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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。
课程名称：通信原理授课对象：通信工程、电子信息等相关专业本科生授课时间：2课时教学目标：1. 使学生掌握通信系统的基本概念、组成和分类。
2. 理解信号与频谱的基本知识，包括傅里叶级数、傅里叶变换等。
3. 了解模拟通信系统和数字通信系统的基本原理，包括调制、解调、编码、解码等。
4. 掌握通信系统中的信道特性、噪声特性及抗噪声技术。
教学内容：一、绪论1. 通信系统的基本概念、组成和分类。
2. 通信系统的发展历程和未来趋势。
二、信号与频谱1. 信号的分类：确定性信号和随机信号。
2. 信号的时域和频域表示。
3. 傅里叶级数和傅里叶变换。
4. 能量谱密度和功率谱密度。
三、模拟通信系统1. 调制和解调的基本原理。
2. 幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
3. 频分复用（FDM）。
四、数字通信系统1. 数字信号的基本特性。
2. 数字调制技术：二进制数字调制、多进制数字调制。
3. 数字信号传输中的抗噪声技术。
教学方法和手段：1. 讲授法：讲解基本概念、原理和关键技术。
2. 案例分析法：通过实际案例讲解通信系统中的关键技术。
3. 图表法：利用图表展示信号、频谱、调制解调等基本概念。
4. 实验法：通过实验演示通信系统中的关键技术。
教学过程：一、导入1. 介绍通信原理课程的重要性。
2. 阐述本节课的教学目标和内容。
二、讲授新课1. 绪论：讲解通信系统的基本概念、组成和分类。
2. 信号与频谱：讲解信号的分类、时域和频域表示、傅里叶级数和傅里叶变换等。
3. 模拟通信系统：讲解调制、解调、幅度调制、频率调制、相位调制和频分复用等。
4. 数字通信系统：讲解数字信号的基本特性、数字调制技术和抗噪声技术。
三、案例分析1. 以实际案例讲解通信系统中的关键技术。
2. 引导学生分析案例，提高学生的实际应用能力。
四、课堂小结1. 总结本节课的重点内容。
2. 强调通信原理在实际工程中的应用。
五、作业布置1. 完成课后习题，巩固所学知识。
基于SystemView 的QPSK 系统仿真一、课程设计的目的：1、熟悉通信系统的特征2、深刻了解调制、解调的原理3、掌握多进制数字相位调制（MPSK ）的信号描述4、掌握QPSK 的调制和解调的具体特点二、实验内容1、QPSK 的系统原理仿真2、QPSK 系统载波提取相干解调仿真三、QPSK 的基本原理MPSK 调制中最常用的是4PSK ，又称QPSK 。
QPSK 正交调制器方框图如图一所示，它可以看成由两个BPSK 调制器构成。
输入的串行二进制信息序列经串—并变换，分成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性二电平信号()I t 和()Q t ，然后对cos c t ω和sin c t ω进行调制，相加后即得到QPSK 信号。
图一 QPSK 的调制过程QPSK 信号可以用两个正交的载波信号实现相干解调。
它的相干解调器如图二所示。
正交路和同相路分别设置两个相关器(或匹配滤波器)，得到()I t 和()Q t ，经电平判决和并—串变换即可恢复原始信息。
图二 QPSK 的相干解调过程假设输入的QPSK 信号为：判决准则为：()cos 2n aI t ϕ=()sin 2n aQ t ϕ=()cos()c n r t a t ωϕ=+在MPSK的相干解调中，恢复载波时存在相位模糊度问题，在QPSK中常用的基带数字处理载波跟踪环，它把载波恢复和相干解调结合起来，下面讨论它们的工作原理。
经整理后得：四、课程设计的内容要求1、QPSK调制与相干解调原理仿真以v26标准的QPSK信号为为表转，在SystemView平台上仿真QPSK调制与解调的通信系统的仿真方法。
v26信号的一些参数如下：该信号为差分编码正变调制的QPSK信号，其调制信号的码速率为2.4kb／s，经串并变换后，I、Q通道的码速率分别为1.2kb／s；调制载波为1.8kHz的正弦波，为实现软解调，其数据采样频率为9.6kb／s。
要求取得的数据结果是：比较输入数据和输出数据的波形图，观看I通路输出码元序列的眼图2、QPSK信号载波提取相干解调其相关参数与上一样，但在仿真中利用载波提取环，也就是说利用用于QPSK信号解调的载波跟踪环，可以从QPSK信号中提取载波从而完成相干解调。
调制与解调信号课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解调制与解调信号的基本概念，掌握不同类型的调制方法及其原理；2. 学生能够描述调制与解调信号在通信系统中的作用和重要性；3. 学生能够运用数学表达式和图形来表示调制与解调过程。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的调制与解调电路，并进行仿真实验；2. 学生能够分析调制与解调信号的特点，解释其在实际通信系统中的应用；3. 学生能够运用相关工具和软件进行调制与解调信号的观察、分析和调试。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到调制与解调技术在现代通信领域的重要地位，增强对通信科学的兴趣和好奇心；2. 学生通过合作学习和实践操作，培养团队协作意识，提高问题解决能力和创新思维；3. 学生能够关注通信技术对社会发展的积极影响，树立正确的科学价值观。
课程性质：本课程属于电子信息类学科，以理论教学和实践操作相结合的方式进行。
学生特点：学生具备一定的电子基础和数学知识，对通信原理有一定的了解，但实践经验不足。
教学要求：注重理论与实践相结合，提高学生的动手能力和实际问题解决能力，培养学生对通信技术的兴趣和热情。
通过具体的学习成果分解，使学生在课程结束后能够达到上述目标。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 调制与解调信号基本概念：- 调制信号的分类（模拟调制、数字调制）- 解调信号的分类（同步解调、异步解调）2. 常见调制方法及其原理：- 幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）- 二进制数字调制（ASK、FSK、PSK、QAM）3. 调制与解调信号在通信系统中的应用：- 调制解调器工作原理- 调制技术在无线电广播、电视、卫星通信等领域的应用4. 调制与解调电路设计及仿真：- 搭建调制与解调电路- 使用Multisim、MATLAB等软件进行仿真实验5. 教学内容的安排与进度：- 第一周：调制与解调信号基本概念，调制信号分类- 第二周：常见调制方法及其原理，教材第二章- 第三周：调制与解调信号在通信系统中的应用，教材第三章- 第四周：调制与解调电路设计及仿真，教材第四章教学内容根据课程目标进行科学性和系统性地组织，注重理论与实践相结合，使学生能够逐步掌握调制与解调信号相关知识，提高实际操作能力。
多进制数字相位调制系统课程设计
石家庄经济学院
通信实习报告
院系：信息工程学院学号：
姓名：
日期：2013.1.15
一、实习目的
1、通过本次专业课程设计巩固并扩展通信课程的基本概念、基本理论、分
析方法和仿真实现方法。
2、结合所学的MATLAB和EDA等软件仿真技术，完成通信专业相关课程内容的
建模和设计仿真。
到达通信专业相关理论课程有效的巩固和整合，实现将理论知识和软件设计紧密结合。
3、通过本次专业课程设计达到培养学生的创新能力、通信系统建模和仿真设计
能力以及软件调试和分析能力的目的。
二、实习要求
1、应用通信类软件完成通信系统相关内容的设计和建模，并仿真出正确结果，
对仿真波形加以重点分析和说明。
2、按要求格式书写报告，原理充分、设计方法及仿真结果分析正确、条理清晰、
重点突出。
三、实习内容
（1）实习题目
多进制数字相位调制系统设计
（2）设计原理
一、多进制数字相位调制（MPSK）
多进制数字相位调制也称多元调相或多相制。
它利用具有多个相位状态的正弦波来代表多组二进制信息码元，即用载波的一个相位对应于一组二进制信息码元。
如果载波有2k个相位，它可以代表 k位二进制码元的不同码组。
多进制相移键控也分为多进制绝对相移键控和多进制相对（差分）相移键控。
在MPSK信号中，载波相位可取M个可能值，
因此，MPSK信号可表示为
假定载波频率是基带数字信号速率的整数倍，则上式可改写为
上式表明，MPSK信号可等效为两个正交载波进行多电平双边带调幅所得已调波之和。
因此其带宽与MASK信号带宽相同，带宽的产生也可按类似于产生双边带正交调制信号的方式实现。
下面以四相相位调制为例进行讨论。
四相调相信号是一种四状态符号，即符号有00、01、10、11四种状态。
所以，对于输入的二进制序列，首先必须分组，每两位码元一组。
然后根据组合情况，用载波的四种相位表征它们。
这种由两个码元构成一种状态的符号码元称为双比特码元。
同理，k位二进制码构成一种状态符号的码元则称为k比特码元。
二、4PSK信号
四相PSK（4PSK）信号实际是两路正交双边带信号。
串行输入的二进制码，两位分成一组。
若前一位用A表示，后一位用B表示，经串/并变换后变成宽度加倍的并行码（A、B码元在时间上是对齐的）。
再分别进行极性变换，把单极性码变成双极性码，然后与载波相乘，形成正交的双边带信号，加法器输出形成4PSK信号。
显然，此系统产生的是π／4系统PSK信号。
如果产生π／2系统的PSK信号，只需把载波移相π／4后再加到乘法器上即可。
(系统信号的产生原理框图 )
因为 4 PSK信号是两个正交的2 PSK信号的合成，所以可仿照 2 PSK信号的相平解调方法，用两个正交的相干载波分别检测A和B两个分量，然后还原成串行二进制数字信号，即可完成4 PSK信号的解调。
此法是一种正交相平解调法，又称极性比较法，原理图在下页
（系统PSK信号解调原理框图）
为了分析方便，可不考虑噪声的影响。
这样，加到接收机上的信号在符号持续时间内可表示
两路乘法器的输出分别为
LPF输出分别是
根据π／4移相系统PSK信号的相位配置规定，抽样判决器的判决准则表在下页。
当判决器按极性判决时，若正抽样值判为1，负抽样值判为0，则可将调相信号解调为相应的数字信号。
解调出的A和B再经并／串变换，就可还原出原调制信号。
若解调π／2移相系统的PSK信号，需改变移相网络及判决准则。
（π／4 系统判决器判决准则）
三、MPSK 调制电路VHDL 程序及仿真
（MPSK 调制方框图)
注：电路符号图中没有包含模拟电路部分，输出信号为数字信号。
基带信号通过串/并转换器xx 得到2位并行信号yy ；四选一开关
根据yy 的数据，选择载波对应的相位进行输出，即得调制信号y 。
FPGA
clk
star
基带分频
0901827
串/
四选一
调制
--文件名：MPSK
--功能：基于VHDL硬件描述语言，对基带信号进行MPSK调制
--说明：调制信号说明如下表所示。
（3）设计方法
library ieee;
use ieee.std_logic_arith.all;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity MPSK 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); --调制信号
end MPSK;
architecture behav of MPSK is
signal q:integer range 0 to 7; --计数器
signal xx:std_logic_vector(1 downto 0);--中间寄存器
signal yy:std_logic_vector(1 downto 0);--2位并行码寄存器
signal f:std_logic_vector(3 downto 0); --载波f
begin
process(clk)--通过对clk分频，得到4种相位；并完成基带信号的串并转换begin
if clk'event and clk='1' then
if start='0' then q<=0;
elsif q=0 then q<=1;f(3)<='1'; f(1)<='0'; xx(1)<=x;yy<=xx;
elsif q=2 then q<=3;f(2)<='0'; f(0)<='1';
elsif q=4 then q<=5;f(3)<='0'; f(1)<='1'; xx(0)<=x;
elsif q=6 then q<=7;f(2)<='1'; f(0)<='0';
else q<=q+1;
end if;
end if;
end process;
y<=f(0) when yy="11" else
f(1) when yy="10" else
f(2) when yy="01" else
f(3); --根据yy寄存器数据，输出对应的载波
end behav;
（4）仿真结果及分析
（MPSK调制VHDL程序仿真全图）
（MPSK调制VHDL程序仿真局部放大图1）（5）结论
多进制数字调制技术与FPGA的结合使得通信系统的性能得到了迅速的提高。
本文基于FPGA实现了MPSK调制解调电路部分。
在实际应用中，完全可以把调制部分和解调部分电路都集成到一片FPGA芯片内，这样即提高了FPGA内部结构的利用率，又可以降低系统的成本。
四、参考文献
【1】徐以涛，沈良，王金龙．FPGA技术在软件无线电中的应用【J】．电信科学，200l(11)：36-39．
【2】樊昌信，张甫翊，徐炳祥，等．通信原理【M】．第五版.北京：国防工业出版社，2001.
【3】阳晰．高速数字调制解调【D】.成都：电子科技大学，2005．
【4】损增友.基于FPGA的MPSK调制器的设计【J】.数字技术与应用，2009(7)：19-20.
【5】詹仙宁，田耘.VHDL开发精解与实例剖析【M】.北京：电子工业出版社，2009.
五、实习体会
本次课程设计过程中，遇到的一个难点就是程序的调试，本来编写的程序是没错的，但是一旦
输入调试软件中就会报告各种错误，有些错误很难找出来，有时候明明设计的一个程序是正确的,但是就是报错，有时候大家一起合作可以找出错误，但是有时候就只能寻求帮助。
从调试中我学到了我们平时自己写程序的时候一定要规范，字体、格式等等，都要严格的按照要求来做。
通过这次课程设计，我也意识到了我对这门课掌握还有一定的不足，还有许多的知识我不了解；有的是一知半解；有的即使原理懂了，但在应用方面却是丝毫不知。
所以在今后的学习中，我会更加努力，不仅要学好理论知识，还要把它应用到实践中去，使两者很好的结合起来，互补互助。
六、实习效果评价
指导教师评语：
实习成绩：优良中及格不及格
指导教师签名：
年月日。
