26-1 多进制振幅键控

本科毕业设计（论文）题目多进制数字信号调制系统设计学生姓名XX 学号0907050208教学院系电气信息学院专业年级通信工程2009级指导教师汪敏职称讲师单位西南石油大学辅导教师职称单位完成日期2013 年 6 月9 日Southwest Petroleum UniversityGraduation ThesisSystem Design of M-ary Digital Signal ModulationGrade: 2009Name:Liu ShaSpeciality: Telecommunications EngineeringInstructor: Wang MinSchool of Electrical Engineering and Information摘要由于数字通信系统的实际信道大多数具有带通特性，所以必须用数字基带信号对载波进行数字调制。

也因此，数字调制方法成为了当今的热点研究对象，其中最常用的一种是键控法。

在带通二进制键控系统中,每个码元只能传输1比特的信息，其频带利用率不高,而频率资源又是极其宝贵的，为了能提高频带利用率,最有效的办法是使一个码元能够传输多个比特的信息，这就是本文主要研究的多进制数字调制系统，包括多进制数字振幅调制(MASK)、多进制数字频率调制(MFSK)和多进制数字相位调制(MPSK)。

多进制键控系统可以看作是二进制键控系统的推广，可以大大提高频带利用率，而且因其抗干扰性能强、误码性能好，能更好的满足未来通信的高要求，所以研究多进制数字调制系统是很有必要的。

本文通过对多进制数字调制系统的研究，采用基于EP2C35F672C8芯片，运用VHDL硬件描述语言，完成了多功能调制器的模块化设计。

首先实现多进制数字振幅调制(MASK)、多进制数字频率调制(MFSK)和多进制数字相位调制(MPSK) 的设计，将时钟信号通过m序列发生器后产生随机的二进制序列，再通过串/并转换器转换成并行的多进制基带信号；其次分别实现数字调制模块2-M电平变换器、分频器以及四相载波发生器的设计；最后在顶层文件中调用并结合四选一多路选择器，从而完成多功能调制器的设计。

1.引言软件无线电(So ftware Radio )是Joe M ito la 于1992年在美国电信系统会议上首次明确提出的概念.其基本思想是:构造一个通用的、具有开放性、标准化,模块化的可编程硬件平台,通过加载相应的软件模块来实现对应的电台功能.多模式调制解调理论是实现软件无线电台多模式工作的关键理论。

2.信号空间映射调制是把信源信息变成适合信道传输的模拟波形的过程.信源信息称为调制信号,调制后的波形称为已调信号。

已调信号经过信道到达接收端,解调即为从接收信号中恢复出传送的信息。

这个过程可以放入信号空间去描述。

2.1信号空间信号可以看作是信号空间中的点,它可以表示为空间的一组正交基的线性组合。

调制解调可被看作是信号从一个信号空间到另一个信号空间的变换过程,根据正交展开和映射原理,软件无线电多模式调制解调通用结构得以实现。

2.2已调信号空间的正交分解与矢量表示经过载波调制的已调信号是一种带通型信号,它可表示为S(t)=a(t)cos(ωc t+θ(t))=I(t)cos ωc t-Q(t)sincos ωc t 其中,I(t)=a(t)co s(θ(t)),Q(t)=a(t)sin(θ(t))分别称为信号S(t)的同相分量和正交分量。

利用I (t)和Q (t),可得到信号的瞬时幅度a (t)=I 2(t)+Q2(t)!,瞬时相位θ(t)=tan -1[Q(t)/I(t)]。

信号的瞬时频率θ’(t)。

信号中的所有信息都可由I(t)和Q(t)运算得到。

选择co s ωc t 和sin ωc t 作为正交基,可以张成二维信号空间,已调信号可表示为s(t)=I(t)cos ωc -Q(t)sin co s ωct,那么已调信号s(t)就对应二维矢量s=(I(t),Q(t))。

3.信号调制传统的信号调制的定义是基于调制信号来改变载波的幅度、频率、相位等参数,若从信号空间映射的角度来定义信号的调制解调,则容易构建出软件无线电多模式调制解调的统一结构.用m(t)表示信源调制信号,信号调制可分解为两个过程:由信源信号获得信号的同相分量I(t)与正交分量Q(t),此过程称为基带调制。

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多进制相移键控
多进制相移键控（MSK）是一种数字调制技术，它在每个符号间隔中将相位偏移为1个4分之π。

在多进制相移键控中，通过改变相位来表示数据。

常见的多进制相移键控包括二进制相移键控（BPSK）、四进制相移键控（QPSK）和八进制相移键控（8PSK）等。

多进制相移键控是一种高效的调制技术，可以在有限的频谱带宽内传输更多的信息。

它具有较高的抗噪声性能和较低的误比特率。

同时，多进制相移键控还可以很好地适应移动通信等复杂信道环境。

多进制相移键控在许多通信系统中广泛应用，如蜂窝移动通信系统、卫星通信系统和无线局域网等。

它是现代数字通信领域中一种重要的调制技术。

1。

一、填空题1. 信源编码的两大任务为__提高信息传输效率_和__完成A/D转换__。

2.为使基带脉冲传输获得足够小的误码率，必须最大限度地减小码间干扰和随机噪声干扰的影响。

3.对于点对点之间的通信，按信息传送的方向和时间关系，通信方式可以分为__单工通信__,__半双工通信__和__全双工通信___4.在香农公式中，一个连续信道的信道容量受“三要素”限制，这三要素是__带宽__,___信号功率__,___噪声功率谱密度__5.离散信道又称编码信道，其模型可用转移概率来表示，而连续信道的信道模型用时变网路来表示。

6.滚降系数是Δf超出奈奎斯特带宽扩展量与f N奈奎斯特带宽的比值。

7.最常见多路复用方法有__频分__、___码分__和___时分__。

8.非均匀量化方法之一是采用压缩扩张技术，其压缩形式均为__对数压缩__形式，实际方法A律为__13折线__，μ律为__15折线__。

9．衡量数字通信系统性能指标是传输速率(有效性)和__差错率(可靠性)_两项指标。

10．八进制数字信号信息传输速率为600b/s，其码元速率为__200b/s__，若传送1小时后，接收到12个错误码元，其误码率为 1.67*10^-5。

12．在香农公式中，一个连续信道的信道容量受“三要素”限制，这三要素是_带宽_,__信号功率_,_噪声功率谱密度_。

13．一个均值为零的平稳高斯窄带噪声，它的包络一维分布服从__瑞利分布__ ，相位一维分布服从__均匀分布__。

14．最常见的二进制数字调制方式有2ASK(二进制振幅键控)、_2FSK(二进制频移键控)_和_2PSK(二进制相移键控)_。

15．模拟信号转变为数字信号需要经过以下三个过程：__采样_ 、__量化__ 和 ___编码__。

16．PCM30/32制式中一复帧包含有__16__帧，而每一帧又包含有__32__个路时隙，每一路时隙包含有__8__个位时隙。

17．码组（0011010）的码重为____3___ ，与码组（0100100）之间的码距为____5___ 。

《通信原理》实验报告实验七: 振幅键控（ASK)调制与解调实验实验九：移相键控（PＳＫ/DPＳK）调制与解调实验系别：信息科学与技术系专业班级：电信０9０2学生姓名：同组学生:成绩：指导教师：惠龙飞（实验时间：２０11年１2月1日——201１年12月1日)华中科技大学武昌分校ﻬ实验七振幅键控（ASK）调制与解调实验一、实验目的1、掌握用键控法产生AＳK信号的方法。

2、掌握ＡSK非相干解调的原理。

一、实验器材1、 信号源模块一块 2、 ③号模块一块 3、 ④号模块一块 4、 ⑦号模块一块 5、 ２0M双踪示波器一台 6、 连接线若干二、基本原理调制信号为二进制序列时的数字频带调制称为二进制数字调制。

由于被调载波有幅度、频率、相位三个独立的可控参量，当用二进制信号分别调制这三种参量时，就形成了二进制振幅键控(2AS Ｋ)、二进制移频键控（2FSK)、二进制移相键控(２PS Ｋ）三种最基本的数字频带调制信号,而每种调制信号的受控参量只有两种离散变换状态。

1、 ２ASK 调制原理。

在振幅键控中载波幅度是随着基带信号的变化而变化的。

使载波在二进制基带信号1或0的控制下通或断，即用载波幅度的有或无来代表信号中的“１”或“0”,这样就可以得到2AS Ｋ信号，这种二进制振幅键控方式称为通—断键控(O ＯK ）。

２ASK 信号典型的时域波形如图9-1所示，其时域数学表达式为：2()cos ASK n c S t a A t ω=⋅（9-1）式中,A 为未调载波幅度,c ω为载波角频率,n a 为符合下列关系的二进制序列的第n 个码元:⎩⎨⎧=PP a n －出现概率为出现概率为110 ﻩﻩ (９-2)综合式９-1和式9-2，令A ＝1，则2ASK 信号的一般时域表达式为：t nT t g a t S c n s n ASK ωcos )()(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑t t S c ωcos )(= ﻩ(9-3)式中，T s 为码元间隔，()g t 为持续时间 [－T s /２，T s /2］ 内任意波形形状的脉冲（分析时一般设为归一化矩形脉冲),而()S t 就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。

中南大学考试试卷2010 ~2011 学年上学期 现代通信原理 课程 时间110分钟64学时， 学分，闭卷，总分100分，占总评成绩70 %一、判断题(本题10分，每小题1分) 1、考虑一路相同话音质量的电话，传输数字电话所需要的带宽比模拟电话要少。

( × )2，2psk 系统，如果发送‘1’的比例超过50%，则最佳门限值要小于0（ × ）错 3，如果带宽趋于无穷大，则连续信道的信道容量也会趋于无穷大 （ × ） 4，移动G3的技术标准为CDMA2000。

（ √ ）错 5，存在（7，3）循环码。

（ √ ） 6，M 序列的特征多项式应该是本原多项式。

（ √ ）错 7，循环码的最小码距等于所有许用码组中的最小码重。

（ √ ） 8，2DPSK 的优点在于误码率比2PSK 小。

（ √ ）错 9，MSK 即多进制振幅键控。

（ √ ）错 10，一路PCM 语音信号需要的的传码率为64k 波特。

（ √ ）二 选择题（本题10分，每小题2分）1，一个均值为零的窄带平稳高斯过程，它的同相分量和正交分量为( D )过程。

A ，瑞利 B ，广义瑞利 C ，窄带 D 平稳高斯 2、PCM 一个帧的持续时间是( A )A ，125μsB ，250μsC ，500μsD ，1000μs 3、以下三个选项中，信息量最大的为（ C ） A ，3比特 B ， 2奈特 C ，1哈特莱4，已知x 7+1=(x+1)(x 3+x 2+1)(x 3+x+1)，则以下四个码组中哪一个不可能是（7，3）循环码的许用码组（B ）A ，0000000B ，1111111C ，0101110D ，01001115，考虑基带传输系统的系统函数为)100()100()(πωεπωεω+--=H ，则无码间干扰的最大传输速率为（ B ）B 。

A ， 50B ，100C ，150D ，200 三、填空题(本题20分，每小题2分)1,有八进制信号，码元宽度为0.1ms ，则其独立等概时的传信率为： 4103⨯ bps 。

3.4.1数字调制概述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年代以后才开始的。

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。

1．数字调制概述数字信号的载波调制是信道编码的一部分，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，因此在充分得利用现有资源的前提下，提高传输效率就是通信系统所追求的最重要指标之一。

模拟通信很难控制传输效率，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键控制载波的过程，因此数字信号的调制方式一般均为较简单的键控方式。

常用的数字调制技术有2ASK（Amplitude Shift Keying，幅移键控）、4ASK、8ASK、BIT/SK（Phase Shift Keying，相移键控）、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（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制）技术，目前数字微波中广泛使用的256QAM，其频带利用率可达8bit/s/Hz，8倍于2ASK或BIT/SK。

此外，还有可采用减小相位跳变的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。

实验五振幅键控、移频键控、移相键控调制实验一、实验目的1、掌握绝对码、相对码的概念以及它们之间的变换关系和变换方法。

2、掌握用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号的方法。

3、掌握相对码波形与2PSK信号波形之间的关系、绝对波形与2DSPK信号波形之间的关系4、掌握2ASK、2FSK、2DPSK信号的频谱特性。

二、实验内容1、观察绝对码、相对码波形。

2、观察2ASK、2FSK、2DPSK信号波形3、观察2ASK、2FSK、2DPSK信号频谱三、实验器材信号源模块数字调制模块频谱分析模块20M双踪示波器频率计四、实验原理1、2ASK调制原理在振幅键控中载波幅度是随着基带信号而变化的。

将载波在二进制基带信号1或0的控制下通或段，即用载波幅度的有无来代表信号中的“1”或“0”，这样就可以得到2ASK信号，这种二进制振幅键控方式称为通——段键控（OOK）。

2ASK 信号典型的时域波形如图所示，其时域数学表达式为S2ASK(t)=an*Acosωct则S(t)的功率谱密度表达式为PS(f)=fsP(1-P)G(f)2+fs2(1-p)2)0(G2()fς2ASK 信号的双边功率谱密度表达式为()()()[]()()[]22222222ASK )0()1(41)1(41P c c s c c s f f f f G p p f f f G f f G p p f f -++-+-++-=ςς 上式表明2ASK 信号的功率谱密度由两个部分组成：（1）由g （t ）经线性幅度调制所形成的双边带连续谱；（2）由被调载波分量确定的载频离散谱。

2ASK 信号的普零点带宽为B2PSK=(fc+Rs)-(fc-Rs)=2Rs=2/Ts2ASK 的原理框图2、2FSK 调制原理2FSK 信号时用载波频率的变化来表征被传信息上网状态的，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载波为f0时代表传0，载波为f1是代表1。