16QAM的调制与解调
通信专业课程设计二
太原科技大学
课程设计（论文）
设计(论文)题目：16 QAM的调制解调
姓名
学号
班级
学院
指导教师
2012年 1月 4 日
太原科技大学课程设计（论文）任务书
学院（直属系）：电子信息工程学院时间： 2012年12月19日学生姓名指导教师
设计（论文）题目16QAM的调制与解调
主要研
究内容
基于MatlabSimulink的16QAM的调制与解调
研究方法MatlabSimulink
主要技术指标(或研究目标)
利用Simulink对16QAM调制系统进行仿真,得到了信号在加噪前后的星座图、眼图，而且在信噪比变化条件下,得到了16QAM系统的误码率。
教研室
意见
教研室主任（专业负责人）签字：年月日
16QAM的调制与解调
摘要
随着无线通信频带日趋紧张，研究和设计自适应信道调制技术体制是建立宽带移动通信网络的关键技术之一。正交振幅调制技术（QAM）是一种功率和带宽相对高效的信道调制技术,因此在大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛应用。在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了很大变化。过去在传统蜂窝系统中不能应用的正交振幅调制也引起了人们的重视。
本文首先简单简绍了QAM调制解调系统和Simulink的工作原理。然后利用Simulink 对16QAM调制系统进行仿真,不但得到了信号在加噪前后的星座图、眼图，而且在信噪比变化条件下,得到了16QAM系统的误码率。最后，在简单做了一个2DPSK系统仿真之后，将它与16QAM系统进行了比较，并得出了16QAM是一种相对优越的调制解调系统这一结论。关键词：QAM ；SIMULINK ；仿真； 2DPSK ；误码率
目录
摘要....................................................................... I 第1章绪论.. (1)
1.1 QAM简介 (1)
1.2 SIMULINK (1)
1.3 SIMULINK与通信仿真 (2)
第2章正交振幅调制 (3)
2.1 MQAM信号的星座图 (3)
2.2 16QAM的调制解调原理 (5)
2.3 16QAM的改进方案 (6)
第3章 16QAM调制解调系统实现与仿真 (8)
3.1 16QAM 调制模块的模型建立与仿真 (10)
3.1.1 信号源 (10)
3.1.2 串并转换模块 (10)
3.1.3 2/4电平转换模块 (11)
3.1.4 其余模块 (13)
3.1.5 调制系统的实现 (14)
3.2 16QAM解调模块的模型建立与仿真 (15)
3.2.1 相干解调 (15)
3.2.2 4/2电平判决 (16)
3.2.3 并串转换 (18)
参考文献 (21)
第1章绪论
1.1 QAM简介
在现代通信中，提高频谱利用率一直是人们关注的焦点之一。近年来，随着通信业务需求的迅速增长，寻找频谱利用率高的数字调制方式已成为数字通信系统设计、研究的主要目标之一。正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)就是一种频谱利用率很高的调制方式，其在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛应用。在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了很大变化。过去在传统蜂窝系统中不能应用的正交振幅调制也引起人们的重视。QAM数字调制器作为DVB系统的前端设备，接收来自编码器、复用器、DVB 网关、视频服务器等设备的TS流，进行RS编码、卷积编码和QAM数字调制，输出的射频信号可以直接在有线电视网上传送，同时也可根据需要选择中频输出。它以其灵活的配置和优越的性能指标，广泛的应用于数字有线电视传输领域和数字MMDS系统。
作为国际上移动通信技术专家十分重视的一种信号调制方式之一，正交振幅调制（QAM）在移动通信中频谱利用率一直是人们关注的焦点之一，随着微蜂窝（Microcell）和微微蜂窝（Picocell）系统的出现，使得信道的传输特性发生了很大变化，接收机和发射机之间通常具有很强的支达分量，以往在蜂窝系统中不能应用的但频谱利用率很高的WAM已引起人们的重视，许多学者已对16QAM及其它变型的QAM在PCN中的应用进行了广泛深入地研究。
1.2 SIMULINK
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
1.3 SIMULINK与通信仿真
仿真是衡量系统性能的工具，它通过仿真模型的仿真结果来推断原系统的性能，从而为新系统的建立或原系统的改造提供可靠的参考。仿真是科学研究和工程建设中不可缺少的方法。
实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对于这个系统作出的任何改变都可能影响到整个系统的性能和稳定。而Simulink作为Matlab提供的用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包，提供了仿真所需的信源编码、纠错编码、信道、调制解调以及其它所用的全部库函数和模块。可见，不管对任何复杂的通信系统，用Simulink对其仿真都是一个不错的选择。
第2章 正交振幅调制
2.1 MQAM 信号的星座图
MQAM 信号表示式可写成 )sin cos (2)(t w B t w A T t S c i c i B MQAM +=
（2.1) 其中，Ai 和Bi 是振幅，表示为
?
??-±=-±=)12()12(j Bj i Ai (2.2) 其中，i,j=1,2,…，L ，当L=1时，是4QAM 信号；当L=2时，是16QAM 信号；当L=4时，是64QAM 信号。选择正交的基本信号为 ???
????==t w T t t w T t c B c B sin 2)(cos 2)(21?? (2.3) 在信号空间中MQAM 信号点
???
? ??=j i ij B A S (i,j=1,2,…,L) (2.4)
图2.1是MQAM 的星座图，这是一种矩形的MQAM 星座图。
图2.1 MQAM 信号星座图 为了说明MQAM 比MPSK 具有更好的抗干扰能力，图2.2示出了16PSK 和16QAM 的星座图，这两个星座图表示的信号最大功率相等，相邻信号点的距离d1，d2分别为： 2DPSK A A d 39.016sin 21=≈π
， 16QAM A M d 47.01162122=-=-≈。
结果表明，d2>d1，大约超过1.64dB 。合理地比较两星座图的最小空间距离应该是以平均功率相等为条件。可以证明，在平均功率相等条件下，16QAM 的相邻信号距离超过16PSK 约4.19dB 。星座图中，两个信号点距离越大，在噪声干扰使信号图模糊的情况下，要求分开两个可能信号点越容易办到。因此16QAM 方式抗噪声干扰能力优于16PSK 。
图2.2 16QAM和16PSK的星座图
MQAM的星座图除正方形外，还有圆形、三角形、矩形、六角形等。星座图的形式不同，信号点在空间距离也不同，误码性能也不同。MQAM和MPSK在相同信号点数时，功率谱相同，带宽均为基带信号带宽的2倍。
2.2 16QAM的调制解调原理
MQAM的调制解调框图如图2.3所示。在发送端调制器中串/并变换使得信息速率为Rb 的输入二进制信号分成两个速率为Rb/2的二进制信号，2/L电平转换将每个速率为Rb/2的二进制信号变为速率为Rb/（2lbL）的电平信号，然后分别与两个正交载波相乘，再相加后即得MQAM信号。在接收端解调器中可以采用正交的相干解调方法。接受到的信号分两路进入两个正交的载波的相干解调器，再分别进入判决器形成L进制信号并输出二进制信号，最后经并/串变换后得到基带信号。
MQAM调制
MQAM的解调
图2.3 MQAM调制解调框图
2.316QAM的改进方案
为了适应不同的需要，QAM有一些改进方案，如正交部分响应幅度调制（MQPR）、非线性正交振幅调制（NLA-QAM）、叠加式正交振幅调制（SQAM）等，还可以把QAM调制与信道编码技术结合起来设计，取得最优的可靠性和有效性，这种技术称为网格编码调制（TCM）。
1.MQPR调制
这是一种在多电平正交调制中，上下两支路的同相和正交基带信号都用部分响应信号（通常采用第Ⅰ类和第Ⅳ类部分响应）的调制方式。QPR与QAM相比，在相同信息传输速率条件下，严格带宽受限的QPR优于QAM。
2.NLA-QAM调制
QAM信号在进行传输之前，还要进行功率放大，而高效的功率放大是非线性的功率放大器，故而需考虑非线性对QAM的特性没有明显的影响措施，这就是NLA-QAM调制。
NLA-QAM信号的产生方法与QAM不相同，但解调的方法与QAM完全一样。
3.SQAM调制
QAM调制信号在码元转换时刻有相位跳变的时刻，旁瓣分量比连续相位的调制信号要高。要改善QAM的频谱特性，应改善其基带波形以平滑码元转换时的相位变化，SQAM就是从这个角度提出的。
SQAM的基本脉冲波形是由两个宽度为TB的升余弦波形与一个宽度为2TB的升余弦波形叠加而成。采用正交调制方式时，在下支路要延时TB/2，并且上下两支路放大倍数相差60dB。SQAM信号的功率谱与QAM相比，旁瓣分量得到有效地抑制。
第3章 16QAM 调制解调系统实现与仿真
前面两章简单介绍了16QAM 的调制解调和SIMULINK 的工作原理，下面本文将用MATLAB 数学软件中的SIMULINK 模块实现16QAM 调制、解调通信系统，并进行仿真。由第二章MQAM 的调制解调原理可以得出，16QAM 的调制解调框图如下所示：
串/并转换2/4电平转
换2//4电平转
换
LPF LPF 相加LPF LPF 4/2电平抽
样判决
4/2电平抽样判决并/串转换
输入输出Rb/2
Rb/2cos c w t
cos c w t sin c w t sin c w t
图3.1 16QAM 的调制解调框图
由图3.1可以知道，16QAM 的调制解调原理比较简单，接下来，我们将通过调制与解调两大模块来介绍SIMULINK 下16QAM 的仿真结果，并且将对仿真结果作出分析并对系统进行一定的优化，从而获得较好的系统模型。下页为本次仿真的系统总体框图：
图3.2 仿真总体框图
3.1 16QAM 调制模块的模型建立与仿真
通过对图3.1中16QAM 调制原理框图的分析，16QAM 一个码元所携带的信息为M 2log 即4bit ，是一般基带数字调制（QPSK ）码元携带信息量的2倍。而且16QAM 调制是由两路相互独立的信号进行调制，一个16QAM 码元宽度是基础信号的2倍。以下我将对系统仿真框图中的各模块进行简单的介绍：
3.1.1 信号源
本次仿真在信号源部分采用了伪随机序列发生器，由于系统要求基带信号码元速率19.2kbps ，则本序列发生器的基本参数设置如下：
Generator polynomial:[1 0 0 0 0 1 1]
Initial states:[0 0 0 0 0 1]
Output mask vector:0
Sample time:1/19200
Output data type:double
3.1.2 串并转换模块
由于系统仿真总框图涉及模块较多，为不失美观同时又能显的浅显易懂特将串并转化作成一个单独子系统而嵌入总系统中。该子系统内部框图如下所示：
图3.3 串并转换模块
由图可知，本子系统有一个输入端口和两个输出端口。系统首先将输入的伪随机序列分成两路并将其中的一路直接按整数因子2抽取，然后进行一个单位的延时，这样便得到了原随机序列的奇数码元；对于另外一路则先进行延迟然后下采样便可得到原序列的
偶数码元，至此串并转换也是结束了。
假设输入In1: 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1
则有 Out1: 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 Out2: 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
实际运行中各路信号图形如下所示，图中从上往下依次是串行输入、并行输出1和并行输出2的波形。由图可以得出经串并转换之后，并行输出的每一路码元传输速率降为了原来的一半，这也正是实际运应中所要求的。和假设不同的是每一路输出信号前边都多了一个0码元单位，这是由于延迟模块所造成的。当然它们在这里同时被延迟了一个单元，但对后面各种性能的研究是不会造成影响的。各路串并转换图如下所示：
图3.4 串并转换各路信号图
3.1.3 2/4电平转换模块
对于2/4电平的转换，其实是将输入信号的4种状态（00,01,10,11）经过编码以后变为相应的4电平信号。这里我们选择的映射关系如下表所示：
表3-1 2/4电平映射关系表
映射前数据电平/V
00 -3
01 -1
10 1
11 3
根据以上映射关系，我们可以很容易的找出它们之间的一个数学关系。这里输入信号为两路二进制信号，假设它们是ab，则在a=1时让它输出一个幅度为2的信号，当a=0时输出幅度为-2的信号。同理当b=1是让它输出一个幅度为1的信号，当b=0时输出幅度为-1的信号。如此一来便可以得到下面的结果：
当ab=00时输出： y=-2 + -1=-3；
ab=01时 y=-2 + 1=-1；
ab=10时 y=2 + -1 =1；
ab=11时 y=2 + 1 =3；
由上所示我们可以得出：再设计2/4电平转换模块的时候，我们需要先将输入信号再次进行串并转换，每路信号做一个简单的判决，再用一个相加模块便可实现2/4电平的转换功能。具体模块如下所示：
图3.5 2/4 电平转换模块
以上模块中各点的信号图如下所示：
图3.6 2/4电平转换模块各点波形
上图中第一行为输入信号，第二三行分别为经串并转换后的两行信号，最后为输出4电平信号。观察各行波形可以得出：
输入：0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 并行1： 0 0 0 1 0 0 1 1 1
并行2： 0 1 0 0 1 1 0 1 0
输出： -3 -1 -3 1 -1 -1 1 3 1
比较各行波形可以发现这个模块已经很好的实现了2/4电平的转换，这里4电平信号的码元传输速率已降为Rb/4。
3.1.4 其余模块
除以上所述的两个子系统外，调制阶段还包括正余弦信号发生器、加法器、乘法器、频谱示波器和离散时间信号发散图示波器等。由于系统要求载波频率为76.8KHZ ，所以两载波信号发生器的参数设置如下所示：
t w c cos ：Amlitude: 1 t w c sin ：Amlitude:1
Bias: 0 Bias: 0
Frequency （rad/sec ）:76800*2*pi Frequency(rad/sec)：76800*2*pi Phase(rad): pi/2 Phase(rad): 0
Sample time ：1/768000 Sample time ：1/768000
对于离散时间信号发散图示波器，这里我们又做了一个子系统如下图所示：
图3.7 离散时间信号发散图示波器
上图中先将两路正交的信号和成一个复信号后，经离散采样加入到了信号发散图示波器，这样就可以得到原始信号的星座图了。
3.1.5 调制系统的实现
将以上各模块、子系统按原理图进行连接，并对各模块参数进行相应的设定，便可实现其调制功能。进行仿真得到的调制输出波形和星座图分别如图3.8和图3.9所示。
图3.8 16QAM调制波形
上图中一三行为并行输出的两路四电平信号，二四行为一三行分别与正交载波相乘后所得的两路信号。第五行为它们的和信号，也即为最终调制信号，至此16QAM信号的调制也就结束了。
图3.9 16QAM的星座图
3.2 16QAM解调模块的模型建立与仿真
16QAM解调原理框图如图3.1所示，解调器实现的核心在于4/2电平判决模块及并串转换模块。在本次仿真中，载波恢复输出的同频同相波是直接由调制模块中的载波提供的，也就是说在仿真实验中并没有做载波恢复。
3.2.1 相干解调
系统先前所得的16QAM调制信号通过高斯白噪声信道以后便可以解调了。本文所采用的解调器原理为相干解调法，即已调信号与载波相乘，送入到低通滤波器，其对应原理图中信号输入并与载波相乘后通过LPF的部分，输出送入到判决器判决，在这里，低通滤波器的设计很重要，在Simulink中提供了一些滤波器，我们可以加以利用，但它的参数设定对后续判决产生误差有很大关系，所以要对该滤波器的参数设定要慎重。在本文涉及的仿真中滤波器均选择贝塞尔低通滤波器。这里对LPF的参数设定如下，而输出波形如图4.10所示。
Desige method : Bessel
Filter type : Lowpass
Filter order: 8
Pass edge frequency (rad/s) : 15360*2*pi
图3.10 输出波形图
上图中，一三行为调制波与载波相乘的结果，二四行分别为它们经过低通滤波器后所得的波形。
3.2.2 4/2电平判决
由于前面采用的是模拟低通滤波器，所以在4/2电平判决之前得到的是一个模拟的4电平信号。之后要想得到2电平的数字信号，需经一系列的抽样、量化和编码。这里我们
再次使用了子系统这一概念，如下图所示：
图 3.11 4/2电平转换模块
上图中，对模拟信号做了常数为2的增益后，让其通过了一个量化编码器，再通过离
散采样以后便得到了标准的4电平数字信号。然后信号被分为两路，分别进行量化编码后
得到了两路二进制信号，最后经串并转换得到了最终结果。此处三个量化编码器的参数设
置如下所示：
GFSK的调制解调原理
G F S K的调制和解调原理 高斯频移键控GFSK(GaussfrequencyShiftKeying)，是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。它是一种连续相位频移键控调制技术，起源于FSK(Frequency-shiftkeying)。但FSK带宽要求在相当大的程度上随着调制符号数的增加而增加。而在工业，科学和医用433MHz频段的带宽较窄，因此在低数据速率应用中，GFSK调制采用高斯函数作为脉冲整形滤波器可以减少传输带宽。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，因此GFSK调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用（高斯预调制滤波器能进一步减小调制频谱，它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量）。 GFSK调制 1、直接调制：将数字信号经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟调频。由于通常调制信号都是加在PLL频率合成器的VCO上（图一），其固有的环路高通特性将导致调制信号的低频分量受到损失，调制频偏（或相偏）较小。因此,为了保证调制器具有优良的低频调制特性，得到较为理想的GFSK调制特 另一部分则加在PLL的主分频器一端（基于PLL技术的频率合成器将增加两个分频器：一个用于降低基准频率，另一个则用于对VCO进行分频）。由于主分频器不在控制反馈环内，它能够被信号的低频分量所调制。这样,所产生的复合GFSK信号具有可以扩展到直流的频谱特性，且调制灵敏度基本上为一常量,不受环路带宽的影响。但是，两点调制增加了GFSK调制指数控制的难度。
GFSK的调制解调原理
GFSK 的调制和解调原理 高斯频移键控GFSK (Gauss frequency Shift Keying)，是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。它是一种连续相位频移键控调制技术，起源于FSK(Frequency- shift keying)。但FSK 带宽要求在相当大的程度上随着调制符号数的增加而增加。而在工业，科学和医用433MHz 频段的带宽较窄，因此在低数据速率应用中，GFSK 调制采用高斯函数作为脉冲整形滤波器可以减少传输带宽。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，因此GFSK 调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用（高斯预调制滤波器能进一步减小调制频谱，它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量）。 GFSK 调制 1、直接调制：将数字信号经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟调 频。由于通常调制信号都是加在PLL 频率合成器的VCO 上（图一），其固有的环路高通特性将导致调制信号的低频分量受到损失，调制频偏（或相偏）较小。因此,为了保证调制器具有优良的低频调制特性，得到较为理想的GFSK 调制特性，提出了一种称为两点调制的直接调频技术。 uc 图一 两点调制：调制信号被分成2部分，一部分按常规的调频法加在PLL 的VCO 端,另一部分则加在PLL 的主分频器一端（基于PLL 技术的频率合成器将增加两个分频器：一个用于降低基准频率，另一个则用于对VCO 进行分频 ）。由于主分频器不在控制反馈环内，它能够被信号的低频分量所调制。这样,所产生的复合GFSK 信号具有可以扩展到直流的频谱特性，且调制灵敏度基本上为一常量, 鉴频器 PD 环路低通滤波器LF 压控振荡器VCO 载波信号 调制信号ui 调频信号uo 主分频器
FM调制解调原理
频率调制信号的表示式为：()cos[()]t m c S t A t kfm d ωττ-∞ =+ ? 其中，kf 为 调频灵敏度，m(t)为调制信号。从公式出发即可完成频率调制的程序。 调频信号的解调方法通常是采用鉴频法。方框图如图所示 其中鉴频器包括微分电路和包络检波。 在模拟信号的调频程序中，先对输入参量的个数做出判断，少于则运行默认的。然后对信号进行调制，这里采样的调制信号是最简单的正弦信号，当然也可以为其他信号。调制过程中，积分是根据积分的定义编写的一段程序。在对已调信号进行解调前加入了噪声。解调过程中的微分同样的根据定义编写的，当然也可以采用MATLAB 里自带的函数diff 。在经过包络检波后对幅值做出了一定的修正。 下图是调频信号的时域频域波形。经过调频之后的信号频谱不仅发生了频谱搬移还增加了频率分量。
下图绿色的是小信噪比条件下的解调波形，可以发现信噪比对解调的影响。 而在语音信号的调频中，积分采用cumsum来完成，微分采用diff。因为经过调试发现，采用根据定义编写的程序由于循环运行需
要很多时间。另外，在经过微分器后，包络检波和低通这段和幅度调制的非相干解调一样，所以也可以在经过微分后调用AM包络检波的程序。对于调频信号来说，都会存在门限效应，使之在小信噪比情况下无法恢复出原来的调制信号。所以语音信号的调制解调是在很大信噪比情况下。
下面是语音信号调制解调的时域频域图。观看频谱可以看到调制信号的频谱相对于输入信号，发生了频谱搬移，还有在fc处多了一个冲激。 另外还有一个需要注意的问题，读入语音信号时所输入的路径必须和存放语音信号的路径相同。否则无法打开。 参考文献： [1]樊昌信，曹丽娜。通信原理。国防工业出版社。 [2] Santosh, the LNM IIT Jaipur (India).陈丽丹。FM调制解调系统设计与仿真
通信原理2DPSK调制与解调实验报告
通信原理课程设计报告
一. 2DPSK基本原理 1.2DPSK信号原理 2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图2.1所示。 图1.1 2DPSK信号 在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。 定义?Φ为本码元初相与前一码元初相之差，假设： ?Φ=0→数字信息“0”； ?Φ=π→数字信息“1”。 则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下： 数字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1
DPSK信号相位：0 π π 0 π π 0 π 0 0 π 或：π 0 0 π 0 0 π 0 π π 0 2. 2DPSK信号的调制原理 一般来说，2DPSK信号有两种调试方法，即模拟调制法和键控法。2DPSK 信号的的模拟调制法框图如图1.2.1所示，其中码变换的过程为将输入的单极性不归零码转换为双极性不归零码。 图1.2.1 模拟调制法 2DPSK信号的的键控调制法框图如图1.2.2所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。选相开关作用为当输入为数字信息“0”时接相位0，当输入数字信息为“1”时接pi。 图1.2.2 键控法调制原理图 码变换相乘 载波 s(t)e o(t)
FSK调制解调原理及设计
一．2FSK 调制原理： 1、2FSK 信号的产生： 2FSK 是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。例如，1码用频率f1来传输，0码用频率f2来传输，而其振幅和初始相位不变。故其表示式为 式中，假设码元的初始相位分别为1θ和2θ；112 f π=ω和222f π=ω为两个不同的码元的角频率；幅度为A 为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。 2FSK 信号的产生方法有两种： （1）模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。如图1-1（a ）所示。 （2）键控法，用数字基带信号)(t g 及其反)(t g 相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。如图1-1（b ）所示。 这两种方法产生的2FSK 信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的2FSK 信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。 (a) (b) 2FSK 信号产生原理图 由键控法产生原理可知，一位相位离散的2FSK 信号可看成不同频率交替发送的两个2ASK 信号之和，即 其中)(t g 是脉宽为s T 的矩形脉冲表示的NRZ 数字基带信号。 其中，n a 为n a 的反码，即若1=n a ，则0=n a ；若0=n a ，则1=n a 。 2、2FSK 信号的频谱特性： 由于相位离散的2FSK 信号可看成是两个2ASK 信号之和，所以，这里可以直接应用2ASK 信号的频谱分析结果，比较方便，即 2FSK 信号带宽为 s s F S K R f f f f f B 2||2||21212+-=+-≈ 式中，s s f R =是基带信号的带宽。 二．2FSK 解调原理： 仿真是基于非相干解调进行的，即不要求载波相位知识的解调和检测方法。 其非相干检测解调框图如下 M 信号非相干检测解调框图 当k=m 时检测器采样值为： 当k ≠m 时在样本和中的信号分量将是0，只要相继频率之间的频率间隔是,就与相移值无关了，于是其余相关器的输出仅有噪声组成。 其中噪声样本{}和{}都是零均值，具有相等的方差 对于平方律检测器而言，即先计算平方包络
BPSK和QPSK调制解调原理及MATLAB程序
PSK调制方式 PSK原理介绍（以2-PSK为例） 移相键控(PSK)又称为数字相位调制,二进制移相键控记作2PSK。绝对相移是利用载波的相位(指初相)直接表示数字信号的相移方式。二进制相移键控中,通常用相位0 和π来分别表示“0”或“1”。2PSK 已调信号的时域表达式为s2psk(t)=s(t)cosωct, 2PSK移相键控中的基带信号与频移键控和幅度键控是有区别的,频移键控和幅度键控为单极性非归零矩形脉冲序列,移相键控为为双极性数字基带信号,就模拟调制法而言,与产生2ASK 信号的方法比较,只是对s(t)要求不同,因此2PSK 信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB 调幅信号。 在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。通常用已调信号载波的 0°和 180°分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0。二进制移相键控信号的时域表达式为 e2PSK(t)=[ n n a g(t-nT s)]cosw c t 其中, an与2ASK和2FSK时的不同，在2PSK调制中，an应选择双极性。 1, 发送概率为P an= -1, 发送概率为1-P 若g(t)是脉宽为Ts, 高度为1的矩形脉冲时，则有 cosωct, 发送概率为P e2PSK(t)= -cosωct, 发送概率为1-P 由上式可看出，当发送二进制符号1时，已调信号e2PSK(t)取0°相位，发送二进制符号0时，e2PSK(t)取180°相位。若用φn表示第n个符号的绝对相位，则有 0°, 发送 1 符号 φn= 180°, 发送 0 符号 由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180°的相位模糊，所以2PSK信
2FSK调制解调原理及设计
一．2F ＳK 调制原理： 1、2ＦＳK 信号的产生： 2F ＳK 是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。例如,1码用频率f １来传输，0码用频率f2来传输,而其振幅和初始相位不变。故其表示式为 { )cos()cos(21122)(θωθω?++=t A t A FSK t 时 发送时发送"1""0" 式中,假设码元的初始相位分别为1θ和2θ；112 f π=ω和222f π=ω为两个不同的码元的角频率；幅度为A 为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。 ?2FSK 信号的产生方法有两种： （1）模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。如图 1-１(a)所示。 （2）键控法，用数字基带信号)(t g 及其反)(t g 相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。如图1－1(b)所示。 这两种方法产生的2FSK 信号的波形基本相同，只有一点差异,即由调频器产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的２FS Ｋ信号,则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号,故相邻码元的相位不一定是连续的。 (a) (b) ２FSK 信号产生原理图 由键控法产生原理可知，一位相位离散的2FS Ｋ信号可看成不同频率交替发送的两个2A ＳK 信号之和,即 ) cos(])([)cos(])([) cos(·)()cos()()(221122112θωθωθωθω?+-++-=+++=∑∑∞ -∞ =∞ -∞ =t nT t g a t nT t g a t t g t t g t n s n n s n FSK 其中)(t g 是脉宽为s T 的矩形脉冲表示的NRZ 数字基带信号。
GFSK的调制解调原理
GFSK的调制和解调原理 高斯频移键控GFSK (Gauss frequency Shift Keying)，是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。它是一种连续相位频移键控调制技术，起源于FSK(Frequency- shift keying)。但FSK带宽要求在相当大的程度上随着调制符号数的增加而增加。而在工业，科学和医用433MHz 频段的带宽较窄，因此在低数据速率应用中，GFSK 调制采用高斯函数作为脉冲整形滤波器可以减少传输带宽。由于数字信号在调制前进行了Gauss预调制滤波，因此GFSK调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用（高斯预调制滤波器能进一步减小调制频谱，它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量）。 GFSK调制 1、直接调制：将数字信号经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟调频。由于通常调制信号都是加在PLL频率合成器的VCO上（图一），其固有的环路高通特性将导致调制信号的低频分量受到损失，调制频偏（或相偏）较小。 图一
两点调制：调制信号被分成2部分，一部分按常规的调频法加在PLL的VCO端,另一部分则加在PLL的主分频器一端（基于PLL技术的频率合成器将增加两个分频器：一个用于降低基准频率，另一个则用于对VCO进行分频）。由于主分频器不在控制反馈环内，它能够被信号的低频分量所调制。这样,所产生的复合GFSK信号具有可以扩展到直流的频谱特性，且调制灵敏度基本上为一常量,不受环路带宽的影响。但是，两点调制增加了GFSK调制指数控制的难度。 2、正交调制 正交调制则是一种间接调制的方法。该方法将数字信号进行高斯低通滤波并作适当的相位积分运算后,分成同相和正交两部分分别对载波的同相和正交分量相乘,再合成GFSK信号。相对而言，这种方法物理概念清晰,也避免了直接调制时信号频谱特性的损害。另一方面，GFSK参数控制可以在一个带有标定因子的高斯滤波器中实现,而不受后续调频电路的影响，因而参数的控制要简单一些。正因为如此，GFSK正交调制解调器的基带信号处理特别适合于用数字方法实现。 cos(w C t) sin(w C t) GFSK的调制框图
AM调制解调原理
幅度调制是正弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程。幅度调制信号可表示成()S (t)Am(t)cos t m c ω=.对与AM 来说m(t)是带有直流分量的基带信号，可以表示成m ο与1()m t 之和，m ο是m(t)的直流分量，1()m t 是表示消息变化的交流分量。则()()1S (t)()cos t m c m m t οω=+。 AM 调幅可以采用相干解调，将已调信号乘以载波后通过低通滤波器并在幅度上做一定调整即可以恢复出原来的调制信号。另外AM 信号在满足1max ()m t m ?≤条件下，也可以采用包络检波法。包络检波器通常由整流器和低通滤波器组成。与相干解调不同的是，包络检波不需要幅度修正。 在对模拟信号进行调制解调程序中，先对输入参数做出判决，当输入个数少于所需个数时则运行默认的。然后对输入的幅度做出判断，以免出现过调幅。然后是调制解调。下图即是调制波形。
解调中分别采用了相干解调和包络检波。另外程序中，解调前加入了噪声，可以发现在大信噪比条件下，两个解调方式性能相似，而在小信噪比调剂下相干解调要好的多，包络检波则因为门限效应存在很多误差。如下图所示。这里是小信噪比情况下的图。 在对语音信号进行调制解调时，因为语音信号频率比较高，所以
不容易把调制前调制后的图放在一起，程序着重在于播放输入信号和解调输出信号。当然输出也受信噪比的影响。信噪比小的时候是恢复不出原信号的。下面分别是输入语音信号和经过调制包络检波，相干解调后的语音信号时域频域图。这里采用的都是较大的信噪比。
可以发现解调的两个图的频谱都有突然截断的现象，这是因为在解调时都采用的是理想低通滤波器。 另外还有一个需要注意的问题，读入语音信号时所输入的路径必须和存放语音信号的路径相同。否则无法打开。 参考文献： [1]樊昌信，曹丽娜。通信原理。国防工业出版社。2006.9 [2] Santosh, the LNM IIT Jaipur (India).santosh_am_fm.m.2002.4
FM调制解调原理
F M调制解调原理 Hessen was revised in January 2021
频率调制信号的表示式为：()cos[()]t m c S t A t kfm d ωττ-∞ =+?其中，kf 为调频灵敏度，m(t)为调制信号。从公式出发即可完成频率调制的程序。 调频信号的解调方法通常是采用鉴频法。方框图如图所示 其中鉴频器包括微分电路和包络检波。 在模拟信号的调频程序中，先对输入参量的个数做出判断，少于则运行默认的。然后对信号进行调制，这里采样的调制信号是最简单的正弦信号，当然也可以为其他信号。调制过程中，积分是根据积分的定义编写的一段程序。在对已调信号进行解调前加入了噪声。解调过程中的微分同样的根据定义编写的，当然也可以采用MATLAB 里自带的函数diff 。在经过包络检波后对幅值做出了一定的修正。 下图是调频信号的时域频域波形。经过调频之后的信号频谱不仅发生了频谱搬移还增加了频率分量。
下图绿色的是小信噪比条件下的解调波形，可以发现信噪比对解调的影响。
而在语音信号的调频中，积分采用cumsum来完成，微分采用diff。因为经过调试发现，采用根据定义编写的程序由于循环运行需要很多时间。另外，在经过微分器后，包络检波和低通这段和幅度调制的非相干解调一样，所以也可以在经过微分后调用AM包络检波的程序。对于调频信号来说，都会存在门限效应，使之在小信噪比情况下无法恢复出原来的调制信号。所以语音信号的调制解调是在很大信噪比情况下。
下面是语音信号调制解调的时域频域图。观看频谱可以看到调制信号的频谱相对于输入信号，发生了频谱搬移，还有在fc处多了一个冲激。 另外还有一个需要注意的问题，读入语音信号时所输入的路径必须和存放语音信号的路径相同。否则无法打开。 参考文献： [1]樊昌信，曹丽娜。通信原理。国防工业出版社。 [2] Santosh, the LNM IIT Jaipur (India).陈丽丹。FM调制解调系统设计与仿真
BPSK调制解调
一、主要内容 1、简要阐述 BPSK调制解调原理 2、用 MATLAB进行仿真，附上仿真源程序和仿真结果，对结果进行分析。 二、主要原理 2.1 BPSK 的调制原理 在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化 时，则产生二进制移相键控（ 2PSK）信号。通常用已调信号载波的0 度和 180 度分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0. 二进制移相键控信号的时域表达式为 e2 PSK (t) [ a n g(t nT s )] cosw c t（式 2—1）n 其中， a n与 2ASK和 2FSK时的不同，在 2PSK调制中， a n应选择双极性，即当发送概率为 P， a n1，当发送概率为1-P, a n 1 。若g(t)是脉宽为 T S、高度为 1的矩形脉冲，则有 当发送概率为 P 时，e 2PSK ( )cos()（式—）t w c t22 发送概率为 1-P 时， e2PSK cos()（式 2 —）w c t3 由（式 2—2）和（式 2—3）可以看出，当发送二进制符号 1 时，已调信号 e2PSK (t)取 0度相位，当发送二进制符号为0 时， e2PSK (t) 取180 度相位，则有 e 2 PSK cos(w c t n )，其中发送符号1，n 00，发送符号0，n 1800。 这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字调制信号的调制方式，称为二进制绝对移向方式。下面为2PSK信号调制原理框图2.1 所示： e2 PSK (t ) S(t) 码型变换乘法器 cos(w c t) 图 2.1:2PSK 信号的调制原理图（模拟调制方法）
AM—调制与解调仿真
引言 本次实践开设的计算机课程设计为软件仿真，利用matlab 编写程序建立M 文件对计算机实验进行仿真。随着通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂，在通信系统的设计研发过程中，软件仿真已成为必不可少的一部分。随着信息技术的不断发展，涌现出了许多功能强大的电子仿真软件，如Workbeench 、Protel 、Systemview 、Matlab 等。虚拟实验技术发展迅速，应用领域广泛，一些在现实世界无法开展的科研项目可借助于虚拟实验技术完成，例如交通网的智能控制、军事上新型武器开发等。 调制就是使一个信号（如光等）的某些参数（如振幅、频率等）按照另一个欲传输的信号（如声音、图像等）的特点变化的过程。解调是调制的逆过程，它的作用是从已调波信号中取出原来的调制信号。对于幅度调制来说，解调是从它的幅度变化提取调制信号的过程。对于频率调制来说，解调是从它的频率变化提取调制信号的过程。在信号和模拟通信的中心问题是要把载有消息的信号经系统加工处理后，送入信道进行传送，从而实现消息的相互传递。消息是声音、图像、文字、数据等多种媒体的集合体。把消息通过能量转换器件，直接转变过来的电信号称为基带信号。AM 是调幅（Amplitude Modulation ），用AM 调制与解调可以在电路里面实现很多功能，制造出很多有用又实惠的电子产品，为我们的生活带来便利。用MATLAB 仿真工具仿真的AM 调制解调与解调器抗干扰性能分析的工作原理和工作过程,完成对调制与解调过程的分析以及相干解调器的抗干扰性能的分析。通过对波形图的分析给出不同信噪比情况下的解调结果对比。寻找最佳调试解调途径已相当重要。其中将数字信息转换成模拟形式称调制，将模拟形式转换回数字信息称为解调。 本文主要的研究内容是了解AM 信号的数学模型及调制方式以及其解调的方法在不同的信噪比情况下的解调结果。先从AM 的调制研究，其次研究AM 的解调以及一些有关的知识点，得出AM 信号的数学模型及其调制与解调的框图和调制解调波形图，然后利用MATLAB 编程语言实现对AM 信号的调制与解调,给出不同信噪比情况下的解调结果对比。 1 AM 调制解调的原理 1.1 AM 的调制原理 AM 是指对信号进行幅度调制。一般做法是先在原信号上叠加一个直流信号，以保证信号 0)(>+A t f ， 然后乘上一个高频的余弦信号，即得到)]cos()([)(t A t f t g ω+=。在频域上的效果 就是将原信号的 域谱 移动到W 处，以适合信道传输的最佳频率范围g(t)的包络线即A t f +)(，用一个简单的包络检测电路就可以接收并还原信号了。 图1.1 仿真原理图 调制信号 ft t m 2sin )(= （1.1） 载波信号 t f t c c 2s i n )(= （1.2）
GFSK的调制解调基础学习知识原理
.\ GFSK的调制和解调原理 高斯频移键控GFSK (Gauss frequency Shift Keying)，是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。它是一种连续相位频移键控调制技术，起源于FSK(Frequency- shift keying)。但FSK带宽要求在相当大的程度上随着调制符号数的增加而增加。而在工业，科学和医用433MHz频段的带宽较窄，因此在低数据速率应用中，GFSK 调制采用高斯函数作为脉冲整形滤波器可以减少传输带宽。由于数字信号在调制前进行了Gauss 预调制滤波，因此GFSK调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用（高斯预调制滤波器能进一步减小调制频谱，它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量）。 GFSK调制 1、直接调制：将数字信号经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟调频。由于通常调制信号都是加在PLL频率合成器的VCO上（图一），其固有的环路高通特性将导致调制信号的低频分量受到损失，调制频偏（或相偏）较小。因此,为了保证调制器具有优良的低频调制特性，得到较为理想的GFSK调制特 图一 两点调制：调制信号被分成2部分，一部分按常规的调频法加在PLL的VCO端,另一部分则加在PLL的主分频器一端（基于PLL技术的频率合成器将增加两个分频器：一个用于降低基准频率，另一个则用于对VCO进行分频）。由于主分频器不在控制反馈环内，它能够被信号的低频分量所调制。这样,所产生的复合GFSK信号具有可以扩展到直流的频谱特性，且调制灵敏度基本上为一常量,