,提高频带利用率与"拖尾"收敛相互矛盾，为此它的取值一般不小于 0.1 5。 例如，在数字电视系统，当α= 0.16时，一个模拟频道的带宽为8M，那么其符号率=8/（1+ 0.16）= 6.896Ms/s。 如果采用64QAM调制方式，那么其比特率= 6.896*log2 64= 6.896*6= 41.376Mbps。
基于SPWM控制信号实现载波移相多电平技术随着电力电子技术和电力半导体技术的迅速发展，中压大功率传动设备不仅提高了资源的利用率，同时还降低了生产的成本，虽然其电路的拓扑结构和控制技术已经比较成熟，但多电平技术的研究仍备受大家的关注。多电平技术避免了器件的直接串联，具有输出电压高，谐波含量低，电压变化率小，开关频率低等优点。多电平技术实现的关键在于如何实现大量的SPWM控制信号。 1 引言 SPWM法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。前面提到的采样控制理论中的一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。 2 总体设计方案 2.1单元串联多电平变频器拓扑结构介绍 单元串联多电平变频器的拓扑结构简单，易于模块化，可以根据系统对输出电压、电平数的要求确定功率单元的级数。如图1所示， 七电平H桥串联逆变器拓扑结构图，其单相电压是由三个功率单元组成，每个功率单元均为H桥逆变电路结构，输出端依次串联在一起，并利用SPWM信号控制功率单元中开关器件的通与断。 2.2载波移相控制理论 一般来说，N电平的逆变器调制，需要N-1个三角载波。移相载波调制法中，所有三角波均具有相同的频率和幅值，但是任意两个相邻载波的相位要有一定的相移，其值为
(1) 通过调制波和载波的比较，可以产生所需要的开关器件的驱动信号。 但在数字化实现中，载波移相法一般不是由一个调制波和一组经过相移的载波比较生成，而是由调制波和一个载波进行比较之后，再进行一定的延时得到各个功率单元的SPWM 控制信号。 采用DSP+CPLD来完成多路SPWM控制信号的实现。其中由DSP控制器实现单相电压中的第一级功率单元两桥臂控制信号，并由CPLD来实现对这两路控制信号的移相延时，进而实现单相电压中各个功率单元的SPWM控制信号。系统原理框图如下图2所示 3 DSP控制部分 DSP控制部分主要任务是实现单相电压中第一级功率单元的两路控制信号。如图3所示，这两路控制信号分别控制左桥臂Q1和右桥臂Q3两开关器件的通与断，Q2和Q4控制信号分别为Q1和Q3信号的互补信号，Q1和Q2、Q3和Q4信号间需要增加一定的死区延时时间。
二 单载波频域均衡技术 2.1 单载波频域均衡系统简介 在对抗多径衰落信道方面，基本的传输技术可以分为多载波和单载波两大类。在多载波传输技术中，最具代表性的是OFDM 技术，它通过IFFT 变换将原始的数据符号调制到正交的子载波上；在单载波传输技术中，需要在接收端采用均衡器来补偿码间串扰，均衡可以采用传统的时域滤波器，也可以在频域进行，相应的系统分别成为单载波时域均衡系统(SC —TDE)和单载波频域均衡系统(SC —FDE)。单载波频域均衡系统结合了OFDM 系统和单载波时域均衡系统的优点，在复杂度和性能的折衷方面优于后两者。 单载波频域均衡系统框图如图15所示。 图15 单载波频域系统框图 在发射端，信源产生的比特流()d n 经过调制得到符号序列()x n 后，首先经过分块操作成长度为N 的数据块0121(),(),(),...,()N x n x n x n x n -，其中 ()(),01k x n x Nn k k N =+≤≤- （67） 将每个快的最后g N 个符号拷贝到块首作为循环前缀，得到长度为b g N N N =+的数据块，构成发射符号序列()s n ，通过多径衰落信道()h n 和噪声方差2σ的AWGN 信道()v n 到达接收端。 在接收端，接收到的信号()r n 分成长度为b N 的数据块011(),(),...,()N r n r n r n -，其中()(),01k b b r n r N n k k N =+≤≤-。然后对每个酷爱进行删除循环前缀的操作，得到()y n 。使用N 点FFT 将信号变换到频域中，得到频域序列()Y n 。在频域经 过均衡处理后的序列?()X n ，再通过N 点IFFT 操作变换回时域序列?()x n ，在时
1引言 随着电力电子技术和电力半导体技术的迅速发展，中压大功率传动设备在石油化工、矿山开采、轧钢和冶金、运输等领域得到了广泛的应用，不仅提高了资源的利用率，同时还降低了生产的成本，其中变频器扮演着重要的角色。虽然其电路的拓扑结构和控制技术已经比较成熟，但多电平技术的研究仍备受大家的关注。多电平技术避免了器件的直接串联，具有输出电压高，谐波含量低，电压变化率小，开关频率低等优点。多电平技术实现的关键在于如何实现大量的SPWM 控制信号。本文针对这个问题进行研究和探讨，利用DSP和CPLD两大控制器来实现多电平SPWM，并最终给出实测波形图。 2总体设计方案 2.1单元串联多电平变频器拓扑结构介绍 单元串联多电平变频器的拓扑结构简单，易于模块化，可以根据系统对输出电压、电平数的要求确定功率单元的级数。如图1所示，七电平H桥串联逆变器拓扑结构图，其单相电压是由三个功率单元组成，每个功率单元均为H桥逆变电路结构，输出端依次串联在一起，并利用SPWM信号控制功率单元中开关器件的通与断（即控制功率单元的输出），最终实现多电平电压的叠加输出。 2.2载波移相控制理论
一般来说，N电平的逆变器调制，需要N-1个三角载波。移相载波调制法中，所有三角波均具有相同的频率和幅值，但是任意两个相邻载波的相位要有一定的相移，其值为 （1） 调制信号通常为幅值和频率都可调节的三相正弦信号。通过调制波和载波的比较，可以产生所需要的开关器件的驱动信号[1]。 但在数字化实现中，载波移相法一般不是由一个调制波和一组经过相移的载波比较生成，而是由调制波和一个载波进行比较之后，再进行一定的延时得到各个功率单元的SPWM控制信号。在本系统中采用此种方法来实现多路SPWM的控制信号。 根据对以上概念的理解和分析，在本系统中，采用DSP+CPLD来完成多路SPWM 控制信号的实现。其中由DSP控制器实现单相电压中的第一级功率单元两桥臂控制信号，并由CPLD来实现对这两路控制信号的移相延时，进而实现单相电压中各个功率单元的SPWM控制信号（即移相后信号）。系统原理框图如下图2所示： 3DSP控制部分
SC-FDMA（Single-carrier Frequency-Division Multiple Access，单载波分频多工），是LTE的上行链路的主流多址，SC-FDMA是一种单载波调制方式，基本的处理方法可分DFT-S-GMC和DFT-S-OFDM．其中3GPP标准中规定采用DFT-S-OFDM方式．即DFT扩展的OFDM方式．这种方式将每个载波能量分配到每个时隙巾。可有效的降低峰值平均功率比，SC-FDMA的基本形式可以看作与QAM 调制等价，它每次发送一个符号的工作方式与时分多址（TDMA）系统（如GSM）类似。 SC-FDMA和0FDMA的相似之处包括．基于数据库的数据调制和处理．传输带宽到窄带的分集方式，信道的频域均衡处理和CP的用法。二者在接收端的不同的检测处理和不同点符号调制方式．SC-FDMA在进行检测处理之前要经过一个lDFD的过程。0FDMA并行同步传输数据符号．而SC-FDMA 的每个符号要先成若干个小的数据块。然后再和其他符号构成的数据块按一定的顺序组合。 SC-FDMA是单波载（Single-carrier），与OFDMA相比之下具有的较低的PAPR（峰值/平均功率比，peak-to-average power ratio），比多载波的PAPR低1-3dB 左右（PAPR是由于多载波在频域叠加引起）。更低的PAPR 可以使行动终端（mobile terminal）在发送功效方面得到更大的好处，并进而延长电池使用时间。SC-FDMA具有单载波
的低PAPR和多载波的强韧性的两大优势。因此，FDD及TDD模式的LTE上行链路传输架构是根据具有循环码的SC-FDMA
单载波调制和OFDM调制 单载波的调制： 单载波的调制就是采用一个信号载波传送所有的数据信号。无线信道的多路径散射会造成相邻符号之间的干扰，就是我们常说的符号间干扰（ISI）。如果这一信号使有用信号恶化，影响到射频信号的正确解调，那么有两种方法来解决： 一种是在接收机端采用均衡器来消除ISI干扰，可以达到接近OFDM调制的误码率。 另一种是采用分集天线的方式可以有效地消除这种干扰，即采用两个不同方向的天线来进行接收。对于3.5G的频段，在城市的覆盖区中，不同天线接收的信号必须将延迟均方根值速度限制在1us或者更少，尽量减少延迟速度大于10us的信号的比例。对于这些延迟速度的值，本地时间均衡器提供一个简单的解决方法。按照这种方式，单载波系统能够与OFDM调制方式提供相同的误码率。 时分单载波处理系统提供很大的灵活性，因为发射的数据包能被动态调整到恰当的长度，而最小数据包的长度上没有限制。如果需要，很小长度的数据包都能够被处理，如短的确认信号等。这种方式相对于以数据块交换的系统如OFDM有着更高的传输效率和更低传输延迟的优点。 单载波调制的其它关键优势： 单载波避免了多载波系统的在各相位相同时的最大瞬时电功率与平均电功率的比值（PAPR）很大的问题，这样在设计中可以采用更经济高效的功率放大器，技术更成熟，系统的稳定性更高。 单载波系统对频率偏移和相位噪声要求相对于OFDM系统要低得多。 对于突发的点对多点的通信系统，单载波的调制方式能够使频率和时间同步设计变得更加简单，同时提高了系统的稳定性。 OFDM 调制： OFDM调制方式是一种多载波调制方式，这种方式将一个载波分为许多个带宽较窄的次载波，这些次载波相互正交，采用快速傅立叶变换将这些次载波信号进行编码。 次载波频分器将信号反转，使之正交，对于n个次载波，每一个次载波的符号速率被载波调制器分为整个符号速率的1/n，这使得调制后符号速率长于多经延迟从而减少符号间干扰（ISI）。但是还是需要均衡器来纠正次载波的相位和增益。OFDM系统的复杂性在于同时发射端和接收端进行傅立叶变换。 OFDM调制并不能增加信号电平
孙奎，吴凤江，孙力 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，哈尔滨（150001） E-mail: sunkui1040610411@https://www.doczj.com/doc/ab18644115.html, 摘要：在研究了基于载波移相的SPWM(CPS-SPWM)原理的基础上，设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的CPS-SPWM波形发生器。介绍了基于FPGA的波形发生器的基本原理、系统构成及实现方法。该波形发生器接收由DSP写入的频率及幅值给定，从而产生频率、幅值可调的三相多电平SPWM波形，以满足交流电机变频调速的需要。通过优化设计，节省了芯片资源，同时具有扩展性好，可靠性高等优点。实验结果验证了所设计波形发生器及其设计思想的正确性与可行性。 关键词：现场可编程门阵列；载波移相；多电平逆变；SPWM发生器 中图分类号：TM464 1. 引言 作为提高电压等级、减少谐波、改善电源质量的有效方法，基于载波移相的多电平SPWM 技术在高压大功率场合的应用受到了广泛的关注[1]。随着SPWM技术的发展、改进，其实现途径也在不断的发展、演化。从专用集成芯片、单片机、数字信号处理器（DSP）到DSP和FPGA的联合使用等。各种正弦脉宽调制技术的实现方法及途径相继提出。同时也对其控制芯片提出了更高的要求。传统的控制芯片已经不能满足发展的需要，特别是对于基于载波移相的多路SPWM技术，由单片机或DSP来产生多路SPWM信号最多只能输出12路，不能满足要求。 FPGA的集成度很高，其器件密度从数万门到数千万门不等，可以完成及其复杂的时序与组合逻辑电路功能，同时具有现场可编程、开发周期短、可移植、通用性强、易扩展等特点[2]。在级联型多电平SPWM的实现方面具有其他器件所无法比拟的独特的优势。本文阐述了基于FPGA的多路SPWM发生器设计方法。同时设计了一个基于FPGA的适用于三相五电平逆变器的SPWM发生器，开关调制策略采用载波相移SPWM技术(CPS-SPWM)[3]，并通过实验验证了上面设计的可行性与正确性。 2. 载波移相SPWM原理 载波相移SPWM技术是一种优秀的开关调制策略，适用于大功率组合逆变器和级联型多电平逆变器。载波相移SPWM技术的基本原理(如图1所示)是用同一调制波与N个相位均匀移动的三角载波分别进行二逻辑SPWM，得到N个二逻辑SPWM波形，这些波形叠加起来构成一个2N+1逻辑的CPS-SPWM波形。这个2N+1逻辑的CPS-SPWM波形的等效采样频率是任意一个二逻辑SPWM的采样频率Cω的N倍，即NCω。因而CPS-SPWM能够在较低的开关频率下实现较高等效开关频率的效果[4,5]。同时阶梯式多电平输出电压波形更接近正弦，在不提高各功率开关器件开关频率的情况下大大减小了输出谐波,显著改善了输出波形质量。
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.
4 CPS-PWM的DSP实现 TMS320F2812是高速DSP芯片，利用内置的两个EV事件管理器模块中的6个完全比较单元和通用定时器1和3，可以方便地产生12路带有可编程死区和输出极性的PWM波。EVA及EVB事件管理器属于DSP芯片的外部模块，占用CPU的时间少，编程方便灵活。 实现不对称规则采样的PWM信号输出，需共同使用EVA事件管理器的定时器T1周期中断和T1下溢中断（对EVB而言为定时器T3周期中断和T3下溢中断）。T1周期中断程序计算载波顶点脉宽数据，并重新装载完全比较寄存器CMPRx的值（x=1,2,3对于EVB为CMPRy且y=4,5,6）；T1下溢中断程序计算载波底点脉宽数据，并重新装载完全比较寄存器CMPRx的值。一个载波周期内PWM脉宽由T1周期中断和T1下溢中断顺序配合完成。 2812芯片上6个完全比较单元只受两个独立的定时器控制，只能产生2列独立的载波；设置定时器T1和T3不同的计时初始值，可输出两列载波相位相差0~T c/2的PWM信号。通过CPS-PWM调制的对称优化，即用调制波反相的PWM信号可代替载波移相T c/2的PWM信号，可实现单相5电平输出[5]。调制波反相只需将上述脉宽公式中调制度M前的加法运算改为减法运算便可。 为实现单相7电平以上的CPS-PWM输出，解决单片2812硬件产生CPS-PWM信号不足的困难，本文采用了一种基于软件计算的CPS-PWM生成法。其基本思路是在事件管理器生成的各列PWM信号中，根据扩展的需要选择参考信号，进行插值计算，由2812CPU子程序生成新的CPS-PWM信号。 以实现单相7电平所需的6列PWM信号为例，先设定2812硬件生成4列PWM1、PWM3、PWM7、PWM9信号（对应的互补信号为PWM2、PWM4、PWM8、PWM10）。PWM1载波相位超前PWM3的载波相位T c/2，PWM7载波相位超前PWM9的载波相位T c/2，PWM1载波相位超前PWM7的载波相位T c/6。主程序中初始化GPIO时，将空闲的PWM5、PWM6、PWM11及PWM12预设为通用输出管脚，T1PWM、T2PWM、T3PWM和T4PWM预设为通用输入管脚。选择PWM7、PWM9信号作为参考信号，连接管脚PWM7到T1PWM，PWM9到T3PWM，由2812CPU子程序生成对应滞后移相T c/6的PWM5、PWM11信号（对应的互补信号为PWM6、PWM12）。 主程序中需调用2812CpuTimer0定时器的TINT0中断，事件管理器T1、T3的周期中断 T1PINT、T3PINT及下溢中断T1UFINT、T3UFINT。在TINT0中断程序中生成软件PWM信号；周期中断T1PINT、T3PINT和下溢中断T1UFINT、T3UFINT，除执行硬件生成PWM所需功能外，还提前计算PWM5、PWM11对应的脉宽数据。 TINT0中断程序简略流程图如图3，图中仅画出生成PWM5信号的流程。T0Counter为中断计数变量，Stamp5H为PWM5高电平计时变量，Stamp5L为PWM5低电平计时变量。程序中检测T1PWM管脚高低电平值，当T1PWM管脚由低电平翻转为高电平时，将当时的 T0Counter值赋给Stamp5H；当T1PWM管脚由高电平翻转为低电平时，将当时的T0Counter 值赋给Stamp5L。
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