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多进制数字振幅调制 MASK 系统

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多进制振幅调制解调

多进制振幅调制解调

基于MATLAB的多进制振幅调制与解调系统仿真与分析吴江涛（陕西理工学院物理与电信工程学院通信081班，陕西汉中 723003）指导教师：李翠华[摘要]随着人们对于通信系统的要求增高，多进制中的二进制作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。

二进制数字振幅键控是一种古老的调制方式，也是各种数字调制的基础。

利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个2ASK调制与解调系统.用示波器观察调制前后的信号波形;用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化;加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。

[关键词] MATLAB；Simulink；多进制振幅；误码率MASK Modulation and Demodulation System Simulation and AnalysisWu Jiangtao(Grade08,Class1,Majorof Communication Engineering，School of Physics and telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology, Han zhong 723003,China)Tutor: Li Cuihua[Abstract] Modern correspondence the system request to correspond by letter distance far, the correspondence has great capacity, delivers quality like. This course designs mainly is make use of MATLAB integrated environment under of Simulink imitate true platform and design much aer enter make to flap to make with solution adjust e to show a machine observation to make front and back signal wave a form;Make the variety of front and back signal frequency chart with the analytical mold piece observation of frequency chart;Plus various Zao voice source, test a mold piece with the mistake code diagraph mistake code rate;Finally analyze the system's function according to movement result and wave form.Through a true function of imitating of Simulink touched draw up physically medium of much enter make to flap to make with solution flirtation condition.[Key words] MA TLAB；Simulink：MASK; the mistake code leads目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1通信的发展及课题意义 (1)1.2 课程设计目的 (1)1.3 课程设计内容 (1)1.4课程设计要求 (2)2 方案设计 (3)2.1 MASK信号的波形及表示式 (3)2.2 MASK信号的频谱、带宽及频带利用率 (5)2.3 MASK信号的调制解调方法 (6)2.5 2ASK调制原理 (7)2.6 2ASK解调原理 (9)3 SMULINK简介 (11)3.1 Simulink的功能 (11)3.2 Simulink的特点 (12)3.3 Simulink的启动 (12)3.4 Simulink 的Communications Blockset（通信模块集）介绍 (13)4 设计步骤 (16)4.1 simulink的工作环境熟悉 (16)4.2 ASK调制电路分析 (17)总结 (29)致谢 (30)参考文献 (31)1 绪论本课程设计主要是深入理解和掌握振幅通信系统的各个关键环节，包括调制、解调、滤波、传输、噪声对通信质量的影响等。

多进制数字振幅调制(MASK)系统

多进制数字振幅调制(MASK)系统


--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
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。

mask调制原理过程

mask调制原理过程

mask调制原理过程一、调制原理Mask调制是一种无线通信中的调制技术，它通过在信号上叠加一个特定的掩码来实现数据的传输。

掩码通常是由一系列的零和一组成，用于指示不同的信号参数，如频率、相位、幅度等。

Mask调制技术能够提高信号的抗干扰能力，增强信号的传输距离和可靠性。

二、调制过程1. 信号生成：首先，需要生成原始数据信号，通常采用数字信号或模拟信号。

2. 生成掩码：接下来，根据特定的规则生成一个掩码。

掩码通常是由一系列的零和一组成，用于指示不同的信号参数。

3. 掩码叠加：将原始数据信号与生成的掩码进行叠加，得到调制后的信号。

4. 信号传输：将调制后的信号通过无线信道进行传输。

5. 信号解调：在接收端，通过与发送端相同的掩码对接收到的信号进行解调，恢复原始数据信号。

具体来说，mask调制的过程可以细分为以下几个步骤：（1）发送端将数据信号与掩码按照一定的规则进行组合，生成最终的调制信号；（2）调制信号通过信道传输；（3）接收端接收到调制信号后，使用与发送端相同的掩码对信号进行解调；（4）解调后的信号被还原成原始数据。

三、调制技术优势Mask调制技术具有以下优势：1. 抗干扰能力强：由于掩码的存在，mask调制能够有效地抵抗干扰信号的影响，提高通信可靠性。

2. 传输距离更远：掩码调制可以通过调整掩码的特性来优化信号的传输性能，从而延长信号的传输距离。

3. 适用于多种信道环境：Mask调制可以适应不同的信道环境，包括移动通信、卫星通信、海洋通信等场景。

4. 易于扩展：Mask调制技术具有较好的扩展性，可以应用于不同频段、不同制式、不同协议的通信系统中。

四、调制技术挑战尽管mask调制技术具有许多优点，但也存在一些挑战：1. 掩码设计：如何设计合适的掩码以适应不同的通信需求和信道特性是一个关键问题。

掩码设计不当可能导致通信性能下降。

2. 误码控制：在恶劣的通信环境下，如何控制误码率是mask调制技术需要解决的重要问题。

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：
多进制数字调制技术

多进制数字调制技术


概述
特点
在相同的码元传输速率下，多进制调制系统信息传输速率 比二进制系统高。
Rb RBN log 2 N
b
s
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，会增加码元能量，并能减少由于信道 特性引起的码间干扰的影响。 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。
k
RS W 1
概述
常见的多进制调制：多振幅调制（MASK）、多频率调制、多相位调 制以及它们的组合等。 多进制调制提高了信息速率，同时节约了频带。但是误码率会增加。
概述
在相同时间内二进制编码只传输6位二进制数，但多进制 编码共传输了12位二进制
（a）用二进制数进行传输二进制数“101101”的波形图 （ b ）是用四进制数传输四进制数 “011011100010 （用二进制表示四 进制数）的波形图
项目1-2 数字调制技术
鄢立
多进制调制技术
录
目
Contents
02
01
概述 多进制数字调制技术
Part
01
概述
鄢 立
概述
为了有效利用频带，提高信息传输速率而采用多进制调制。 多进制调制通常以降低功率利用率为代价来提高其频带利用 率。 （1）频带利用率——单位频带内所能传输的最大比特率。频 带利用率大于2bit/Hz的调制为高效调制。 （2）功率利用率——误码率达到要求时所需的最小信号与噪 声的功率比值。
多进制频移键控（MFSK）
利用串并变换电路和逻辑电路将输入的二进制码转换成多 进制码。当某组二进制码到来时，逻辑电路的输出仅打开 相应的一个门电路，将和该门电路相应的载波发送出去； 其他频率对应的门电路此时是关闭的。当一组组二进制码 元输入时，通过相加器输出的就是一个多进制频率键控的 波形。
6.3 多进制数字调制系统

6.3 多进制数字调制系统


多相调制也有绝对移相和相对（差分）移相两种
。多相制中使用最广泛的是四相制和八相制，四相
制记为4PSK或QPSK。
2020/4/13
海南大学 信息学院
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6.3 多进制数字调制系统
2．四相绝对移相调制（QPSK） QPSK利用载波的四种不同相位来表征数字信息， 每一载波相位代表2比特信息 。
za (t)
A cos(ct
k ) cosct
A 2
cos(2ct
k )
A 2
cosk
zb (t)
A cos(ct
k
)( sin
)
A 2
sin
k
φk
cosφk sinφk
π/4
+
+
3π/4
-
+
5π/4
-
-
7π/4
+
-
输出
a
b
1
1
0
1
0
0
1
0
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相干解调的情况下，MASK的误码率信为号：功率
p (1 1 )erfc( 3 r)1/2
e
L
L2 1
r
p s
2
n
噪声功率
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6.3 多进制数字调制系统
三、多进制数字频率调制的原理
1、多进制数字频率调制是二进制数字频率键控
方式的直接推广，它用M个载频表示多进制的M个
状态。
e0 (t) Acos[ct (i 1)t]
QAM

QAM

QAM调制QAM简介调制信号通常在我们的通信系统中，信号发送的处理一般需要两个过程，第一个是基带信号的处理过程，具体就是电信号的转换，还有编码等。

第二个是调制，因为基带信号是在零频附近的，我们需要将基带信号进行处理，将其输入信道，并在信道中传输。

在接收端，这个过程就会反向进行，先解调，后处理基带信号。

而调制，在通信系统中的作用就是，实现频谱的搬移，通过调制信号，将基带信号搬到我想要的频段上，另一个作用就是，通过调制，增加信号的传输可靠性和有效性。

调制关系到了通信系统的性能，是十分重要的过程。

传统的信号调制方式有三种，调幅，调频，还有调相。

但是这三种方式存在很多缺点，而本文所要介绍的QAM调制（Quadrature Amplitude Modulation），全称正交振幅调制，是一种调相和调幅相结合的调制技术，具有频谱利用率高，传输速率高等特点。

发展历程1995年5月我国《数字电视系统标准化专家委员会》成立，从此我国的数字电视系统标准的体系框架确定，并且标准的基本原则和程序得以提出。

2000年年底完成了对日本综合服务数字广播、DVB_T和美国数字电视国家标准多种数字电视地面广播传输制式的比较测试；并且我国自主研制的数字电视广播传输方案从2001年3月开始进入了现场测试阶段。

2005年6月，我国有线电视向数字化过渡的时间表由广电总局制定：2005年，数字电视用户超过3000万；2008年，地面数字电视广播全面推广；2010年，数字广播电视全面实现；2015年，模拟广播电视停止。

继欧洲、美国和日本之后，我国同样采用了DVB_C标准作为有线数字电视传输标准。

基于DVB_C的有线电视网具有信道容量大、传输质量好、传输率高、频带宽的特点，并且能很好地实现各种语言、文字、图像、音乐、数据传输于一缆，从而成为多媒体综合信息网的极好信息传输通道。

DVB_C的核心技术是QAM调制，一般采64QAM调制方式，有时也会采用16QAM、32QAM 或更高的128QAM、256QAM，传输信息速率越高的QAM调制方式，其抗干扰能力就越低。

通信原理第8章数字信号的频带传输

通信原理第8章数字信号的频带传输


分布的。发“1”、发“0”码时x(t)
f1(x) f0(x)
1
2π n
exp[
( x A)2
2
2 n
]
1
2π n
exp
x2
2
2 n
２ASK信号相干解调时概率分布曲线
当P(0)=P(1)=1/2 时，判决门限电平为A/2, 相干检测时
2ASK系统的误码率为
Pe P(1)P(0 /1) P(0)P(1/ 0)
Po ( f
)
1 16
[
(
f
fc) (
f
fc )]
1 16
Tb
[Sinc2Tb
(
f
fc ) Sinc2Tb ( f
fc )]
由此画出2ASK信号功率谱示意图。
2ASK信号的功率谱
由图
(1) 因为2ASK信号的功率谱密度Po(f)是相应的单极性数字 基带信号功率谱密度Ps(f)形状不变地平移至±fc处形成的，所 以2ASK信号的功率谱密度由连续谱和离散谱两部分组成。 它 的连续谱取决于数字基带信号基本脉冲的频谱G(f)；它的离散 谱是位于±fc处一对频域冲击函数，这意味着2ASK信号中存 在着可作载频同步的载波频率fc的成分。
8.1 引 言
由于数字基带信号往往具有丰富的低频成分，而实际的通信信 道又具有带通特性，因此，必须用数字信号来调制某一较高频 率的载波，使已调信号能通过带限信道传输。
用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数 字信号的过程称为数字调制。
已调信号通过信道传输到接收端，在接收端通过解调器把频带 数字信号还原成数字基带信号，这种数字信号的反变换称为数 字解调。
ct
多进制数字调制(二)

多进制数字调制(二)


时，频带利用率为
1
1
log2
M (b
/
s
/
Hz)
两种形状MQAM 的比较
• 方型与星型MQAM
(－ 3 ,3 ) (－ 3 ,1 )
(3 ,3 ) (3 ,1 )
(－ 3 ,－ 3 )
(－ 1 ,－ 1 ) (－ 1 ,1 )
(3 ,－ 3 )
(a)
(0 ,4 .6 1)
(0 ,2 .6 1)
恒定包络调制
• 如果每个符号包络是矩形 的，则已调信号包络是恒
Àí Ïë µÄ QPSKÐÅ ºÅ
定的，但此时已调信号频
t
谱→∞。
– 实际信道是限带的，限带后如
QPSK信号已不能保持恒包络。 – 相邻符号间发生180º相移时，经
ÂË ²¨ºó µÄ QPSKÐÅ ºÅ
限带后会出现包络为0的现象
t
• 经非线性放大后，包络中的起伏
n
MAPK信号 可以看作两 个正交调制
信号之和
－[ An g(t-nTS ) sinn ]sinCt
n
sAPK [ X ng(t nTS )]cosC t
n
－[ Yn g(t nTS )]sinCt
n
正交振幅调制 QAM
• 正交振幅调制QAM原理
– 用两个独立的基带波形对两个互相正交的同频载 波进行抑制载波的双边带调制(DSB-SC)，利用这
y
16PSK
x
16QAM
y x
16PSK
QAM：正交幅度调制 APK：幅度相位联合键控
16QAM
y
16APK
x
16APK
振幅相位联合调制系统

第17讲 多进制数字调制原理


相加 电路
s(t)
b
相乘 电路
图7-37 第一种QPSK信号产生方法
通信原理
第6章 数字带通传输系统
码元串并变换： 0
0 1
1 2 3 4 (a) 输入基带码元
2 4 (b) 并行支路a码元
5
t t t
3 5 (c) 并行支路b码元 图7-38 码元串/并变换
通信原理
第6章 数字带通传输系统
矢量图：
f1 00
f2 01
f3 10
f4 11
(b) 4FSK信号的取值
通信原理
第6章 数字带通传输系统
• MFSK信号的带宽： B = fM - f1 + f 式中， f1 － 最低载频 fM － 最高载频 f － 单个码元的带宽
通信原理
第6章 数字带通传输系统
• MFSK非相干解调器的原理方框图：
通信原理
第6章 数字带通传输系统
– 正交相移键控（QPSK） • 4PSK常称为正交相移键控（QPSK） • 格雷（Gray）码 – 4PSK信号每个码元含有2 比特的信息，现用ab代表 这两个比特。 – 两个比特有4种组合，即00、01、10和11。它们和 相位k之间的关系通常都按格雷码的规律安排，如 下表所示。 QPSK信号的编码： a 0 0 1 1 b 0 1 1 0
01 10 11 11
10
01 00 00
10 t
0
(c) 基带多电平双极性不归零信号
11 01 00 00 11
01
10
10
10
0
t
(d) 抑制载波MASK信号
通信原理
第6章 数字带通传输系统
6.5.2 多进制频移键控（MFSK）

MQAM(M进制正交幅度调制)

2 0 T 1 2
• 等效方差
2
1 n0 BT 2
• 等概率时的误码率：
Pe Q(d / 2 )
pe1
f0(x) f1(x)
pe0
DG d
x Q(a)
多进制数字振幅调制MASK
• 抗噪声性能
–设发送端L电平的基 带码元的振幅位于 ªA、ª3A、…ª(L1)A，相邻电平振幅 的距离为2A。 –相邻信号点的距离为：
M 1 n0
3A 2A A O t 2 3 0 1
P
n
1
TB
多进制数字振幅调制MASK
• 带宽
–其功率谱密度为C)+G(f-fC)]
与2ASK一样，带宽 为基带信号的二倍 ，但可传送log2M信 息量。如要求传送 信息量相同，则可 加大TS，减小带宽
• 调制解调
多进制数字调制系统概述
• 在每个符号间隔0 ≤t≤TS内可发送的状态有M种 S1(t)~ SM(t) ，称M进制。实际应用中取M=2n(n>1的 正整数)，可有MASK、MFSK、MPSK，及其组合起 来的MAPK、MQAM（M进制正交幅度调制） • M进制中每个符号携带的信息量IS=log2M，可提高信 息传输速率（注意多进制系统的码元速率与比特速率 的关系）。如四进制系统，信息传输速率是二进制系 统的二倍，等效于提高频带利用率。其代价是增加信 号功率和实现上的复杂性 • 相同信息速率下，多进制传输速率比二进制低，即TS 加大，码元能量增加，能减小由于信道特性引起的码 间干扰的影响。 目前多进制数字调制系统应用更为广泛
多进制数字振幅调制MASK
• 时域表达式
S MASK (t ) [ bn g(t nTS )]cosC t

CH1 现代调制解调技术1


M 2
N
与二进制数字调制系统相类似，若用多进制数字基 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。
11
1.1 多进制数字振幅调制系统（MASK）
M 进制数字振幅调制信号的载波幅度有M 种取值，在 每个符号时间间隔 Ts 内发送M 个幅度中的一种幅度 的载波信号。 一、时域表达式
多进制数字相位调制是利用载波的多种不同相位来表 征数字信息的调制方式。
M 进制数字相位调制信号可以表示为：
其中 g(t )为信号包络波形，通常为矩形波，幅度为1；
n 为第n 个码元对应的相位，共有M 种取值。
23
M 进制数字相位调制信号也可以表示为正交形式：
令A＝ 1
式中 同相分量 正交分量
24
主要特点： 微蜂窝小区结构 数字化技术---语音信号数字化 新的调制方式---GMSK、QPSK等 TDMA、CDMA 频谱利用率高，系统容量大 便于实现通信安全保密 能提供多种业务服务，提高通信系统的通用性
3
移动通信系统的发展
第二代数字蜂窝移动通信系统
历史回顾：1995年，美国的高通公司（Qualcomm）提出了一种采用码 分多址（CDMA)方式的数字蜂窝系统技术解决方案（IS-95 CDMA)， 目前已分别在中国香港、韩国、北美、中国大陆等国家和地区投入使 用，用户反映良好。 CDMA系统的主要特点：
导频/TPC/业务信道/信 令/分组业务码时分复用
扩频因子
4-512（3.84Mcps） 4-256 (3.6864Mcps)
反向信道结构
9
采用多进制数字调制系统的原因:
在信道频带受限时，为了提高频带利用率，通常其代 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 RB 间的关系 B 频带利用率

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

多进制数字调制

MFSK的调制可采用键控法产生MFSK信号，但其相位是不 连续的，如图5.27(a)所示。MFSK信号的解调通常采用非相干 解调，原理框图如图5.27(b)所示。因为相干解调实现起来比较 复杂，要求有精确相位的参考信号，所以很少采用。
MFSK信号可以看作由M个振幅相同、载频不同、时间上互 不重叠的2ASK信号叠加形成。MFSK信号的带宽随频率数M的 增大而线性增宽， 频带利用率明显下降。因此，MFSK多用于 调制速率不高的传输系统中。
数字信号的频带传输
f1
门电路1
逻1
输入
串/并 1 转换 2
辑 电
2
路M
f2
门电路2
+
n
fM
门电路M
(a)调制器实现框图
信道
输出
并/串 转换
逻 1 抽样 1 包络检波
辑 电
2
判决
2
包络检波
路M
M
带通f1 带通f1
接 收 滤 波
器
包络检波
带通f1
(b)非相干解调实现框图
图5.27MFSK系统原理框图
数字信号的频带传输
1.3多进制数字相移键控(MPSK)
1.多进制相移键控信号的表示
多进制数字调相又称多相制，它是利用不同的相位来表征数 字信息的一种调制方式。如果用载波有M种相位，那么就可以 表示n比特码元的2n组合状态，故有M=2n。假若有四种相位， 就可以表示二比特的四种组合状态。多进制相移键控分为多进 制绝对相移键控和多进制相对相移键控两种。在实际通信中大 多采用相对相移键控。
键控。四相相移键控即4PSK又称为QPSK，用四种不同的 载波相位携带数字信息，其信号矢量图见图5.28所示。四 相相移键控具有较高的频谱利用率和较强的抗干扰性，同 时在电路实现上比较简单，成为某些通信系统的一种主要 调制方式。π/4QPSK是目前微波、卫星数字通信和数字蜂 窝移动通信系统中常用的一种载波传输方式。以四相相移 键控（QPSK）为例介绍多相相移键控的调制与解调。

MQAM(M进制正交幅度调制)


多进制数字频率调制MFSK
• 多进制数字频率调制是 2FSK 的直接推广，用多个频 率的正弦波分别代表不同的多进制信号，每一码元内 只发送其中一个频率，每个频率可代表一个多进制码
f1
1
门电路 门电路 相 加 器 接收 滤 波器
带通f1 带通f2
检波器 检波器 抽 样 判 决 逻输 辑出 电 路
输 入 串/并 变换
输 入
1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0
B方式(c,d) 225©(- -) 315©(+ -) 45©(+ +) 135©(- +)
a b
1 1
1
1 1
0
双比特码元 a 0 1 1 0 b 0 0 1 1
载波下相位(φn ) A方式(c,d) 0©(1,0) 90©(0,1) 180©(-1,0) 270©(0,-1)
多进制数字相位调制MPSK
• 多相调制的信号矢量示意图
QPSK中k在（0,2） 内等间隔取4个相位值， 若初始相位0=0，称 0 A方式；若初始相位 0=45称B方式。由 M=2 于正弦和余弦的互补 性，其幅度a k、bk只 01 有二种取值，即
2 2
QPSK A方式
01
1
00
11
多进制数字调制系统概述
• 在每个符号间隔0 ≤t≤TS内可发送的状态有M种 S1(t)~ SM(t) ，称M进制。实际应用中取M=2n(n>1的 正整数)，可有MASK、MFSK、MPSK，及其组合起 来的MAPK、MQAM（M进制正交幅度调制） • M进制中每个符号携带的信息量IS=log2M，可提高信 息传输速率（注意多进制系统的码元速率与比特速率 的关系）。如四进制系统，信息传输速率是二进制系 统的二倍，等效于提高频带利用率。其代价是增加信 号功率和实现上的复杂性 • 相同信息速率下，多进制传输速率比二进制低，即TS 加大，码元能量增加，能减小由于信道特性引起的码 间干扰的影响。 目前多进制数字调制系统应用更为广泛
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• elsif qq=2 then qq<=3;y<=yy;
• else qq<=0;
• end if;
• end if;
• end process;
• end behav;
2020/4/13
MASK调制程序仿真图及注释
2020/4/13
（MASK调制VHDL程序仿真仿真全图）
2020/4/13
2020/4/13
2020/4/13
MASK调制方框图
FPGA
clk
分频器 ASK调制
D/A
start
基带信号
串/并
译码
调制信号
2020/4/13
MASK调制电路符号
2020/4/13
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
•
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;
• 已调波一般可表示为
2020/4/13
M 1
• g(t)是高度为1、宽度为TS的矩形脉冲，且有 Pi 1 i0
• 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。
• end process;
2020/4/13
• 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";
• --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
• 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。
• 所以其带宽
2020/4/13
BM
2fs
2 Ts
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。
•
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";
2020/4/13
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。
2020/4/13
2020/4/13
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。
• signal q:integer range 0 to 7;
--计数器
• signal qq:integer range 0 to 3;
--计数器
• signal xx:std_logic_vector(3 downto 0); --并行数据寄存器
• signal yy:std_logic_vector(7 downto 0); --8位DAC数据寄存器
2020/4/13
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。2020/4/13
• 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。
（MASK调制VHDL程序仿真局部放大图）
• begin
2020/4/13
• 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<=td_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;
•2020a/4r/1c3hitecture behav of MASK is