畢業(yè)設計（論文）多進制調制性能分析

1、本 科 畢 業(yè) 設 計 (論 文)畢業(yè)設計（論文）中文題目（二號楷體加粗居中）english title（二號times new roman字體加粗居中）學 院： 電子工程學院 專業(yè)班級： 通信 通信051 學生姓名： 學 號： 指導教師： 年 月畢業(yè)設計（論文）中文摘要多進制調制性能分析摘 要：為使數字信號能在帶通信道中傳輸，必須用數字信號對載波進行調制，其調制方式與模擬信號調制相類似。因數字信號對載波參數的調制通常采用數字信號的離散值對載波進行鍵控，故數字調制方式可分為幅移鍵控（ask）、頻移鍵控（fsk）和相移鍵控（psk）。通信的最終目的是在一定的距離內傳遞信息。雖然基帶數字信號可以在

2、傳輸距離相對較近的情況下直接傳送，但如果要遠距離傳輸時，特別是在無線或光纖信道上傳輸時，則必須經過調制將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。為了使數字信號在有限帶寬的高頻信道中傳輸，必須對數字信號進行載波調制。如同傳輸模擬信號時一樣，傳輸數字信號時也有三種基本的調制方式：幅移鍵控(ask)、頻移鍵控(fsk)和相移鍵控(psk)。它們分別對應于用載波（正弦波）的幅度、頻率和相位來傳遞數字基帶信號，可以看成是模擬線性調制和角度調制的特殊情況。 關鍵詞：幅移鍵控；頻移鍵控；相移鍵控；正交振幅調制；畢業(yè)設計（論文）外文摘要performance analysis of m-ary modulati

3、onabstract: to enable the digital signal can transmit in band-pass signal channel, digital signal must be modulated on the carrier, the modulation is similar with analog signal modulation. digital signal on the carrier due to modulation parameters used discrete digital signal value of the carrier fo

4、r keying, so the mode of modulation can be divided into amplitude shift keying(ask), frequency shift keying (fsk) and phase shift keying (psk). the ultimate goal of communication is transmit information in a certain distance. although the base-band digital signal can be transmitted directly relative

5、ly close to the case of direct transmission, but if meeting the long-distance transmission, especially in the wireless or optical transmission channel, then the signal must be modulated over high-frequency spectrum to the department in order to transmit in the transmission channel. in order to enabl

6、e digital signal in a limited bandwidth transmission of high-frequency channels to be carried out on the digital signal modulation. as the same with analog signal transmission, to transmit digital signals there are three basic types of modulation: amplitude shift keying (ask), frequency shift keying

7、 (fsk) and phase shift keying (psk). they correspond to the carrier (sine wave) the magnitude, frequency and phase separately in order to transmit digital base-band signal which can be regard as a special circumstances of linear modulation and the angle modulationkeywords: ask；fsk；psk；mqam目 錄1 緒論11.

8、1 課題意義11.2 選題目的11.3 課題研究方案12 數字通信的調制方式12.1 ask 幅移鍵控法22.2 fsk 相移鍵控法22.3 psk相移鍵控法23 多進制數字調制23.1 mask調制法33.1.1 mask的波形及表達式33.1.2 mask信號的頻譜、帶寬及頻帶利用率53.1.3 mask信號的調制解調方法63.1.4 mask系統(tǒng)的誤碼性能63.2 mfsk移頻鍵控法63.2.1 mfsk調制解調原理73.2.2 mfsk信號的頻譜、帶寬及頻帶利用率83.2.3 mfsk系統(tǒng)的誤碼性能83.3 mpsk數字相位調制法93.3.1 多相制信號表達式及相位配置93.3.2 m

9、psk信號的頻譜、帶寬及頻帶利用率103.3.3 4psk信號的產生與解調113.3.4 4dpsk信號的產生與解調123.3.5 4psk、4dpsk系統(tǒng)的誤碼性能144 多進制調制系統(tǒng)的仿真144.1 bfsk調制信號及其功率譜144.2 mfsk調制信號及其功率譜154.3 bask的調制164.4 mask調制信號174.5 psk的調制184.6 mpsk誤碼率仿真194.7 oqpsk的調制205 mqam調制215.1 mqam調制及解調2152 32qam的數字調制方式2453 不同m值的數字調制對比2954 有無信道編碼的對比30結 論31致 謝32參考文獻33附表清單：表1

10、 1表2 y表3 y表4 y表5 y表 6 y（略）表x y1 緒論1.1 課題意義隨著通信技術日新月異的發(fā)展，尤其是數字通信的快速發(fā)展和越來越普及，研究人員對其相關技術投入了極大的興趣。為使數字信號能在帶通信道中傳輸，必須用數字信號對載波進行調制，其調制方式與模擬信號調制相類似。因數字信號對載波參數的調制通常采用數字信號的離散值對載波進行鍵控，故數字調制方式可分為幅移鍵控（ask）、頻移鍵控（fsk）和相移鍵控（psk）。經調制后的信號，通過信道傳輸，在接收端解調后恢復成數字信號。因此，調制解調技術是實現現代通信的重要手段，促進通信的快速發(fā)展。1.2 選題目的如今，數字電視是人們談論最多的熱

11、鬧話題之一?！皵底蛛娨暋钡暮x并不是指我們一般人家中的電視機，而是指電視信號的處理、傳輸、發(fā)射和接收過程中使用數字信號的電視系統(tǒng)或電視設備。數字電視必須使用3項關鍵技術：提高傳輸頻帶利用率的多進制數字調制技術、對電視圖像及伴音進行壓縮編碼的技術和提高數字電視傳輸可靠性的糾錯編碼等信道編碼技術?，F在廣泛使用的數字調制技術，如ask、fsk和psk等，因傳輸效率低而無法滿足數字電視和移動通信等高要求的現代通信系統(tǒng)，所以研究抗干擾性能強、誤碼性能好、頻譜利用率高的多進制數字調制技術具有很重要的意義。1.3 課題研究方案按照系統(tǒng)功能的要求，首先實現數字基帶碼變換器的設計，將二進制序列轉換成四進制基帶信

12、號；其次實現多進制數字調制系統(tǒng)的設計，包括4ask、4fsk、qpsk、qdpsk系統(tǒng)；再次實現多進制數字解調系統(tǒng)的設計；最后對系統(tǒng)各部分性能進行分析與測試。2 數字通信的調制方式通信的最終目的是在一定的距離內傳遞信息。雖然基帶數字信號可以在傳輸距離相對較近的情況下直接傳送，但如果要遠距離傳輸時，特別是在無線或光纖信道上傳輸時，則必須經過調制將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。為了使數字信號在有限帶寬的高頻信道中傳輸，必須對數字信號進行載波調制。如同傳輸模擬信號時一樣，傳輸數字信號時也有三種基本的調制方式：幅移鍵控(ask)、頻移鍵控(fsk)和相移鍵控（psk)。它們分別對應于用載波（正

13、弦波）的幅度、頻率和相位來傳遞數字基帶信號，可以看成是模擬線性調制和角度調制的特殊情況。 理論上，數字調制與模擬調制在本質上沒有什么不同，它們都是屬正弦波調制。但是，數字調制是調制信號為數字型的正弦波調制，而模擬調制則是調制信號為連續(xù)型的正弦波調制。2.1 ask 幅移鍵控法ask-又稱幅移鍵控法。載波幅度是隨著調制信號而變化的。其最簡單的形式是，載波在二進制調制信號控制下通斷， 這種方式還可稱作通-斷鍵控或開關鍵控(ook) 。調制方法：用相乘器實現調制器。調制類型：2ask,mask。解調方法：相干法，非相干法。2.2 fsk頻移鍵控法fsk是信息傳輸中使用得較早的一種調制方式,它的主要優(yōu)

14、點是: 實現起來較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數據傳輸中得到了廣泛的應用。所謂fsk就是用數字信號去調制載波的頻率。調制方法：2fsk可看作是兩個不同載波頻率的ask以調信號之和。調制類型：二進制移頻鍵控(2fsk)，多進制移頻鍵控(mfsk)。解調方法：相干法和非相干法。2.3 psk相移鍵控法根據數字基帶信號的兩個電平使載波相位在兩個不同的數值之間切換的一種相位調制方法。產生psk信號的兩種方法： 1)、調相法：將基帶數字信號（雙極性）與載波信號直接相乘的方法： 2)、選擇法：用數字基帶信號去對相位相差180度的兩個載波進行選擇。 兩個載波相位通常相差180度，此時稱為反向鍵控

15、（psk）。 解調方法：只能采用相干解調。解調類型：二進制相移鍵控（2psk)，多進制相移鍵控（mpsk)。3 多進制數字調制所謂多進制數字調制，就是利用多進制數字基帶信號去調制高頻載波的某個參量，如幅度、頻率或相位的過程。根據被調參量的不同，多進制數字調制可分為多進制 幅度鍵控（mask）、多進制頻移鍵控（mfsk）以及多進制相移鍵控（mpsk或mdpsk）。也可以把載波的兩個參量組合起來進行調制，如把幅度和相 位組合起來得到多進制幅相鍵控（mapk）或它的特殊形式多進制正交幅度調制（mqam）等。由于多進制數字已調信號的被調參數在一個碼元間隔內有多個取值，因此，與二進制數字調制相比，多進制

16、數字調制有以下幾個特點：（1）在碼元速率（傳碼率）相同條件下，可以提高信息速率（傳信率），使系統(tǒng)頻帶利用率增大。碼元速率相同時，進制數傳系統(tǒng)的信息速率是二進制的倍。在實際應用中，通常取，為大于1的正整數。（2）在信息速率相同條件下，可以降低碼元速率，以提高傳輸的可靠性。信息速率相同時，進制的碼元寬度是二進制的倍，這樣可以增加每個碼元的能量，并能減小碼間串擾影響等。正是基于這些特點，使多進制數字調制方式得到了廣泛的使用。不過，獲得以上幾點好處所付出的代價是，信號功率需求增加和實現復雜度加大。3.1 mask調制法mask，又稱多進制數字幅度調制。在二進制數字調制中每個符號只能表示0和1(+1或-

17、1)。但在許多實際的數字傳輸系統(tǒng)中卻往往采用多進制的數字調制方式。與二進制數字調制系統(tǒng)相比，多進制數字調制系統(tǒng)具有如下兩個特點： 第一：在相同的信道碼源調制中，每個符號可以攜帶log2m比特信息，因此，當信道頻帶受限時可以使信息傳輸率增加，提高了頻帶利用率。但由此付出的代價是增加信號功率和實現上的復雜性。 第二，在相同的信息速率下，由于多進制方式的信道傳輸速率可以比二進制的低，因而多進制信號碼源的持續(xù)時間要比二進制的寬。加寬碼元寬度，就會增加信號碼元的能量，也能減小由于信道特性引起的碼間干擾的影響等。3.1.1 mask的波形及表達式多進制數字幅度調制（mask）又稱為多電平調制，它是二進制數

18、字幅度調制方式的推廣。進制幅度調制信號的載波振幅有種取值，在一個碼元期間內，發(fā)送其中的一種幅度的載波信號。mask已調信號的表示式為 （3.1.1-1）這里，為進制數字基帶信號 （3.1.1-2）式中，是高度為1、寬度為的門函數；有種取值 （3.1.1-3）且。圖3-1（a）、（b）分別為四進制數字基帶信號和已調信號的波形圖。圖3.1.1-1 多進制數字幅度調制波形圖3.1.1-2 多進制數字幅度調制波形不難看出，圖3.1.1-1（b）的波形可以等效為圖3.1.1-2諸波形的疊加。而圖3-1-2中的各個波形可表示為 （3-1-4）式中（3.1.1-5）均為2ask信號，但它們幅度互不相等，時間

19、上互不重疊?？梢圆豢紤]。因此，可以看作由時間上互不重疊的個不同幅度的2ask信號疊加而成。即 （3.1.1-6）3.1.2 mask信號的頻譜、帶寬及頻帶利用率由式（3.1.2-6）可知，mask信號的功率譜是這個2ask信號的功率譜之和，因而具有與2ask功率譜相似的形式。顯然，就mask信號的帶寬而言，與其分解的任一個2ask信號的帶寬是相同的，可表示為 （3.1.2-1）其中是多進制碼元速率。與2ask信號相比較，當兩者碼元速率相等（記二進制碼元速率為）時，即，則兩者帶寬相等，即，（） （3.1.2-2)當兩者的信息速率相等時，則其碼元速率的關系為或 （3.1.2-3）其中 （3.1.2

20、.-4）把式（3-2-3）代入（3-2-1）可得 （3.1.2-5）可見，當信息速率相等時mask信號的帶寬只是2ask信號帶寬的。通常是以信息速率來考慮頻帶利用率的，按定義有（3.1.2-6）它是2ask系統(tǒng)的倍。這說明mask系統(tǒng)的頻帶利用率高于2ask系統(tǒng)的頻帶利用率。3.1.3 mask信號的調制解調方法實現電平調制的原理框圖如圖3-3-1所示，它與2ask系統(tǒng)非常相似相同。不同的只是基帶信號由二電平變?yōu)槎嚯娖?。為此，發(fā)送端增加了2-m電平變換器，將二進制信息序列每個分為一組（），變換為電平基帶信號，再送入調制器。相應地，在接收端增加了m-2電平變換器。多進制數字幅度調制信號的解調可以

21、采用相干解調方式，也可以采用包絡檢波方式。其原理與2ask的完全相同。由于采用多電平，因而要求調制器為線性調制器，即已調信號幅度應與輸入基帶信號幅度成正比。圖3.1.3-1 m進制幅度調制系統(tǒng)原理框圖除圖3.1.2-1所示的雙邊帶幅度調制外，多進制數字幅度調制還有多電平殘留邊帶制、多電平單邊帶調制等，其原理與模擬調制時完全相同。mask調制中最簡單的基帶信號波形是矩形，為了限制信號頻譜也可以采用其它波形，例如升余弦滾降波形，部分響應波形等。3.1.4 mask系統(tǒng)的誤碼性能相干解調時進制數字幅度調制系統(tǒng)總的誤碼率為 （3.1.2-1）值得注意，上式是在最佳判決電平、各電平等概率出現、雙極性相干

22、檢測條件下獲得的，式中，為平均信噪比。容易看出，為了得到相同的誤碼率，所需的信噪比r隨電平數m增加而增大。例如，四電平系統(tǒng)比二電平系統(tǒng)信噪比需要增大約7db（5倍）。綜上所述，多進制幅度調制是一種高效的調制方式，但抗干擾能力較差，因而一般只適宜在恒參信道中使用，如有線信道。3.2 mfsk移頻鍵控法當信道中存在非線性的問題和帶寬限制時，幅度變化的數字信號通過信道會使己濾除的帶外頻率分量恢復，發(fā)生頻譜擴展現象，同時還要滿足頻率資源限制的要求。因此，對己調信號有兩點要求，一是要求包絡恒定；二是具有最小功率譜占用率。因此，現代數字調制技術的發(fā)展方向是最小功率譜占有率的恒包絡數字調制技術?，F代數字調制

23、技術的關鍵在于相位變化的連續(xù)性，從而減少頻率占用。近年來新發(fā)展起來的技術主要分兩大類：一是連續(xù)相位調制技術（cpfsk），在碼元轉換期間無相位突變，如msk，gmsk等；二是相關相移鍵控技術（cor-psk），利用部分響應技術，對傳輸數據先進行相位編碼，再進行調相（或調頻）。 msk（最小頻移鍵控）是移頻鍵控fsk的一種改進形式。在fsk方式中，每一碼元的頻率不變或者跳變一個固定值，而兩個相鄰的頻率跳變碼元信號，其相位通常是不連續(xù)的。所謂msk方式，就是fsk信號的相位始終保持連續(xù)變化的一種特殊方式。可以看成是調制指數為0.5的一種cpfsk信號。3.2.1 mfsk調制解調原理多進制數字頻率

24、調制（mfsk）簡稱多頻制，是2fsk方式的推廣。它是用個不同的載波頻率代表種數字信息。mfsk系統(tǒng)的組成方框圖如圖5-35所示。發(fā)送端采用鍵控選頻的方式，接收端采用非相干解調方式。圖3.2.1-1 多進制數字頻率調制系統(tǒng)的組成方框圖圖中，串/并變換器和邏輯電路1將一組組輸入的二進制碼（每k個碼元為一組）對應地轉換成有m（m=2k）種狀態(tài)的一個個多進制碼。這m個狀態(tài)分別對應m個不同的載波頻率（）。當某組k位二進制碼到來時，邏輯電路1的輸出一方面接通某個門電路，讓相應的載頻發(fā)送出去，另一方面同時關閉其余所有的門電路。于是當一組組二進制碼元輸入時，經相加器組合輸出的便是一個m進制調頻波形。m頻制的

25、解調部分由m個 帶通濾波器、包絡檢波器及一個抽樣判決器、邏輯電路2組成。各帶通濾波器的中心頻率分別對應發(fā)送端各個載頻。因而，當某一已調載頻信號到來時，在任一碼元 持續(xù)時間內，只有與發(fā)送端頻率相應的一個帶通濾波器能收到信號，其它帶通濾波器只有噪聲通過。抽樣判決器的任務是比較所有包絡檢波器輸出的電壓，并選出最 大者作為輸出，這個輸出是一位與發(fā)端載頻相應的m進制數。邏輯電路2把這個m進制數譯成k位二進制并行碼，并進一步做并/串變換恢復二進制信息輸出，從而完成數字信號的傳輸。3.2.2 mfsk信號的頻譜、帶寬及頻帶利用率鍵控法產生的mfsk信號，可以看作由m個幅度相同、載頻不同、時間上互不重疊的2a

26、sk信號疊加的結果。設mfsk信號碼元的寬度為tb，即傳輸速率fb=1/tb（baud），則m頻制信號的帶寬為 （3.2.2-1）式中為最高選用載頻，為最低選用載頻。mfsk信號功率譜如圖3.2.2-1所示。圖3.2.2-1 mfsk信號的功率譜若相鄰載頻之差等于，即相鄰頻率的功率譜主瓣剛好互不重疊，這時的mfsk信號的帶寬及頻帶利用率分別為 （3.2.2-2） （3.2.2-3）式中，。 可見，mfsk信號的帶寬隨頻率數的增大而線性增寬，頻帶利用率明顯下降。與mask的頻帶利用率比較，其關系為 （3.2.2-4） 這說明，mfsk的頻帶利用率總是低于mask的頻帶利用率。3.2.3 mfsk

27、系統(tǒng)的誤碼性能 mfsk信號采用非相干解調時系統(tǒng)的誤碼率為 （3.2.3-1）式中，為平均信噪比。 mfsk信號采用相干解調時系統(tǒng)的誤碼率為 （3.2.3-2）可以看出，多頻制誤碼率隨m增大而增加，但與多電平調制相比增加的速度要小的多。多頻制的主要缺點是信號頻帶寬，頻帶利用率低。因此，mfsk多用于調制速率較低及多徑延時比較嚴重的信道，如無線短波信道。3.3 mpsk數字相位調制法多進制數字相位調制又稱多相制，是二相制的推廣。它是利用載波的多種不同相位狀態(tài)來表征數字信息的調制方式。與二進制數字相位調制相同，多進制數字相位調制也有絕對相位調制（mpsk）和相對相位調制（mdpsk）兩種。3.3.

28、1 多相制信號表達式及相位配置多進制數字相位調制又稱多相制，是二相制的推廣。它是利用載波的多種不同相位狀態(tài)來表征數字信息的調制方式。與二進制數字相位調制相同，多進制數字相位調制也有絕對相位調制（mpsk）和相對相位調制（mdpsk）兩種。設載波為，則進制數字相位調制信號可表示為 （3.3.1-1）式中，是高度為1，寬度為的門函數；為進制碼元的持續(xù)時間，亦即（）比特二進制碼元的持續(xù)時間；為第個碼元對應的相位，共有種不同取值 （3.3.1-2）且 （3.3.1-3）由于一般都是在范圍內等間隔劃分相位的（這樣造成的平均差錯概率將最?。?，因此相鄰相移的差值為（3.3.1-4）令這樣式（3.3.1-1）

29、變?yōu)?（3.3.1-5） 這里（3.3.1-6）（3.3.1-7）分別為多電平信號。常把式（3.3.1-5）中第一項稱為同相分量，第二項稱為正交分量。由此可見，mpsk信號可以看成是兩個正交載波進行多電平雙邊帶調制所得兩路mask信號的疊加。這樣，就為mpsk信號的產生提供了依據，實際中，常用正交調制的方法產生mpsk信號。進制數字相位調制信號還可以用矢量圖來描述，圖5-37畫出了2、4、8三種情況下的矢量圖。具體的相位配置的兩種形式，根據ccitt的建議，圖（a）所示的移相方式，稱為a方式；圖（b）所示的移相方式，稱為b方式。圖中注明了各相位狀態(tài)及其所代表的比特碼元。以a方式4psk為例，載

30、波相位有0、和四種，分別對應信息碼元00、10、11和01。虛線為參考相位，對mpsk而言，參考相位為載波的初相；對mdpsk而言，參考相位為前一已調載波碼元的初相。各相位值都是對參考相位而言的，正為超前，負為滯后。圖3.3.1-1 相位配置矢量圖3.3.2 mpsk信號的頻譜、帶寬及頻帶利用率前已說過，mpsk信號可以看成是載波互為正交的兩路mask信號的疊加，因此，mpsk信號的頻帶寬度應與mask時的相同。即 （3.3.2-1）其中是進制碼元速率。此時信息速率與mask相同，是2ask及2psk的倍。也就是說，mpsk系統(tǒng)的頻帶利用率是2psk的倍。3.3.3 4psk信號的產生與解調在

31、進制數字相位調制中，四進制絕對移相鍵控（4psk，又稱qpsk）和四進制差分相位鍵控（4dpsk，又稱qdpsk）用的最為廣泛。下面著重介紹多進制數字相位調制的這兩種形式。4psk利用載波的四種不同相位來表征數字信息。由于每一種載波相位代表兩個比特信息，故每個四進制碼元又被稱為雙比特碼元，習慣上把雙比特的前一位用a代表，后一位用b代表。（1）4psk信號的產生 多相制信號常用的產生方法有：直接調相法及相位選擇法。1）相位選擇法由式（3.3.1-1）可以看出，在一個碼元持續(xù)時間tb內，4psk信號為載波四個相位中的某一個。因此，可以用相位選擇法產生4psk信號，其原理如圖5-38所示。圖中，四相

32、載波發(fā)生器產生4psk信號所需的四種不同相位的載波。輸入的二進制數碼經串/并變換器輸出雙比特碼元。按照輸入的雙比特碼元的不同，邏輯選相電路輸出相應相位的載波。例如，b方式情況下，雙比特碼元ab為11時，輸出相位為450的載波；雙比特碼元ab為01時，輸出相位為1350的載波等。圖3.3.1-1 相位選擇法產生4psk信號（b方式）方框圖 圖3.3.1-1產生的是b方式的4psk信號。要想形成a方式的4psk信號，只需調整四相載波發(fā)生器輸出的載波相位即可。2）直接調相法由式（3.3.2-2）可以看出，4psk信號也可以采用正交調制的方式產生。b方式4psk時的原理方框圖如圖3.3.2-2（a）所

33、示。它可以看成是由兩個載波正交的2psk調制器構成，分別形成圖3.3.2-2（b）中的虛線矢量，再經加法器合成后，得圖（b）中實線矢量圖。顯然其為b方式4psk相位配置情況。圖3.3.2-2 直接調相法產生4psk信號方框圖 若要產生4psk的a方式波形，只需適當改變振蕩載波相位就可實現。（2）4psk信號的解調 由于4psk信號可以看作是兩個載波正交的2psk信號的合成，因此，對4psk信號的解調可以采用與2psk信號類似的解調方法進行。圖5-40是b方式4psk信號相干解調器的組成方框圖。圖中兩個相互正交的相干載波分別檢測出兩個分量和，然后，經并/串變換器還原成二進制雙比特串行數字信號，從

34、而實現二進制信息恢復。此法也稱為極性比較法。圖3.3.2-3 4psk信號的相干解調若解調4psk信號（a方式），只需適當改變相移網絡。在2psk信號相干解調過程中會產生“倒”即“180相位模糊”現象。同樣，對于4psk信號相干解調也會產生相位模糊問題，并且是0、90、180和270四個相位模糊。因此，在實際中更常用的是四相相對移相調制，即4dpsk。3.3.4 4dpsk信號的產生與解調與2dpsk信號的產生相類似，在直接調相的基礎上加碼變換器，就可形成4dpsk信號。圖3.3.4-1示出了4dpsk信號（a方式）產生方框圖。圖中的單/雙極性變換的規(guī)律與4psk情況相反，為0+1，1-1，相

35、移網絡也與4psk不同，其目的是要形成a方式矢量圖。圖中的碼變換器用于將并行絕對碼a、b轉換為并行相對碼c、d，其邏輯關系比二進制時復雜的多，但可以由組合邏輯電路或由軟件實現，具體方法可參閱有關參考書。圖3.3.4-1 碼變換：直接調相法產生4dpsk信號方框圖4dpsk信號也可采用相位選擇法產生，但同樣應在邏輯選相電路之前加入碼變換器。（2）4dpsk信號的解調4dpsk信號的解調可以采用相干解調-碼反變換器方式（極性比較法），也可采用差分相干解調（相位比較法）。4dpsk信號（b方式）相干解調-碼反變換器方式原理圖如圖5-42所示。與4psk信號相干解調不同之處在于，并/串變換之前需要加入

36、碼反變換器。圖3.3.4-2 4psk信號的相干解調-碼反變換法解調4dpsk信號的差分相干解調方式原理圖如圖3.3.4-2所示。它也是仿照2dpsk差分檢測法，用兩個正交的相干載波，分別檢測出兩個分量a和b，然后還原成二進制雙比特串行數字信號。此法又稱為相位比較法。這種解調方法與極性比較法相比，主要區(qū)別在于：它利用延遲電路將前一碼元信號延遲一碼元時間后，分別作為上、下支路的相干載波。另外，它不需要采用 碼變換器，這是因為4dpsk信號的信息包含在前后碼元相位差中，而相位比較法解調的原理就是直接比較前后碼元的相位。圖3.3.4-3 4dpsk信號的差分相干解調方框圖若解調4dpsk信號（b方式

37、）信號，需適當改變相移網絡。3.3.5 4psk、4dpsk系統(tǒng)的誤碼性能4psk信號采用相干解調時系統(tǒng)的誤碼率為 （3.3.5-1）式中，r為信噪比。 4dpsk信號采用相干解調時系統(tǒng)的誤碼率為 （3.3.5-2）綜上討論可以看出，多相制是一種頻帶利用率較高的高效率傳輸方式。再加之有較好的抗噪聲性能，因而得到廣泛的應用，而mdpsk比mpsk用得更廣泛一些。4 多進制調制系統(tǒng)的仿真4.1 bfsk調制信號及其功率譜最簡單的二進制頻率調制，設發(fā)送信號表示式為 這里m等于1，是相對于f的固定頻率偏移。由于偏移的比特流通常有0，1組成，所以m=2a-1，這里a是輸入比特流。附錄1 bfsk信號并畫

38、出其功率譜的代碼其輸出波形以及功率譜如下圖：圖4.1-1 bfsk波形以及功率譜由圖中可以看到輸出信號的中心頻率為100hz，其兩個峰值間隔為20hz。bfsk信號所占用的帶寬為,為固定頻率偏移，b為數字基帶信號帶寬。4.2 mfsk調制信號及其功率譜4.2.1 mfsk調制信號及其功率譜 前面討論的是每次僅輸入單個比特到調制器，如果每次輸入多個比特到調制器，那么稱為m進制頻率調制，簡稱mfsk。這里m=2n,n1,n是每次輸入到調制器的比特數。假設n等于2，那么m等于4，現在對4進制fsk編寫如下代碼觀察波形及功率譜。附錄2:mfsk波形功率譜代碼生成波形如下圖4.2-1 mfsk波形以及功

39、率譜由圖中可以看到輸出信號的中心頻率為100hz，相鄰峰值間隔20hz，四個峰值分別出現在70hz、90hz、110hz、130hz。4.2.2 mfsk誤碼率仿真當m=4時的誤碼率仿真圖圖4.2.2-1 mfsk誤碼率仿真圖4.2.3 不同m值情況下mfsk的仿真圖形比較圖4.2.3 不同m值情況下mfsk的仿真圖由圖可以看出隨著m值的增大誤碼率也相應增大，信噪比的增加誤碼率相應減小。4.3 bask的調制 主要討論幅度調制技術，從最簡單的二進制幅度調制開始。設發(fā)送信號表示成： （4.3-1）這里等于0或者1。是基帶信號波形，例如矩形波信號、或者通過脈沖成型濾波器后的輸出波形。假設在1秒內傳

40、送10個比特，生成bask代碼 輸出波形如下： 圖4.3-1 2ask調制波形圖4.4 mask的調制仿真4.4.1 多進制振幅調制波形仿真以上分析的是二進制比特流的情況?，F在擴展成輸入是m進制比特流的幅度調制。這里，n是大于或等于2的自然數，將m進制比特流映射成振幅值應該等于： 式中d用來控制幅度間的差值，該值等于幅度間差值的一半。四進制映射過程以及波形圖4.4-1 四進制映射過程以及波形如果m進制振幅調制的輸入碼元與二進制振幅調制的輸入碼元具有相同速率。那么m進制振幅調制與二進制振幅調制具有相同的帶寬。而m進制振幅調制具有更高的頻帶利用率。因為在單位時間內m進制振幅體調制能傳輸更多的比特。

41、雖然m進制振幅調制具有更高的帶寬利用率，但在相同信噪比下，隨著m增大，誤碼率也增大，也是因為功率受限，m進制振幅調制也可以使用單邊帶調制等方式。4.4.2 多進制振幅調制誤碼率仿真4.5 psk的調制 最簡單的二進制相位調制技術，設發(fā)送信號表示成： 這里是基帶信號波形，m是可能的相位個數。，n是每次被輸入到調制的比特數。當m等于2，這是psk通常被稱為二進制相移鍵控（bpsk），當m等于4，這是psk通常被稱為四進制相移鍵控（qpsk）。如果輸入的比特流先經過差分編碼然后輸入到調制器，這時psk通常被稱為差分相移鍵控（dpsk）。bpsk調制代碼圖4.5-1 bpsk調制波形4.6 mpsk誤

42、碼率仿真4.6.1 mpsk誤碼率仿真利用matlab，可以通過蒙特卡羅仿真的方式得到mpsk系統(tǒng)的誤碼率如圖附錄3:mpfsk誤碼率仿真程序運行結果如圖4.61（當m=4）圖4.6-1 mpsk系統(tǒng)的誤碼率4.6.2 不同進制下mpsk誤碼率的比較：圖4.6.2 不同進制下mpsk誤碼率由圖可以看出隨著m值的增大，誤碼率升高，信噪比增大誤碼率減小。4.7 oqpsk的調制為避免出現180度的相移，可以采用oqpsk（offset qpsk）調制方式。該調制方式首先串并變換，將輸入比特流分成i、q兩路比特流，原先周期為ts的一個比特流變成周期為2ts的兩個比特流，然后將q路比特流偏移一個周期t

43、s，按qpsk方式調制。這樣由于在每個周期ts只有莫一路比特發(fā)生變化，而不會出現i、.q兩路比特同時變化，所以就可以避免出現180度的相移。當i、q兩路比特同時變化，會出現180度的相移。設調制方式放送信號可以表示成：oqpsk調制代碼：得到的波形如下圖：圖4.7-1 oqpsk調制波形從圖中可以看出oqpsk調制方式占用較大的帶寬。由于相位跳變導致通過帶限信道后包絡發(fā)生變化，所以連續(xù)相位變化就可以盡量避免因為相位跳變導致的包絡變化。這就是連續(xù)相位調制。5 mqam調制5.1 mqam調制及解調mqam正交幅度調制(quadrature amplitude modulation)正交幅度調制（

44、qam）是一種矢量調制，它將輸入比特先映射（一般采用格雷碼）到一個復平面（星座）上，形成復數調制符號，然后將符號的i、q分量（對應復平面的實部和虛部）采用幅度調制，分別對應調制在相互正交（時域正交）的兩個載波（cos wt和sin wt）上。這樣與幅度調制（am）相比，其頻譜利用率提高1倍。qam是幅度、相位聯(lián)合調制的技術，它同時利用了載波的幅度和相位來傳遞信息比特，因此在最小距離相同的條件下可實現更高的頻帶利用率，目前qam最高已達到1024qam（1 024個樣點）。樣點數目越多，其傳輸效率越高，例如具有16個樣點的16-qam信號，每個樣點表示一種矢量狀態(tài)，16-qam有16態(tài)，每4位二

45、進制數規(guī)定了16態(tài)中的一態(tài)，16-qam中規(guī)定了16種載波和相位的組合，16-qam的每個符號和周期傳送4比特。正交振幅調制的一般表達式為：y(t)amcoswt十bmsinwt，0tt （5.1-1）上式由兩個相互正交的載波構成，每個載波被一組離散的振幅am 、bm所調制，故稱這種調制方式為正交振幅調制。式中，t為碼元寬度，m1，2m；m為am和bm的電平數。qam中的振幅am和bm可以表示成 （5.1-2）式中a是固定的振幅，（dm，em）由輸人數據確定，（dm，em）決定了已調qam信號在信號空間中的坐標點。qam的調制和相干解調如圖5.1-1和圖5.1-2所示。圖5.1-1 qam信號

46、調制圖5.1-2 qam信號調制解調在調制端，輸入數據經串并轉換分為兩路，分別經過從2電平到l電平的轉換，形成am和bm, 為了抑制已調信號的帶外輻射，am 和bm還要經過預調制低通濾波器，才與載波相乘，最后將兩路信號相加可得到已調輸出信號y(t)。在接收端，輸入信號與本地恢復的兩個正交載波相乘后，經過低通濾波、多電平判決、l電平到2電平轉換，再經過并串變換就得到輸出數據。在該解調電路中，接收信號與本地恢復的載波相乘后，再經過積分抽樣后就可以得到解調信號am,bm的估值（d,e),然后經過計算(d,e)與所有可能發(fā)送的信號點(am,bm)之間的距離，與（d, e)距離最小的信號即為判決后得到的

47、最佳輸出信號點。由于解調qam信號時，可以采用計算接收信號與發(fā)送點的距離來判決，所以信號點之間的最小距離應該盡可能地大些，以便于判決，但是，信號最小距離的平方與發(fā)射信號功率成正比，由于發(fā)射功率的限制，也就限制了信號點間距離的增長。那么選擇什么樣的信號點分布對移動通信更有利呢？現在以m16為例，當信號點之間距離為2a的情況下，平均發(fā)射功率為：par=a2/m（dm2+em2）求得這兩種形式的信號功率為：方型 qam par = a2/16(4x2 + 8x10 +4x8) = 10a2星型 qam par =a2/16(8x2.612 +8x4.612) = 14.03a2由此可見，在信號最小空

48、間距離為2a的情況下，兩者功率相差1.4db，似乎方型qam要優(yōu)于星型qam。在實際系統(tǒng)中應用的卻是星型qam。這是為什么呢？如果不單單從發(fā)射功率的角度去看差別，而去觀察二者的星座圖，就發(fā)現二者的星座圖結構有明顯的差別，這也正是星型qam優(yōu)于方型qam的兩個方面，一是星型qam只有兩個振幅值，而方型有三種振幅值；二是星型qam只有8種相位，而方型qam有12種相位。在移動通信中實際應用的是16進制星型qam，如圖5.1-3所示。圖5.1-3 實際應用的星形16qam信號空間分布16進制星型qam的每個碼元由四個比特組成，每個碼元的第一個比特，通過差分的方式來改變qam相量的振幅。當輸入的該比特

49、為“l(fā)”時，則將當前碼元的相量振幅，改變到與前一個碼元的相量振幅不同的振幅環(huán)上；當輸入的該比特為0時，則當前碼元的相量振幅與前一碼元相同，每個碼元的其余三比特，通過 gray差分相位編碼的方法來改變信號的相位，也就是說，通過gray編碼來改變當前碼元信號相量與前一個碼元信號相量的相位差。例如，若輸入為“000”，則當前碼元的信號相位與前一個碼元信號相位相同。當輸入為001時，則當前碼元的相位，在前一個碼元信號相位的基礎上增加p/4，輸入數據與相位差的關系。輸入數據 當前碼元的相位增量 000 0 001 p/4 011 p/2 111 3p/4 101 p 100 5p/4 110 3p/2

50、010 7p/4 設圖3中，內環(huán)上8個相量的振幅為al，外環(huán)上8個相量的振幅為a2。設在第k1個碼元取樣時刻接收信號的振幅樣值為zk-1，相位樣值為qk-1，則解調器需根據zk-1和zk來判定信號振幅是否發(fā)生了很大變化，以便確定當前碼元的第一個比特是否為“1”。52 32qam的數字調制方式 m值為32，信道編碼采用分組碼，信道選擇高斯白噪聲信道，其仿真框圖如下二進制信源分組編碼格雷映射qam調制濾波器信道濾波器qam解調格雷逆映射分組解碼性能分析噪聲圖5.2-1 qam調制的基本仿真流程通信系統(tǒng)的基本仿真流程圖如圖5.2-1所示第一步由信號源產生信號，此次仿真用的數字基帶信號，為二進制比特流

51、，產生的信號要經過格雷碼映射，目的是為了防止尖峰脈沖的產生對數字電路產生影響。第二步是信道編碼，這次仿真用是用的是比較常用且編碼效率較高的漢明碼。第三步用格雷碼映射，是一種無權碼，它采用絕對編碼方式。它的數字排序使相鄰的整數在他們的數字表示中只有一個數字不同，大大減少了由一個狀態(tài)到下一個狀態(tài)時邏輯的混淆。第四步就是最重要的mqam調制。qam即正交振幅調制，聯(lián)合控制相位和幅度。對qam調制而言，如何設計qam信號的結構不僅影響到已調信號的功率譜特性，而且影響已調信號的解調及其性能。常用的設計準則是在信號功率相等的情況下，選擇信號空間中信號點之間距離最大的信號結構，當然還要考慮解調的復雜性。第五步是濾波，在信號傳輸之前我們先進行濾波，將調制過程中的高頻分量濾去，目的還是為了減少不必要的干擾，包括碼間干擾isi，減少誤碼。此次仿真用的是平方根升余弦濾波器。濾波后信號就可以進入信道了，這次模擬的是加性高斯白噪聲信道。在接收端，基本是發(fā)端的逆過程。第一步是濾波，此次濾除的是除了信號頻帶外的噪聲，屬于帶通；接下來第二步是mqam解調，基本原理與調制相同，解調后的信號先進行分組碼解碼，然后經過格雷碼逆映射就恢復了信號源的信號。在輸出端進行誤碼分析，系統(tǒng)誤碼率p=ne/n，ne是發(fā)生錯誤的碼數，n是總共傳輸的碼。分析過程如下：圖5.2-