通信实验开题报告

数字信号载波传输系统的Systemview仿真

开题报告

电子信息工程(实验班) 08022106 张晓辉

一、实验目的：

1．掌握数字信号传输的调制方式 2．熟悉Systemview仿真软件的使用 3．掌握调制的解调方式

4. 掌握数字信号载波传输系统的原理，进而设计出系统 5. 熟悉现代数字调制技术中的正交调制技术（QAM）与最小幅移键控调制（MSK），并通过在system view平台上实现其仿真从而掌握其工作原理。

二、实验概述：

1.system view简介

Systemview动态系统仿真软件是为方便大家轻松的利用计算机作为工具，以实现设计和仿真工作。它特别适合于无线电话（GSM,CDMA,FDMA,TDMA)和无绳电话，寻呼，机和调制解调器与卫星通信（GPS,DBS,LEOS)设计。能够仿真(c3x,

c

4x

等）DSP结构，进行各种时域和频域分析

和谱分析。对射频/模拟电路（混合器，放大器，RLC电路和运放电路）进行理论分析和失真分析。它有大量可选择的库允许你可以有选择的增加通讯，逻辑，DSP和RF/模拟功能。它可以使用熟悉的windows约定和工具与图符一起快速方便地分析复杂的动态系统。

2．数字信号的载波传输

通信的最终目的是远距离传递信息。虽然基带数字信号可以在传输距离不远的情况下直接传送，但如果要远距离传输时，特别是在无线或光纤信道上传输时，则必须经过调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输，必须对数字信号进行载波调制。如同传输模拟信号时一样，传输数字信号时也有三种基本的调制方式:幅度键控、频移键控和相移键控。它们分别对应于用载波C正弦波) 的幅度、频率和相位来传递数字基带信号，可以看成是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。 理论上数字调制与模拟调制在本质上没有什么不同，它们都是属正弦波调制。但是,数字调制是调制信号为数字型的正弦波调制，而模拟调制则是调制信号为连续型的正弦波调制，因而，数字调制具有由数字信号带来的一些特点。本实验将在模拟调制的基础上，着重分析数字调制的一些特点。这些特点主要包括两个方面:第一，数字调制信号的产生， 除把数字的调制信号当作模拟信号的特例而直接采用模拟调制方式产生数字调制信号外， 可以采用键控载波的方法。第二，对于数字调制信号的解调，为提高系统的抗噪声性能，通常采用与模拟调制系统中不同的解调方式。这第二方面将是本实验讨论的重点。同时，最重要的是我们可以通过SystemView 提供的仿真环境将这些特点一一研究，并采用不同的方法进行调制和解调。

3.现代数字调制技术

在现代通信中，随着大容量和远距离数字通信技术的发展，出现了一些新的问题，主要是信道的带宽限制和非线性对传输信号的影响。在这种情况下，传统的数字调制方式已不能满足应用的需求，需要采用新的数字调制方式以减小信道对所传信号的影响，以便在有限的带宽资源条件下获得更高的传输速率。这些技术的研究,主要是围绕充分节省频谱和高效率的利用频带展开的。多进制调制，是提高频谱利用率的有效方法，恒包络技术能适应信道的非线性，并且保持较小的频谱占用率。从传统数字调制技术扩展的技术有最小移频键控CMSK、高斯滤波最小移频键控CGMSK、正交幅度调制CQAM、正交频分复用调制COFDM等等。本实验主要对常见的几种调制方式进行分析和仿真。

三、实验原理

1.幅移键控ASK 1)概述

为使发送的数字信号适合于在带通信道中传输，必须对数字信号进行调制。类似于模拟

调制，数字调制也有三种基本的方式：分别用正弦波的幅度、频率、相位来传递数字信号。我们首先来看一下幅移键控—载波的幅度随着调制信号而变化。最简单的形式是载波在二进制信号1或0控制下通或断，这种二进制幅度键控的方式称为通—断键控（OOK）。本实验采用这种方式。

2)原理及框图

1. 调制部分：设信息源发出的是由二进制符号0、1组成的序列，则一个二进制的振幅键

控信号可以表示成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘，。所以二进制幅度键控调制器可用一个相乘器来实现。

OOK信号表达式： Sook(t)=a(n) Acos( 0t)

A: 载波幅度 0：载波频率 a(n)：二进制数字信号 原理框图：

基带信号

Sook(t)

载波

2.解调部分：解调有相干和非相干两种。非相干系统设备简单，但在信噪比较小时，相干系统的性能优于非相干系统。这里采用相干解调。 原理框图：

Sook 解调信号â(n)

2.频移键控FSK 1)概述

FSK是数字信息传输中使用较早、较广的一种调制方式，，它的主要优点是：实现起来比较容易，相对于幅移键控抗噪声与抗衰落的性能较好。因此在中低速数据传输和衰落信道中得

到广泛应用。

2)原理及框图

FSK是用数字基带信号去调制载波的频率。因为数字信号的电平是离散的，所以，载波频

率的变化也是离散的。在本实验中，二进制基带信号是用正负电平表示。对于2FSK，载波频率随着调制信号1或-1而变，1对应于载波频率F1，-1对应于载频F2。 调制部分：用数字信号去调制载波的频率。且2FSK可以看作是两个不同载频的ASK已调信号之和。

SFSK（t）= Acos( 1t) a(n)=1

Acos( 2t)

a(n)=-1 原理框图：

基带信号a(n) Sfsk(t)

22 解调部分： 2FSK信号可看成是两个载频不同的ASK信号，有相干和非相干两种解调方式。这里采用相干方式。（LP指低通滤波器）

原理框图

3.相移键控 PSK 1)概述

S用数字信号得离散值对载波得幅度、频率、相位进行键控，可获得ASK、FSK、PSK。这三种调制方式在抗加性噪声能力、信号频谱利用率等方面，PSK性能最好。目前相干PSK已在中、高速数据传输中得到了应用。

2)实验原理及框图

二进制相移键控（2PSK）就是根据数字基带信号得两个电平，使载波相位在两个不同得

数值间切换得一种相位调制方法。通常两个载波相位相差 弧度，如果被调制得二进制信号是用正负电平表示的，则2PSK与双边带抑制载波调幅（DSB）是完全等效的。因此PSK可写

成如下形式：

SPSK(t)=Aa(n)cos( 0t+ )

1.调制部分：在2PSK中，常用相位0或 来分别表示1或-1。这里用调相法生成2PSK信

号：将数字信号与载波直接相乘。这也是DSB信号产生的方法。

SBPSK(t)=cos( 0t+ i), i=0或

A cos( 0t)

a(n)=1

-A cos( 0t) a(n)=-1

原理框图：

调制信号SBPSK(t)

2解调部分：BPSK必须采用相干解调。 原理框图：

解制信号a(n)

4.现代数字调制技术 4.1正交幅度调制(QAM) 1)概述

由于通信信道受频带得限制，必须不断提高频带利用率，如M（M>2调制方式得研究。一般说来，多进制都能在相同得频带内以更快得速率来传递信息，但是，随着M的增加，信号空间图中的各点最小距离减小，相应的判决区也减小，从而信号的可靠性降低了。要保证可靠性，必须提高发射功率。

振幅相位联合键控（APK）在M较大的情况下，不仅可以提高系统的频带利用率，且设备简单。16QAM是APK的一种实现方式，是用两路数字信号分别对两个互相正交的同载波进行同步调制，再将两个已调的双边带信号合成后进行传输。由于采用了幅度调制与解调，不但设备简单，且在频带和功率利用上也最有效。但16QAM不属于恒定包络调制方式，因而不使用于具有非线性部件的信道。 在二进制 ASK 系统中，其频带利用率是 1bit/s Hz，若利用正交载波调制技术传输 ASK 信号，可使频带利用率提高一倍。如果再把多进制与其它技术结合起来，还可进一 步提高频带利用率。能够完成这种任务的技术称为正交幅度调制CQAM)。它是利用正交 载波对两路信号分别进行双边带抑制载波调幅形成的。通常有二进制 QAM，四进制 QAM C16QAM)，八进制 QAMC64QAM)，……等，对应的空间信号矢量端点图C也称为星 座图)如图 4.0 所示，分别有 4、16、64，……等个矢量端点。

(a) 4QAM

图 4.0 QAM 的星座图

(b) 16QAM

(c) 64QAM

2）原理及框图

16QAM第i个信号的表达示为：Si(t)=Aicos( 0t+ i) I=1,2,….

1 调制部分: 16QAM的产生有两种方法：

正交调相法：它是用两路正交的4电平ASK信号迭加而成； 复合相移法：它是用两路正交的4电平PSK信号迭加而成； 在这里采用正交调幅法。原理框图如下：

2解调部分

由于是采用正交调幅法，所以它的解调器必是一个正交相干解调器。

4.2最小频移键控调制(MSK)

当信道中存在非线性的问题和带宽限制时，幅度变化的数字信号通过信道会使己滤除 的带外频率分量恢复，发生频谱扩展现象，同时还要满足频率资源限制的要求。因此，对 己调信号有两点要求，一是要求包络恒定:二是具有最小功率谱占用率。因此，现代数字 调制技术的发展方向是最小功率谱占有率的恒包络数字调制技术。现代数字调制技术的关 键在于相位变化的连续性，从而减少频率占用。近年来新发展起来的技术主要分两大类: 一是连续相位调制技术CCPFSK，在码元转换期间无相位突变，如 MSK，GMSK 等: 二是相关相移键控技术CCOR-PSK，利用部分响应技术，对传输数据先进行相位编码， 再进行调相C或调频。

MSKC最小频移键控)是移频键控 FSK 的一种改进形式。在 FSK 方式中，每一码元 的频率不变或者跳变一个固定值，而两个相邻的频率跳变码元信号，其相位通常是不连续 的。所谓 MSK 方式，就是 FSK 信号的相位始终保持连续变化的一种特殊方式。可以看 成是调制指数为 0.5

的一种 CPFSK 信号。有关 MSK 的描述和有关的实现电路可以参考相 关教科书。下面给出一种 MSK 调制信号产生的方法，如图 4.1 所示。

图 4.1

MSK 调制器原理图

图 4.2

MSK 解调器C最佳接收机)原理

图

实现MSK 调制的过程为:先将输入的基带信号进行差分编码，然后将其分成 I、Q 两路，并互相交错一个码元宽度，再用加权函数 cosCπt/2Tb)和 sinCπt/2Tb)分别对 I、 Q 两路数据加权，最后将两路数据分别用正交载波调制。MSK 使用相干载波最佳接收机解调，如图 4.2 所示。

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