数字调制技术总结 数字调制技术

时间：2019-10-03 10:40:18 来源：024文库网 本文已影响人

相关热词搜索：:

　　《数字调制技术总结》是一篇好的范文，觉得应该跟大家分享，希望大家能有所收获。

《通信工程专业研究方法论与创新教育》结课论文

编码与调制

姓名

学号指导老师

编码与调制

交大没有笨学生，只有懒学生。

编码的核心是频谱的整形，调制的核心是频带的搬移。

用数字信号承载数字或模拟数据叫做编码。编码的码型有很多种，包括：二进制码、不归零码、不归零反转码、单极性非归零码、双极性非归零码、归零码、单极性归零码、双极性归零码、曼切斯特码、差分曼彻斯特编码、AMI编码、HDB3编码、B3ZS编码、B8ZS编码、CMI编码、4B/5B编码、5B/6B编码、MLT-3编码、8B/10B编码、8B/6T编码、64B/66B编码、128B/130B编码和PAM-5编码。

A.二进制码 最普通且最容易的方法是用两个不同的电压值来表示两个二进制值。用无电压（或负电压）表示0，而正电压表示

1。优点：技术实现简单，计算机是由逻辑电路组成，逻辑电路通常只有两个状态，开关的接通与断开，这两种状态正好可以用“1”和“0”表示；简化运算规则：两个二进制数和、积运算组合各有三种，运算规则简单，有利于简化计算机内部结构，范文写作提高运算速度；适合逻辑运算：逻辑代数是逻辑运算的理论依据，二进制只有两个数码，正好与逻辑代数中的“真”和“假”相吻合；易于进行转换，二进制与十进制数易于互相转换；用二进制表示数据具有抗干扰能力强，可靠性高等优点。因为每位数据只有高低两个状态，当受到一定程度的干扰时，仍能可靠地分辨出它是高还是低；一位二进制代码叫做一个码元,它有0和1两种状态.N个码元可以有2^n种不同的组合；每种组合称为一个码字.用不同码字表示各种各样的信息,就是二进制编码.

B.非归零码（NRZ编码） 不归零编码效率是最高编码。光接口

STM-NO、1000Base-SX、1000Base-LX采用此码型。NRZ是一种很简单的编码方式，用0电位和1点位分别二进制的“0”和“1”，编码后速率不变，有很明显的直流成份，不适合电接口传输。不归零码缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器，不具备自动同步机制，传输时必须使用外同步。

C.不归零反转编码（NRZI编码） NRZI编码中不论电平是高

还是低，都不代表二进制的1和0。而是电压变化表示二进制的1。如果没有电压变化，范文TOP100则下一位是0；如果有电压变化，则下一位是1。在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步。NRZI用于较慢的RS—232串行通信和硬盘驱动器上的数据存储中。在同步链路上，长串的连续位(可能数千个0)会出现问题。接收器可能会失去同步，不能检测到连续串中0的正确个数。NRZ和NRZI都是单极性码，即都只有正电平和零电平，没有负电平，所以NRZ和NRZI码中有很多直流成份，不适合电路传输，并且NRZ和NRZI编码本身不能保证信号中不包含长连“0”或长连“1”出现，不利于时钟恢复。另一问题是长串的0表现为直流，它不能通过某些电气部件。Manchester编码和其他方案通过增加时钟信号解决了这些问题。

D.单极性非归零码 单极性码有电压表示1，无电压表示O。没

有特殊的编码。电平在整个码元时间里不变，记作NRZ码。它的占空比为100%。单极性码会累积直流分量。在数字通信设备内部，由于电路之间距离很短，都采用单极性编码这种比较简

单的数字编码形式。单极性不归零编码简单高效外，还具有廉价的特点。单极性码主要运用于终端设备及数字调制设备中。E． 双极性非归零码 双极性码中正电压表示1，负电压表示0。该方案降低了功率要求并减小了高电平衰减。他与单极性非归零码不同处在于输入二元信息为1时，给出的码元前半时间为1，后半时间为0，输入0则完全相同。它的占空比为50%。双极性码的直流分量则大大减少,从而有利于传输。单极性和双极性非归零码是在一个码元的全部时间内发出或不发出电流(单极性),最全面的范文参考写作网站以及发出正电流或负电流(双极性)。每一位编码占用了全部码元的宽度,故这两种编码都属于全宽码,也称作不归零码NRZ (Non Return Zero)。如果重复发送"1"码,势必要连续发送正电流;如果重复发送"0"码,势必要连续不送电流或连续发送负电流,这样使某一位码元与其下一位码元之间没有间隙,不易区分识别。归零码可以改善这种状况。

F． 归零码 归零码的电压状态在某个信号状态后返回到零。归零码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因而归零码在信道上占用的频带较宽。优点是：一位码元（一串脉冲）一个单位脉冲的亮度，称为全亮码。根据通信理论，每个脉冲亮度越大，信号的能量越大，抗干扰能力强，且脉冲亮度与信道带宽成反比，即全亮码占用信道较小的带宽编码效率高。缺点是：当出现连续0或1时，难以分辨复位的起停点，会产生直流分量的积累，使信号失真。因此，过去大多数数据传输系统都不采用这种编码方式。近年来，随着技术的完善，NRZ编码已成为高速网络的主流技术。

G． 单极性归零码（RZ） 单极性归零码即是以高电平和零电平分别表示二进制码1 和0，而且在发送码1 时高电平在整个码元

期间T 只持续一段时间τ，其余时间返回零电平．在单极性归零码中，τ/T 称为占空比．他与单极性非归零码不同处在于输入二元信息为1时，给出的码元前半时间为1，后半时间为0，输入0则完全相同。它的占空比为50%。单极性归零码的主要优点是可以直接提取同步信号，因此单极性归零码常常用作其他码型提取同步信号时的过渡码型．也就是说其他适合信道传输但不能直接提取同步信号的码型，可先变换为单极性归零码，然后再提取同步信号．

H． 双极性归零码 双极性归零码是二进制码0和1分别对应于正和负电平的波形的编码，在每个码之间都有间隙产生．这种码既具有双极性特性，又具有归零的特性。此种码型比较特殊，它使用前半时间1，后半时间0来表示信息1；采用前半时间-1，后半时间0来表示信息0。因此它具有三个电平。双极性归零码的特点是：接收端根据接收波形归于零电平就可以判决1 比特的信息已接收完毕，然后准备下一比特信息的接收，因此发送端不必按一定的周期发送信息．可以认为正负脉冲的前沿起了起动信号的作用，后沿起了终止信号的作用．因此可以经常保持正确的比特同步．即收发之间元需特别的定时，且各符号独立地构成起止方式，此方式也叫做自同步方式．由于这一特性，双极性归零码的应用十分广泛

I． Manchester(曼彻斯特) 在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示"1"，从低到高跳变表示"0"。这给接收器提供了可以与之保持同步的定时信号，因此也叫做自同步编码。十兆以太网就是使用Manchester编码。曼彻斯特编码常用在LAN上。曼切斯

篇二：通信系统中数字调制技术的研究与仿真

通信系统中数字调制技术的研究与仿真

专业：通信工程

学生：秦凯指导老师:唐泉

摘 要

在日常的生活中，通信是人们用来传递信息的方式。思想汇报专题随着数字系统的飞速发展，对数字系统的性能和调制解调技术要求也越来越高。同时，由于计算技术的发展，通信系统的仿真已日益普遍，已逐渐成为今天设计和分析通信系统的主要工具。

本次设计将使用MATLAB软件设计函数和Simulink建模对数字调相技术进行仿真和研究。

本文在第一章中介绍了通信系统的组成、MATLAB的使用以及Simulink模块的组建。

第二章深入分析了2ASK、2PSK、2FSK的调制解调原理理论知识，熟悉了原理后，在第三章中用MATLAB编程和Simulink对它们进行仿真和研究。本设计主要实现2ASK、2PSK、2FSK调制解调过程的仿真，并分析它们的性能差异。最后一章对数字调制与解调作了一个总结。

关键词： MATLAB 调制解调 2ASK 2PSK 2FSK

Research and Simulation of Digital Modulation Technology

in Communication System

Major: communication engineering

Student: Qin Kai Supervisor: Tang Quan

Abstract

In day-to-day life，communication is used to convey information.With the rapid development of digital systems，digital system for modem performance and the technical requirements of increasingly high.

At the same time，the development of computing technology，simulation of communication systems have become increasingly common，have gradually become the design and analysis of today"s main tool for communication systems.

In chapter 1,this paper introduces the composition of the communication system,the use of MATLAB and Simulink module is established.The second chapter in-depth analysis of the 2 ASK,2 PSK,2 FSK of demodulation principle theory knowledge,be familiar with t(转 载 于:wWw.fwwang.cn :数字调制技术总结)he theory,in the third chapter using MATLAB programming and Simulink simulation and research on them.This design mainly realizes 2 ASK,2 PSK,2 FSK demodulation process Simulink,and analyzes the performance of their differences.The last chapter of digital modulation and demodulation made a summary.

Key words： MATLAB modem 2ASK 2PSK 2FSK

目 录

1 绪论......................................................................1

1.1 数字调制的简介......................................................1

1.1.1 键控..........................................................1

1.1.2 解调..........................................................1

1.1.3 实用数字调制..................................................1

1.2 MATLAB/Simulink的简介..............................................2

1.2.1 MATLAB........................................................2

1.2.2 Simulink......................................................2

1.3 通信技术的历史......................................................3

1.3.1 通信的概念....................................................3

1.3.2 通信的发展史简介..............................................5

1.4 通信技术的发展现状和趋势............................................5

2 数字频带传输系统..........................................................6

2.1 二进制振幅键控(2ASK)................................................6

2.2 二进制移频键控(2FSK)................................................9

2.3 二进制移相键控(2PSK)...............................................12

2.4 二进制数字信号的功率谱密度.........................................14

2.4.1 2ASK 信号的功率谱密度........................................14

2.4.2 2FSK 信号的功率谱密度........................................15

2.4.3 2PSK 的功率谱密度...........................................16

3 调制与解调仿真...........................................................17

3.1 2ASK的调制与解调仿真..............................................17

3.2 2FSK的调制与解调仿真..............................................21

3.3 2PSK的调制与解调仿真..............................................30

3.4 二进制数字调制系统的性能比较.......................................35

3.4.1 带宽比较.....................................................35

3.4.2 对信道特性变化的敏感性比较...................................35

3.4.3 误码率比较...................................................36

4总结.....................................................................36

参考文献...................................................................38

致 谢.....................................................................39

1 绪论

1.1 数字调制的简介

以数字信号作为调制信号的调制技术。一般采用正弦波作为载波，这种数字调制

又称为载波键控。在发射端需将数字基带信号对高频载波进行调制得到高频已调信号，高频已调信号经信道传输后，在接收端经解调后恢复为数字基带信号。基带信号不适合直接在带通型信道上传输，需要将其进行调制，使传输频带适合信道的通频带。

1.1.1 键控

用电键对载波进行控制，这是借用了电报传输中的一个术语。载波键控是以数字信号作为电码，用它对正弦载波进行控制，使载波的某个参数随电码变化。

根据正弦波受控参数的不同，载波键控可以分为三大类：移幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)。它们分别是控制正弦波的幅度、频率、相位随着数字信号变化而变化。

单位时间内的键控次数称为键控速率（又称符号速率或传输码元速率），其单位为波特(baud)。单位时间内所传输的信息量，称为信息速率(又称比特速率)，其单位为比特／秒(bit/s)，信息速率等于键控速率乘以键控信号所携带的平均信息量。

1.1.2 解调

最常用的解调方式是相干解调，它按以下几个步骤进行：①参考载波与键控信号相乘，得到基带信号；②通过低通滤波器（或积分器）对此基带信号过滤，以便最大限度地集中信号能量并滤除噪声；③对过滤后的基带信号进行采样和判决，并还原出形状规则的数字信号脉冲，这个过程也称为信号再生，适当选择低通滤波器的传输特性，使收信端的综合频域响应和发送信号的频谱满足共轭匹配关系，就可以在加性高斯白噪声信道上获得最小误码性能，这种解调称为最佳相干检测。在选择滤波器的响应时，应使收发综合响应满足奈奎斯特准则，或采取必要的均衡措施，以消除或克服码间干扰的带来的误差或影响。

数字信号在传输过程中由于干扰、噪声和波形畸变的影响，可能产生误码。二进制数字信号在加性高斯白噪声信道上通过载波键控方式传输时，如果收信端采用最佳相干检测并消除码间干扰，则平均误码率Pe和归一化信噪比ES/N0的关系可以表示为 11??Es?Pe?erfc （1-1） 22N0

式中E为单位码元的平均信号能量，N0为噪声谱密度，erfc(x)为互补误差函数，?为键控波形的互相关系数。对于移相键控，?=-1；对于移幅键控和移频键控，?=0。可以看出，S为达到同样的误码率，移幅键控和移频键控所需的归一化信噪比等于移相键控的两倍。

1.1.3 实用数字调制

通信系统中采用的数字调制技术有以下四种。①四相移相键控(QPSK)：采用四个对

称的相位来传送两个二进制码元。它的频谱效率较高、抗干扰性较强，是数字卫星、数字微波和有线数传中的一种主要调制方式。②参差四相移相键控 (OQPSK)和最小移频键控(MFSK)：前者是将四相键控的两个调制码元偏移半个码长，后者是将连续相位移频键控的移频指数定为0.5，它们是四相键控的派生形式。它们具有包络较恒定、非线性信道引起的频谱展宽较小等优点，比较适用于卫星信道。③八相移相键控(8PSK)、正交部分响应调制(QPRS)、16状态和64状态正交调幅（16QAM和64QAM）：这是一些频谱效率很高、误码性能也较好的数字调制技术，它们主要用于中、大容量的数字微波接力通信系统。④连续相位调制(CPM)、受控调频(TFM)和高斯预滤波最小移频键控 (GMFSK)：这是一些具有较好频谱效率和误码性能的数字调制技术，其主要特点是包络恒定，旁瓣很低，非线性信道引起的频谱展宽很小，可用于移动通信和卫星通信。

1.2 MATLAB/Simulink的简介

1.2.1 MATLAB

美国Mathworks公司于1967年推出了矩阵实验室“Matrix Laboratory”（缩写为Matlab）这就是Matlab最早的雏形。开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。MATLAB是目前国际上流行的进行科学研究、工程计算的软件，是当今最优秀的科技应用软件之一，它以强大的科学计算与可视化功能、简单易用、开放式可扩展环境。特别是所附带的30多种面向不同领域的工具箱支持，使得它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。MATLAB具有其他高级语言难以比拟的一些优点，如编写简单、变成效率高、易学易懂等，因此MATLAB语言也被通俗地称为演算纸式科学算法语言，用MATLAB来解决运算问题要比用C、Fortran等语言完成相同的事情方便得多。MATLAB广泛应用于控制、通信、信号处理及科学计算等领域，并且已经被认可为能够有效提高工作效率、改善设计手段的工具。在通信领域MATLAB更是优势明显，因为通信领域中很多问题是研究系统性能的，传统的方法只有构建一个实验系统，采用各种方法进行测量，才能得到所需的数据，这样不仅需要话费大量的资金用于实验系统的构建，而且系统构建周期长，系统参数的调整也十分困难。而MATLAB的出现使得通信系统的仿真能够用计算机模拟实现，免去构建实验系统的不便，而且操作十分简便，只需要输入不同的参数就能得到不同情况下系统的性能，而且在结构的观测和数据的存储方面也比传统的方式有很多优势。因而MATLAB在通信仿真领域得到越来越多的应用，掌握了MATLAB就好比掌握了开启这个专业领域大门的钥匙。

1.2.2 Simulink

Simulink是MATLAB提供的用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包。Simulink提供了专门用于显示输出信号的模块，可以在仿真的过程中随时观察仿真结果。同时，通过Simulink的存储模块，仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作空间或文件夹中，以供用户在仿真结束后对数据进行分析和处理。另外，Simulink把具有特定功能的代码组织

篇三：数字调制系统的性能比较

衡量一个数字通信系统性能优劣的最为主要的指标是有效性和可靠性，下面主要针对二进制频移键控(2FSK)、二进制相移键控(BPSK)、二进制差分相移键控(DBPSK)以及四进制差分相移键控（DQPSK）数字调制系统，分别从误码率、频带利用率、对信道的适应能力以及设备的可实现性大小几个方面讨论。1.误码率

通信系统的抗噪声性能是指系统克服加性噪声影响的能力。在数字通信系统中，信道噪声有可能使传输码元产生错误，错误程度通常用误码率来衡量。

在信道高斯白噪声的干扰下，各种二进制数字调制系统的误码率取决于解调器输入信噪比，而误码率表达式的形式则取决于解调方式：相干解调时为互补误

差函数erfc形式（k只取决于调制方式），非相干解调时为指数函数形式。

图1和图2是在下列前提条件下得到：

①二进制数字信号“1”和“0”是独立且等概率出现的；②信道加性噪声n(t)是零均值高斯白噪声，单边功率谱密度为 恒定；

③通过接受滤波器后的噪声为窄带高斯噪声，其均值为零，方差为④由接收滤波器引起的码间串扰很小，忽略不计；⑤接收端产生的相干载波的相位差为0。n0

，信道参

?n

2

；

图1 各种数字调制系统误码率

图2 二进制数字调制系统的误码率曲线

图3a MDPSK信号误码率曲线 图3b MPSK信号的误码率曲线

(1) 通过图1从横向来看并结合图2得到：

对同一调制方式，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式的误码率，相干解调方式的抗噪声性能优于非相干解调方式。但是，随着信噪比r的增大，相干与非相干误码性能的相对差别越不明显，误码率曲线有所靠拢。(2) 通过图1从纵向来看：

①若采用相干解调，在误码率相同的情况下，r2ASK?2r2FSK?4rBPSK，转化成分贝表示为(r2ASK)dB?3dB?(r2FSK)dB?6dB?(rBPSK)dB，即所需要的信噪比的要求为：BPSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB；BPSK和DBPSK相比，信噪比r一定时，若

Pe(BPSK)

很小，则

Pe(DBPSK)/Pe(BPSK)?2

，若

Pe(BPSK)

很大，则有

Pe(DBPSK)/Pe(BPSK)?1

，意味着

Pe(DBPSK)

总是大于

Pe(BPSK)

，误码率增加，增加的系数

在1~2之间变化，说明DBPSK系统抗加性白噪音性能比BPSK的要差；总之，使用相干解调时，在二进制数字调制系统中，BPSK的抗噪声性能最优。②若采用非相干解调，在误码率相同的情况下，信噪比的要求为：DBPSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。总之，使用非相干解调时，在二进制数字调制系统中，DBPSK的抗噪声性能最优。(3) 通过图3a和图3b可得：

在多进制相移键控调制系统中，M相同时，相干解调下MPSK系统的抗噪声性能优于差分相干解调MDPSK系统的抗噪声性能。在相同误码率的条件下，M值越大，差分相移比相干相移在信噪比上损失得越多，M很大时，这种损失约为3dB。对比图3a中的DBPSK(M=2)和DQPSK(M=4)可得，在相同误码率的条件下，DBPSK的信噪比要求比DQPSK的低。可见，随着进制数的增加，抗干扰性能降低。

综上所述，各信号按抗噪声性能优劣的排列是BPSK相干解调、DBPSK相干解调（极性比较法）、DBPSK非相干解调（相位比较法）、DQPSK相干解调（极性比较法）、2FSK相干解调、2FSK非相干解调、2ASK相干解调、2ASK非相干解调。2.带宽

各种调制方式的带宽如下：

图4 各种调制方式的带宽

(1) 二进制数字调制系统的传码率等于其传信率，2ASK和BPSK的系统带宽近似等于两倍的传信率，频带利用率为1/2 bit/(s?Hz)；而2FSK系统的带宽近似为

f2?f1?2RB?2RB

，频带利用率小于1/2 bit/(s?Hz)。

Rb

(2) 在多进制数字调制系统中，由信息传输率M之间的关系

RB?Rb/log2M

、码元传输速率

RB

和进制数

知：在信息传输速率不变的情况下，通过增加进制

数M，可以降低码元传输速率，从而减小信号带宽，节约频带资源，提高系统频带利用率。当然，采用多进制数字调制系统增加频带利用率的代价是增加了信号功率和实现上的复杂性。

综合以上两条，所以DQPSK的频带利用率最高，2ASK、BPSK、DBPSK的频带利用率次之，2FSK最不可取。3.对信道特性变化的敏感性

在选择数字调制方式时，还应考虑判决门限对信道特性的敏感性，在随参信道中，我们希望判决门限不随信道变化而变。经过比较，可以得出以下结论：

(1) 2FSK最优，因为不需人为设置判决门限；

(2) BPSK次之，最佳判决门限为0，与接收机输入信号幅度无关；

(3) 2ASK最差，最佳判决门限位a/2，与接收机输入信号幅度有关，因为信 道变化，判决门限随着信号幅度的变化而变化，不利于电路设计，此时 需要自适应控制电路；

(4) 但当信道有严重衰落时，通常采用非相干解调或差分相干解调，因为在 接收端难以得到与发送端同频同相的本地载波。但在远距离通信中，当 发射机有着严格的功率限制时，如卫星通信中，星上转发器输出功率受 电能的限制，这时可考虑用相干解调，因为在传码率及误码率给定的情 况下，相干解调所要求的信噪比较非相干解调的小。4.设备复杂度

就二进制调制系统的设备而言，2ASK、BPSK及2FSK发送端设备的复杂度相差不多，而接收端的复杂程度则和所用的调制解调方式有关。对于同一种调制方式，相干解调时的接收设备比非相干的接受设备复杂；同为非相干解调时，DBPSK的接收设备最复杂，2FSK次之，2ASK的设备最简单。

就多进制而言，不同调制解调方式设备的复杂程度的关系与二进制的情况相同。但总体讲，多进制数字调制与解调设备的复杂程度要比二进制的复杂得多。5.各自优缺点及应用场合

FSK是数字通信中不可缺少的一种调制方式。优点是抗干扰能力较强，不受信道参数变化的影响，因此FSK特别适合应用于衰落信道；缺点是占用频带较宽，尤其是MFSK，频率利用率低。目前调频体制主要应用于中、低速数据传输中。

BPSK在解调时有相位模糊的缺点，因而在实际中很少采用。DBPSK不存在相位模糊的问题，因为它是依靠前后两个接收码元信号的相位差来恢复数字信号的。BPSK和DBPSK，是一种高传输效率的调制方式，其抗干扰能力比ASK和FSK都强，因此在高、中速数据传输中得到了广泛应用，尤其是DBPSK。

DQPSK是一种多进制相移键控，可以看做是振幅相等而相位不等的振幅调制，它是一种频带利用率高的高效率传输方式，其抗噪性能也好。它的发展趋势是纯数字化，广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入与移动通信及有线电视的上行传输。在卫星数字电视传输中普遍采用的QPSK调谐器可以说是当今卫星数字电视传输中对卫星功率、传输效率、抗干扰性以及天线尺寸等多种因素综合考虑的最佳选择。6.总结

通过以上几个方面的比较可以看出，对调制和解调方式的选择需要考虑的因

　　以上就是《数字调制技术总结》的范文全部内容，涉及到编码、信号、数字、二进制、系统、极性、调制、传输等方面，看完如果觉得有用请记得（CTRL+D）收藏。