ASK-FSK-PSK調(diào)制解調(diào)的對(duì)比仿真

1、通信系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐 題目ASK、FSK、PSK調(diào)制解調(diào)的對(duì)比仿真 院（系）名稱信息工程學(xué)院通信系 專業(yè)名稱 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 11031 1103 110 指導(dǎo)教師2012 年 5 月 17 日摘要數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)的發(fā)展不斷更新，如今在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)大部分都是經(jīng)過(guò)改進(jìn)的，性能較好的系統(tǒng)，但是，作為理論發(fā)展最成熟的調(diào)制解調(diào)方式，對(duì)ASK，F(xiàn)SK，PSK的研究仍然具有非常大的意義，而且這樣可以更容易將其仿真結(jié)果與成熟的理論進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證仿真的合理性。因此，我們選擇了這幾種調(diào)制解調(diào)方式進(jìn)行對(duì)比仿真研究。本次課程實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)運(yùn)用了MATLAB實(shí)現(xiàn)了2ASK,2FSK,2PSK調(diào)制解調(diào)過(guò)

2、程的仿真，在調(diào)制解調(diào)過(guò)程中觀察了各個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)域和頻域的波形，還對(duì)比了這三種調(diào)制方式的頻譜特點(diǎn)與誤碼率情況，并結(jié)合這幾種調(diào)制方法的調(diào)制原理，跟蹤分析了頻譜與誤碼率對(duì)調(diào)制性能的影響，以及仿真結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果的對(duì)比，從而得出此次仿真的可靠性，最終可以對(duì)比以上因素，在不同的場(chǎng)合中選擇出信號(hào)傳輸?shù)淖罴颜{(diào)制解調(diào)方式。目錄1.序言31.1工具介紹41.2程序設(shè)計(jì)目的與意義41.3數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)52.數(shù)字調(diào)制技術(shù)原理52.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）原理62.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）原理82.3二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）原理113.數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的模擬133.1預(yù)測(cè)結(jié)果143.2仿真預(yù)測(cè)結(jié)果的意義144.數(shù)字

3、調(diào)制系統(tǒng)的仿真154.1二進(jìn)制振幅（2ASK）調(diào)制解調(diào)154.1.1設(shè)計(jì)流程154.1.2設(shè)計(jì)思路154.1.3代碼清單154.1.4運(yùn)行結(jié)果184.2二進(jìn)制頻移（2FSK）調(diào)制解調(diào)194.2.1設(shè)計(jì)流程194.2.2設(shè)計(jì)思路194.2.3代碼清單194.2.4運(yùn)行結(jié)果224.3二進(jìn)制相移（2PSK）調(diào)制解調(diào)284.3.1設(shè)計(jì)流程284.3.2設(shè)計(jì)思路284.3.3代碼清單284.3.4運(yùn)行結(jié)果304.4誤碼率324.4.1設(shè)計(jì)思路324.4.2代碼清單324.4.3運(yùn)行結(jié)果335.總結(jié)356.心得體會(huì)367.參考文獻(xiàn)361.序言數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展日新月異現(xiàn)如今信息技術(shù)不斷的推陳出新，信息的傳

4、輸及通信起著支撐作用。而對(duì)于信息的傳輸，數(shù)字通信已經(jīng)成為重要的手段。因此，數(shù)字信號(hào)的調(diào)制就顯得非常重要。數(shù)字調(diào)制是通信系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制需要的方法就需要用鍵控法來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如可以對(duì)載波的振幅、頻率和相位進(jìn)行鍵控。1.1工具介紹仿真工具：Matlab7.1軟件介紹：matlab語(yǔ)言是一種官方應(yīng)用于工程計(jì)算及數(shù)值分析領(lǐng)域的新型高級(jí)語(yǔ)言，自1984年美國(guó)MathWords公司推向市場(chǎng)以來(lái)，經(jīng)歷二十多年的發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)已成為國(guó)際公認(rèn)的最優(yōu)秀的工程應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件。Matlab功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易學(xué)、編程效率高，深受廣大科技工作者的歡迎。Matlab軟件系列產(chǎn)品是一套功能強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算和系統(tǒng)

5、仿真軟件，被譽(yù)為“巨人肩膀上的工具”。借助matlab，能夠迅速提測(cè)試設(shè)計(jì)構(gòu)想，綜合評(píng)測(cè)系統(tǒng)的性能。1.2程序設(shè)計(jì)目的與意義選擇該程序設(shè)計(jì)的目的是為了通過(guò)對(duì)幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)調(diào)制解調(diào)進(jìn)行仿真，加大對(duì)他們的認(rèn)識(shí)并對(duì)其特點(diǎn)（誤碼率、抗噪聲性能等）進(jìn)行分析，熟練了解他們各自具備的特點(diǎn)，在信號(hào)傳輸中選擇最佳的調(diào)制解調(diào)方法。因?yàn)橥ㄐ诺淖罱K目的是在一定的距離內(nèi)傳遞信息。雖然基帶數(shù)字信號(hào)可以在傳輸距離相對(duì)較近的情況下直接傳送，但如果要遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，特別是在無(wú)線或光纖信道上傳輸時(shí)，則必須經(jīng)過(guò)調(diào)制將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。為了使數(shù)字信號(hào)在有限帶寬的高頻信道中

6、傳輸，必須對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行載波調(diào)制。如同傳輸模擬信號(hào)時(shí)一樣，傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)也有三種基本的調(diào)制方式：幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。它們分別對(duì)應(yīng)于用載波（正弦波）的幅度、頻率和相位來(lái)傳遞數(shù)字基帶信號(hào)，可以看成是模擬線性調(diào)制和角度調(diào)制的特殊情況?？梢?jiàn)幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)調(diào)制解調(diào)的重要性，我們只有充分了解其特點(diǎn)，才能在現(xiàn)實(shí)生活中選擇最佳的調(diào)制解調(diào)方法。1.3數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)信道具有帶通特性而不能直接傳輸基帶信號(hào)，這是因?yàn)閿?shù)字基帶信號(hào)往往具有豐富的低頻分量。為了使數(shù)字信號(hào)

7、在帶通信道中傳輸，必須使用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號(hào)與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字調(diào)制。在接收端通過(guò)解調(diào)器把帶通信號(hào)還原成數(shù)字基帶信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字解調(diào)。通常把包括調(diào)制和解調(diào)過(guò)程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)叫做數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)。由于是借助于正線載波的幅度、頻率和相位來(lái)傳遞數(shù)字基帶信號(hào)的，所以帶通傳輸也叫載波傳輸。2.數(shù)字調(diào)制技術(shù)原理2.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）原理2ASK二進(jìn)制振幅鍵控。振幅鍵控是利用載波變化來(lái)傳遞數(shù)字信息的，而其頻率和初始相位保持不變。在2ASK中，載波的幅度有兩種變化態(tài)度，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息“0”和“1”。一種

8、常用的就是通-斷鍵控（OOK），其表達(dá)式為：以概率P發(fā)送“1”時(shí) 0 以概率1-P發(fā)送“0”時(shí)典型波形如圖2-1所示?？梢?jiàn)，載波在二進(jìn)制基帶信號(hào)s（t）控制下通-斷變化，所以這種鍵控又稱為通-斷鍵控。在OOK中，某一種符號(hào)（“0” 或“1” ）用沒(méi)有電壓來(lái)表示。2ASK信號(hào)的一般表達(dá)式為：其中式中： 為馬原持續(xù)時(shí)間；g(t)為持續(xù)時(shí)間為 的基帶脈沖波形。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，通常假設(shè)g(t)是高度為1、寬度等于 的矩形脈沖； 是第n個(gè)符號(hào)的點(diǎn)評(píng)取值。若去1 概率為P0 概率為1-P則相應(yīng)的2ASK信號(hào)就是OOK信號(hào)。圖2-1 2ASK信號(hào)時(shí)間波型2ASK信號(hào)的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制法（相乘器法）和

9、鍵控法，相應(yīng)的調(diào)制器如圖2-2所示。圖（a）就是一般的模擬幅度調(diào)制的方法，用乘法器實(shí)現(xiàn)；圖（b）是一種數(shù)字鍵控法，其中開(kāi)關(guān)電路受s（t）控制。圖2-2 2ASK信號(hào)調(diào)制器原理框圖與AM信號(hào)的解調(diào)方法一樣。2ASK信號(hào)也有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（報(bào)絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測(cè)法），相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成方框圖如圖2-3所示。與模擬信號(hào)的接收系統(tǒng)相比，這里增加了一個(gè)“抽樣判決器”方框，這對(duì)于提高數(shù)字信號(hào)的接收性能是必要的。圖2-3 2ASK信號(hào)的接收系統(tǒng)組成方框圖 圖2-4給出了2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形。圖2-4 2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形2ASK是20世紀(jì)初最早運(yùn)用于

10、無(wú)線電報(bào)中的數(shù)字調(diào)制方式之一。但是，ASK傳輸技術(shù)噪聲影響很大。噪聲電壓和信號(hào)一起改變了振幅。在這種情況下，“0”可能變?yōu)椤?”，“1”可能變?yōu)椤?”。可以想象，對(duì)于主要依賴振幅來(lái)識(shí)別比特的ASK調(diào)制方法，噪聲是一個(gè)很大的問(wèn)題。由于ASK是受噪聲影響最大的調(diào)制技術(shù)，現(xiàn)已較少應(yīng)用，不過(guò)，2ASK常常作為研究其他數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ)，還是有必要了解它。2.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）原理頻移鍵控是利用載波的頻率變化傳遞數(shù)字信息。在2FSK中，載波的頻率歲二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。故其表達(dá)式為發(fā)送“1”時(shí)發(fā)送“0”時(shí)典型波形如圖2-5所示。由圖可見(jiàn)，2FSK信號(hào)的波形（a）可以分解為波形（

11、b）和波形（c），也就是說(shuō)，一個(gè)2FSK信號(hào)可以看成兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加。因此，2FSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式游客寫(xiě)成 + 式中：g（t）為單個(gè)矩形脈沖，脈寬為T(mén)s ；1 概率為P0 概率為1-P 與 的反碼，若 =1，則 =0；若 =0，則 =1，于是1 概率為1-P0 概率為P與分別是第n個(gè)信號(hào)碼元（1或0）的初始相位。在移頻鍵控中， 和 不攜帶信息，通?？闪?和 為零。因此，2FSK信號(hào)的表達(dá)式可簡(jiǎn)化為 其中 圖2-5 信號(hào)的時(shí)間波形圖2-6 2FSK信號(hào)解調(diào)原理圖2FSK信號(hào)的常用解調(diào)方法是采用如圖2-6所示的非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）和相干解調(diào)。解調(diào)原理是將2FSK信號(hào)分解為上下兩

12、路2ASK信號(hào)分別解調(diào)，然后進(jìn)行判決。這里的抽樣判決是直接比較兩路信號(hào)抽樣值的大小，可以不專門(mén)設(shè)置門(mén)限判決規(guī)則應(yīng)與調(diào)制規(guī)則相呼應(yīng)，調(diào)制時(shí)若規(guī)定“1”符號(hào)對(duì)應(yīng)載波頻率f1，則接收時(shí)上支路的樣值較大，應(yīng)判為“1”；反之則判為“0”。2.3二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）原理相移鍵控是利用載波的相位變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在2PSK中通常用初始相位0和 分別表示二進(jìn)制“1”和“0”。因此，2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 （2.3-1）其中， 表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位：0 發(fā)送“0”時(shí)發(fā)送“1”時(shí)因此，式子（2.3-1）可以改寫(xiě)為概率為P概率為1-P典型波形如圖2-6所示。由于表示信號(hào)的兩種碼

13、元的波形相同，極性相反，故2PSK信號(hào)一般可以表述為一個(gè)雙極性全占空矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波的相乘，即其中這里，g(t)是脈寬為T(mén)s的單個(gè)矩形脈沖，而 的統(tǒng)計(jì)特性為1 概率為P-1 概率為1-P即發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“0”時(shí)（ 取+1）， 取0相位；發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“1”時(shí)（ 取-1）， 取 相位。這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制絕對(duì)相移方式。圖2-6 2PSK信號(hào)的時(shí)間波形2PSK信號(hào)的調(diào)制原理框圖如圖2-7所示。2ASK信號(hào)的產(chǎn)生方法比較知識(shí)對(duì)s(t)的要求不同，在2ASK中s(t)是單極性的，而在2PSK中s(t)是雙極性的基帶信號(hào)。圖2-7 2PSK信號(hào)

14、的調(diào)制原理圖2PSK信號(hào)的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法，解調(diào)器原理框圖如圖所示。圖2-8 2PSK信號(hào)的解調(diào)原理圖2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)波形如圖2-9所示。圖中假設(shè)想干載波的基準(zhǔn)相位與2PSK信號(hào)的調(diào)制載波的基準(zhǔn)相位一致。但是，由于在2PSK信號(hào)的載波恢復(fù)過(guò)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(shí)，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。這種現(xiàn)象通常稱為“倒”現(xiàn)象。由于在2PSK信號(hào)的載波恢復(fù)過(guò)程中存在著180的相位模糊，所以2PSK信號(hào)的相干解調(diào)存在隨機(jī)的“倒”現(xiàn)象，從而使得2PSK方式在實(shí)際中很少采用。 圖2-9 2PSK信

15、號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形3.數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的模擬3.1預(yù)測(cè)結(jié)果通過(guò)MATLAB仿真設(shè)計(jì)程序，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制解調(diào)的程序仿真。誤碼率是衡量一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，又由于ASK與FSK均具有相干和非相干解調(diào)方法，所以將相干ASK、非相干ASK、相干FSK以及非相干FSK與PSK的誤碼率進(jìn)行預(yù)測(cè)對(duì)比。通過(guò)對(duì)相關(guān)理論知識(shí)有一定的了解，預(yù)測(cè)對(duì)比各個(gè)解調(diào)方式的誤碼率結(jié)果：在抗加性高斯白噪聲方面，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。3.2仿真預(yù)測(cè)結(jié)果的意義信號(hào)調(diào)制解調(diào)的仿真可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)中信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，由于誤碼率與信道信噪比之間的關(guān)系可以反映出調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制性能，根據(jù)誤碼率的分析，可以很

16、好的反映出調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制性能。在信號(hào)傳輸過(guò)程中，信噪比的不同選擇誤碼率較小的解調(diào)方式加強(qiáng)信號(hào)的抗干擾性能。4.數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真4.1二進(jìn)制振幅（2ASK）調(diào)制解調(diào)4.1.1設(shè)計(jì)流程收信者信號(hào)判決器低通濾波器信 道加高斯噪聲信號(hào)調(diào)制信號(hào)源 載波圖4-1 2ASK信號(hào)同步調(diào)制解調(diào)（同步檢波法）系統(tǒng)性能分析模型4.1.2設(shè)計(jì)思路1. 隨機(jī)信源：產(chǎn)生一千個(gè)二進(jìn)制數(shù)作為信號(hào)源；2. 載波信號(hào)：頻率為150Hz的余弦函數(shù)作為載波；3. 對(duì)信號(hào)進(jìn)行制2ASK調(diào)制；4. 加入高斯噪聲；5. 對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；6. 通過(guò)低通濾波器和判別器產(chǎn)生接收信號(hào)4.1.3代碼清單clc;clear all;close al

17、l;%信源 a=randint(1,15,2);t=0:0.001:0.999;m=a(ceil(15*t+0.01); subplot(511)plot(t,m);axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(信源);%載波f=150;carry=cos(2*pi*f*t);%2ASK調(diào)制st=m.*carry;subplot(512);plot(t,st)axis(0 1.2 -1.2 1.2)title(2ASK信號(hào))%加高斯噪聲 nst=awgn(st,70);%解調(diào)部分nst=nst.*carry;subplot(513)plot(t,nst)axis(0 1.2 -0.2

18、1.2);title(乘以相干載波后的信號(hào))%低通濾波器設(shè)計(jì)wp=2*pi*2*f*0.5; ws=2*pi*2*f*0.9; Rp=2;As=45; N,wc=buttord(wp,ws,Rp,As,s);B,A=butter(N,wc,s); %低通濾波h=tf(B,A); %轉(zhuǎn)換為傳輸函數(shù)dst=lsim(h,nst,t);subplot(514)plot(t,dst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(經(jīng)過(guò)低通濾波器后的信號(hào));%判決器k=0.25;pdst=1*(dst0.25);subplot(515)plot(t,pdst)axis(0 1.2 -0.2 1.2

19、);title(經(jīng)過(guò)抽樣判決后的信號(hào))%頻譜觀察%調(diào)制信號(hào)頻譜T=t(end);df=1/T;N=length(st);f=(-N/2:N/2-1)*df;sf=fftshift(abs(fft(st);figure(2)subplot(411)plot(f,sf)title(調(diào)制信號(hào)頻譜)%信源頻譜mf=fftshift(abs(fft(m);subplot(412)plot(f,mf)title(信源頻譜)% 乘以相干載波后的頻譜mmf=fftshift(abs(fft(nst);subplot(413)plot(f,mmf)title(乘以相干載波后的頻譜)%經(jīng)過(guò)低通濾波后的頻譜dmf=

20、fftshift(abs(fft(pdst);subplot(414)plot(f,dmf)title(經(jīng)過(guò)低通濾波后的頻譜);4.1.4運(yùn)行結(jié)果圖4-2 2ASK調(diào)制解調(diào)信號(hào)波形圖4-3 2ASK調(diào)制解調(diào)頻譜分析：通過(guò)調(diào)制信號(hào)頻譜可知2ASK信號(hào)的中心頻譜被搬移到了載波頻率f上，這與理論相符。最后經(jīng)過(guò)抽樣判決后的頻譜和信號(hào)源頻譜也大體一致，說(shuō)明該2ASK仿真模型是成功的、符合理論的。4.2二進(jìn)制頻移（2FSK）調(diào)制解調(diào)4.2.1設(shè)計(jì)流程信 號(hào) 源收信者信號(hào)解調(diào) 信 道信號(hào)調(diào)制 加噪聲圖4-3 2FSK信號(hào)同步調(diào)制解調(diào)（同步檢波法）系統(tǒng)性能分析模型4.2.2設(shè)計(jì)思路1. 隨機(jī)信源：消息產(chǎn)生十五

21、個(gè)二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)；2. 2FSK調(diào)制：運(yùn)用數(shù)字帶通調(diào)制3. 加入噪聲：在已調(diào)信號(hào)中加入高斯白噪聲4. 相干解調(diào)：畫(huà)出相干解調(diào)后的信號(hào)，并與解調(diào)前信號(hào)作對(duì)比，畫(huà)出眼圖5. 非相干解調(diào)：畫(huà)出非相干解調(diào)的信號(hào)，并與非相干解調(diào)后信號(hào)做對(duì)比，畫(huà)出眼圖4.2.3代碼清單clear allFc=150; %載頻 Fs=40; %系統(tǒng)采樣頻率 Fd=1; %碼速率 N=Fs/Fd; df=10; numSymb=25;%進(jìn)行仿真的信息代碼個(gè)數(shù) M=2; %進(jìn)制數(shù) SNRpBit=60;%信噪比 SNR=SNRpBit/log2(M);%60 seed=12345 54321; numPlot=15; x=ra

22、ndsrc(numSymb,1,0:M-1);%產(chǎn)生25個(gè)二進(jìn)制隨機(jī)碼 figure(1) stem(0:numPlot-1,x(1:numPlot),bx);%顯示15個(gè)碼元，桿圖，從x的前十五個(gè)隨機(jī)數(shù)中選取 title(二進(jìn)制隨機(jī)序列) xlabel(Time); ylabel(Amplitude); %調(diào)制 y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,fsk,M,df);%數(shù)字帶通調(diào)制 numModPlot=numPlot*Fs; %15*40 t=0:numModPlot-1./Fs;%數(shù)組除法（仿真時(shí)間） figure(2) plot(t,y(1:length(t),b-); axis(mi

23、n(t) max(t) -1.5 1.5); title(調(diào)制后的信號(hào)) xlabel(Time); ylabel(Amplitude); %在已調(diào)信號(hào)中加入高斯白噪聲 randn(state,seed(2); %生成-2到+2之間的隨機(jī)數(shù)矩陣 y=awgn(y,SNR-10*log10(0.5)-10*log10(N),measured,dB);%在已調(diào)信號(hào)中加入高斯白噪聲 figure(3) plot(t,y(1:length(t),b-);%畫(huà)出經(jīng)過(guò)信道的實(shí)際信號(hào) axis(min(t) max(t) -1.5 1.5); title(加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào)) xlabel(Time

24、); ylabel(Amplitude);%相干解調(diào) figure(4) z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,fsk,M,df); %帶輸出波形的相干M元頻移鍵控解調(diào) stem(0:numPlot-1,x(1:numPlot),bx); hold on; stem(0:numPlot-1,z1(1:numPlot),ro); hold off; axis(0 numPlot -0.5 1.5); title(相干解調(diào)后的信號(hào)原序列比較) legend(原輸入二進(jìn)制隨機(jī)序列,相干解調(diào)后的信號(hào)) xlabel(Time); ylabel(Amplitude); %非相干解調(diào) figure(6

25、) z2=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,fsk,M,df); %帶輸出波形的非相干M元頻移鍵控解調(diào) stem(0:numPlot-1,x(1:numPlot),bx); hold on; stem(0:numPlot-1,z2(1:numPlot),ro); hold off; axis(0 numPlot -0.5 1.5); title(非相干解調(diào)后的信號(hào)) legend(原輸入二進(jìn)制隨機(jī)序列,非相干解調(diào)后的信號(hào)) xlabel(Time); ylabel(Amplitude); figure(7) f = fftshift(fft(x,1000); %傅里葉變換，點(diǎn)數(shù)是100點(diǎn)，并

26、將其頻譜中心搬移到原點(diǎn)w = linspace(-2000/2, 2000/2, 1000);plot(w,abs(f);title(隨機(jī)信號(hào)的頻譜);xlabel(頻率(Hz); figure(8) f = fftshift(fft(y,1000); %傅里葉變換，點(diǎn)數(shù)是100點(diǎn)，并將其頻譜中心搬移到原點(diǎn)w = linspace(-2000/2, 2000/2, 1000);plot(w,abs(f);title(調(diào)制信號(hào)的頻譜);xlabel(頻率(Hz);figure(9) f = fftshift(fft(z1,1000); %傅里葉變換，點(diǎn)數(shù)是100點(diǎn)，并將其頻譜中心搬移到原點(diǎn)w =

27、 linspace(-2000/2, 2000/2, 1000);plot(w,abs(f);title(調(diào)制信號(hào)的頻譜);xlabel(頻率(Hz);figure(10) f = fftshift(fft(z2,1000); %傅里葉變換，點(diǎn)數(shù)是100點(diǎn)，并將其頻譜中心搬移到原點(diǎn)w = linspace(-2000/2, 2000/2, 1000);plot(w,abs(f);title(調(diào)制信號(hào)的頻譜);xlabel(頻率(Hz);4.2.4運(yùn)行結(jié)果圖4-4 2FSK隨機(jī)信號(hào)的波形圖4-5 2FSK調(diào)制后信號(hào)的波形圖4-6 加入高斯白噪聲的已調(diào)信號(hào)圖4-7 相干解調(diào)后信號(hào)和原序列比較圖4-

28、8 2FSK非相干解調(diào)后信號(hào)和原序列比較圖4-9 2FSK隨機(jī)信號(hào)的頻譜圖4-10 2FSK調(diào)制信號(hào)的頻譜圖4-11 2FSK相干解調(diào)后信號(hào)的頻譜圖4-12 2FSK非相干解調(diào)后的頻譜圖當(dāng)兩載波頻率差值小，即df=1時(shí)圖4-13（a） 載波頻率差值為1頻譜當(dāng)載波頻率差值大時(shí)，即df=1圖4-13（a） 載波頻率差值為10頻譜 分析：對(duì)比圖4-13（a）和 (b)可知，當(dāng)兩個(gè)載波差值很小時(shí)，已調(diào)信號(hào)的頻譜呈現(xiàn)單峰如（a）圖；當(dāng)兩個(gè)載波差值較大時(shí)，已調(diào)信號(hào)的頻譜呈現(xiàn)雙峰如（b）圖,且經(jīng)過(guò)判決器后頻譜沒(méi)有發(fā)生變化，這與原理中闡述的2-FSK頻譜的特點(diǎn)完全相符。仿真結(jié)果的分析說(shuō)明該2-FSK仿真模型是

29、可行的。4.3二進(jìn)制相移（2PSK）調(diào)制解調(diào)受信者抽樣判決器低通濾波器經(jīng)過(guò)相乘器加噪信道信號(hào)調(diào)制信 號(hào) 源4.3.1設(shè)計(jì)流程4.3.2設(shè)計(jì)思路1. 隨機(jī)信源：產(chǎn)生十個(gè)隨機(jī)數(shù)，每個(gè)馬元寬度為200；2. 2PSK調(diào)制：將信源成語(yǔ)載波乘于載波；3. 加入高斯白噪聲：是調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)過(guò)帶有高斯白噪聲的信道4. 2PSK解調(diào)：經(jīng)過(guò)相乘器、低通濾波器、抽樣判決器4.3.3代碼清單clear all; close all;clc;max=10g=zeros(1,max);g=randint(1,max);%長(zhǎng)度為max的隨機(jī)二進(jìn)制序列cp=;mod1=;f=2*2*pi;t=0:2*pi/199:2*pi

30、;for n=1:length(g); if g(n)=0; A=zeros(1,200);%每個(gè)值200個(gè)點(diǎn) else g(n)=1; A=ones(1,200); end cp=cp A; %s(t),碼元寬度200 c=cos(f*t);%載波信號(hào) mod1=mod1 c;%與s(t)等長(zhǎng)的載波信號(hào),變?yōu)榫仃囆问絜ndfigure(1);subplot(4,2,1);plot(cp);grid on;axis(0 200*length(g) -2 2);title(二進(jìn)制信號(hào)序列);cm=;mod=;for n=1:length(g); if g(n)=0; B=ones(1,200);

31、%每個(gè)值200個(gè)點(diǎn) c=cos(f*t); %載波信號(hào) else g(n)=1; B=ones(1,200); c=cos(f*t+pi); %載波信號(hào) end cm=cm B; %s(t),碼元寬度200 mod=mod c; %與s(t)等長(zhǎng)的載波信號(hào)endtiaoz=cm.*mod;%e(t)調(diào)制figure(1);subplot(4,2,2);plot(tiaoz);grid on;axis(0 200*length(g) -2 2);title(2PSK調(diào)制信號(hào));figure(2);subplot(4,2,1);plot(abs(fft(cp);axis(0 200*length(

32、g) 0 400);title(原始信號(hào)頻譜);figure(2);subplot(4,2,2);plot(abs(fft(tiaoz);axis(0 200*length(g) 0 400);title(2PSK信號(hào)頻譜);%帶有高斯白噪聲的信道tz=awgn(tiaoz,10);%信號(hào)tiaoz中加入白噪聲，信噪比為10figure(1);subplot(4,2,3);plot(tz);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title(通過(guò)高斯白噪聲信道后的信號(hào));figure(2);subplot(4,2,3);plot(abs(fft(tz);axis(0

33、 200*length(g) 0 400);title(加入白噪聲的2PSK信號(hào)頻譜);jiet=2*mod1.*tz;%同步解調(diào)figure(1);subplot(4,2,4);plot(jiet);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title(相乘后信號(hào)波形)figure(2);subplot(4,2,4);plot(abs(fft(jiet);axis(0 200*length(g) 0 400);title(相乘后信號(hào)頻譜);%低通濾波器fp=500;fs=700;rp=3;rs=20;fn=11025;ws=fs/(fn/2); wp=fp/(fn/

34、2);%計(jì)算歸一化角頻率n,wn=buttord(wp,ws,rp,rs);%計(jì)算階數(shù)和截止頻率b,a=butter(n,wn);%計(jì)算H(z）figure(4);freqz(b,a,1000,11025);subplot(2,1,1);axis(0 4000 -100 3 )title(LPF幅頻相頻圖);jt=filter(b,a,jiet);figure(1);subplot(4,2,5);plot(jt);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title(經(jīng)低通濾波器后信號(hào)波形)figure(2);subplot(4,2,5);plot(abs(fft(j

35、t);axis(0 200*length(g) 0 400);title(經(jīng)低通濾波器后信號(hào)頻譜);%抽樣判決for m=1:200*length(g); if jt(m)=0; jt(m)=0; endendfigure(1);subplot(4,2,6);plot(jt);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title(經(jīng)抽樣判決后信號(hào)s(t)波形)figure(2);subplot(4,2,6);plot(abs(fft(jt);axis(0 200*length(g) 0 400);title(經(jīng)抽樣判決后信號(hào)頻譜);4.3.4運(yùn)行結(jié)果圖4-14 2PS

36、K調(diào)制解調(diào)信號(hào)的波形圖4-15 2PSK調(diào)制解調(diào)信號(hào)的頻譜圖圖4-16 2PSK調(diào)制解調(diào)幅頻相頻圖 分析：2PSK調(diào)制后頻譜與2ASK調(diào)制后頻譜差不多，實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，能量主要集中在主瓣附近，可見(jiàn)能量比較集中，抗噪聲能力強(qiáng)，信號(hào)通過(guò)解調(diào)后和解調(diào)前一樣，這與理論相符合，仿真結(jié)果的分析說(shuō)明該2PSK仿真模型是可行的。4.4誤碼率4.4.1設(shè)計(jì)思路為了保證信號(hào)源的特性一樣，我們假設(shè)同意幅度的信號(hào)，分別經(jīng)過(guò)2ASK相干解調(diào)、2ASK非相干解調(diào)、2FSK相干解調(diào)、2FSK非相干解調(diào)、2PSK解調(diào)后根據(jù)小表比較信噪比和誤碼率的關(guān)系。相干解調(diào) 非相干解調(diào)2ASK 2FSK 2PSK圖4-17 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系

37、統(tǒng)誤碼率公式一覽表4.4.2代碼清單clear all;a=0.001 %信號(hào)幅度SNR_dB=0:0.3:20; %信噪比范圍（單位分貝）SNR=10.(SNR_dB./10); %信噪比（由分貝轉(zhuǎn)化而來(lái) 10lg(SNR)=SNR_dB）SNR2=a.2./(2*SNR); %信號(hào)幅度為a時(shí)的噪聲功率for i=1:length(SNR_dB) ask_pe1=0.5*erfc(sqrt(a.2./(8*SNR2); %ASK相關(guān)解調(diào)時(shí)的誤碼率（給定信號(hào)幅度a和噪聲方差2時(shí)的信噪比r=a2/2*2，而%這里的噪聲功率是SNR2）ask_pe2=0.25*erfc(sqrt(a.2./(8*

38、SNR2)+0.5*exp(-a.2./(8*SNR2); %ASK非相干解調(diào)時(shí)的誤碼率 fsk_pe1=0.5*erfc(sqrt(a.2./(4*SNR2); %FSK相關(guān)解調(diào)時(shí)的誤碼率 fsk_pe2=0.5*exp(-0.25*a.2./SNR2); %FSK非相干解調(diào)時(shí)的誤碼率 psk_pe=0.5*erfc(sqrt(0.5*a.2./SNR2); %PSK解調(diào)時(shí)的誤碼率endsemilogy(SNR_dB,ask_pe1,.r); %這些都是繪制信噪比誤碼率曲線hold on;semilogy(SNR_dB,ask_pe2);hold on;semilogy(SNR_dB,fsk

39、_pe1,*r);hold on;semilogy(SNR_dB,fsk_pe2,-.);hold on;semilogy(SNR_dB,psk_pe,om);hold on;legend( 相干2ASK, 非相干2ASK,相干2FSK, 非相干2FSK,2PSK);grid on;axis(0,20,1/1e7,1);xlabel(SNR_dB);ylabel(Pe);4.4.3運(yùn)行結(jié)果圖4-18 誤碼率分析圖解誤碼率信噪比245 6 8 10 12 16 15相干2ASK0.18400.14650.099150.079140.036190.013540.0.2.054e-7非相干2ASK0.22220.33770.27350.22440.11760.050210.010730.000891.454e-6相干2FSK0.10140.058590.036020.023010.0.3.43e-51.99e-7非相干2FSK0.42530.14650.099150.068310.019810.0.000181.31e-6 2PSK0.035750.013360.0.0.4.91e-6圖4-19 誤碼率分