完整版)基于MATLAB的2ASK、2FSK和2PSK的調(diào)制仿真

1、3實驗報告(一)一、實驗名稱：基于MATLAB的2ASK 2FSK和2PSK的調(diào)制仿真二、實驗?zāi)康模?1) 熟悉2ASK 2FSK和2PSK的調(diào)制原理。(2) 學(xué)會運用 Matlab編寫2ASK 2FSK和 2PSK調(diào)制程序。(3 )會畫出原信號和調(diào)制信號的波形圖。(4)掌握數(shù)字通信的 2ASK 2FSK和2PSK的調(diào)制方式。三、實驗原理分析3.1二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)振幅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：s(t) = A(t)cos(wo+ 0 ) 0

2、 v t w T式中，w)=2n f0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A當(dāng)發(fā)送“1”時A(t)=0當(dāng)發(fā)送“ 0”時典型波形如圖所示：co2ASK信號的產(chǎn)生方法通常有兩種：相乘法和開關(guān)法，相應(yīng)的調(diào)制器如圖2。圖2 ( a)就是一般的模擬幅度調(diào)制的方法，用乘法器實現(xiàn)；圖2 ( b)是一種數(shù)字鍵控法，其中的開關(guān)電路受s(t)控制。在接收端，2ASK有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)(同 步檢測法)，相應(yīng)的接收系統(tǒng)方框圖如圖：Aft)圏3 （a）非村干解謂包絡(luò)檢波）權(quán)圖3相干解調(diào)3.2、二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）二進(jìn)制頻移鍵控信號碼元的“1 ”和“0”分

3、別用兩個不同頻率的正弦波形來傳送，而其振幅和初始相位不變。故其表達(dá)式為：Acos（ itn）發(fā)送 “T 時s（t） Acos（ 2t n）,發(fā)送“0時圖4 2FSK信號時間波形由圖可見，2FSK信號的波形（a）可以分解為波形（b）和波形（c）,也就是說，一個2FSK信號可以看成是兩個不同載頻的2ASK信號的疊加。2FSK信號的調(diào)制方法主要有兩種。第一種是用二進(jìn)制基帶矩形脈沖信號去調(diào)制一個調(diào)頻器，使其能夠輸出兩個不同頻率的碼元。第二種方法是用一個受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個獨立頻率源的振蕩作為輸出。2FSK 信號的接收也分為相關(guān)和非相關(guān)接收兩類。相關(guān)接收根據(jù)已調(diào)信號由兩個載波 fl、f2調(diào)

4、制而成，則先用兩個分別對 fl、f2帶通 的濾波器對已調(diào)信號進(jìn)行濾波，然后再分別將濾波后的信號與相應(yīng)的載波fl、f2相乘進(jìn)行相干解調(diào)，再分別低通濾波、用抽樣信號進(jìn)行抽樣判決器即可。原理圖如下：Cm2 Hb 5 （a）彳目干專式非相關(guān)接收經(jīng)過調(diào)制后的 2FSK數(shù)字信號通過兩個頻率不同的帶通濾波器fl、f2濾出不需要的信號，然后再將這兩種經(jīng)過濾波的信號分別通過包絡(luò)檢波器檢波，最后將兩種信號同時輸入到抽樣判決器同時外加抽樣脈沖，最后解調(diào)出來的信號就是調(diào)制前的輸入信號。其原理圖如下圖所示：FT圖5 （ b）非相干方式3. 3、二進(jìn)制相移鍵控（2PSK相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和

5、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信號的時域表達(dá)式其中，表示第n個符號的絕對相位：QFSK（t） ACOS（ ct n）發(fā)送“ 0”時n.發(fā)送“1”時因此，式子可以改寫為A cos ct 概率為pe2FSK ( t) “A cos c概率為i-p典型波形如圖所示。全占空矩形脈沖序列與一個正弦載波的相乘，即02FSK ( t)S(t) c0S 龍其中s(t)n這里，g(t)是脈寬為Ts的單個矩形脈沖，而ang(t Tn)的統(tǒng)計特性為概率為P概率為1-P2PSK信號的調(diào)制原理框圖如圖所示。2ASK信號的產(chǎn)生方法比較知識對s(t)的要求不同

6、,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雙極性不歸開關(guān)電路e2PsKt)葺SK信號的變換通常采用相干解調(diào)法，解調(diào)器原理框圖如圖所示。e2PSt(t)帶通(a)濾波器乘法器COS ct相乘器0ctc低通180移目抽樣濾波器11 W1判決器I (b) 定時脈沖e2PSK(t)輸出4四仿真源程序和代碼112ASK 調(diào)制解調(diào)程序及注釋 clear all close alli=10;%10個碼元 j=5000;t=linspace(0,5,j); %0-5之間產(chǎn)生 5000個點行矢量，即分成 5000 fc= 1 0; %載波頻率fm=i/5; %碼元速率 %產(chǎn)生

7、基帶信號x=(rand(1,i)%rand函數(shù)產(chǎn)生在0-1之間隨機數(shù)，共1-10個 figure(2)plot(x)a=round(x); %隨機序列，round取最接近小數(shù)的整數(shù) figure(3)stem(a)%火柴梗狀圖st=t;for n=1:10if a(n)1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*nst(m)=0;endelsefor m=j/i*(n-1)+1:j/i*nst(m)=1;endendend figure(1); subplot(421); plot(t,st); axis(0,5,-1,2); title(基帶信號st);%載波s1=cos(2*pi*fc

8、*t); subplot(422); plot(s1);title(載波信號si);% 調(diào)制 e_2ask=st.*s1; subplot(423); plot(t,e_2ask); title( 已調(diào)信號);noise =rand(1,j);e_2ask=e_2ask+noise% 加入噪聲 subplot(424);plot(t,e_2ask);title(加入噪聲的信號);%相干解調(diào)at=e_2ask.*cos(2*pi*fc*t);at=at-mean(at);%因為是單極性波形，還有直流分量，應(yīng)去掉 subplot(425);plot(t,at);title(與載波相乘后信號);f,

9、af = T2F(t,at); %通過低通濾波器t,at = lpf(f,af,2*fm);subplot(426);plot(t,at);title(相干解調(diào)后波形);%抽樣判決for m=0:i-1;if at(1,m*500+250)+0.50.5;for j=m*500+1:(m+1)*500;at(1,j)=0;endelsefor j=m*500+1:(m+1)*500; at(1,j)=1;endendendsubplot(427);plot(t,at);axis(0,5,-1,2);title(抽樣判決后波形)2FSK調(diào)制解調(diào)程序及注釋clear allclose alli=1

10、0; %基帶信號碼元數(shù)j=5000;a=ro un d(ra nd(1,i);% 產(chǎn)生隨機序列t=linspace(0,5,j);f1=10;%載波1頻率f2=5; %載波2頻率fm=i/5; %基帶信號頻率%產(chǎn)生基帶信號st1=t;for n=1:10if a(n)=1; st2(n)=0;elsest2(n)=1;end end; figure(1); subplot(411); plot(t,st1); title( 基帶信號 st1); axis(0,5,-1,2); subplot(412); plot(t,st2); title( 基帶信號反碼 st2); axis(0,5,-1,

11、2);%載波信號 s1=cos(2*pi*f1*t) s2=cos(2*pi*f2*t) subplot(413),plot(s1); title( 載波信號 s1); subplot(414),plot(s2); title( 載波信號 s2);%調(diào)制F1=st1.*s1;% 加入載波 1 F2=st2.*s2;% 加入載波 2 figure(2);subplot(411); plot(t,F1);title( F1=s1*st1);subplot(412);plot(t,F2);title( F2=s2*st2);e_fsk=F1+F2;subplot(413);plot(t,e_fsk)

12、;title(2FSK信號)鍵控法產(chǎn)生的信號在相鄰碼元之間相位不 一定連續(xù)no sie=ra nd(1,j);fsk=e_fsk+nosie;subplot(414);plot(t,fsk);title(加噪聲后信號)%相干解調(diào)st仁fsk.*s1;%與載波1相乘f,sf1 = T2F(t,st1); %通過低通濾波器t,st1 = lpf(f,sf1,2*fm);figure(3);subplot(311);plot(t,st1);title(與s1相乘后波形);st2=fsk.*s2;%與載波2相乘f,sf2 = T2F(t,st2); %通過低通濾波器t,st2 = lpf(f,sf2,

13、2*fm);subplot(312);plot(t,st2);title(與s2相乘后波形);%抽樣判決for m=0:i-1;if st1(1,m*500+250)st2(1,m*500+250);for j=m*500+1:(m+1)*500;at(1,j)=0;endelsefor j=m*500+1:(m+1)*500;at(1,j)=1;endendend;subplot(313);plot(t,at);axis(0,5,-1,2);title(抽樣判決后波形)2PSK調(diào)制解調(diào)程序及注釋clear allclose alli=10;j=5000;fc=4;%載波頻率fm=i/5; %

14、碼元速率B=2*fm;t=linspace(0,5,j);% 產(chǎn)生基帶信號a=round(rand(1,i); %隨機序列 ,基帶信號figure(3);stem(a);st1=t;for n=1:10if a(n)=1;st2(k)=0;elsest2(k)=1;endend;subplot(412);plot(t,st2);title(基帶信號反碼st2);axis(0,5,-1,2);st3=st1-st2;subplot(413);plot(t,st3);title(雙極性基帶信號st3);axis(0,5,-2,2);%載波信號s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(41

15、4);plot(s1);title(載波信號sT);%調(diào)制e_psk=st3.*s1;figure(2);subplot(511);plot(t,e_psk);title( e_2psk);noise=rand(1,j);psk=e_psk+noise;% 加入噪聲subplot(512);plot(t,psk);title(加噪后波形);%相干解調(diào)psk=psk.*s1 ; %與載波相乘subplot(513);plot(t,psk);title(與載波si相乘后波形);f,af = T2F(t,psk); % 通過低通濾波器 t,psk = lpf(f,af,B);subplot(514)

16、;plot(t,psk);title(低通濾波后波形);%抽樣判決for m=0:i-1;if psk(1,m*500+250)b-a圖1.2ASK調(diào)制過程仿真圖4I宕址方41 T圖2. 2ASK解調(diào)過程仿真圖由圖可以看出，產(chǎn)生的數(shù)字隨機信號為“0100100001 ”，經(jīng)載波調(diào)制后信號為“ 1”的時間內(nèi)有正弦波形，信號為“0”的時間內(nèi)無波形。經(jīng)過加隨機噪聲，相干解調(diào)后，恢復(fù)出原始信號，與基帶信號一致，因此達(dá)到本次設(shè)計目的。5.2 2FSK 分析本次設(shè)計中采用鍵控法調(diào)制法和相干解調(diào)法。仿真后調(diào)制過程及解調(diào)過程的圖形分別如圖3、圖4和圖5所示。圖3 2FSK鍵控法調(diào)制過程仿真圖圖4 2FSK鍵控

17、法調(diào)制過程仿真圖圖5 2FSK相干解調(diào)過程仿真圖由圖可以看出，產(chǎn)生的隨機信號為“ 1011001001”， 經(jīng)過反相產(chǎn)生反碼，并分別與兩個載波相乘，經(jīng)過加入隨機噪聲后波形如圖2-15所示。在解調(diào)時，分別與對應(yīng)的載波相乘。解調(diào)出基帶信號，可以看出實現(xiàn)了本次設(shè)計目的。5.3.2PSK仿真結(jié)果及分析運行程序，實現(xiàn)2PSK的調(diào)制與解調(diào)過程。本次設(shè)計采用模擬調(diào)制法和相干解調(diào)法。仿 真后調(diào)制過程及解調(diào)過程的圖形分別如圖6和圖7所示。O OS11 B Z 2.533.544.55-0-511 .522.533.544.6 S氓憐陣屋帯佶4st3F-p LIjikIdiI,0 O 511 5 Z 253354-AS k/xm/u/wwxm/m/ux/u/x/vxj.&11 .622- 533.544 5&川喋兒；液形OD.511 .fi2W 芻