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四进制振幅键控数字调制仿真和分析.docx

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课程设计

课程设计名称：四进制振幅键控（4ASK）

数字调制系统仿真和分析

1 需求分析

在二进制数字调制中每个符号只能表示 0 和 1(+1 或-1)。在二进制键控系统

中，每个码元知传输 1bit 信息，其频带利用率不高，而频带资源是极其宝贵和

紧缺的。为了提高频带利用率，最有效的办法是使没一个码元传输多个比特的信

息。在许多实际的数字传输系统中却往往采用多进制的数字调制方式。第一：在

相同的信道码源调制中，每个符号可以携带 log2M 比特信息，因此，当信道频带

受限时可以使信息传输率增加，提高了频带利用率。但由此付出的代价是增加信

号功率和实现上的复杂性。第二，在相同的信息速率下，由于多进制方式的信

道传输速率可以比二进制的低，因而多进制信号码源的持续时间要比二进制的

宽。加宽码元宽度，就会增加信号码元的能量，也能减小由于信道特性引起的码

间干扰的影响等。

本次课程设计的任务是四进制振幅键控（4ASK）数字调制系统仿真和分析。

主要内容是对二进制数字信源进行四进制振幅键控（4ASK）数字调制，画出信号

波形及功率谱。并分析其性能。

2 概要设计

实际通信中的许多信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波

波形的某些参量进行控制，使得载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即正

弦载波调制。在数字通信系统中，有二进制数字调制和多进制调制。多进制数字

调制与二进制数字调制相比又具有如下两个特点：在相同的码元传输率下，多进

制系统的信息传输率比二进制系统的高；在相同的信息速率下，多进制信号码元

的持续时间要比二进制的长，因此会增加码元的能量，减小信号特性引起的码间

干扰的影响，利用层次化和模块化的设计方法，通过 MATLAB 软件平台，设计并

实现了多进制幅移键控（M-ary Amplitude-Shift Keying，MASK）中的四电平调

制（4-ary Amplitude Shift Keying，4ASK）的调制系统和解调系统。本文首

先介绍了四电平调制和解调的原理，随后介绍载波产生、振幅调制、振幅判别等

功能模块的设计，最后给出了整体调制解调的模块图和仿真波形及在基于 VHDL

的 EPF10K10LC84 硬件平台上的测试结果。

一﹑四进制 ASK 信号的表示式

多进制数字幅度调制（4ASK）又称为四电平调制，它是二进制数字幅度调制

方式的推广。四进制幅度调制信号的载波振幅有四种取值，在一个码元期间内，

(t)  s(t) cos  t

MASK

发送其中的一种幅度的载波信号。MASK 已调信号的表示式为

s(t)





这里，为 M 进制数字基带信号 ( )

a g (t  nT

)

s t 

g(t)

n  

式中，

是高度为 1、宽度为的门函数；

有4种取值 0,1,2,3，出现的概率分别为 P0,P1,P2,P3,且 P0+P1+P2+P3=1. 图

1-1（a）、（b）分别为四进制数字基带信号和已调信号的波形图。

图 1-1

二﹑4ASK 调制解调原理

4ASK 的基带信号只有“0”、“1”、“2”、“3”四个电平值，它与载波相乘的

结果相当于将载波关断，或者接通放大。它的实际意义是当调制的数字信号为“3”

时，假设传输振幅为126 个量化单位的载波，则当调制的数字信号分别为“2”、

“1”、“0”时，传输振幅分别为 84、42、0 个量化单位的载波。其典型波形如

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