1、 本科毕业设计 （ 20 届） 数字调制技术能量与宽带效率对比分析 所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 伴随着移动通信技术的飞速发展，数字调制技术得到了广泛的应用。本文首先介绍数字调制技术的意义和发展趋势，对数字调 制解调技术的基本原理做了进一步的阐述，然后又介绍了多进制的数字调制。又对二进制调制与解调进行仿真分析，通过图形界面直观的分析。最后对多种调制信号进行性能分析比较，对其宽带、误码率、星座图等分析比较，运用 simulink 和 Matlab 相结合的方式更深刻地对其研究分析。 关键词 ：数字调制；解调；性能； Matla
2、b - 2 - Abstract Along with the rapid development of mobile communication technology, digital modulation technique has been widely used. This paper introduces the meaning and the development trend of digital modulation technology, explains digital demodulation technology further, and then this paper
3、 introduces the digital modulation of multi-band. Through the analysis of the graphical interface intuitive to analyse binary modulation and demodulation simulation. Lastly, compare the performance of various modulation signal analysis, such as the broadband, ber chart , constellation and so on, by
4、analysing simulink combination and Matlab more deeply in its research. Key Words:Digital modulation;demodulation;performance; matlab - 3 - 目录 1 引言 . 1 1.1 数字调制技术的意义 . 1 1.2 MATLAB在通信系统中的应用 . 1 1.3 数字调制技术现状和发展趋势 . 2 2 数字调制技术的相关原理 . 3 2.1 二进制振幅键控 (2ASK) . 3 2.1.1 同步解调 . 4 2.1.2 包络解调 . 5 2.2 二进制频移键控（ 2
5、FSK） . 5 2.3 二进制相移键控（ 2PSK） . 7 2.4 多进制数字调制 . 10 2.4.1 多进制频率 (MASK)调制 . 11 2.4.2 多进制频率 (MFSK)调制 . 11 2.4.3 多进制相位 (MPSK)调制 . 12 2.4.4 多进制正交幅度调制 (QAM) . 13 3 数字调制仿真分析 . 15 3.1 2ASK 的调制与解调仿真 . 15 3.1.1 调制仿真 . 15 3.1.2 解调仿真 . 18 3.2 2FSK 的调制与解调仿真 . 21 4 各调制方式的能量与宽带效率性能分析 . 25 4.1 ASK、 FSK、 PSK 性能比较 . 25
6、 4.2 多进制数字调制分析 . 26 4.2.1 多 进制对比分析 . 26 4.2.2 多进制数字调制分析 . 27 4.2.3 多进制特点分析 . 27 4.3 数字幅度调制 PAM 和 QAM 的抗噪声性能对 比 . 27 4.4 数字调制技术的宽带与能量效率对比分析 . 35 5 结束语 . 37 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 38 - 1 - 1 引言 1.1 数字调制技术的意义 数字调制 1是通信系统中 一个很重要的环节 ，数字调制技术的改进也是通信系统性能提高的 主要 途径 。 由于 大多数数字基带信号频谱是低通型的，而实际上信道多为带通型，数字基带信号通常不
7、能直接在信道中传输 。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， 使之 便 于集成化，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 就是很有 必要。通过对调制系统的仿真，我们可以更加直观的了 解数字调制 2的性能，从而对系统的改进具有良好的作用 。 1.2 Matlab 在通信系统中的应用 当前，通信技术的发展日新月异，通信系统建设可采用的技术有多种选择，同时，通信系统的功能要求也越来越高，系统建设也愈加复杂，系统建设经费不断增
8、加。传统的试验设计手段已经不能适应技术发展的需求。而通信系统的计算机模拟技术日益显示出其巨大的优越性。 Matlab 仿真软件就是分析通信系统常用的工具之一。 Matlab 是美国 MathWorks 公司开发的一套面向分析研究和工程设计处理的系统仿真软件包，广泛应用与现代科学技术研究和工程设计的各个领域。Matlab 是一种功能强大的数据分析和工程计算语言。 Matlab 长于数值计算，能处理大量的数据，而且效率比较高。 Matlab3-6具有强大的 Simulink 动态仿真环境 ,可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换 。 用户可以在Matlab 和 Simulink 两种环
9、境 下对自己的模型进行仿真、分析和修改 。 Simulink作为 Matlab 工具包中的重要一员，是一种图形化的仿真工具包，能够进行系统建模、仿真和综合分析，可以处理线性和非线性系统，离散、连续和混合系统，以及单任务和多任务系统，并在同一系统中支持不同的变化速率。另外 Matlab- 2 - 中 的图形用户界面（ GUI）功能为仿真系统设计了一个便于操作的人机交互界面，使仿真系统更加完整，操作更加方便。因此， Matlab 在通信系统仿真中得到了广泛 应用 。 1.3 数字调制技术现状和发展趋势 进入 20 世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普 及、无线通信 7迅速发展。特别是在 20
10、世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世。随着信息电子技术和工艺的突飞猛进，一些新的调制解调技术突破传统的。理论和模式，从而在数度上也远远突破了传统认识。 随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。 - 3 - 2 数字调制技术的相关原理 在通信和信息传输系统、工业自动化或电子工程技术中，调制和解调应用最为广泛。而调制和解调的基本原理 8是利用信号与系统的频
11、域分析和傅里叶变换的基本性质，将信号的频谱进行搬移，使之满足一定需要，从而完成信号的传输或处理。调制与解调又分模拟和数字两种， 数字调制可以分为二进制调制和多进制调制，多进制调制是二进制调制的推广 。 所以本文主要讨论二进制的调制与解调 ，最后简单的介绍下多进制调制。 最常见的二进制数字调制方式有二进制振幅键控（ 2-ASK）、移频键控（ 2-FSK）和移相键控（ 2-PSK 和 2-DPSK）。下面是这几种调制方式的相关原理。 2.1 二进制振幅键控 (2ASK) 振幅键控是用数字基带信号控制载波信号的振幅，这是一种最古老的调制方式。 ASK 有两种实现方法：乘法器实现法和键控法。第一种是通
12、过 s(t)和载波cos 2 fc t 相乘就得到已调信号输出。第二种方法最典型方法是用一个电键来控制振荡器的输出而获得。由于振幅键控的输出波形是断续的正弦波形，所有2ASK 又称为通断控制（ OOK）。 图中键控法是由人工控制电键实现的，为适应自动发送高速数据的要求，可以利用各种形式的受基带信号控制的电子开关 来代替电键，实现键控产生 ASK信号 9，图 2-1 所示就是以数字电路实现键控产生 ASK 信号的实例。该电路是用基带信号控制与非门的开闭，实现 ASK 调制。 图 2-1 数字电路实现 ASK 调制 - 4 - 振幅键控信号解调有两种方法，即同步解调法和包络解调法。 2.1.1 同
13、步解调 同步解调也称相干解调，其方框原理如图 2-2所示。 图 2-2 ASK 同步解调 图中 ASK(t)信号经过带通滤波器抑制来自信道的干扰，相乘器进行频谱反向搬移，以恢复基带信号。低通滤波器用来抑制相乘器产生的高次谐波干扰。解调的相干载波用 2cos2 cft ，幅度系数 2是为了消除推导结果中的系数，对原理没有影响，下面对它的工作原理及解调性能进行分析。 （ 1）发 “1” 码时的情况 发 “1” 码时，输入的 ASK 信号为 cos2 cA f t ，它能顺利地通过带通滤波器。 因此发“ 1”码时，带通滤波器输出信号为 tftntftnAtntfA csccic 2s i n)(2c
14、 o s)()(2c o s （ 2-1） 经乘法器后输出为 tftntftnAtnAtftftntftnAcscccccscc 4s i n)(4c o s)()( 2c o s22s i n)(2c o s)( （ 2-2） 经过低通滤波器后，后两项滤除。设输出信号 为 x(t)，则 )()( tnAtx c （ 2-3） 发 “0” 码时， ASK 信号输入为 0，噪声仍然存在，此时取样判决器的输入信号x(t)为： x(t)=nc(t) - 5 - 综合上面的分析，可得 ()()() ccA n txtnt （ 2-4） 上面的是发“ 1”码，下面的发“ 0”码。 若没有噪声，上式可简化
15、为 ()0Axt （ 2-5） 上面的是发“ 1”码，下面的发“ 0”码。 2.1.2 包络解调 包络解调是一种非相干解调，框图如图 2.3 所示。 图 2-3 ASK 包络解调 2.2 二进制频移键控（ 2FSK） 在二进制频移键控中载波的频率受调制信号的控制。二进制数字信号的“ 1” 对应载波 1f ,“ 0”对应于载频 2f ，其时域表达式可写为 12c os 1 c os 0 P SKAtSt （ 2-6） 二进制频移键控信号由下图两种方法产生：图 2-4为模拟调频电路：图 2-5 为键控调频电路。 VCO - 6 - f(t) ()PSKSt 图 2-4 模拟调频电路 图 2-5 键控调频电路 2FSK 的解调也有相干解调和非相干解调两种，下面图（ a）和图（ b）分别所示，其基本原理与 2ASK 相同，只是使用了两套电路而已。 图 2-6 FSK 解调 另一种常用而简单的解调方法 10是过零检测法。 过零检测法单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用来衡量频率的高低。数字调频波的过零点数随不同
