基于MATLAB的二二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)制包括2ask-2fsk-2psk-2dpsk

1、基于MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真基于MATLAB實現(xiàn)三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制ASK、FSK、PSK課程現(xiàn)代通信技術(shù)任課老師學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)電子信息科學(xué)與技術(shù)聯(lián)系方式二零一七年十二月基于MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真目錄一、實驗要求4二、實驗儀器4三、實驗原理4實驗一二進(jìn)制幅度鍵控(2ASK)5一、2ASK信號的調(diào)制5(1) 2ASK定義5(2) 2ASK調(diào)制原理5(3) 2ASK信號的解調(diào)6二、MATLA晞程實現(xiàn)仿真7實驗二二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK10一、2FSK調(diào)制原理101、2FSK定義102、典型波形圖103、2FSK調(diào)制114、2FSK解調(diào)原理112FSK解調(diào)原理11二、MAT

2、LAB編程實現(xiàn)仿真12(1)生成序列13(2)時域波形13(3)三者頻譜圖14實驗三二進(jìn)制相移鍵控(2PSK15一、PSK調(diào)制解調(diào)原理15(1) 2PSK定義15(2) 2PSK調(diào)制15(3) 2PSK解調(diào)16(4) 2PSK解調(diào)時域波形16二、MATLA晞程實現(xiàn)仿真16實驗四用simulink實現(xiàn)2ASK/2FSK/2PSK的仿真20一、2ASK的仿真20二、2ASK仿真實驗結(jié)果及分析211、2ASK調(diào)制前和調(diào)制后的信號對比212、解調(diào)過程223、2ASK調(diào)制前、解調(diào)后和零階保持后的編碼數(shù)據(jù)22三、2FSK的simulimk仿真23四、2FSK的仿真分析23(1)基帶數(shù)字信號和載波23(2)

3、調(diào)制與解調(diào)24五、2PSK的simulink仿真25六、2PSK仿真結(jié)果分析25(1)基帶信號及載波25(2)調(diào)制與解調(diào)26基于MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真一、實驗要求使用matlab軟件仿真實現(xiàn)三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制ASKFSKPSK滿足下列要求：1 .使用隨機序列產(chǎn)生10位二進(jìn)制基帶信號an,顯示基帶信號的時域波形及頻譜。2 .載波頻率設(shè)為基帶信號速率的2倍，產(chǎn)生三種調(diào)制信號(FSK另一個頻率設(shè)為4倍基帶信號速率)并顯示時域波形和頻譜。3 .分析比較基帶信號和三種已調(diào)信號的帶寬。二、實驗儀器1. PC機一臺(系統(tǒng)：Windows7X64);2. MATLAB2016at&真軟件

4、。三、實驗原理二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的原理及實現(xiàn)數(shù)字通彳S系統(tǒng)，按調(diào)制方式可以分為基帶傳輸和帶通傳輸。數(shù)字基帶信號的功率一般處于從零開始到某一頻率(如06M低頻段，因而在很多實際的通信(如無線信道)中就不能直接進(jìn)行傳輸，需要借助載波調(diào)制進(jìn)行頻譜搬移，將數(shù)字基帶信號變換成適合信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號進(jìn)行傳輸，這種傳輸方式，稱為數(shù)字信號的頻帶傳輸或調(diào)制傳輸、載波傳輸。所謂調(diào)制，是用基帶信號對載波波形的某參量進(jìn)行控制，使該參量隨基帶信號的規(guī)律變化從而攜帶消息。對數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制可以便于信號的傳輸；實現(xiàn)信道復(fù)用；改變信號占據(jù)的帶寬；改善系統(tǒng)的性能。數(shù)字基帶通信系統(tǒng)中四種基本的調(diào)制方式分別稱為振幅鍵控(ASK

5、Amplitude-Shiftkeying)、移頻鍵控(FSK,Frequency-Shiftkeying)、移相鍵控(PSK,Phase-Shiftkeying)和差分移相鍵(DPSKDifferentPhase-Shiftkeying)。本次課程設(shè)計對前三種調(diào)制方式進(jìn)行了仿真?；贛ATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真實驗一二進(jìn)制幅度鍵控(2ASW一、2ASK信號的調(diào)制(1) 2AS儂義幅移鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，而其頻率和初始相位保持不變。在2ASK中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別對應(yīng)二進(jìn)制信息“0”或“1”。二進(jìn)制振幅鍵控的表達(dá)式為：？?？=?cos?3+?,0<

6、;?箕？式中，血=2九行為載波的角頻率；A(t)是隨基帶調(diào)制信號變化的時變振幅，即At?，當(dāng)發(fā)送“1”時?2,當(dāng)發(fā)送“0”時(2) 2ASK調(diào)制原理典型波形如圖所示：:相乘法和鍵控法，相應(yīng)的調(diào)制器如圖:2ASK®號是調(diào)制信號和載波信號的乘積,2ASK信號的產(chǎn)生方法通常有兩種_cosa產(chǎn)圖2相乘法相乘法：由2ASK信號的表達(dá)式可知因此與一般的模擬幅度調(diào)制方法類似，可用相乘法產(chǎn)生2ASK信號，如圖2(a)所示。鍵控法：由2ASK信號的波形圖可以看出2ASK信號是用載波信號的有無來表示的，因此可用開關(guān)電路來控制載波的通斷來產(chǎn)生2ASK信號，如圖2(b)所示,這里的開關(guān)電路受控制。基于MAT

7、LAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真(3) 2ASK信號的解調(diào)在接收端，2ASKW兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)相干解調(diào)(同步檢測法)g)非相干M方式(b)相干解,方式非相干解調(diào)方式(a)相干解調(diào)方式(b)相干解調(diào)法相干解調(diào)也叫同步解調(diào)，就是利用相干波和接收到的2ASK信號相乘分離出包含原始信號的低頻信號，再進(jìn)行抽樣判決恢復(fù)數(shù)字序列。相干波必須是與發(fā)送端同頻同相的正弦信號：Z(t)=y(t)cos儂t)=m(t)cos2(8t)="m(t)1+cos(2wt)=-m(t)+-m(t)cos(2t).222式中1/2m(t)是基帶信號，1/2m(t)cos(2M)是頻率為28的

8、高頻信號，利用低通濾波器可檢測出基帶信號，再經(jīng)過抽樣判決，即可恢復(fù)出原始數(shù)字信號序列an,2ASK信號帶寬為碼元速率的2倍，即：B2ask=2R.式中R為信息速率。相干解調(diào)的原理圖如下：非相干解調(diào)2ASK信號與模擬調(diào)制中的AM信號類似。所以，對2ASK©號也能夠采用非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)。在本次仿真中，由于2ASK相干解調(diào)的誤碼率小于非相干解調(diào)，所以選取相干解調(diào)方式?；贛ATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真二、MATLA編程實現(xiàn)仿真采用matlab編程實現(xiàn)2ASK調(diào)制，用隨機函數(shù)生成10位二進(jìn)制基帶信號，同時生成3Hz的載波，用相乘得出2ASK信號，使用傅里葉變換分析基帶信號、載波

9、信號和2ASK信號的頻譜，得出結(jié)論。程序如下：N=10;st=x.*carry;x=；subplot(3,1,3)%調(diào)制信號生成plot(st);a=(randint(1,10,2);title('2ASK信號');fori=1:Naxis(0800-1.51.5);ifa(i)=1%頻譜分析x(i*80-79:i*80)=ones(1,80);m=length(st);elseT=t(end);x(i*80-79:i*80)=zeros(1,80);df=1/T;endf=(-m/2:m/2-1)*df;endxf=fftshift(abs(fft(x);figure(1);

10、figure(2);subplot(3,1,1)subplot(3,1,1);plot(x);plot(f,xf);title（'調(diào)制信號）;title（'調(diào)制信號頻譜axis(0800-22);cf=abs(fft(carry);%載波信號subplot(3,1,2);t=0.0125:0.0125:N;plot(f,cf);carry=cos(2*pi*3*t);title（'載波信號頻譜subplot(3,1,2)st1=fftshift(abs(fft(st);plot(carry);sf=fftshift(st1);title（'載波）；subplot

11、(3,1,3);axis(0800-22);plot(f,sf);%調(diào)制生成2ASK信號title('2ASK信號頻譜基于MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真有如下實驗結(jié)果：(1)生成序列為：0111100100(2)調(diào)制信號、載波和已調(diào)信號時域波形如下:基于MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真(3)三者頻譜圖如下:波形分析：?由基帶信號和已調(diào)信號對比可知，一個碼元間隔Tb內(nèi)，有兩個正弦波形，即載波頻率是碼元速率的兩倍；?隨機信號時域波形上升下降沿會稍有陡峭，說明產(chǎn)生基帶信號an的方法還需再優(yōu)化；?由頻譜分析可知，基帶信號位于低頻附近，而ASK±基帶頻譜搬移到載波頻率6c處。

12、若基帶信號的帶寬為B,則ASK®號的帶寬應(yīng)為Bask=2B基帶；基于MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真實驗二二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK一、2FSK調(diào)制原理1、2FSK定義載波的幅度不變，頻率隨an在兩個頻率中變化，用兩個不同的頻率攜帶傳遞二進(jìn)制數(shù)字信息，當(dāng)發(fā)送“1”時對應(yīng)于某個載波頻率cl發(fā)送“0”時對應(yīng)于另個載頻coc0我們把這種調(diào)制方式稱之為二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）。當(dāng)二進(jìn)制數(shù)字信息序列是具有邏輯電平1和0的單極性不歸零碼時，二進(jìn)制頻移鍵控信號可以看成是兩個不同載頻的二進(jìn)制幅度鍵控信號之和，所以，二進(jìn)制頻移鍵控信號的時域表達(dá)式為：鼻二工口商什-廿八C0S2亦+8心丸FNN一個F

13、SK信號可以看成是兩個不同載波的2ASK信號的疊加。其解調(diào)和解調(diào)方法和ASKS不多。2FSK信號的頻譜可以看成是fl和f2的兩個2ASK®譜的組合。頻移鍵控是利用載波的頻率來傳遞數(shù)字信號，在2FSK中，載波的頻率隨著二進(jìn)制基帶信號在fl和f2兩個頻率點間變化，頻移鍵控是利用載波的頻移變化來傳遞數(shù)字信息的。在2FSK中，載波的頻率隨基帶信號在fl和f2兩個頻率點間變化。故其表達(dá)式為：工ACOS(it'n)e2FSK=Acos(H3)2、典型波形圖1011001aks1(t)s2(t)II1ts1(t)cos(w1tcos(w1t+0n)Atcos(w2t+0n)t+0n)七fF

14、二D二ts2(t)cos(w2t+0n)2FSK信號二'R口彳匚二-二一圖2FSK典型波形圖4、2FSK解調(diào)原理m33)基于MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真3、2FSK調(diào)制2FSK的調(diào)制方式有兩種，即模擬調(diào)頻法和鍵控法。本次設(shè)計采用鍵控法。鍵控法中可以用二進(jìn)制“1”來對應(yīng)于載頻fl,而“0”用來對應(yīng)于另一頻率f2,而這個可以用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨立的頻率源fl、f2進(jìn)行選擇通。二者原理圖如圖所示：2FSK調(diào)制原理圖2FSKW號的常用解調(diào)方法是相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）和相干解調(diào)解調(diào)。原理是將2FSK®號分解為上下兩路2ASK信號分別解調(diào)，然后進(jìn)行判決。這里

15、的抽樣判決是直接比較兩路信號抽樣值的大小，可以不專門設(shè)置門限判決規(guī)則。但應(yīng)與調(diào)制規(guī)則相呼應(yīng)，調(diào)制時若規(guī)定“1”符號對應(yīng)載波頻率fl,則接收時上支路的樣值較大，應(yīng)判為“1”；反之則判為“0”，即擇大判決。圖2FSKW調(diào)原理二、MATLA用randint編程實現(xiàn)仿真以看成是兩個不同載波的4爾T)='4g仃一kT)2ASK信號的疊加，故可利用:生成已調(diào)信號，再通過傅基于MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真函數(shù)生成10個隨機數(shù)，形成基帶數(shù)字信號ano由于一個FSK信號可x1=x;fsk=x.*ca1+x1.*ca2;subplot(4,1,4)plot(fsk);title('2FSK

16、信號');axis(0800-1.51.5);%頻譜分析m=length(fsk);T=t(end);df=1/T;f=(-m/2:m/2-1)*df;xf=fftshift(abs(fft(x);figure(2);subplot(4,1,1);plot(f,xf);title('調(diào)制信號頻譜)；cf1=abs(fft(ca1);subplot(4,1,2);plot(f,cf1);title('載波1信號頻譜);cf2=abs(fft(ca2);subplot(4,1,3);plot(f,cf2);title('載波2信號頻譜);st1=fftshift(a

17、bs(fft(fsk);sf=fftshift(st1);subplot(4,1,4);plot(f,sf);title('2FSK信號頻譜);里葉變換得到頻譜，分析數(shù)據(jù)N=10;x=;%調(diào)制信號生成a=(randint(1,10,2);fori=1:Nifa(i)=1x(i*80-79:i*80)=ones(1,80);elsex(i*80-79:i*80)=zeros(1,80);endendfigure(1)subplot(4,1,1)plot(x);title(調(diào)制信號)；axis(0800-22);%載波信號t=0.0125:0.0125:N;ca1=sin(2*pi*2*t

18、);ca2=sin(2*pi*4*t);subplot(4,1,2)plot(ca1);title('載波1');axis(0800-22);subplot(4,1,3)plot(ca2);title('載波2');axis(0800-22);%調(diào)制生成2ASK信號基于MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真有如下實驗結(jié)果：(1)生成序列為：0101011010(2)調(diào)制信號、載波1信號、載波2信號和2FSK信號時域波形如下：基于MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真基于MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真實驗三二進(jìn)制相移鍵控(2PSK一、PSK調(diào)制解調(diào)原理(1) 2

19、PSK定義當(dāng)Am(t)=1,載波的幅度不變，瞬時相位偏移9m(t)隨數(shù)字信息序列m(t)而變化，則稱為數(shù)字調(diào)相或相移鍵控，其時域表達(dá)式可一般地表示為：s(t尸g(t-nTb)cosj口)n(2) 2PSK調(diào)制在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號。2PSK信號調(diào)制有兩種方法，即模擬調(diào)制法和鍵控法。通常用已調(diào)信號載波的0°和180°分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號的1和0,模擬調(diào)制法用兩個反相的載波信號進(jìn)行調(diào)制。2PSK以載波的相位變化作為參考基準(zhǔn)的，當(dāng)基帶信號為0時相位相對于初始相位為0。，當(dāng)基帶信號為1時相對于初

20、始相位為180°。鍵控法，是用未調(diào)載波的相位來攜帶二進(jìn)制信息的調(diào)制方式。通常用0°和180°來分別代表0和1。其時域表達(dá)式為：s(t)=xg(t-nTb)cosct(a)n其中，2PSK的調(diào)制中an必須為雙極性碼。兩種方法原理圖分別如圖2-18和圖2-19所示。小斗用圖模擬調(diào)制法原理圖劭圖鍵控法原理圖基于MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真(3) 2PSK#調(diào)2PSK信號的解調(diào)通常不能采用非相干解調(diào)方法，只能采用相干解調(diào)法，解調(diào)器原理框圖如下：2PSK®號相干解調(diào)各點波形如圖所示。圖中假設(shè)想干載波的基準(zhǔn)相位與2PSK信號的調(diào)制載波的基準(zhǔn)相位一致。但是，由

21、于在2PSK信號的載波恢復(fù)過程中存在180°的相位模糊，也就是當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180°倒相時，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號全部出錯。這種現(xiàn)象通常稱為“倒冗”現(xiàn)象。由于在2PSK信號的載波恢復(fù)過程中存在著180。的相位模糊，所以2PSK信號的相干解調(diào)存在隨機的“倒冗”現(xiàn)象，從而使得2PSK方式在實際中很少采用。(4)2PSK#調(diào)時域波形AAAA/VW圖2PSK信號相干解調(diào)時域波形二、MATLA編程實現(xiàn)仿真采用matlab編程實現(xiàn)2PSK調(diào)制，用隨機函數(shù)生成10位二進(jìn)制基帶信號，同時生成載波1和載波2(和載波1有九的相差)，用

22、相乘之和得出2PSK信號,使用傅里葉變換分析基帶信號、載波信號和2ASK信號的頻譜，得出結(jié)論?；贛ATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真N=10;x=；%調(diào)制信號生成a=(randint(1,10,2);fori=1:Nifa(i)=1x(i*80-79:i*80)=ones(1,80);elsex(i*80-79:i*80)=zeros(1,80);endendfigure(1)subplot(4,1,1)plot(x);title(調(diào)制信號)；axis(0800-22);%載波信號t=0.0125:0.0125:N;ca1=sin(2*pi*2*t);ca2=sin(2*pi*2*t+pi)

23、;subplot(4,1,2)plot(ca1);title('載波1');axis(0800-22);subplot(4,1,3)plot(ca2);title('載波2');axis(0800-22);%調(diào)制生成2ASK信號x1=x;psk=x.*ca1+x1.*ca2;subplot(4,1,4)plot(psk);title('2PSK信號');axis(0800-1.51.5);%頻譜分析m=length(psk);T=t(end);df=1/T;f=(-m/2:m/2-1)*df;xf=fftshift(abs(fft(x);figu

24、re(2);subplot(4,1,1);plot(f,xf);title('調(diào)制信號頻譜)；cf1=abs(fft(ca1);subplot(4,1,2);plot(f,cf1);title('載波信號0相位頻譜);cf2=abs(fft(ca2);subplot(4,1,3);plot(f,cf2);title('載波信號1相位頻譜);st1=fftshift(abs(fft(psk);sf=fftshift(st1);subplot(4,1,4);plot(f,sf);title('2PSK信號頻譜);基于MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真有如下實驗結(jié)果：(1)生成序列為：1110011101(2)調(diào)制信號、載波1信號、載波2信號和2FSK信號時域波形如下：相位調(diào)制方式：90=0,9(an)=0時，有an=1；”=0,6(an)=兀時，有an=0；