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第5课 基本的数字调制系统(2)

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数字调制系统误比特率（BER）测试的仿真设计及分析

数字调制系统误比特率（BER）测试的仿真设计及分析

数字调制系统误⽐特率（BER）测试的仿真设计及分析数字调制系统误⽐特率（BER）测试的仿真设计与分析⽬录⼀、概述 (2)⼆、课程设计要求及注意事项 (3)三、SystemView动态系统仿真软件 (4)1.SystemView系统的特点 (4)2.使⽤Systemview (4)四、数字调制系统BER测试的仿真设计与分析 (5)五、仿真系统组成及对应结果 (10)⼀、低频相⼲调制解调系统组成与分析 (10)⼆、⾼频相⼲调制解调系统BER测试仿真模型建⽴与分析 (12)三、⾼频差分相⼲调制解调BER测试仿真模型建⽴与分析 (16)四、⾼频差分与相⼲调制解调BER模型对⽐分析 (21)六、⼼得体会 (26)七、参考⽂献 (27)⼀、概述《通信原理》课程设计是通信⼯程、电⼦信息⼯程专业教学的重要的实践性环节之⼀，《通信原理》课程是通信、电⼦信息专业最重要的专业基础课，其内容⼏乎囊括了所有通信系统的基本框架，但由于在学习中有些内容未免抽象，⽽且不是每部分内容都有相应的硬件实验，为了使学⽣能够更进⼀步加深理解通信电路和通信系统原理及其应⽤，验证、消化和巩固其基本理论，增强对通信系统的感性认识，培养实际⼯作能⼒和从事科学研究的基本技能，在通信原理的理论教学结束后我们开设了《通信原理》课程设计这⼀实践环节。

Systemview是ELANIX公司推出的⼀个完整的动态系统设计、模拟和分析的可视化仿真平台。

从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到⼀般的系统数学模型建⽴等各个领域，Systemview 在友好⽽且功能齐全的窗⼝环境下，为⽤户提供了⼀个精密的嵌⼊式分析⼯具。

它作为⼀种强有⼒的基于个⼈计算机的动态通信系统仿真⼯具，可达到在不具备先进仪器的条件下也能完成复杂的通信系统设计与仿真的⽬的，特别适合于现代通信系统的设计、仿真和⽅案论证，尤其适合于⽆线电话、⽆绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进⾏各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放⼤器、RLC电路、运放电路等）进⾏理论分析和失真分析。

第5章-数字信号的频带传输系统说课讲解

第5章-数字信号的频带传输系统说课讲解

第波5形章 数字信号频带传输系统
相对码与绝对码的关系：
an表示绝对码、 bn表示相对码
bn anbn1
第5章 数字信号频带传输系统
cos ct
开关电路
0° e2DPSK (t)
180°移 相
码 变 换 s(t)
bn anbn1
2DPSK信号产生原理图
第5章 数字信号频带传输系统
e2D PS K (t)
在二进制情况下，1对应于载波频率f1， 0对应于载波频率f2。
第5章 数字信号频带传输系统
2FSK信号在形式上如同两个不同频率交替发送的
2ASK信号相叠加，因此已调信号的时域表达式为：
e 2 F S K ( t) [ a n g ( t n T s ) ] c o s1 t [ a n g ( t n T s ) ] c o s2 t
(2) 2ASK信号的解调 方法有两种： 相干解调（同步检测法） 非相干解调（包络检波法）
第5章 数字信号频带传输系统
e2Ask(t)
sAM (t)
2ASK信号的非相干解
调
线性包络检波器
BPF
LED
LPF m0 (t)
AM信号的非相干解调
第5章 数字信号频带传输系统
a
b
e2Ask(t)
c
d
1
1
0
在2ASK中，载波幅度随着调制信号1和0的 取值而在两个状态之间变化。
第5章 数字信号频带传输系统
令二进制数字基带信号为：
s(t)
ang(tnT s),an1 0
概率为P 概率为1-P
n
则 e2ASK(t)s(t)cosct
为双边带调幅信号的时域表达式

多进制数字调制系统PPT课件(通信原理)

多进制数字调制系统PPT课件(通信原理)
若各信号状态出现的概率相等,则调制信 号的平均发送功率
13
8PSK信号点
14
在L=8 的5种信号星座图可以看 出,(4) 是最佳的一种方案
在同样的性能下,即在保证信 号状态点之间的最小距离为2 的情况下,(4)方案所用的平 均信号功率最小.
15
1
6.4.1 MASK
L电平的调制信号
可看成由时间上不重叠的L个不同振幅值 的OOK信号的叠加,因而,其功率谱密度便是这L 个信号的功率谱密度之和,尽管叠加后的谱结构 很复杂,但就带宽而言,L电平调制信号的带宽与 二电平的相同.
2
A(t)
×
x(t)
A(t)
BPF
× LPF 抽样判决
… 门限电平
每个四进制码元又被称为双比特码元
ab
(A方式) (B方式)
00 10 11 01
0° 90° 180° 270°
225° 315° 45° 135°
8
10
01
11
11
00
参考相位
参考相位
00
10
01
QPSK信号的矢量图
9
a
×
输入
串/并变换
-π/2
b
×
输出
+
调制
×
LPF
抽样判决
a
-π/2
并/串
×
多进制数字调制系统
特点 1. 在相同的码元传输速率下，信息传输速
率比二进制系统高。 Rb=RBN㏒2N b/s 2. 在相同的信息传输速率下，多进制码元
传输速率比二进制低。增大码元宽度， 会增加码元的能量，并能减少由于信道 特性引起的码间干扰的影响。 3. 在相同的噪声下，多进制数字调制系统 的抗噪声性能低于二进制数字调制系统。

通信原理-李晓峰-课后习题讲解

通信原理-李晓峰-课后习题讲解

线性调制和非相性调制
10
3-2 一个AM信号具有如下形式 s t 20 2 cos 3000 t 10 cos 6000 t cos 2 f c t 其中fc=105Hz (1)试确定每个频率分量的功率； (2)确定调幅指数； (3)确定边带功率、全部功率，以及边带功率与全部功 率的比。 解：（1）试确定每个频率分量的功率 s t 20 2 cos 3000 t 10 cos 6000 t cos 2 f c t
⑴ 在DSB方式中，解调增益
G 2 ，因此解调器输入信噪比
20 S 1 S 1 10 10 50 N i 2 N o 2
同时，在相干解调时， N
9 N 10 W i o 因此解调器输入端的信号功率 S 50 N 5 10 8 W i i
20 cos 2 f c t cos 2 ( f c 1500)t cos 2 ( f c 1500)t 5cos 2 ( f c 3000)t 5cos 2 ( f c 3000)t
s t
的5个频率分量及其功率为：
cos 2 ( f c 1500)t cos 2 ( f c 1500)t
s
3
4 Rs 4bit / key 2key / s 8bits / s
1-6 假定容量为4.7GB的DVห้องสมุดไป่ตู้盘可存储133min的数字 视频资料，试计算该数字音频信号的数据率(二元 符号率)是多少？ 解：数据率为
4.7 230 Bytes 8bits / Byte R 5.059Mbps 133 60 s
h(t ) cg (T t ) g (T t )

大学课程通信原理第5章-模拟调制系统课件

大学课程通信原理第5章-模拟调制系统课件

调制信号：原始基带信号
模拟调制：调制信号取值连续 数字调制：调制信号取值离散
正弦波模拟调制
载波：携带调制信号的信号
正弦波调制：正弦型信号作为载波 脉冲调制：脉冲串作为载波
正弦波数字调制 脉冲模拟调制 脉冲数字调制
2
1 调制的定义和分类(2)
正弦波模拟调制
调制信号：模拟信号：m(t)
0 0
A 2
M
c
M
c
已调信号的频谱是调制信号频谱的线性搬移。
线性调制
4
2.1 幅度调制的原理(2)
幅度调制器的一般模型
mt
ht
sm t
ht H
cos ct
sm t m t cos ct h t
Sm
1 2
M
c
M
c
H
m t ,ht 不同
双边带调幅(DSB) 标准调幅(AM)
载波分量
DSB分量
m ' t
sAM t
m0
S AM
m0
c
c
1 2
M
'
c
M
'
c
where m ' t M ' .
12
2.1 幅度调制的原理(8)
调幅系数
m ' t
AM
max 1 m0
已调信号的包络与调 制信号成比例变化.
m't
sAM t
m0
m0 m '(t )
sAM t m0 m '(t)
单边带调幅(SSB)
残留边带调幅(VSB) 5
常规调幅AM：H(ω)为全通网络，m(t) 有直流成 分。

信号调制的基本原理PPT课件

信号调制的基本原理PPT课件

•
f (t)f
t
0u(t)dt
(4-27)
• 表示调频波瞬时相位与载波信号相位的偏
移量，简称相移
2021
39
4.3.2 调频信号分析
• 调频波的数学表达式为
• u F M U c m c o s c tf(t) U c m c o s c tf0 tu (t)d t (4-28)
• 以上分析表明，在调频时，瞬时角频率的 变化与调制信号成线性关系，瞬时相位的 变化与调制信号积分成线性关系。
• 信号调制实质是将基带信号搬移到高频载 波上去，也就是频谱搬移的过程
2021
5
• 4.1.2 信号调制方式与分类
• 正弦波一般可表示为
• u ( t) A c o s( t) A c o s (t0 )
（4-1）
• 正弦波都有三个参数：幅度、频率和相位
• 所谓调制，就是将调制信号加载在三个参 数中的某一个参数上，或幅值、或频率、 或相位随调制信号大小成线性变化的过程
• m 表示瞬时角频率偏离中心频率的 c 最 大值。习惯上把最大频偏 m 称为频偏。
• 根据瞬时相位与瞬时角频率的关系可知， 对式(4-24)积分可得调频波的瞬时相位
• (4-26) t
t
t
f( t ) 0( t ) d t 0 c fu ( t ) d t c t f0 u ( t ) d t
相位调制，简称PM（Phase Modulation）
2021
7
4.1.2 信号调制方式与分类
• 数字量对载波进行调制时，根据被调制的参数不 同，也有三种调制方式
• 被装载的参数为幅度时，称为幅移键控调制，简 称ASK调制（Amplitude Shift Keying）

通原实验2 PSK实验

通原实验2 PSK实验
1 , 以 P S 2 ASK ( t ) a n g( t nTs ) cos c t an 0 , 以 1 P n 1 , 以 P S 2 PSK ( t ) a n g( t nTs ) cos c t an 1 , 以 1 P n
厚德博学 追求卓越
（1）同一调制方式不同检测方法的比较 可以看出，对于同一调制方式不同检测方法，相干检测的抗噪声性能优于 非相干检测。但是，随着信噪比
的增大，相干与非相干误码性能的相对差别越不明显。另 的设备比非相干的要复杂。 （2）同一检测方法不同调制方式的比较 1）相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比 的要求是：2PSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB； 2）非相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比 的要求是：2DPSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。 反过来，若信噪比 一定，2PSK系统的误码率低于2FSK系统，2FSK系统的误码率低于2ASK系统。 因此，从抗加性白噪声上讲，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。
厚德博学 追求卓越
通信原理实验
第二单元
数字调制与解调系统实验
数字调制与解调技术的重点是:数字基带信号与数字频带信号之 间的转换,实验的目的是掌握实现这种转换的技术。目前采用最多 的方法是键控法,它是用数字基带信号控制高频载波的可控参数。 实际工程中常应用的数字调制方式有:ASK、FSK与PSK。 厚德博学 追求卓越

绝对码 1
0
0
1
1
1
0
2 P S K
载波 0相位 2DPSK

0
厚德博学 追求卓越
1、5
相对移相信号的产生原理

现代数字调制技术

现代数字调制技术
图8-18 OFDM解调原理框图
《通信原理课件》
《通信原理课件》
《通信原理课件》
《通信原理课件》
图8-19 用DFT实现OFDM的原理框图
《通信原理课件》
《通信原理课件》
图8-14 多载波传输系统原理框图
《通信原理课件》
在多载波调制方式中，子载波设置主要 有3种方案。图8-15（a）为传统的频分复 用方案，它将整个频带划分为N个互不重叠 的子信道。在接收端可以通过滤波器组进 行分离。图8-15（b）为偏置QAM方案， 它在3dB处载波频谱重叠，其复合谱是平 坦的。
进制信号将得到 MQAM 信号，其中 M L2 。
矢量端点的分布图称为星座图。通常可以用星座图来描述 QAM 信号 的信号空间分布状态。MQAM 目前研究较多，并被建议用于数字通信中的 是 十 六 进 制 的 正 交 幅 度 调 制 （ 16QAM ） 或 六 十 四 进 制 的 正 交 幅 度 调 制 （64QAM），下面重点讨论 16QAM。
现代数字调制技术
8.1 引言
在第6章中已经讨论了几种基本数字调制技术的调制和解调 原理。随着数字通信的迅速发展，各种数字调制方式也在 不断地改进和发展，现代通信系统中出现了很多性能良好 的数字调制技术。
本章我们主要介绍目前实际通信系统中常使用的几种现代 数字调制技术。首先介绍几种恒包络调制，包括偏移四相 相移键控（OQPSK）、 π/4四相相移键控（ π/4 -QPSK）、 最小频移键控（MSK）和高斯型最小频移键控（GMSK）； 然后介绍正交幅度调制（QAM），它是一种不恒定包络调 制。在介绍了这几种单载波调制后，再引入多载波调制， 着重介绍其中的正交频分复用（OFDM）。
但是由于方型星座QAM信号所需的平均发送功 率仅比最优的QAM星座结构的信号平均功率稍大， 而方型星座的MQAM信号的产生及解调比较容易 实现，所以方型星座的MQAM信号在实际通信中 得到了广泛的应用。当M=4, 16, 32, 64时 MQAM信号的星座图如图8-11所示。

《通信原理》教学课件 张力军 第5章

《通信原理》教学课件 张力军 第5章

12
R12(0) 0 R11(0)R22(0)
2FSK信号码元的相关系数为:
12
1 Es
Ts 0
A2 cos(c
)t cos(c
)tdt
2 Ts
Ts
0
cos(c
)t cos(c
)tdt
sinc2 Ts sinccTs coscTs
28
正交条件 解得
12 0
f
n 4Ts
n 4
fs
或者
n 2 f f1f2 2fs
x2PSK(t)n ang(tnTs)cosct
2PSK信号波形如图5.2-12（a）所示。
42
图5.2-12 2PSK及2DPSK信号波形示意图
(a)2PSK信号波形 b)2DPSK信号波形
43
绝对相移键控与差分相移键控的概念
• 2PSK信号中，载波码元的初始相位与数字 信息符号呈一一对应关系。即发送二进制 符号“1”，载波码元的初始相位为0相位， 发送二进制符号“0”，载波码元的初始相位 为相位。这种以不同的载波码元初始相位 直接表示数字信息的键控调制方式称之为 绝对相移键控方式。绝对相移键控方式在 传输过程中容易引起“倒”现象。
c
o
s
(
ct ct
0) )
c
os cos
ct
c
t
n
an g (t nTs ) cos ct,
a n g ( t n T s ) c o s c t ,
n
概率为P 概 率 为 1-P
m (t) cos ct m (t) cos ct 2 ASK1 2ASK 2
41
也可写成一般表示式为
通信原理

通信原理教程(第三版)课后思考题答案【打印版】

通信原理教程(第三版)课后思考题答案【打印版】

通信原理思考题复习1.1 消息和信息有什么区别？信息和信号有什么区别？答：消息是信息的形式，信息是消息中包含的有效内容，信号是信息的载体。

1.2 什么是模拟信号，什么是数字信号？答：取值连续的信号是模拟信号，取值离散的信号是数字信号。

1.3 数字通信有何优点？答：质量好，便于差错控制和保密编码，便于存储和处理，易集成，信道利用率高信噪比高。

1.4 信息量的定义是什么？信息量的单位是什么？答：设消息x的概率为P(x),其信息量I(x)=-logap(x),.当a=2时，信息量单位为比特（bit)，当a=e时。

信息量单位为奈特（nat)，当a=10时，信息量单位为哈特莱。

1.5 按照占用频带区分，信号可以分为哪几种? 答：基带信号和带通信号。

1.6信源编码的目的是什么？信道编码的目的是什么？答：信源编码的目的是提高信号表示的有效性。

信道编码的目的是提高信号传输的可靠性。

1.7 何谓调制？调制的目的是什么？答：对信号进行调整就是调节。

调制的目的是使经过调制的信号适合信道的传输特性。

1.8 数字通信系统有哪些性能指标？答：主要有传输速率、错误率、频带利用率和能量利用率。

1.9 信道有哪些传输特性？答：噪声特性、频率特性、线性特性和时变特性等。

1.10无线信道和有线信道的种类各有哪些？答：无线信道的种类是按电磁波的频率划分的，主要分为无线电波，微波和光波。

有线信道主要有三类，即明线，对称电缆和同轴电缆，还有传输光信号的光纤。

1.11信道模型有哪几种？答：调制信道模型和编码信道模型。

1.12什么是调制信道？什么是编码信道？答：将发送端的调制器输出至接收端调制器输入端之间的部分称之为调制信道。

而将编码器输出端至解码器输入端之间的部分称之为编码信道。

1.13 何谓多径效应？答：信号经过多条路径到达接收端，而且每条路径的时延和衰减不尽相同，造成接收端的信号幅度和随机变化，这一现象称为多径效应。

1.14 电磁波有哪几种传播方式？答：电磁波有地波传播、天波传播和视线传播三种传播方式。

数字调制ask

数字调制ask

数字调制ask
数字调制是一种将数字信号转换为模拟信号的技术。

它在现代通信系统中起着至关重要的作用。

数字调制使得我们能够通过无线电波或电缆等媒介传输数字信息，从而实现声音、图像和数据的传输。

数字调制的过程包括两个主要步骤：调制和解调。

在调制过程中，数字信号被转换为模拟信号，以便在传输过程中进行传输。

解调过程是调制的逆过程，它将模拟信号转换回数字信号，以便接收方能够还原原始的数字信息。

在数字调制中，有几种常见的调制方式，如频移键控（FSK）、相移键控（PSK）和振幅键控（ASK）。

其中，ASK是一种简单而常用的调制方式。

它通过改变载波的振幅来表示数字信号中的信息。

当数字信号为1时，载波的振幅增加；当数字信号为0时，载波的振幅减小或为0。

ASK调制具有简单、易实现的优点，并且在低噪声环境下具有较好的性能。

然而，它对噪声和干扰非常敏感，因此需要采取一些技术手段来提高系统的可靠性。

在数字调制应用中，ASK被广泛应用于无线通信领域。

例如，无线遥控器、无线传感器网络等都使用了ASK调制技术。

此外，ASK还可以用于数据传输和通信系统中的基带信号调制。

数字调制是一种重要的通信技术，可以将数字信号转换为模拟信号
进行传输。

ASK调制是其中的一种常见方式，通过改变载波的振幅来表示数字信号中的信息。

它在各种通信系统中发挥着重要的作用，为我们的日常通信提供了便利。

第5章调制与解调共51讲160页课件

第5章调制与解调共51讲160页课件
18
残留边带调制是介于单边带调制与双边带调制之间的一种 调制方式，它既克服了DSB信号占用频带宽的问题，又解决 了单边带滤波器不易实现的难题。
在残留边带调制中，除了传送一个边带外，还保留了另外 一个边带的一部分。对于具有低频及直流分量的调制信号， 用滤波法实现单边带调制时所需要的过渡带无限陡的理想 滤波器，在残留边带调制中已不再需要，这就避免了实现上 的困难。
接将载频与调 制信号相乘
1 2
AUmUcm cos(c
)t
cos(c
)t
15
[优点] 发送功率利用率提高
uDSB Auuc AUm cos t Ucm cosct
1 2
AUmUcm cos(c
)t
cos(c
)t
[不足]
1) 存在180deg相位突变点; 2) 包络变化不反映调制信号 的变化；
41
失真原理 放电时常数过大，导致放电过慢形成。 解决办法
降低放电时常数， 使放电速率快于 包络下降速率 不失真条件
RC 1 ma2 ma
42
1）大信号包络检波 实用电路
Ri：为后级电路输入电阻，
此处作为检波负载。
CC：隔离Uo中的直流分量，
只让交流成份送至后级处理，
CC的容抗要求远小于Ri阻抗
u (t) Um cos t Um cos 2Ft 2F
又令载波信号
uC (t) Ucm cosct Ucm cos 2fc t c 2fc 调幅波振幅(包络) （与调制信号成比例）
U AM (t) Ucm kaUm cost
Ucm(1
ka
U m Ucm
c ost )
6
普通调幅波的表达式、功率与效率计算 三种调幅波的波形图、频谱图

通信原理第六版樊昌信第5章课件

通信原理第六版樊昌信第5章课件

波器的输出频谱为
Sd
()
1 2
M
( ) H
(
c
)
H
(
c
)
25
第5章 模拟调制系统
Sd
()
1 2
M
( ) H
(
c
)
H
(
c
)
显然，为了保证相干解调的输出无失真地恢复调制信
号m(t)，上式中的传递函数必须满足：
H( c ) H( c ) 常数， H 式中，H － 调制信号的截止角频率。
上述条件的含义是：残留边带滤波器的特性H()在c处必
SSB信号的性能 SSB信号的实现比AM、DSB要复杂，但SSB
调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而 且它所占用的频带宽度比AM、DSB减少了一半。 它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。
20
第5章 模拟调制系统
5.1.4 残留边带（VSB）调制
原理：残留边带调制是介于SSB与DSB之间的一种折中方 式，它既克服了DSB信号占用频带宽的缺点，又解决了 SSB信号实现中的困难。在这种调制方式中，不像SSB那 样完全抑制DSB信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残 留—小部分，如下图所示： M
通信原理
第5章 模拟调制系统
1
第5章 模拟调制系统
基本概念
调制 － 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一 种过程。
广义调制 － 分为基带调制和带通调制（也称载波调
制）。
狭义调制 － 仅指带通调制。在无线通信和其他大多 数场合，调制一词均指载波调制。
调制信号 － 指来自信源的基带信号
载波调制 － 用调制信号去控制载波的参数的过程。
[ A02 cos2 ct m2 (t) cos2 ct 2A0m(t) cos2 ct 若 m(t) 0

《通信原理》樊昌信__课后习题答案

《通信原理》樊昌信__课后习题答案

《通信原理》樊昌信__课后习题答案第⼀章概论1.3 某个信息源由A 、B 、C 、D 等4个符号组成。

这些符号分别⽤⼆进制码组00、01、10、11表⽰。

若每个⼆进制码元⽤宽度为5ms 的脉冲传输，试分别求出在下列条件下的平均信息速率。

（1）这4个符号等概率出现；（2）这4个符号出现的概率分别为1/4、1/4、3/16、5/16。

解：每秒可传输的⼆进制位为：()20010513=?÷-每个符号需要2位⼆进制，故每秒可传输的符号数为： 1002200=÷ （1） 4个符号等概率出现时每个符号包含的平均信息量为： bit 24log 2=故平均信息速率为：s b R b /2002100=?=（2）每个符号包含的平均信息量为：bit 977.11651log 1651631log 163411log 41411log 412222=+++故平均信息速率为： s b R b /7.197977.1100=?=1.6 设⼀个信号源输出四进制等概率信号，其码元宽度为125s µ。

试求码元速率和信息速率。

解：码元速率为：()baud R B 80001012516=?÷=- 信息速率为：s kb R R B b /16280004log 2=?==第⼆章信号2.2 设⼀个随机过程X （t ）可以表⽰成：()()∞<<∞-+=t t t X θπ2cos 2其中θ在（0，2π）之间服从均匀分布，判断它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。

解：它的能量⽆限，功率有界，所以是⼀个功率信号。

`()[]()[]()()()πτθπτθππτπθπθπτπθπππ2cos 4224cos 2cos 22122cos 22cos 22020=+++=+++=?d t d t t由维纳－⾟钦关系有：()()ττωωτd e R P j X -+∞∞-?=()()[]πωδπωδπ222++-=2.3 设有⼀信号可表⽰为：()()??>≥-=000exp 4t t t t x试问它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。

通信原理课件——数字调制系统

通信原理课件——数字调制系统

② 2DPSK信号的解调
——
极性比较—码变换法即是2PSK解调加差分译码，其方框图如（a） 原理：2DPSK解调器将输入的2DPSK信号还原成相对码{bn}，再由差分译码器把 相对码转换成绝对码，输出{an}，从而恢复发送的信息。在次过程中，若相干
载波产生1800模糊，会发生“反向工作”现象。但是经过码反变换器后，输出的 绝对码不会发生任何倒置现象。
根据题中已知条件，码元传输速率为1000B，“1”码元的载 波频率为3000Hz，“0”码元的载波频率为2000Hz。因此， 在2FSK信号的时间波形中，每个“1”码元时间内共有3个 周期的载波，每个“0”码元时间内共有两个周期的载波。
数字基带信号s(t)和2FSK信号的时间波形如图：
（2）2FSK信号是一种非线性调制信号，其功率谱结构可以近似看成是两 个2ASK信号频谱的叠加。
n
n
n1
（2） 2PSK和2DPSK信号的调制
模拟调相法：原理框图如图所示，码变换器（即差分编码器）是用来完成绝
对码波形到相对码波形变换的，去掉码变换器，则可进行2PSK信号的调制。
（3） 2PSK和2DPSK信号的解调 ① 2PSK信号的解调
——
2PSK信号的解调只能采用相干解调的方法，其方框图及波形如图所示。
2. 二进制频移键控（2FSK）
数字频率调制又称频移键控，记作FSK（Frequency Shift Keying）， 二进制频移键控记作2FSK。
（1） 2FSK信号的调制方法：
前面已提到，2FSK信号可以采用模拟调频法和数字键控法来产生。
模拟调频法：用数字基带矩形脉冲控制一个振荡器的某些参数（例如电
3. 二进制相移键控及二进制差分相位键控

数字调制

数字调制

二进制数字调制仿真及性能分析摘要：数字调制是通信系统中最为重要的环节之一，数字调制技术的改进也是通信系统性能提高的重要途径。

本文首先分析了数字调制系统的三种基本调制方法，然后，运用Matlab对这几种数字调制方法进行编程和仿真。

通过仿真，观察了调制过程中各环节时域的波形，并结合这几种调制方法的调制原理，跟踪分析了各个环节对调制性能的影响及仿真模型的可靠性。

最后，在仿真的基础上分析比较了各种调制方法的性能，并通过比较仿真模型与理论计算的性能，证明了仿真模型的可行性。

关键词：数字调制；分析与仿真；Matlab；数字通信系统现代数字通信系统由两个主要部分构成：数字信号的基带传输系统和数字信号的频带传输系统，其中，数字信号频带传输系统的应用最为广泛。

频带传输系统是指将原始的数字基带信号，经过频谱搬移，变换成适合在频带上传输的频带信号，而传输这种信号的系统就称为频带传输系统。

在频带传输系统中，根据已调信号参数改变类型的不同，可分为用基带信号控制一个载波幅度的数字调幅信号(ASK)；用基带信号控制一个载波频率的数字调频信号(FSK)和用基带信号控制一个载波相位的数字调相信号(PSK)。

本文将对二进制的数字信号进行仿真分析。

1.2数字调制的意义数字调制是指用数字基带信号对载波的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化。

根据控制的载波参量的不同，数字调制有调幅、调相和调频三种基本形式，并可以派生出多种其他形式。

由于传输失真、传输损耗以及保证带内特性的原因，基带信号不适合在各种信道上进行长距离传输。

为了进行长途传输，必须对数字信号进行载波调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。

因此，大部分现代通信系统都使用数字调制技术。

另外，由于数字通信具有建网灵活，容易采用数字差错控制技术和数字加密，便于集成化，并能够进入综合业务数字网（ISDN网），所以通信系统都有由模拟方式向数字方式过渡的趋势。

因此，对数字通信系统的分析与研究越来越重要，数字调制作为数字通信系统的重要部分之一，对它的研究也是有必要的。

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• 正交幅度调制(QAM) – 应用于ADSL Modem、Cable Modem （电缆调 制解调器） – QAM实质就是通过基带信号控制载波的振幅和相 位，从而在码元速率固定的情况下提高信息传输 速率。
8 现代数字调制技术
• QAM是用两路独立的基带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，实现两路 并行传输。
4进制数据 2进制数据
230210 10 11 00 10 01 00
4DPSK( 系统)
2
初始相位
画4DPSK波形时要与 前一个码元的波形比较
t
2进制数据 00 10 11 01
与前1码元相位差 0 π/2 π
-π/2
星座图
• 数字调制用“星座图”来描述，星座图中定义了 一种调制技术的两个基本参数：（1）信号分布； （2）与调制数字比特之间的映射关系。星座图中 规定了星座点与传输比特间的对应关系，这种关 系称为“映射”，一种调制技术的特性可由信号 分布和映射完全定义，即可由星座图来完全定义。
• 在同样的码元速率下，4PSK的传信率是2PSK的二 倍，但是由于4PSK相邻状态之间的相位差（π/2） 要比2PSK的相位差（π）小，解调时出现错误判 决的可能性就要大，同样，8PSK的传信率更高， 但误码率也会更大；不难发现，接收端对这些信 号相邻状态的分辩能力与它们的矢量端点之间的 间隔有关，间隔越大，越容易分辩，也就是越不 易受干扰的影响。
• 多进制数字调制系统具有以下特点：
– （1）在相同的传码率条件下，多进制数字系统的信息速率高于二 进制系统。
– （2）在相同的信息率条件下，多进制的传码率比二进制低，可减 小信道带宽，并且使多进制信号码元的持续时间要比二进制的宽。 码元宽度的增加可增加码元能量，有利于提高通信系统的可靠性。
7.1 MASK幅度调制
7.1 MASK幅度调制
7.1 MASK幅度调制
可见MASK信号可 看作多个2ASK信 号的叠加
经MASK调制后的信 号带宽仍然是原始 基带信号带宽的2倍。
7.1 MASK幅度调制
MASK的调制和解调
• 调制方法与2ASK相同，但是首先要将数字基带信号由二 进制变为M进制，用它对载波信号进行调制就可以得到 MASK信号。MASK信号可以看作是M个2ASK信号的叠 加，因此，MASK信号的解调原理与2ASK的解调原理相 同，包括相干解调和包络解调。
• MFSK系统中每个码元携带的信息为log2M比特， 比2FSK系统的每个码元携带１比特信息要高。但 是抗干扰性不如2FSK。
7.2 MFSK频率调制
• 以4FSK为例
302103
4FSK
t
要注意在实际中4个载波频率都远远高于码元速率
7.3 MPSK相位调制
• 多进制数字相位调制是利用多个不同相位的正弦载 波信号来表示M进制中的M种状态。也分为多进制 绝对移相(MPSK)和多进制相对移相(MDPSK)
[例题]求传码率为1000波特的16进制ASK系统的信息传输 速率；若采用2进制ASK，传码率不变，信息速率又是多少？
Rb16ASK RB log 2 M 1000 4 4000 bps
Rb2ASK RB log 2 M 2000 1 2000 bps
7.2 MFSK频率调制
• 在MFSK中，载波频率有M种，分别为f1,f2,…,fM这 些载波频率分别 对应着M进制中的M种状态.
7.3 MPSK相位调制
• PSK只是从相位上将信号的各种状态区分开来，它 们的幅度相同的。而ASK只是从幅度上将信号的各 种状态区分开来，它们的相位是相同的。如果既 从相位上、同时又从幅度上使信号相邻状态有区 别，那么在相同的进制数下，可以得到较大的噪 声容差，也就可以得到较小的误码率。
8 现代数字调制技术
过滤掉
8 现代数字调制技术
相乘器
cos(wct)
s(t)
载波发生器
低通滤波器
采样判决 定时采样
码变换
m1’(t)
－π/2
sin(wct)
相乘器
低通滤波器
解调
采样判决
码变换
m2’(t)
[m1(t) cos wct m2 (t) sin wct] sin wct
1 2
m2
(t)
1 2
m2
(t)
cos(2wct)
7 多进制数字调制
• 多进制调制信号是指状态数目M大于2的已调信号，又称 为多元调制信号，通常取M为2的幂次（M＝2n）。在二进 制载波数字调制中，基带数字信号只有两种状态，所以一 个码元只携带一个比特信息，在多进制系统中，一位多进 制符号代表若干位二进制符号，所以，一个码元携带的比 特数大于1。当携带信息的参数分别为载波的幅度、频率 或相位时，数字调制信号为M进制幅度调制（MASK）、 M进制频率调制（MFSK）或M进制相位调制（MPSK）。
• 例如4PSK信号使用4种不同的相位信号，也就是 说要有4个相位与四进制的4个状态相对应，这4个 相位可以是0、π/2、 π、-π/2，也可以是-π/4、 π/4 、 3π/4 、-3π/4 等
4PSK（π/2系统）的波形
4进制数据 2进制数据
230210 10 11 00 10 01 00
参考载波
10
11
00
01
参考相位
星座图
• 如果令
– 发“11”时，使产生波形与载波相位差= π/4 – 发“10”时，使产生波形与载波相位差= -π/4 – 发“01”时，使产生波形与载波相位差= 3π/4 – 发“00”时，使产生波形与载波相位差= -3π/4
01
11
参考相位
00
10
7.3 MPSK相位调制
• 对MASK信号，其信息速率与码元速率之间有如下关系：
Rb RB log 2M
• 与2ASK相比，在相同的码元速率下，MASK的信息速率 是2ASK的log2M倍，或者说在相同的信息速率下， MASK所要求的带宽仅是2ASK的1/ log2M 。但其抗干扰 性不如2ASK。
7.1 MASK幅度调制
t
4PSK( 系统)
t
2
画4PSK波形时要与载波比较
2进制数据 00 10 11 01
与载波相位差 0 π/2 π
-π/2
4PSK（π/4系统）的波形
4进制数据 2进制数据
230210 10 11 00 10 01 00
参考载波
t
4PSK( 系统)
4
画4PSK波形时要与载波比较
t
2进制数据 00 10 11 01
星座图
以2PSK为例来说明
发“0”时与载波反 相
0
原
点
发“1”时与载波同 相
1
参考相位
（在这里可 以认为是载 波相位）
可以看出，如果确定了原点和参考方向，这些矢量 可以分别用1个星座点来表示
星座图
• 同理，对2PSK进行推广，当采用4PSK时 • 我们可以令
– 发“00”时，使产生波形与载波同相（相位差=0） – 发“11”时，使产生波形与载波反相（相位差=π） – 发“10”时，使产生波形与载波相位差=π/2 – 发“01”时，使产生波形与载波相位差=-π/2
cos(wct)
s(t)
载波发生器
低通滤波器
采样判决 定时采样
码变换
m1’(t)
－π/2
sin(wct)
相乘器
低通滤波器
解调
采样判决
码变换
m2’(t)
[m1(t) cos wct m2 (t) sin wct] cos wct
1 2
m1 (t )
1 2
m1(t) cos(2wct)
1 2
m2 (t) sin(2wct)
• 4QAM中每个码元携带2比特，8QAM中每个码元 携带3比特。其他流行的调制方式包括16QAM、 64QAM和256QAM，这三种调制方式每个码元分 别携带4、6和8比特。
• 【例题】 对数字序列01111000010010110001进 行4ASK调制。
• 解 n＝log24＝2，故首先将序列中每2位一组变换 为四电平信号，即用4组二进制码对4种电平编码。 若我们用00表示0，01表示1，10表示2，11表示3。 （编码方式不唯一），则原序列变为四电平序列： 1320102301，对载波调制后，可得4ASK波形如 下图所示。
1 2
m1 (t )
sin(2wct)
过滤掉
8 现代数字调制技术
• 要想得到多进制QAM信号，可先将二进制转换成M 进制信号，再进行正交调制。常见的多进制QAM 信号有四进制QAM（l6QAM）、八进制QAM （64QAM）等它们对应的信号矢量端点数分别为 16和64，即信号电平数M与信号矢量端点数m之间 的关系为m=M2
与载波相位差 -3π/4 -π/4 π/4 3π/4
4DPSK（π/2系统）的波形
4DPSK的原理
• 与2DPSK类似，根据要发的数据，在前一个码元 的波形基础上进行相位移动
• 而不是与载波比较 • 这时候相位关系表格中的相位意义是
– 本码元相位与上一个码元相位之差
4DPSK（π/2系统）的波形
• 设m1(t)和m2(t)是两个独立的双极性不归零矩形脉 冲序列，coswct和sinwct是正交的同频载波，则 生成的正交幅度调制信号为：
s(t) m1(t) cos wct m2 (t) sin wct
• 上式中的m1(t)和m2(t)是双极性序列，分别和载波 相乘后得到 cos w0t 和 sin w0t ，处理过程如下图所 示
8 现代数字调制技术
m1(t)
m2(t)
01
11
00
10