多进制调制解调.docx
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多进制调制解调
南华大学电气工程学院
通信原理课程设计
设计题目：
多进制数字调制解调系统设计
专业：
通信工程
学生姓名:
学号:
起迄日期:
2015年6月29日~2015年7月10日
指导教师:
系主任：
《通信原理课程设计》任务书
1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
（1）技术要求：
设计多进制数字调制解调系统，对MASK、MFSK调制系统和解调系统进行设计及仿真，观测输出波形和频谱图，对仿真结果进行分析，分析该系统的性能。
（2）工作要求：
①查阅参考文献，利用通信原理基本理论，分析系统工作原理，设计系统方框图；
②掌握计算机辅助设计方法，利用Matlab/Systemview/Multisim等软件进行仿真设计，具备独立设计能力；
③熟悉通信系统的调试和测量方法；
④掌握电子电路安装调试技术，选择合适的元器件搭接实际电路，掌握电路的测试和故障排除方法，提高分析问题和解决问题的能力。
2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：
设计系统方框图，对系统方框图进行仿真，分析实验结果。
撰写设计说明书，书写格式规范，语言流畅简洁，文字不得少于3000字。
要求图表清晰，分析通彻，有理有据。
3．主要参考文献：
[1]樊昌信.通信原理（第6版）[M].北京：
电子工业出版社,2012,12.
[2]樊昌信,曹丽娜 .通信原理教程（第3版）[M].北京：
国防工业出版社,2006,9.
[3]刘学勇 .详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真[M].北京：
电子工业出版社,2011,11.
[4]张水英 ,徐伟强 .通信原理及MATLAB/Simulink仿真[M].北京：
人民邮电出版社,2012,9.
[5]赵鸿图,茅艳 .通信原理MATLAB仿真教程[M].北京：
人民邮电出版社,2010,11.
[6]赵静 ,张瑾 .基于MATLAB的通信系统仿真[M].北京：
北京航空航天大学出版社,2010,1.
[7]赵谦 .通信系统中MATLAB基础与仿真应用[M].西安：
西安电子科技大学出版社,2010,3.
[8]徐明远 ,邵玉斌 .MATLAB仿真在现代通信中的应用[M].西安：
西安电子科技大学出版社,2011,4.
[9]邵玉斌 .Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析[M].北京：
清华大学出版社,2008,6.
[10]邵佳 ,董辰辉 .MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真实例精讲[M].北京：
电子工业出版社,2009,6.
[11]黄智伟 .基于NIMultisim的电子电路计算机仿真设计与分析（修订版）[M].北京：
电子工业出版社,2011,6.
[12]孙屹 ,戴妍峰 .SystemView通信仿真开发手册[M].北京：
国防工业出版社,2004,11.
[13]青松,程岱松,武建华 .数字通信系统的SystemView仿真与分析[M].北京：
北京航空航天大学出版社,2001,6.
4．课程设计工作进度计划：
序号
起迄日期
工作内容
1
2015.6.29～2015.7.2
系统方案设计
2
2015.7.3～2015.7.5
利用Matlab/Systemview/Multisim等软件进行仿真设计
3
2015.7.6～2015.7.8
通信系统的调试和测量，排除故障，分析实验结果
4
2015.7.9～2015.7.10
整理设计报告
指导教师
日期：
2015年6月28日
摘要：
多进制数字调制基于二进制调制，通过采用多进制调制的方式，使得每个码元传送多个比特的信息，从而在信息传送速率不变的情况下提高频带利用率。
与二进制类似，多进制调制有多进制振幅键控（MASK）、多进制频移键控（MFSK）、多进制相移键控（MPSK）和多进制差分相移键控（MDPSK）。
本文介绍了多进制调制的原理，并通过Systemview软件，设计了MASK和MFSK调制解调系统。
关键词：
多进制调制MASKMFSK
目录
1绪论6
1.1引言6
1.2MASK调制的基本原理介绍7
1.3MFSK调制的基本原理介绍8
2MASK调制设计方法与步骤分析9
2.1建立仿真电路9
2.2参数设置10
2.3运行时间设置10
2.4运行系统11
2.5测试结果和分析12
3MFSK调制设计方法与步骤分析13
3.1建立仿真电路13
3.2参数设置14
3.3运行时间设置14
3.4运行系统15
3.5测试结果和分析15
4心得与体会16
参考文献17
附录18
1绪论
1.1引言
二进制数字调制系统是数字通信系统最基本的方式，具有较好的抗干扰能力。
但是由于一个码元只能传送两个比特的信息，因此其频带利用率较低，这一点使得其在实际应用中受到一定的限制。
在信道频带受限时，为了提高频带利用率，通常采用多进制数字调制系统。
其代价是增加信号功率和实现的复杂性。
由信息传输速率Rb、码元传输速率RB和进制数M之间的关系可知，在信息传送速率不变的情况下，通过增加进制数M可以降低码元传送速率，从而减小信号带宽，节约频带资源，提高系统的频带利用率。
虽然多进制调制带来了信号功率上升和实现上更加复杂，但是随着现代社会的发展，对数据传输要求的迅速增长必然要求多进制调制的进一步应用，而电子技术的飞速发展也使得其调制解调的实现也变得相对简单起来，因此多进制调制的应用必然变得更加广泛。
与二进制数字调制系统相类似，若用多进制数字基带信号去调制载波的振幅，频率或相位，则可相应地产生多进制振幅调控、多进制数字频率调制和多进制数字相位调制。
1.2多进制振幅键控（4ASK）的调制解调原理
振幅键控（AmplitudeShiftKeying，ASK）是利用载波的幅度变化来传递数字信号，而其频率和初始相位保持不变。
在4Ask中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应四进制信息“0”或“1”或“2”或“3”
MASK信号的一般表达式为
e2ASK（t）=s（t）coswct
其中
s（t）=Σang（t-nTs）
式中：
Ts为码元持续时间；g（t）为持续时间为Ts的基带脉冲波形，为简便起见，通常假设g（t）是高度为1、宽度等于Ts的矩形脉冲；an是第n个符号的电平取值。
MASK信号的产生方法通常有两种：
数字键控法和模拟相乘法，相应的调制器如图1-1所示。
图（a）就是一般的模拟幅度调制的方法，用乘法器实现；
在码元间隔0≤t≤TS内，可能发送的码元有M种：
si（t），i=1，2，，M。
实际应用中，通常取M=2k（k>1为整数）。
M进制幅度键控（MASK）使用M种可能的取值对载波幅度进行键控，在每个码元间隔TS内发送其中一种幅度的载波信号。
四进制幅度键控是使用4种可能的取值对载波幅度进行键控，在每个码元间隔TS内发送其中一种幅度的载波信号。
如下图所示：
基带四电平单极性不归零信号
MASK信号
1.3MFSK的调制解调原理
（1）4FSK调制
多进制数字频率调制是二进制数字振幅键控的推广，也称多频调制，它是利用多个不同载波频率来表征数字信息的方法
实现2FSK有两种方法,一种是键控法产生，二进制频移键控信号,即利用数字基带信号控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。
为高时选通载波一，反之则选通载波二。
另一种频移键控2FSK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.
4FSK的基本原理和2FSK是相同的，其调制可以用键控法和模拟的调频法来实现，不同之处在于使用键控法时其供选的频率有4种
（2）4FSK解调
实现4FSK解调的方法也类似与2FSK，分为相干、非相干等方式。
这里采用非相干解调。
4FSK非相干解调的原理如下图7所示：
图7FSK非相干解调原理图
（3）4FSK的调制解调方框图：
2基于systemview的MASK调制系统的设计仿真
系统仿真如下图：
2.2参数设置
Token0四电平数字基带信号（Amp=1v，频率=0HZ）
Token1DSB-AM调制器（Amp=1v，频率=100HZ）
Token2378信号观察点
Token4载波信号（Amp=1v，频率=100HZ）
Token5乘法器
Token6低通滤波器（Fc=12HZ,poles=3）
Token9采样保持器（CtrlThreshold=0.3v）
Token10脉冲序列（Amp=1v，频率=10HZ）
2.3运行时间设置
2.4运行系统
运行设计好的系统，在系统分析窗口观察各点波形。
2.5测试结果与分析：
通过对比基带信号和最终解调信号发现波形完全吻合，符合预期设计目标。
对比基带信号和已调信号的频谱图发现：
在基带信号频率100HZ附近，其功率谱密度发生了变化。
说明调制过程使信号的功率谱密度增大。
3基于systemview的MFSK调制系统的设计仿真
3.1系统仿真图如下
4FSK的实现方法中我们选择一种方法进行调制,解调方法中,我们选择非相干解调方法。
根据上面原理框图得上面的仿真图。
3.2参数设置
Token0四电平数字基带信号（Amp=1v，频率=10HZ）
Token1MFSK数字调制器（Amp=1v，频率=10HZ）
Token910315051521953545556信号观察点
Token11121314带通滤波器（截止频率分别为25~35HZ，35~45HZ，45~55HZ，55~65HZ）
Token58596061半波整流器
Token62636465低通滤波器（Amp=1v，频率=12HZ）
Token21232425阶跃信号（Amp=0.15v）
Token20222627模拟比较器（Tureout分别为-1-0.50.51）
Token29加法器
Token30采样保持
Token32脉冲序列（Amp=1v，脉宽=0.001，频率=40HZ）
3.3运行时间设置
3.4运行系统
运行设计好的系统，在系统分析窗口观察各点波形。
3.5测试结果和分析
通过对比基带信号与最终解调信号，可以看出解调出来的信号与原信号相比，存在着些许时延，但在某些地方发生了电平跳变现象，经分析认为是由于噪声的影响。
分析观察基带信号与调制信号的频谱图，可以发现经过MFSK调制后，新后的功率谱密度增大，说明调制后的信号功率更高。
基带信号与最终解调信号波形图
基带信号与调制信号的频谱图
4心得与体会
为时一个多星期的课程设计终于要完成了！
在这个过程中，遇到过困难、挫折，也收获过喜悦。
困难是面对题目时的一知半解，挫折是设计仿真过程中遇到的各种问题，而喜悦则是完成之后收获。
记得刚开始拿到任务书时，因为对原理不甚了解以及对systemview软件使用的陌生，几乎无法找到头绪。
但幸运的是经过请教老师以及与同学的讨论，还有去网上以及图书馆查找相关资料，终于开始慢慢上手，最终完成了课程设计。
在这个过程中，我深刻体会对做事情首先要有头绪，不能一无所知便冲上去蛮干。
同时要对所做的事情要有理解，不然做起来只会事倍功半，时间花了，但效果却不怎么好。
通过这次的课程设计，我深刻了解了多进制调制的相关原理，通过运用systemview软件对系统进行仿真设计，了解并熟悉这一软件的使用。
同时也在这一过程中发现了诸如没有真正理解自己所学过的知识，缺乏实际经验等不足。
我想，通过这次课程设计，以后应该要理解所学内容，并与实践相结合，解决遇到的难题。
参考文献
[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理（第7版）.国防工业出版社，2012
[2]冯育涛.通信系统仿真.国防工业出版社，2009
[3]张辉、曹丽娜著.现代通信原理与技术（第2版）.西安：
西电出版社，2008
[4]孙屹、戴妍峰.SystemView通信仿真开发手册[M].北京：
国防工业出版社,2004,11.
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北京航空航天大学出版社,2001,6.
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[17]徐现岭.现代通信系统调制解调的基本技术和实现方法[D].西安电子科技大学,2008.
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