噪声信道中的数字调制与解调
无线通信中的调制与解调技术
无线通信中的调制与解调技术一、调制技术1. 调制的概念和作用- 调制是指将要传输的信息信号与载波信号进行叠加或控制，使其适应信道传输的过程。
- 调制的作用是将低频信息信号转换为高频载波信号，以便在信道中传输和接收。
2. 常见的调制技术- 幅度调制（AM）：通过改变载波的振幅来传输信息。
- 频率调制（FM）：通过改变载波的频率来传输信息。
- 相位调制（PM）：通过改变载波的相位来传输信息。
3. 不同调制技术的特点和应用- AM调制：简单且易于实现，但抗干扰能力较差，适用于电台广播。
- FM调制：对抗干扰能力强，适用于音频广播和无线电通信。
- PM调制：对抗干扰能力较差，适用于调频电视、雷达和导航系统。
4. 调制技术的发展趋势- 数字调制：将数字信号直接调制为模拟信号，提高传输效率和抗干扰能力。
- 复合调制：将多种调制技术结合，以适应不同的传输环境和需求。
二、解调技术1. 解调的概念和作用- 解调是将调制信号还原为原始信号的过程，以便进行信号的恢复和处理。
- 解调的作用是恢复出经过传输信道后被调制过的信号，以获取原始信息。
2. 常见的解调技术- 幅度解调：通过检测载波的振幅变化来还原信息信号。
- 频率解调：通过检测载波的频率变化来还原信息信号。
- 相位解调：通过检测载波的相位变化来还原信息信号。
3. 不同解调技术的特点和应用- 幅度解调：简单且易于实现，适用于AM调制的信号解调。
- 频率解调：对调幅信号解调效果较好，适用于FM调制的信号解调。
- 相位解调：适用于PM调制的信号解调。
4. 解调技术的发展趋势- 软件解调：利用计算机软件实现解调过程，提高解调的灵活性和性能。
- 盲解调：无需事先获得调制参数，直接对信号进行解调，适用于复杂的信号环境。
三、调制与解调技术的步骤1. 调制技术的步骤- 选择适合的调制技术和参数。
- 产生调制信号：将原始信息信号与载波信号进行叠加或控制。
- 调制预处理：添加同步信号、更正信息信号的频谱等。
BPSK的调制与解调
79 01001111
π/4 -0.707
38 00100110
3π/8 -0.924
11 00001010
π/2 -1.000
1
00000001
5π/8 -0.924
11 00001010
3π/4 -0.707
38 00100110
7π/8 -0.383
79 01001111
π
0.000
128 10000000
9π/8 0.383
177 10110000
5π/4 0.707
218 11011001
11π/8 0.924
245 11110101
3π/2 1.000
255 11111111
13π/8 0.924
245 11110101
7π/4 0.707
218 11011001
15π/8 0.383
177 10110000
1. BPSK(Binary Phase Shift Keying)调制
二进制相移键控（BPSK）就是根据数字基带信号的两 个电平，使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位 调制方法。通常，两个载波相位相差π弧度，故有时又称为 反相键控PSK。以二进制调相为例，取码元为“0”时，调制 后载波与未调载波同相；取码元为“1”时，调制后载波与 未调载波反相；“1”和“0”时调制后载波相位差π。
2021/3/10
6
用FPGA实现BPSK的调制与 解调
对同相和反向正弦波进行16倍频采样，然后量化编码，
得到如下两个表格： 表1：对正相正弦波进行量化
A
sinA
C
D
0
0.000
128 10000000
通信原理题目加答案
1．通信系统的两个主要指标是有效性、可靠性。
2．通信的复用方式有频分复用、时分复用和码分复用。
3．按照传输媒质的不同，信道可分为有线信道、无线信道_。
4．无线信道按照传播方式区分，基本上有地波、天波和视线传播三种。
5．调制信道对信号的干扰分为加性干扰、乘性干扰两种。
6．单一频率正弦波信号经随参信道传输后到达接收端的信号，其包络服从瑞利分布。
7．典型的恒参信道有有线信道、光纤信道、无线视距中继及卫星中继信道。
8．典型的随参信道有短波电离层反射信道、对流层散射信道。
9．对于点与点的之间的通信，按消息传递的方向与时间关系，通信方式可分为单工、半双工和全双工通信。
10．按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以把通信系统分为模拟通信系统、数字通信系统.11．同步卫星通信是电磁波直线传播传播，因此其信道传播性能稳定可靠，传输距离远，容量大，广泛应用于传输多路电话、电报、图像数据和电视节目。
12．已知FM 波的表达式63()10cos(21010sin(10))s t t t ππ=⨯+(V)，可求出载波频率为610Hz ，已调波的卡森带宽为11kHz 。
13．为了改善调频解调器的输出信噪比，在调频系统中广泛采用加重技术，包括预加重技术、去加重技术。
14．产生“门限效应”的主要原因是解调器的非线性。
15．非均匀量化的对数压缩特性采用折线近似时，A 律对数压缩特性采用13折线近似，μ律对数压缩特性采用15折线近似。
16．差分脉冲编码调制最简单的一个特例是增量调制，为防止其出现过载现象必须满足不过载条件。
17．为了提高数字信号的有效性而采取的编码称为信源编码，为了提高数字通信的可靠性而采取的编码称为信道编码。
18．二进制基带信号传输过程中，“0”、“1”代码等概率发送条件下，双极性基带系统的最佳判决门限电平为0，单极性最佳判决门限电平为A/2。
19．在数字通信中，产生误码的因素有两个：一是由传输特性不良引起的码间串扰，二是传输中叠加的加性噪声。
调制解调
2.2 数字频率调制
2.2.1 移频键控(FSK)调制 设输入到调制器的比特流为｛an｝, an=±1,
n=-∞~+∞。 FSK的输出信号形式(第n个比特区间)为
cos(1t 1 ) an 1 s (t ) cos(2t 2 ) an 1
(2 - 23)
即当输入为传号“ +1 ”时，输出频率为 f 1 的正弦波； 当输入为空号“-1”时，输出频率为f2的正弦波。
在大信噪比情况下， 即Uc>>V(t), 有
(2 - 14)
V (t ) (t ) c t (t ) sin (t ) (t ) Uc (2 - 15) y (t ) c t (t ) Uc
鉴频器的输出为
d(t ) d (t ) 1 dy(t ) uout (t ) c dt dt U c dt 1 dy(t ) k f um (t ) U c dt
调制技术
第二代移动通信是数字移动通信，其中的关键技
术之一是数字调制技术。对数字调制技术的主要要求
是：已调信号的频谱窄和带外衰减快(即所占频带窄，
或者说频谱利用率高)；易于采用相干或非相干解调； 抗噪声和抗干扰的能力强；以及适宜在衰落信道中传 输。 数字信号调制的基本类型分为振幅键控 (ASK) 、 频移键控 (FSK)和相移键控 (PSK)。此外，还有许多由 基本调制类型改进或综合而获得的新型调制技术。
差为σ2n的高斯随机过程。
发“+1”时： y1(t) = a cos(ω1t+φ1)+nc1(t) cos(ω1t+φ1)
-ns1(t) sin(ω1t+φ1) 发“-1”时：
5.3二进制数字调制系统的抗噪声性能
Pe
分析其抗噪声性能
重庆大学通信工程学院
性能分析
数字通信原理
u () t 发 送 “ 1 ” 符 号 T () t 码元时间间隔Ts内，发送端输出的2ASK信号 s T 0 发 送 “ 0 ” 符 号
其中
A c o s t , 0 < t < T c s u () t T , 其 它 t 0
数字通信原理
分析二进制数字调制系统的抗噪声性能，也 就是分析在信道等效加性高斯白噪声的干扰 下系统的误码性能，得出误码率与信噪比之 间的数学关系。
在二进制数字调制系统抗噪声性能分析中， 假设信道特性是恒参信道，在信号的频带范 围内其具有理想矩形的传输特性(可取传输系 数为K)。噪声为等效加性高斯白噪声，其均 值为零，方差为σ 2。
P0 f0 x
P1 f1 x
当判决门限b取两条曲线 相交点b*时，阴影的面积 最小。这个门限就称为最 佳判决门限
0
b b*
a P(1/0)
x
重庆大学通信工程学院
P(0/1)
数字通信原理
最佳判决门限也可通过求误码率Pe关于判决门限b的最小值的方法得到 令 当
Pe 0 b
2 a P(0) n b ln 2 2 P(1 )
相干检测法的系统性能 包络检波法的系统性能
重庆大学通信工程学院
相干检测法的系统性能
数字通信原理
2ASK信号相干检测法的系统性能分析模型
发送端 信道 带通 滤波器 y ( t ) 相乘器 低通 滤波器 x ( t ) 抽样 判决器 输出
sT (t)
n i(t)
y i(t)
2cos(ct )
定时 脉冲
发送“0”符号时的抽样值x＝nc的一维概率密度函数
通信原理简答题答案2（个人整理）
通信原理简答题答案2（个⼈整理）第⼀章绪论1-2何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。
模拟信号：电信号的参量取值连续。
两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。
1-3何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利⽤数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。
优点：抗⼲扰能⼒强，⽆噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进⾏处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。
缺点：⼀般需要较⼤的传输带宽；系统设备较复杂。
1-4 数字通信系统的⼀般模型中各组成部分的主要功能是什么？答：信源编码：提⾼信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D转换。
信道编码/译码：增强数字信号的抗⼲扰能⼒。
加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。
数字调制与解调：把数字基带信号的频谱搬移到⾼频处，形成适合在信道中传输的带通信号。
同步：使收发两端的信号在时间上保持步调⼀致。
1-5 按调制⽅式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。
1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。
1-7 按传输信号的复⽤⽅式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CDM。
1-8 单⼯、半双⼯及全双⼯通信⽅式是按什么标准分类的？解释他们的⼯作⽅式。
答：按照消息传递的⽅向与时间关系分类。
单⼯通信：消息只能单向传输。
半双⼯：通信双⽅都能收发消息，但不能同时进⾏收和发的⼯作⽅式。
全双⼯通信：通信双⽅可以同时收发消息。
1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信⽅式？他们的适⽤场合及特点？答：分为并⾏传输和串⾏传输⽅式。
并⾏传输⼀般⽤于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。
串⾏传输使⽤与远距离数据的传输。
1-10 通信系统的主要性能指标是什么？—答：有效性和可靠性。
1-11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率，频带利⽤率。
实验二--基于simulink的2ASK数字调制与解调的仿真
实验二 基于simulink 的2ASK 有扰通信系统仿真一、实验目的1、熟悉2ASK 系统的调制、解调原理2、进一步熟悉MATLAB 环境下的Simulink 仿真平台3、提高学生分析问题和解决问题的能力二、实验原理1、2ASK 调制原理a)2ASK 的时间波形振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。
当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。
设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P ，发送1符号的概率为1-P ，且相互独立。
该二进制符号序列可表示为)()(S nn nT t g a t s -=∑其中，⎩⎨⎧=P -P 110发送概率为发送概率为n a T s 是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为T s 的矩形脉冲:⎩⎨⎧≤≤=其他001)(s T t t g则二进制振幅键控信号可表示为t nT t g a t t s t s c s n n c ASK ωωcos )(cos )()(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==∑ 典型波形如图1-1所示图1-1 典型2ASK 波形由图1-1可以看出，2ASK 信号的时间波形e 2ASK (t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK 信号）。
b)2ASK 信号的功率谱密度由于二进制的随机脉冲序列是一个随机过程，所以调制后的二进制数字信号也是一个随机过程，因此在频率域中只能用功率谱密度表示。
2ASK 信号功率谱密度的特点如下：(1)由连续谱和离散谱两部分构成，连续谱由调制信号g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定；(2)已调信号波形的带宽是基带脉冲波形带宽的2倍。
2ASK 信号功率谱密度推导：设调制信号s(t)为单极性不归零码，码元间隔为T s ，高电平设为A ，低电平为0，则)(t s 的功率谱)(f P s 为 )(4)(4)(222f A fT Sa T A f P s s s δπ+= 已调信号为t nT t g a t t s t s c S n n c ASK ωωcos )(cos )()(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==∑，其功率谱为[])()(16)()(sin )()(sin 16)(2222c c s c s c s c s c s e f f f f A T f f T f f T f f T f f T A f P -+++⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--+++=δδππππ图1-2 2ASK 信号的功率谱密度示意图图中，sb T f 1=，为调制信号s(t)的带宽，数值上也等于码元速率。
数字调制解调技术
抗多径干扰能力主要取决于调制解调 算法的设计和实现，以及信号处理技 术的运用。常用的抗多径干扰技术包 括RAKE接收、信道估计与均衡、多 天线技术等。这些技术的应用可以有 效抑制多径干扰的影响，提高数字信 号的传输质量和稳定性。
05
数字调制解调技术的未 来发展
高频谱效率的调制解调技术
总结词
随着通信技术的发展，对频谱效率的要求越来越高，高频谱效率的调制解调技术成为研 究热点。
02
通过将多个载波信号进行调制 ，多载波调制能够提高信号传 输的效率和可靠性。
03
多载波调制具有频谱利用率高 、抗多径干扰能力强等优点， 因此在无线通信、宽带接入等 领域得到广泛应用。
03
数字解调技术
相干解调
相干解调是一种基于相位的解调方法，它利用发送信号的相位信息来恢复原始信 号。在相干解调中，接收到的信号与本地振荡器产生的信号进行相位比较，以恢 复原始信号的相位信息。
抗多径干扰能力
抗多径干扰能力
总结词
详细描述
抗多径干扰能力是指数字调制解调技 术在存在多径干扰的情况下仍能保持 正常工作的能力。多径干扰是无线通 信中常见的问题，良好的抗多径干扰 能力能够提高通信质量。
抗多径干扰能力是评估数字调制解调 技术性能的重要指标，尤其在无线通 信中，它直接影响到通信的质量和稳 定性。
思路。
多模态调制解调技术
总结词
随着通信环境的多样化，多模态调制解 调技术成为研究的热点，以满足不同通 信环境下的需求。
VS
详细描述
多模态调制解调技术是指能够处理多种通 信模式的调制解调技术。目前已经出现了 一些多模态调制解调技术，如OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）和SC-FDE （Single Carrier Frequency Domain Equalization，单载波频域均衡）等。这 些技术通过融合不同的通信模式，提高了 通信系统的灵活性和适应性，为未来通信 技术的发展提供了新的方向。
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噪声信道中的数字调制与解调
一、本程序采用16QAM调制方式，对一串2进制信源进行调制，用升余弦滚
降函数进行基带调制，再调到高频信道；在信道上加入高斯白噪声，运用匹配滤波器解调，画出解调星座图，运用最小欧氏距离译码判决，计算误比特率。
程序流程图：
二、程序文档说明
程序包含主文件QAM.m和Qam_modulate.m、insert_value.m、
modulate_to_high.m、generate_noise.m、demodulate_sig.m、plot_2way.m、plot_snr.m文件。
QAM.m是主文件，输入是N、P.其中N表示产生2进制序列长度，P 表示产生序列1的概率。
该函数产生信源、QAM调制、采样、基带调制
高频、解调、译码判决和计算误比特率。
Qam_modulate.m文件，输入source，输出X，Y。
source表示输入信源；X，Y表示产生两路序列。
实现对二进制信源采用格雷码进行编码，画出编码星座图。
insert_value.m文件，输入X，8,输出sig_insert1.其中X表示X路信号，8为插入点，sig_inset1表示产生采样序列。
实现对两路信号插入零序列形成采样信号。
modulate_to_high.m文件，输入sig_rcos1,sig_rcos2,fd,fs，输出t,sig_modulate。
sig_rcos1,sig_rcos2表示输入的两路基带信号，fd是信息速率，fs/fd就是采样率，即一个码元几个样点。
实现
将两路信号从基带调制到高频。
generate_noise.m文件，输入sig_rcos1,sig_rcos2,snr,输出sig_noise1和sig_noise2。
其中sig_rcos1,sig_rcos2是输入信号，snr是信噪比，
sig_rcos1,sig_rcos2是输出的信号。
实现对两路信号加入信噪比为SNR高斯
白噪声。
demodulate_sig.m文件，输入sig_pick1,sig_pick2,输出signal。
其中sig_pick1和sig_pick2是采样序列，输出信息序列。
实现对输入序列判决译
码，合路成一路信号。
plot_2way.m文件，输入X1,X2,len，t.其中x1，x2是输入信号，len 为其长度，t值取0.5.实现对X1,X2输入信号画图。
plot_snr.m文件，实现在不同的信噪比下计算误比特率。
三、仿真结果显示
1.16QAM星座图
2. 两路信号波形
3.基带信号两路波形
4. 加入高斯白噪声后两路波形
5. 经过匹配滤波器后信号波形
6. 采样、判决译码后星座图
7不同信噪比下信号误比特率。