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多进制数字振幅调制(MASK)系统

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FSK信号调制与解调技术

FSK信号调制与解调技术

1 引言1.1 研究的背景与意义现代社会中人们对于通信设备的使用要求越来越高，随着无线通信技术的不断发展，人们所要处理的各种信息量呈爆炸式地增长。

传统的通信信号处理是基于冯·诺依曼计算机的串行处理方式，利用传统的冯·诺依曼式计算机来进行海量信息处理的话，以现有的技术，是不可能在短时间内完成的。

而具于并行结构的信息处理方式为提高信息的处理速度提供了一个新的解决思路。

随着人们对于通信的要求不断提高,应用领域的不断拓展，通信带宽显得越来越紧张。

人们想了很多方法，来使有限的带宽能尽可能的携带更多的信息。

但这样做会出现一个问题,即：信号调制阶数的增加可以提升传送时所携带的信息量，但在解调时其误码率也相应显著地提高。

信息量不断增加的结果可能是，解调器很难去解调出本身所传递的信息.如果在提高信息携带量的同时，能够找到一种合适的解调方式，将解调的误码率控制在允许的范围内,同时又不需要恢复原始载波信号，从而降低解调系统的复杂程度,那将是很好的。

通信技术在不断地发展，在现今的无线、有线信道中,有很多信号在同时进行着传递，相互之间都会有干扰，而强干扰信号也可能来自于其它媒介。

在军事领域，抗干扰技术的研究就更为必要。

我们需要通信设备在强干扰地环境下进行正常的通信工作.目前常用的通信调制方法有很多种,如FSK、QPSK、QAM等。

在实际的通信工程中，不同的调制制式由于自身的特点而应用于不同场合，而通信中不同的调制、解调制式就构成了不同的系统.如果按照常规的方法,每产生一种信号就需要一个硬件电路，甚至一个模块，那么要使一部发射机产生几种、几十种不同制式的通信信号，其电路就会异常复杂，体积重量都会很大。

而在接收机部分，情况也同样是如此，即对某种特定的调制信号，必须有一个特定的对应模块电路来对该信号进行解调工作。

如果发射端所发射的信号调制方式发生改变，这一解调模块就无能为力了。

实际上，随着通信技术的进步和发展,现代社会对于通信技术的要求越来越高，比如要求通信系统具有最低的成本、最高的效率,以及跨平台工作的特性，如PDA、电脑、手机使用时所要求的通用性、互连性等。

mask性能分析

mask性能分析

目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题背景和研究意义 (1)1.2课题的研究现状与发展趋势 (1)1.3文章结构 (2)第2章线性调制原理 (3)2.1调制的意义 (3)2.2MASK的调制与解调 (4)第3章仿真性能及测试 (7)3.1模式框图及参数设计 (7)3.2仿真结果图及性能分析 (7)第4章结论与展望 (13)4.1结论 (13)4.2展望 (14)致谢 .................................................... 错误！未定义书签。

参考文献 . (14)MASK性能分析与仿真摘要：随着当代通信技术的发展，数字通信正在向高速度，高保密性和高稳定性的方向发展。

在数字通信发展的过程中，新技术和新设备的测试显得尤为重要，但是仅仅是为了测试某些理论就要设计或者制造复杂且昂贵的设备是不可取的，因而用仿真软件不仅可以节约成本还可以为理论的研究提供更有参考价值的信息。

在数字通信中，比较基础的调制技术有很多，其中最简单也最容易实现的技术要属振幅调制技术了，因此很多研究都是用振幅调制技术来测试设备和验证理论的。

在实际使用中，二进制的振幅调制技术多数时候并不满足设备和理论的测设要求，因而研究多进制的振幅调制技术更具有实际意义。

本文在二进制振幅调制技术的基础上，研究分析了多进制振幅调制技术的特点和性能，并用仿真软件Systemview进行了模拟仿真，分析并验证了结果。

关键词：MASK；调制；解调Simulation of MASK Modulation and Demodulation System Abstract: With the development of the technology of communication, digital communication is becoming more fast, security and stable. In the process, the test of new theory and facility is very important. However, for the new things, designing and manufacturing the expensive and complex facility is undesirable. So the simulation software is more available.In the digital communication, the simplest technology is ASK modulation technology. As the result, many tests use the ASK technology. While in the fact, the binary ASK modulation did not meet the demand of multi-system. Then the MASK modulation is more important. On the basis of 2ASK modulation simulation, this article discussed the nature and characteristic of the MASK modulation with the Systemview.Keywords: MASK; modulation; demodulation第1章绪论1.1课题背景和研究意义二进制幅度键控（2ASK）方式是数字调制方式中出现最早，也是最简单的一种方法。

现代通信技术-多进制数字调幅(MASK)

现代通信技术-多进制数字调幅(MASK)

03. 多进制数字幅度调制（MASK）
多进制数字幅度调制（MASK）又称为多电平调制，它是二进制数字
幅度调制方式的推广。 多进制幅度调制信号的载波振幅有多种取值，在一个码元期间内， 发送其中的一种幅度的载波信号。
03.多进制数字幅度调制（MASK）
多进制数字幅度调制波多进制数字幅度调制（MASK）
MASK系统的误码性能 相干解调时M进制数字幅度调制系统总的误码率为
可以看出，为了得到相同的误码率Pe，所需的信噪比r随电平数M增加而 增大。例如，四电平系统比二电平系统信噪比需要增大约7dB（5倍）。 多进制幅度调制是一种高效的调制方式，但抗干扰能力较差，因而一般 只适宜在恒参信道中使用，如有线信道。
MASK信号的频谱、带宽及频带利用率

MASK信号的功率谱是这M-1个2ASK信号的功率谱之和，因而具有与2ASK功 率谱相似的形式。
显然，就MASK信号的带宽而言，与其分解的任意一个2ASK信号的带宽是 相同的，可表示为 BMASK=2fb，
其中fb =1/Tb是多进制码元速率。
03.多进制数字幅度调制（MASK）
谢谢
多进制数字调幅
目录
01
02 03
多进制调制的概念
多进制调制的特点 多进制数字幅度调制
01.多进制调制的概念
所谓多进制数字调制，就是利用多进制数字基带信号去调制高频载波的 某个参量，如幅度、频率或相位的过程。
根据被调参量的不同，多进制数字调制可分为多进制幅度键控（MASK）、 多进制频移键控（MFSK）以及多进制相移键控（MPSK或MDPSK）。
02. 多进制调制的特点
由于多进制数字已调信号的被调参数在一个码元间隔内有多个取值，因此， 与二进制数字调制相比，多进制数字调制有以下几个特点： 在码元速率（传码率）相同条件下，可以提高信息速率（传信 率），使系统频带利用率增大。 码元速率相同时，M进制数传系统的信息速率是二进制的M倍。在实际应用 中，通常取M为大于1的正整数。 在信息速率相同条件下，可以降低码元速率，以提高传输的可靠性。 信息速率相同时，M进制的码元宽度是二进制的M倍，这样可以增加每个码 元的能量，并能减小码间串扰影响等。

通信原理期末考试重要知识点2

通信原理期末考试重要知识点2

多进制数字调制系统多进制数字调制具有以下两个特点：（1）在相同的码元传输速率下，多进制数字调制系统的信息传输速率比二进制高。

Rb=RB2 bit/sRb=logN bit/s(2) 在相同的信息传输速率下，多进制数字调制系统的码元传输速率比二进制低，, BN＜B2可增加码元的能量,减小干扰的影响。

1. 多进制数字振幅调制(MASK)(1)多进制数字振幅调制的原理。

——多进制数字振幅调制又称多电平调制。

*MASK表示式: (波形)eASK=bn=P1+P2+……..PM=1(2) 系统的带宽: BASK =(3)单位频带内有超过2bit/s.Hz的信息传输速率。

2. 进制数字频率调制(MFSK)(1)多进制数字频率调制的原理——MFSK调制简称多频制,是二进制数字频率键控方式的直接推广。

(2) 一个多频制系统的组成方框如图:●带通滤波器的中心频率就是多个载频的频率。

●抽样判决器-----在给定时刻上比较各包络。

(3) MFSK系统带宽:BFSK=|fM-fl|+ΔfΔf单个码元宽度。

3. 多进制数字相位调制(MPSK)(1) 多进制数字相位调制的原理——多进制数字相位调制又称多相制。

*利用载波的多种不同相位(或相位差)表征数字信息的调制方式。

也可分为绝对移相(MPSK)和相对(差分)移相(MDPSK)两种。

*多进制相位调制: M=2k K位码元。

一个相位表示K位二进码元.*以四相制为例(2) QPSK(QDPSK)信号调制的原理(A)QPSK:定义:用载波的四种不同相位来表征数列中的信息。

两个信息比特与载波相位关系如下,分为A方式, B方式。

(B) QDSK:定义:利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。

以前一码元相位作为参考,并令Δ为本码元与前一码元的初相差。

信息比特与载波相位变化Δ的关系如上所示,分为A方式, B方式。

(C) 波形:(D) 表达式:ePSK ==式中：——受调相位。

M进制用M种不同相位来表征。

多进制数字振幅调制MASK

多进制数字振幅调制MASK

0 t Ts else 0 t Ts else
( M 1)d cosc t uM / 2 (t ) 0
• 假设sT(t)未产生任何畸变，则带通滤波器输出的波形可表示成：
u1 (t ) n (t ) 发送±d电平时 u (t ) n (t ) 发送±3d电平时 y (t ) 2 uM / 2 (t ) n (t ) 发送±(M-1)d电平时
• MASK信号的误码率为
Pe
M 2 2 1 P( nc d ) P( nc d ) M M 2
S N 1 M 1 1 3 S Pe exp 2 M M 1 N
M 1 3 S Pe erfc M 2 1 N M
• 假设采用同步检测法，则在抽样判决器输入端得到的波形可表 示成：
x(t ) Vk (t ) nc (t )
• 由于达到抽样判决器之前的可能电平为±d, ±3d, … , ±(M-1)d, 故抽样判决器的门限电平就选择在0, ±2d, … , ±(M-2)d。 • 所以，当 nc d 时，就会判错。
u1 (t ),发送 d电平时 u2 (t ),发送 3d电平时 ST ( t ) u (t ),发送 M 1 d电平时 （ ） M /2
…
d cosct u1 (t ) 0
…
0 t Ts else
3d cosc t u2 (t ) 0
0 Pbn 0 P 1 1 Pbn 1 P2 M bn , n 1 Pn 1 2 Pbn 2 P3 M 1 Pbn M 1 PM
• 假设发送端产生的多进制数字振幅调制信号的幅度分别为 ±d， ±3d， …，±(M-1)d，该基带信号经线性调制后， 其发送波形可表示为：

多进制数字调制与解调原理PPT课件

多进制数字调制与解调原理PPT课件
2020/2/18
四进制绝对移相键控(QPSK或4PSK)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个比特信息，因此每 个四进制码元可用两个二进制码元的组合来表示 双比特与载波相位的关系
双比特码元
a
b
0
0
1
0
1
1
0
1
载波相位(φn)
A方式
B方式
0°
225°
90°
315°
180°
QDPSK信号是利用前后码元之间的相对相位 变化来表示数字信息。 若以前一双比特码元相位作为参考，Δϕn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下表所示
双比特码元
a
b
0
0
0
1
1
1
1
0
32
载波相位(φn)
0° 90° 180° 270°
可编辑
QDPSK信号产生原理图
2020/2/18
M进制数字相位调制信号可以表示为
式中：
g(t)--信号包络波形，通常为矩形波，幅度为1 Ts--码元时间宽度 ωc--载波角频率 ϕn--第n个码元对应的相位，共有M种取值
16
可编辑
表示形式二（正交形式）
2020/2/18
M进制数字相位调制信号也可表示为正交形 式
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：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 产生多进制数字振幅调制、多进制数字频率 调制和多进制数字相位调制。
3
可编辑
多进制数字调制的特点

通常采用多进制数字调制系统

载 波 正 交 的 2PSK 调 制 器 构 成。
b ×
相位选择法产生4PSK
输入 串 /并 变换 逻辑 选相 电路 4 5°1 35 °2 25 °3 15 ° 四相 载波产 生器 带通 滤波 器 输出
在2PSK信号相干解调过程中会产生180°相位模糊。 同样， 对4PSK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。因此， 在实际中更实用的是四相相对移相调制，即4DPSK方式。
数字信号频带传输
多进制调制
多进制数字调制系统
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。 由信息传输速率Rb、码元传输速率RB和进制数M之间的关系 可知，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。 由关系式
2 PSK
－4 0
－6 0 1 2Ts 1 Ts 3 2Ts 2 Ts f－fc
图6－４1 4进值数字相位调制信号功率谱
a
4PSK 信 号 可 以 采用正交调制 的方式产生， 正交调制器可
输入 串/ 并 变换 载波 振荡
× cos ct － 移相 2 sin ct 输出 ＋
以看成由两个
信 道
…
M
检波 器
带通 f1 带通 f2
输出
逻辑 电 路
抽样 判决 器
检波 器
接收 滤波 器
MFSK信号具有较宽的频 带，因而它的信道频带 利用率不高。多进制数 字频率调制一般在调制 速率不高的场合应用

26多进制数字调制(二)_2

• 多进制数字调制系统概述 • 多进制数字振幅调制MASK原理及抗噪声性能 • 多进制数字频率调制MFSK原理及抗噪声性能 • 多进制数字相位调制MPSK原理及抗噪声性能 • 振幅相位联合调制系统MAPK(MQAM、MQPR) • 恒包络调制问题* • 偏移四相相移键控OQPSK* • 最小移频键控MSK* • 高斯最小移频键控GMSK* • SFSK、TFM、时频调制*
–OQPSK信号功率谱密度与QPSK相同，其表达式为
PQPSK
(
f
)
POQPSK
(
f
)
2
A2Tb
sin[2(
2( f
f
fC )Tb fC )Tb
]
–因OQPSK相干解调与QPSK相干解调相同。由于I(t)、 Q(t)互相独立，因此OQPSK相干解调的误码率性能 也与QPSK相同
最小频移键控 MSK
• 单独使用振幅或相位携带信息时不能最充分地利用信 号平面：MASK信号矢量端点在一条轴上分布； MPSK矢量端点在一园上分布。随M增加，这些端点 间的最小距离减小。
• 为充分利用信号平面，将这些矢量端点重新合理分布， 可在不减小最小距离情况下增加信号矢量端点的数目
振幅相位联合调制系统
• 星座图——星座调制
LPF
+ cos t O
LPF
sin t O
信道
串/并 变换
低通 cos t
O
低通
sin t O
判决L-1 门限
定时 脉冲
判决L-1 门限
Rb/2
串/并 输出
变换 Rb
Rb/2
(b)MQAM的调制解调
正交振幅调制 QAM
• MQAM的调制与解调（正交调幅法）

多进制数字振幅调制MASK系统


else q<=q+1;
end if;
end if;
end process;
process(clk)
--对8位DAC数据进行ASK调制
begin
if clk'event and clk='1' then
if start='0' then qq<=0;
elsif qq<2 then qq<=qq+1;y<="00000000";
elsif xx(0)='1' then yy<=xx&"0011";
else yy<=xx&"0000";
end if;
elsif q=2 then q<=3;xx(2)<=x;
elsif q=4 then q<=5;xx(1)<=x;
elsif q=6 then q<=7;xx(0)<=x;
8.12多进制数字振幅调制(MASK)系统
多进制数字振幅调制（MASK）
多进制数字振幅调制又称多电平振幅调制 ，它用高频载波旳多种振幅去代表数字信 息。
左图为四电 平振幅调制，高 频载波有u0(t)、 u1(t)、u2(t)、u3(t) 四种。
振幅为0、1A、 2A、3A，分别 代表数字信息0、 1、2、3或者双 比特二进制输入 信息 00、01、 10、11 进行振 幅调制。
多进制数字振幅调制与二进制振幅调制相比有如下特点： （1）在码元速率相同旳条件下，信息速率是二进制旳 log2M倍。
（2）当码元速率相同步，多进制振幅调制带宽与二进制相 同。

【精】cp多进制数字调制系统MASK和MFSK

加的结果。
B M F S fM Kf1 2fs
设MFSK信号码元的宽度为TS，传输速率RB=1/TS(Baud)= fS
《 通信原理》第七章 数字带通传输系统
7-8-21
第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK
MFSK信号的频带利用率
B M F S fM Kf1 2fs
在每个符号时间间隔0≤t≤Ts内，可能发送的符号有M种，分别为s1(t)：s2(t)， …， sM(t)。
2
f2
路
fM
M
门 电路 门 电路 门 电路
输 出 逻 辑电 路
抽样 判决
器
检 波器 检 波器
带 通 f1 带 通 f2
相 加器
信 道
接收 滤 波器
检 波器
带 通 fM
多进制数字频率调制系统的组成方框图
《 通信原理》第七章 数字带通传输系统
7-8-19
第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK
无线寻呼系统中四电平调频频率配置方案
与2ASK系统相同，不能反映多进制的高频带利用率特点
信息速率形式的频带利用率--能反映多进制的高频带利用率特点
bB M R bA S R B K 2 lR o B 2M glo 2 2M g(b /sH )z
(b)M(b)2lo2M g
《 通信原理》第七章 数字带通传输系统
7-8-12
第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK
fc＋4.8 kHz 1.6 kHz
fc－1.6 kHz fc－4.8 kHz
1 10 1 1 0 0 0 0 1
《 通信原理》第七章 数字带通传输系统
7-8-20
第8节多进制数字调制系统-MASK和MFSK
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--计数器 --计数器 --并行数据寄存器 --8位DAC数据寄存器


process(clk) --此进程完成基带信号的串并转换， --完成4位并行数据到8位DAC数据的译码 begin if clk'event and clk='1' then if start='0' then q<=0; elsif q=0 then q<=1;xx(3)<=x; if xx(3)='1' then yy<=xx&"1111"; --if语句完成4位并行数据到8位DAC数据转换 elsif xx(2)='1' then yy<=xx&"1011"; elsif xx(1)='1' then yy<=xx&"0111"; elsif xx(0)='1' then yy<=xx&"0011"; else yy<=xx&"0000"; end if; elsif q=2 then q<=3;xx(2)<=x; elsif q=4 then q<=5;xx(1)<=x; elsif q=6 then q<=7;xx(0)<=x; else q<=q+1; end if; end if; end process;
MASK调制程序仿真图及注释
（MASK调制VHDL程序仿真仿真全图）
（MASK调制VHDL程序仿真局部放大图）
MASK调制电路VHDL程序与仿真
MASK调制方框图
FPGA
clk start
分频器
ASK调制
D/A
调制信号
基带信号
串/并
译码
MASK调制电路符号
MASK调制VHDL程序与仿真




--文件名：MASK --功能：基于VHDL硬件描述语言，对基带信号进行MASK调制 --说明：这里MASK中的M为4 --最后修改日期：2004.2.13 library ieee; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity MASK is port(clk :in std_logic; --系统时钟 start :in std_logic; --开始调制信号 x :in std_logic; --基带信号 y :out std_logic_vector(7 downto 0)); --8位DAC数据 end MASK; architecture behav of MASK is
Ts
M 1
MASK信号的产生


MASK信号与二进制ASK信号产生的方法相 同，可利用乘法器实现。 解调也与二进制ASK信号相同，可采用相干 解调和非相干解调两种方式。
M进制振幅调制方框图
实现多电平调制的方框原理如上图所示，它与二进制振 幅调制的方框原理非常相似。不同之处是在发信输入端 增加了2－M电平变换，相应在接收端应有M－2电平变 换。
8.12多进制数字振幅调制(MASK)系统
多进制数字振幅调制（MASK）

多进制数字振幅调制又称多电平振幅调制， 它用高频载波的多种振幅去代表数字信息。
左图为四电 平振幅调制，高 频载波有u0(t)、 u1(t)、u2(t)、u3(t) 四种。 振幅为0、1A、 2A、3A，分别 代表数字信息0、 1、2、3或者双 比特二进制输入 信息 00、01、 10、11 进行振 幅调制。





另外该电路的取样判决器有多个判决电平，因此多电平调 制的取样判决电路比较复杂。实际系统中，取样判决电路 可与M－2电平变换合成一个部件，它的原理类似于A／ D 变换器。多电平解调与二进制解调相似，可采用包络解调 或同步解调。 多进制数字振幅调制与二进制振幅调制相比有如下特点： （1）在码元速率相同的条件下，信息速率是二进制的 log2M倍。 （2）当码元速率相同时，多进制振幅调制带宽与二进制相 同。 （3）多进制振幅调制的误码率通常远大于二进制误码率。 当功率受限时，M越大，误码增加越严重。 （4）多进制振幅调制不能充分利用发信机功率。

已调波一般可表示为





g(t)是高度为1、宽度为TS的矩形脉冲，且有 Pi 1 i 0 为易于理解，将波形上图 所示。显然图（c）中各 波形的叠加便构成了图（b）的波形。 由上图可见，M进制ASK信号是M个二进制ASK信 号的叠加。 那么，MASK信号的功率谱便是 M个二进制ASK信 号功率谱之和。 因此，叠加后的MASK信号的功率谱将与每一个二 进制ASK信号的功率谱具有相同的带宽。 2 所以其带宽 BM 2 f s


signal q:integer range 0 to 7; signal qq:integer range 0 to 3; signal xx:std_logic_vector(3 downto 0); signal yy:std_logic_vector(7 downto 0); begin






process(clk) --对8位DAC数据进行ASK调制 begin if clk'event and clk='1' then if start='0' then qq<=0; elsif qq<2 then qq<=qq+1;y<="00000000"; elsif qq=2 then qq<=3;y<=yy; else qq<=0; end if; end if; end process; end behav;