(完整word版)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、JST- MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿武任課老師學(xué)生姓名聯(lián)系方式基于MATLAB實(shí)現(xiàn)三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制ASK. FSKv PSK程現(xiàn)代通信技術(shù)業(yè)電子信息科學(xué)與技術(shù)二零一七年十二月&T MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿戌目錄一. 實(shí)驗(yàn)要求二. 實(shí)驗(yàn)儀三. 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)一二進(jìn)制幅度«控（2ASK）一、2ASK信號(hào)的調(diào)制（1）2ASK 定義（2）2ASK調(diào)制原理（3）2ASK信號(hào)的解調(diào)二、MATLAB編程實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)二二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）一、2FSK調(diào)制理仁2FSK定義2、典型波形圖3、2FSK 調(diào)制4、2FSK解調(diào)原理2FSK解調(diào)原理二、MATLAB編程實(shí)現(xiàn)仿真（1

2、生成序列（2）時(shí)域波形（3）三者頻譜圖實(shí)驗(yàn)三二進(jìn)制相移犍控（2PSK）一、PSK調(diào)制解調(diào)原理2PSK泄義2PSK調(diào)制2PSK解調(diào)2PSK解調(diào)時(shí)域波形(1)(2)(3)(4)二、MATLAB編程實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)四 用simulink實(shí)現(xiàn)2ASK/2FSK/2PSK的仿真一、2ASK的仿真二、2ASK仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1、2ASK調(diào)制的和調(diào)制后的信號(hào)對(duì)比2、解調(diào)過程3、2ASK調(diào)制前、解調(diào)后和零階保持后的編碼數(shù)據(jù)三、2FSK 的 simulimk 仿真四、2FSK的仿真分析（1）基帶數(shù)字信號(hào)和載波（2）調(diào)制與解調(diào)五、2PSK 的 simulink 仿真六、2PSK仿真結(jié)果分析（1）基帶信號(hào)及載波（2）

3、調(diào)制與解調(diào)556710101010111111121313141515151516161620202122222323232425252526一、實(shí)驗(yàn)要求使用mat lab軟件仿真實(shí)現(xiàn)三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制ASK、FSK、PSK,滿足下列要 求：1. 使用隨機(jī)序列產(chǎn)生10位二進(jìn)制基帶信號(hào)務(wù)，顯示基帶信號(hào)的時(shí)域波形及 頻譜。2. 載波頻率設(shè)為基帶信號(hào)速率的2倍，產(chǎn)生三種調(diào)制信號(hào)(FSK另一個(gè)頻率 設(shè)為4倍基帶信號(hào)速率)并顯示時(shí)域波形和頻譜。3. 分析比較基帶信號(hào)和三種己調(diào)信號(hào)的帶究。二實(shí)驗(yàn)儀器1. PC 機(jī)一臺(tái)(系統(tǒng)：Windows 7 X64)；2. MATLAB2016a 仿真軟件。二進(jìn)制數(shù)字調(diào)

4、制系統(tǒng)的原理及實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信系統(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(hào)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(shí)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(hào)變換成適合信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號(hào)進(jìn)行傳輸，這種傳輸方式，稱為 數(shù)字信號(hào)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(hào)對(duì)載波波 形的某參量進(jìn)行控制，使該參最隨基帶信號(hào)的規(guī)律變化從而攜帶消息。對(duì)數(shù)字信 號(hào)進(jìn)行調(diào)制可以便于信號(hào)的傳輸：實(shí)現(xiàn)信道S用：改變信號(hào)占據(jù)的帶寬；改善系 統(tǒng)的件能。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, Ampl

5、itude-Shift keying)-* 移頻鍵控(FSK, Frequency-Shift keying)、移相 鍵控(PSK» Phase-Shift keying )和差分移相鍵(DPSK» D遷ferent Phase-Sh遷t keying)o本次課程設(shè)計(jì)對(duì)前三種調(diào)制方式進(jìn)行了仿真。實(shí)驗(yàn)一 二進(jìn)制幅度鍵控(2ASK)一、2ASK信號(hào)的調(diào)制(1) 2ASK 定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(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息“0”或 二進(jìn)制振幅鍵控的表達(dá)式為：s(t) = yl(t)cos(6)

6、o + ),0<t<7'.式中， Wo=2 H fo為載波的角頻率；A(t)是隨基帶調(diào)制信號(hào)變化的時(shí)變振幅，即= 當(dāng)發(fā)送Y時(shí) I 2,當(dāng)發(fā)送“0”時(shí)(2) 2ASK調(diào)制原理典型波形如圖所示：0 02ASK信號(hào)的產(chǎn)生方法通常有兩種：相乘法和鍵控法，相應(yīng)的調(diào)制器如圖:圖2 (a)相乘法圖2)開關(guān)法- 相乘法：由2ASK信號(hào)的表達(dá)式可知2ASK信號(hào)是調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)的乘積, 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(hào)，如圖2(a) 所示。 鍵控法：由2ASK信號(hào)的波形圖可以看出2ASK信號(hào)是用載波信號(hào)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2A

7、SK信號(hào)，如圖2 (b)所示, 這里的開關(guān)電路受控制。&T MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿戎(3)2ASK信號(hào)的解調(diào)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)相干解調(diào)(同步檢測(cè)法)帯通»全波»»輸由脈沖泄浪23»相集矗»»(a) II：相I解訓(xùn)方成eosw7綸出定時(shí) 脈沖5竺(b) Ifl I解調(diào)方成非相T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(hào)相乘分離出 包含原始信號(hào)的低頻信號(hào)，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

8、弦信號(hào)：Z Ct) =v(t)cos(ft?z )=m(t)cos2(0f )= m(t)(l+cos(2創(chuàng))= m(t)+m(t)cos(2<yf )II I式中l(wèi)/2m(t)是基帶信號(hào)，l/2m(t)8s(2則)是頻率為20的高頻信號(hào)，利用低通濾 波器可檢測(cè)出基帶信號(hào)，再經(jīng)過抽樣判決，即可恢復(fù)出原始數(shù)字信號(hào)序列 anL2ASK信號(hào)帶寬為碼元速率的2倍，即：B2ASK=2Rb.式中Rb為信息速率。相干解調(diào)的原理圖如下：相乗S*油樣判決器nCOSQf®非相干解調(diào)2ASK信號(hào)與模擬調(diào)制中的AM信號(hào)類似。所以，對(duì)2ASK信號(hào)也能夠采用非相 干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)。在本次仿真中，由r

9、2ASK相干解調(diào)的謀碼率小于非相干解調(diào)，所以選取相T解 調(diào)方式。二、MATLAB編程實(shí)現(xiàn)仿真采用matlab編程實(shí)現(xiàn)2ASK調(diào)制，用隨機(jī)函數(shù)生成10位二進(jìn)制基帶信號(hào)，同時(shí)生成3HZ的載波，用相乘得出2ASK信號(hào)，使用傅里葉變換分析基帶信號(hào)、載波信號(hào)和2ASK信號(hào)的頻譜，得出結(jié)論。程序如下：N=10；st=x-*carry;X=l；subplot(3/1/3)%調(diào)制信號(hào)生成plot(st);a= (randint(1,10/2);title (TASK 信匕“)；for i=l:Naxis(0 800 -1.5 1.5);if a(i)=l電頻if!分析x(i*80-79:i*80)=ones(

10、1, 80);m=length(st);elseT=t (end);x(i*80-7 9:i*80)=zeros (1,80);df=l/T;endf= (-m/2 :m/2-1) *df;endxf=fftshift(abs(fft(x);figure (1);figure (2);subplot(3/1,1)subplot(3/1,1);plo：（X）;plot(f,xf);title （調(diào)制信匕冷；title （*調(diào)制信號(hào)頻«'）；axis(0 800 -2 2);cf=abs(fft(carry);%載波信號(hào)subplot(3/1,2);t=0,0125:0>0

11、125:N;plot(f,cf);carry=cos(2*pi*3*t);title （'載波信號(hào)頻譜'）;subplot(3,1,2)stl=fftshift(abs(fft(st);plor(carry);sf=fftshift(stl);titie (* 載波');subplot(3,1/3);axis(0 800 -2 2);plot(f,sf);%調(diào)制生成2ASK信號(hào)title (* CASK (u 號(hào)頻ifj ')；有如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：(1)生成序列為：0111100(2)調(diào)制信號(hào)、載波和已調(diào)信號(hào)時(shí)域波形如下:調(diào)制倍號(hào)221II"III0100

12、200300400500600700800由基帶信號(hào)和已調(diào)信號(hào)對(duì)比可知，一個(gè)碼元間隔Tb內(nèi)，有兩個(gè)正弦波形，即載波頻率是碼元速率的兩倍: 隨機(jī)信號(hào)時(shí)域波形上升下降沿會(huì)稍有陡說明產(chǎn)生基帶信號(hào)a。的方法還需再 優(yōu)化;由頻譜分析可知，基帶信號(hào)位于低頻附近，而ASK讓基帶頻i普搬移到載波頻率儀 處。若基帶信號(hào)的帶寬為B,貝IJ ASK信號(hào)的帶寬應(yīng)為廠2片帶;基丁 MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿A實(shí)驗(yàn)二 二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）一、2FSK調(diào)制原理K 2FSK定義載波的幅度不變，頻率隨an在兩個(gè)頻率中變化，用兩個(gè)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(shí)對(duì)應(yīng)于某個(gè)載波頻率3C1發(fā)送“0”

13、時(shí)對(duì) 應(yīng)于另個(gè)載頻3C0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(shí)，二進(jìn)制 頻移鍵控信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載頻的二進(jìn)制幅度鍵控信號(hào)之和，所以，二進(jìn) 制頻移鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：C0S2M Zn”g(f-"T)cos246/一個(gè)FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載波的2ASK信號(hào)的栓加。其解調(diào)和解調(diào) 方法和ASK差不多。2FSK信號(hào)的頻譜可以看成是fl和f2的兩個(gè)2ASK頻譜的組 合。頻移鍵控是利用載波的頻率來傳遞數(shù)字信號(hào)，在2FSK屮，載波的頻率隨著 二進(jìn)制基帶信號(hào)在fl和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化，頻移鍵控是利用載波的頻移變

14、化 來傳遞數(shù)字信息的。在2FSK中，載波的頻率隨基帶信號(hào)在fl和f2兩個(gè)頻率點(diǎn) 間變化。故其表達(dá)式為：Acos(卻 + 必) Acos(®/ + q)2、典型波形圖aksA Wc<n<n'l Lto)I I I IWX/X/XA/WW AcaiCr2r-n)11(0 cot(wlT*Cto>,"XA/Xz,2(0 cosCw'2t*Qn)-rcKfW圖2FSK典型波形圖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(jì)采用鍵控法。鍵 控法中可以用二進(jìn)制“1”來對(duì)應(yīng)于載頻fl,而“0”用來對(duì)應(yīng)于另一頻率f2, 而這個(gè)可以

15、用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立的頻率源fl、 f2進(jìn)行選擇通。二者原理圖如圖所示：SfSK mC/)L =kc Sfsk(a)2FSK調(diào)制原理圖4、2FSK解調(diào)原理2FSK信號(hào)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信號(hào)分解為上下兩路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(shí)若規(guī)定“1”符號(hào)對(duì)應(yīng)載波頻率fl,則接收時(shí)上 支路的樣值較大，應(yīng)判為“1”；反之則判為“0”，即擇大判決。3 1定I時(shí)瞅中砲減皮細(xì)二包給11曲器1(CT>她迪波器Hl

16、乘器卜低迪3 1剛器1 刪騒盤13 一<050 rfCOSC5 1 葉圖2FSK解調(diào)原理二.MATLAB編程實(shí)現(xiàn)仿真用randint函數(shù)生成10個(gè)隨機(jī)數(shù)，形成基帶數(shù)字信號(hào)a“由于一個(gè)FSK信號(hào)可 以看成是兩個(gè)不同載波的2ASK信號(hào)的疊加，故可利用：cos2r + ycos2機(jī)F生成已調(diào)信號(hào)，再通過傅里葉變換得到頻譜，分析數(shù)據(jù)。N=10;xl=x;x=I;調(diào)制信號(hào)生成a= (randint(1/10,2);for i=l:N if a(i)=lx(i*80-79;i*80)=on©s(1,80);else x(i*80-79:i*80)=zeros(1,80);end endfi

17、gure (1)subplot(4,1,1)ploz(X);title (*調(diào)制信號(hào)，); axis(0 800 -2 2);t=0.0125:0.0125:N; cal=sin(2*pi*2*t); ca2=sin(2*pi*4*t); subplot(4,1,2) ploz(cal);title (載波 1 *); axis(0 800 -2 2);subplot(4,1,3)ploz(ca2);title (，載波 2 *); axis(0 800 -2 2);電調(diào)制生成2ASK fu號(hào) fsk=x*cal+xl.*ca2;subplot(4,1,4)plot(fsk);title J2

18、FSK 信 U，)； axis(0 800 -1.5 1.5);令頻譜分析 m=length(fsk);T=t (end);df=l/T;f=(-m/2:m/2-l) *df;xf=fftshift(abs(fft(x); figure(2);subplot(4,1,1);plot(f,xf);title制信號(hào)頻i« ');cfl=abs(fft (cal); subplot(4,1,2);plot(f/cf1);title (，載波1信號(hào)頻譜，)； cf2=abs(fft (ca2); subplot(4,1,3);plot(f,cf2);title 波2信號(hào)頻譜冷； st

19、l=fftshift(abs(fft(fsk); sf=fftshift(stl);subplot(4,1,4);plot(f,sf);title (2FSK 信 U頻iS-);JSP MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿戌有如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：(1)生成字列為：01010110(2)調(diào)制信號(hào).載波1信號(hào)、載波2信號(hào)和2FSK信號(hào)時(shí)域波形如下:&T MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿戎（3）三者頻譜圖如下:400調(diào)制值號(hào)頻諸30-20-10010203040載波1信號(hào)頻譜4004003020-10010203040載波2信號(hào)頻諳40-30-20-100102030402FSKfB號(hào)頻諾100I

20、.%-30-20-10 , 10203040波形分析:由基帶信號(hào)和己調(diào)信號(hào)對(duì)比可知: a廣1時(shí),一個(gè)碼元間隔Tb內(nèi)有兩個(gè)正弦波形，即載波頻率是碼元速率的兩倍, 為 0=2 Hz；a嚴(yán)0時(shí)，Tb內(nèi)有四個(gè)正弦波形，即載波頻率是碼元速率的四倍，為q=4Hz： 可知，2FSK滿足兩載波頻率為：=2?由頻譜分析可知，基帶信號(hào)位丁低頻附近，而FSK讓基帶頻譜搬移到載波頻率 %和處。若基帶信號(hào)的帶寬為B則2FSK信號(hào)的帶寬應(yīng)為坊亦=2血帶+心才；實(shí)驗(yàn)三二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)一、PSK調(diào)制解調(diào)原理(1) 2PSK 定義當(dāng)A(m(t)=l,載波的幅度不變，瞬時(shí)相位偏移0 m(t)隨數(shù)字信息序列m(t) 而變

21、化，則稱為數(shù)字調(diào)相或相移鍵控，其時(shí)域表達(dá)式可一般地表示為：s(t)=工馳 一 "G cosgr +)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(hào)離散變化時(shí), 則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號(hào)。2PSK信號(hào)調(diào)制有兩種方法，即模擬調(diào)制法 和鍵控法。通常用己調(diào)信號(hào)載波的0°和180。分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的 1和0,模擬調(diào)制法用兩個(gè)反相的載波信號(hào)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(hào)為0時(shí)相位相對(duì)于初始相位為0° ,當(dāng)基帶信號(hào)為 1時(shí)相對(duì)于初始相位為180° O鍵控法，是用未調(diào)載波的相位來攜帶

22、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(shí)域表達(dá)式為：s(t)=X g(r -必)cos W+&(”)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278和圖2-19所 示。gWcosa f1 cosa0)3lr1J1抄潮何圖模擬調(diào)制法原理圖fw)(0)圖鍵控法原理圖（3） 2PSK 解調(diào)2PSK信號(hào)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：acd0Vkcosd) / b2PSK解調(diào)時(shí)域波形bA2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)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(hào)的調(diào)制載波的基準(zhǔn)相位一致。

23、但是，由于在2PSK信號(hào)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(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n ”現(xiàn)象。由丁在2PSK信號(hào)的載波恢復(fù)過程中存在 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n ”現(xiàn)象，從 而使得2PSK方式在實(shí)際中很少采用。(4)圖2PSK信號(hào)相干解調(diào)時(shí)域波形MATLAB編程實(shí)現(xiàn)仿真采用matlab編程實(shí)現(xiàn)2PSK調(diào)制，用隨機(jī)函數(shù)生成10位二進(jìn)制基帶信號(hào)，同 時(shí)生成載波1和載波2 （和載波1有n的相差），用

24、相乘之和得出2PSK信號(hào), 使用傅里葉變換分析基帶信號(hào)、載波信號(hào)和2ASK信號(hào)的頻譜，得出結(jié)論。JSr MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿戌N=10;X1='X；X=I；psk=x.*cal+xl.*ca2;%調(diào)制信號(hào)生成subplot(4,1,4)a= (randint(1/10/ 2);plot(psk);for i=l:Ntitle ('2PSK 信號(hào))if a(i)=1axis(0 800 -1.5 1.5);x(i*80-79:i*80)=ones (1,80);%頻誼分析elsem=length(psk);X (1*80-7 9: i*80) =zeros (1,

25、80);T=t (end);enddf=l/T;endf= (-m/2:m/2-l)*df;figure (1)xf=fftshift(abs(fft(x);subplot(4,1,1)figure(2);plOL(X);subplot(4,1,1);title (* 調(diào)制fn號(hào) *);plot(f,xf);axis(0 800 -2 2);title (*調(diào)制信號(hào)頻%載波信號(hào)cfl=abs(fft (cal);t=0.0125:0.0125:N;subplot(4,1,2);cal=sin(2*pi*2*t);plot(f,cf1);ca2=sin(2*pi*2*t+pi);title (*

26、 18波信號(hào)0相位頻subplot(4,1,2)cf2=abs(fft (ca2);ploL(cal);subplot(4,1,3);title 載波 1*);plot(f,cf2);axis(0 800 -2 2);title (* 18波信號(hào)1相位頻iff-);subplot(4,1,3)stl=fftshift(abs(fft(psk);ploL(ca2);sf=fftshift(stl);title 載波 2T ;subplot(4/1,4);axis(0 800 -2 2);plot(f,sf);%調(diào)制生成2眞SK信號(hào)title ('2PSK 信 U頻譜冷;有如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果:(1)生成序列為：1110011101(2)調(diào)制信號(hào)、載波1信號(hào)、載波2信號(hào)和2FSK信號(hào)時(shí)域波形如下:相位調(diào)