多進制調(diào)制解調(diào)

1、 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院 通信原理課程設(shè)計設(shè)計題目： 多進制數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè)： 通信工程 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 起迄日期: 2015 年6月29日 2015年7月10日 指導(dǎo)教師: 系主任： 通信原理課程設(shè)計任務(wù)書1課程設(shè)計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：(1)技術(shù)要求：設(shè)計多進制數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，對MASK、MFSK調(diào)制系統(tǒng)和解調(diào)系統(tǒng)進行設(shè)計及仿真，觀測輸出波形和頻譜圖，對仿真結(jié)果進行分析，分析該系統(tǒng)的性能。(2)工作要求：查閱參考文獻，利用通信原理基本理論，分析系統(tǒng)工作原理，設(shè)計系統(tǒng)方框圖；掌握計算機輔助設(shè)計方法，利用Matlab/Systemview/Mul

2、tisim等軟件進行仿真設(shè)計，具備獨立設(shè)計能力；熟悉通信系統(tǒng)的調(diào)試和測量方法；掌握電子電路安裝調(diào)試技術(shù)，選擇合適的元器件搭接實際電路，掌握電路的測試和故障排除方法，提高分析問題和解決問題的能力。 2對課程設(shè)計成果的要求包括圖表（或?qū)嵨铮┑扔布螅涸O(shè)計系統(tǒng)方框圖，對系統(tǒng)方框圖進行仿真，分析實驗結(jié)果。撰寫設(shè)計說明書，書寫格式規(guī)范，語言流暢簡潔，文字不得少于3000字。要求圖表清晰，分析通徹，有理有據(jù)。3主要參考文獻：1樊昌信.通信原理（第6版）M.北京：電子工業(yè)出版社,2012,12.2樊昌信,曹麗娜 .通信原理教程(第3版)M.北京：國防工業(yè)出版社,2006,9.3劉學(xué)勇 

3、.詳解MATLAB/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真M.北京：電子工業(yè)出版社,2011,11.4張水英 ,徐偉強 .通信原理及MATLAB/Simulink仿真M.北京：人民郵電出版社,2012,9.5趙鴻圖,茅艷 .通信原理MATLAB仿真教程M.北京：人民郵電出版社,2010,11.6趙靜 ,張瑾 .基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2010,1.7趙謙 .通信系統(tǒng)中MATLAB基礎(chǔ)與仿真應(yīng)用M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2010,3.8徐明遠 ,邵玉斌 . MATLAB仿真

4、在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2011,4.9邵玉斌 .Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實例分析M.北京：清華大學(xué)出版社,2008, 6.10邵佳 ,董辰輝 . MATLAB/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實例精講M.北京：電子工業(yè)出版社,2009, 6.11黃智偉 .基于NI Multisim的電子電路計算機仿真設(shè)計與分析(修訂版)M.北京：電子工業(yè)出版社,2011, 6.12孫屹 ,戴妍峰   . SystemView通信仿真開發(fā)手冊M.北京：國防工業(yè)出版社,2004,

5、11.13青松,程岱松,武建華 .數(shù)字通信系統(tǒng)的SystemView仿真與分析M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001,6.4課程設(shè)計工作進度計劃：序號起 迄 日 期工 作 內(nèi) 容12015.6.292015.7.2系統(tǒng)方案設(shè)計22015.7.32015.7.5利用Matlab/Systemview/Multisim等軟件進行仿真設(shè)計32015.7.62015.7.8通信系統(tǒng)的調(diào)試和測量，排除故障，分析實驗結(jié)果42015.7.9 2015.7.10整理設(shè)計報告指導(dǎo)教師日期： 2015 年 6 月28日摘要：多進制數(shù)字調(diào)制基于二進制調(diào)制，通過采用多進制調(diào)制的方式，使得每個碼元傳送多個

6、比特的信息，從而在信息傳送速率不變的情況下提高頻帶利用率。與二進制類似，多進制調(diào)制有多進制振幅鍵控（MASK）、多進制頻移鍵控（MFSK）、多進制相移鍵控（MPSK）和多進制差分相移鍵控（MDPSK）。本文介紹了多進制調(diào)制的原理，并通過Systemview軟件，設(shè)計了MASK和MFSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：多進制調(diào)制 MASK MFSK目錄1緒論61.1引言61.2 MASK調(diào)制的基本原理介紹71.3 MFSK調(diào)制的基本原理介紹82 MASK調(diào)制設(shè)計方法與步驟分析92.1 建立仿真電路92.2參數(shù)設(shè)置102.3運行時間設(shè)置102.4 運行系統(tǒng)112.5測試結(jié)果和分析123 MFSK調(diào)制設(shè)計方法

7、與步驟分析133.1 建立仿真電路133.2參數(shù)設(shè)置143.3運行時間設(shè)置143.4 運行系統(tǒng)153.5測試結(jié)果和分析154 心得與體會16參考文獻17附錄181緒論1.1引言 二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)是數(shù)字通信系統(tǒng)最基本的方式，具有較好的抗干擾能力。但是由于一個碼元只能傳送兩個比特的信息，因此其頻帶利用率較低，這一點使得其在實際應(yīng)用中受到一定的限制。在信道頻帶受限時，為了提高頻帶利用率，通常采用多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。其代價是增加信號功率和實現(xiàn)的復(fù)雜性。由信息傳輸速率Rb 、碼元傳輸速率RB和進制數(shù)M之間的關(guān)系可知，在信息傳送速率不變的情況下，通過增加進制數(shù)M可以降低碼元傳送速率，從而減小信號帶寬，節(jié)

8、約頻帶資源，提高系統(tǒng)的頻帶利用率。雖然多進制調(diào)制帶來了信號功率上升和實現(xiàn)上更加復(fù)雜，但是隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，對數(shù)據(jù)傳輸要求的迅速增長必然要求多進制調(diào)制的進一步應(yīng)用，而電子技術(shù)的飛速發(fā)展也使得其調(diào)制解調(diào)的實現(xiàn)也變得相對簡單起來，因此多進制調(diào)制的應(yīng)用必然變得更加廣泛。 與二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)相類似，若用多進制數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的振幅，頻率或相位，則可相應(yīng)地產(chǎn)生多進制振幅調(diào)控、多進制數(shù)字頻率調(diào)制和多進制數(shù)字相位調(diào)制。1.2多進制振幅鍵控（4ASK）的調(diào)制解調(diào)原理振幅鍵控（Amplitude Shift Keying，ASK）是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信號，而其頻率和初始相位保持不變。在4Ask

9、中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別對應(yīng)四進制信息“0” 或“1”或 “2” 或“3”MASK信號的一般表達式為e2ASK（t）=s（t）coswct 其中s（t）=ang(t-nTs)式中：Ts為碼元持續(xù)時間；g(t)為持續(xù)時間為Ts的基帶脈沖波形，為簡便起見，通常假設(shè)g(t)是高度為1、寬度等于Ts的矩形脈沖；an是第n個符號的電平取值。MASK信號的產(chǎn)生方法通常有兩種：數(shù)字鍵控法和模擬相乘法，相應(yīng)的調(diào)制器如圖1-1所示。圖（a）就是一般的模擬幅度調(diào)制的方法，用乘法器實現(xiàn)；在碼元間隔0tTS內(nèi)，可能發(fā)送的碼元有M 種：si(t)，i=1，2，¼，M。實際應(yīng)用中，通常取M = 2k

10、（k>1為整數(shù)）。M 進制幅度鍵控（MASK）使用M 種可能的取值對載波幅度進行鍵控，在每個碼元間隔TS內(nèi)發(fā)送其中一種幅度的載波信號。四進制幅度鍵控是使用4種可能的取值對載波幅度進行鍵控，在每個碼元間隔TS內(nèi)發(fā)送其中一種幅度的載波信號。如下圖所示： 基帶四電平單極性不歸零信號 MASK信號 1.3 MFSK的調(diào)制解調(diào)原理(1)4FSK調(diào)制多進制數(shù)字頻率調(diào)制是二進制數(shù)字振幅鍵控的推廣，也稱多頻調(diào)制，它是利用多個不同載波頻率來表征數(shù)字信息的方法實現(xiàn)2FSK有兩種方法,一種是鍵控法產(chǎn)生，二進制頻移鍵控信號,即利用數(shù)字基帶信號控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。為高時選通載波一，反之則

11、選通載波二。另一種頻移鍵控2FSK是用數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的頻率,因為數(shù)字信號的電平是離散的,所以載波頻率的變化也是離散的.4FSK的基本原理和2FSK是相同的，其調(diào)制可以用鍵控法和模擬的調(diào)頻法來實現(xiàn)，不同之處在于使用鍵控法時其供選的頻率有4種圖11 4FSK信號波形f3f1f2f4TTTTt(2)4FSK解調(diào)實現(xiàn)4FSK解調(diào)的方法也類似與2FSK，分為相干、非相干等方式。這里采用非相干解調(diào)。4FSK非相干解調(diào)的原理如下圖7所示：圖7FSK非相干解調(diào)原理圖(3)4FSK的調(diào)制解調(diào)方框圖：2 基于systemview的MASK調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計仿真系統(tǒng)仿真如下圖：2.2 參數(shù)設(shè)置Token 0 四

12、電平數(shù)字基帶信號（Amp=1v，頻率=0HZ）Token 1 DSB-AM調(diào)制器（Amp=1v，頻率=100HZ ）Token 2 3 7 8 信號觀察點Token 4 載波信號（Amp=1v，頻率=100HZ ）Token 5 乘法器Token 6 低通濾波器(Fc=12HZ,poles=3 )Token 9 采樣保持器（Ctrl Threshold=0.3v ）Token 10 脈沖序列（Amp=1v，頻率=10HZ ）2.3 運行時間設(shè)置 2.4 運行系統(tǒng) 運行設(shè)計好的系統(tǒng)，在系統(tǒng)分析窗口觀察各點波形。 2.5 測試結(jié)果與分析：通過對比基帶信號和最終解調(diào)信號發(fā)現(xiàn)波形完全吻合，符合預(yù)期設(shè)計

13、目標(biāo)。對比基帶信號和已調(diào)信號的頻譜圖發(fā)現(xiàn)：在基帶信號頻率100HZ附近，其功率譜密度發(fā)生了變化。說明調(diào)制過程使信號的功率譜密度增大。 3 基于systemview的MFSK調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計仿真3.1系統(tǒng)仿真圖如下 4FSK的實現(xiàn)方法中我們選擇一種方法進行調(diào)制,解調(diào)方法中,我們選擇非相干解調(diào)方法。根據(jù)上面原理框圖得上面的仿真圖。3.2參數(shù)設(shè)置Token 0 四電平數(shù)字基帶信號（Amp=1v，頻率=10HZ） Token 1 MFSK數(shù)字調(diào)制器（Amp=1v，頻率=10HZ） Token 9 10 31 50 51 52 19 53 54 55 56 信號觀察點 Token 11 12 13 14

14、帶通濾波器（截止頻率分別為2535HZ，3545HZ， 4555HZ，5565HZ） Token 58 59 60 61 半波整流器 Token 62 63 64 65 低通濾波器（Amp=1v，頻率=12HZ） Token 21 23 24 25 階躍信號（Amp=0.15v） Token 20 22 26 27 模擬比較器（Tureout分別為-1 -0.5 0.5 1） Token 29 加法器 Token 30 采樣保持 Token 32 脈沖序列（Amp=1v，脈寬=0.001，頻率=40HZ）3.3運行時間設(shè)置3.4運行系統(tǒng)運行設(shè)計好的系統(tǒng)，在系統(tǒng)分析窗口觀察各點波形。3.5測試結(jié)

15、果和分析通過對比基帶信號與最終解調(diào)信號，可以看出解調(diào)出來的信號與原信號相比，存在著些許時延，但在某些地方發(fā)生了電平跳變現(xiàn)象，經(jīng)分析認為是由于噪聲的影響。 分析觀察基帶信號與調(diào)制信號的頻譜圖，可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過MFSK調(diào)制后，新后的功率譜密度增大，說明調(diào)制后的信號功率更高。 基帶信號與最終解調(diào)信號波形圖 基帶信號與調(diào)制信號的頻譜圖4 心得與體會 為時一個多星期的課程設(shè)計終于要完成了！在這個過程中，遇到過困難、挫折，也收獲過喜悅。困難是面對題目時的一知半解，挫折是設(shè)計仿真過程中遇到的各種問題，而喜悅則是完成之后收獲。記得剛開始拿到任務(wù)書時，因為對原理不甚了解以及對systemview軟件使用的陌生，幾乎

16、無法找到頭緒。但幸運的是經(jīng)過請教老師以及與同學(xué)的討論，還有去網(wǎng)上以及圖書館查找相關(guān)資料，終于開始慢慢上手，最終完成了課程設(shè)計。在這個過程中，我深刻體會對做事情首先要有頭緒，不能一無所知便沖上去蠻干。同時要對所做的事情要有理解，不然做起來只會事倍功半，時間花了，但效果卻不怎么好。通過這次的課程設(shè)計，我深刻了解了多進制調(diào)制的相關(guān)原理，通過運用systemview軟件對系統(tǒng)進行仿真設(shè)計，了解并熟悉這一軟件的使用。同時也在這一過程中發(fā)現(xiàn)了諸如沒有真正理解自己所學(xué)過的知識，缺乏實際經(jīng)驗等不足。我想，通過這次課程設(shè)計，以后應(yīng)該要理解所學(xué)內(nèi)容，并與實踐相結(jié)合，解決遇到的難題。 參考文獻1 樊昌信，曹麗娜.通

17、信原理（第7版）.國防工業(yè)出版社，20122 馮育濤.通信系統(tǒng)仿真.國防工業(yè)出版社，20093 張輝、曹麗娜著.現(xiàn)代通信原理與技術(shù)（第2版）.西安：西電出版社，20084 孫屹、戴妍峰. SystemView通信仿真開發(fā)手冊M.北京：國防工業(yè)出版社,2004,11.5青松、程岱松、武建華 .數(shù)字通信系統(tǒng)的SystemView仿真與分析M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001,6.6潘莉,郭東輝,紀(jì)安妮,劉瑞堂. 數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)及其應(yīng)用的研究進展J. 電訊技術(shù),2001,05:26-30.7朱近康,邱玲. 移動通信調(diào)制技術(shù)的進展J. 中興通訊技術(shù),2001,03:52-55.8文川. 多進制數(shù)字調(diào)制技術(shù)及應(yīng)用J. 中國有線電視,2004,23:17-20.9馮傳崗. 論現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)J. 有線電視技術(shù),2003,04:69-76.10李雙煥,方金輝. 衛(wèi)星通信系統(tǒng)中多進制調(diào)制方式的對比分析J. 軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品,2014,10:55-57.11徐現(xiàn)嶺. 現(xiàn)代通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)的基本技術(shù)和實現(xiàn)方法D.西安電子科技大學(xué),200812黃金平. 通信仿真軟件System View及其應(yīng)用J. 石油儀器,2004,01:47-49+68.13