二進制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設計

1、word二進制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設計MATLAB及SIMULINK建模環(huán)境簡介MATLAB 是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和SIMULINK兩大局部。Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處

2、理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于Simulink。 Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同局部具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)立動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)立過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明

3、了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結果。數(shù)字通信系統(tǒng)的根本模型從消息傳輸角度看,該系統(tǒng)包括了兩個重要交換,即消息與數(shù)字基帶信號之間的交換,數(shù)字基帶信號與信道信號之間的交換.通常前一種交換由發(fā)收端設備完成.而后一種交換那么由調(diào)制和解調(diào)完成.數(shù)字通信系統(tǒng)模型一、2ASK調(diào)制解調(diào) 根本原理2ASK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。其信號表達式為： ，S (t)為單極性數(shù)字基帶信號。2ASK幅移鍵控幅移鍵控ASK相當于模擬信號中的調(diào)幅，只不過與載頻信號相乘的是二進數(shù)碼而已。幅移就是把頻率、相位作為常量，而把振幅作為變量，信息比特是通過載波的幅度來傳遞的。由于調(diào)制信號

4、只有0或1兩個電平，相乘的結果相當于將載頻或者關斷，或者接通，它的實際意義是當調(diào)制的數(shù)字信號1時，傳輸載波；當調(diào)制的數(shù)字信號為0時，不傳輸載波。由圖可以看出2ASK信號的時間波形e2ASKt隨二進制基帶信號st通斷變化。所以又被稱為通斷鍵控信號2ASK信號的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制法和鍵控法。模擬調(diào)制法使用乘法器實現(xiàn)鍵控法使用開關電路實現(xiàn)2ASK的調(diào)制方法2ASK有兩種根本解調(diào)方法：相干解調(diào)法同步檢測法和非相干解調(diào)法包絡檢波法。相干解調(diào)需要將載頻位置的已調(diào)信號頻譜重新搬回原始基帶位置，因此用相乘器與載波相乘來實現(xiàn)。為確保無失真復原信號，必須在接收端提供一個與調(diào)制載波嚴格同步的本地載波，這是

5、整個解調(diào)過程能否順利完好進行的關鍵。 相干解調(diào)非相干解調(diào) 2ASK信號非相干解調(diào)過程的時間波形振幅鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，而頻率和初始相位保持不變。在2ASK中：S2ask=m(t)*cos(2*pi*f*t)，其中m(t)為數(shù)字信號，后者為載波。載波在二進制基帶信號控制下通斷變化，所以又叫通-斷鍵控OOK。2ASK的產(chǎn)生方法有兩種：模擬調(diào)制和鍵控法而解調(diào)也有兩中根本方式：非相干解調(diào)包絡檢波和相干解調(diào)同步檢測法DS2ask=s(t)*cos(2*pi*f*t) =0.5*m(t)+0.5*m(t)*cos(2*wc*t) 乘以相干載波后，只要濾去高頻局部就可以了本次仿真使用相干

6、解調(diào)方式：2ask信號 帶通濾波器與與載波相乘低通濾波器 抽樣判決 輸出以下就是matlab的仿真結果極其頻譜圖省去了帶通filter可以看到解調(diào)后的信號與信源有一定的延時。通過觀察頻譜圖，用放大鏡可以清楚的看到，2ask實現(xiàn)了頻譜的搬移，將基帶信號搬移到了fc=150hz的頻率上，而且假設只計頻譜的主瓣那么有： B2ask=2fs，fs=1/Ts其中Ts為一個碼元寬度即：2ask信號的傳輸帶寬是碼元傳輸速率的2倍Matlab程序實現(xiàn)clc;clear all;close all;%信源 a=randint(1,15,2);t=0:0.001:0.999;m=a(ceil(15*t+0.01)

7、; 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)%加高斯噪聲 nst=awgn(st,70);%解調(diào)局部nst=nst.*carry;subplot(513)plot(t,nst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(乘以相干載波后的信號)%低通濾波器設計wp=2*pi*2*f*0.5;ws=2*pi*2*f*0

8、.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)過低通濾波器后的信號);%判決器k=0.25;pdst=1*(dst0.25);subplot(515)plot(t,pdst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(經(jīng)過抽樣判決后的信號)%頻譜觀察%調(diào)制信號頻譜T=t(end);df=1/T;N=length(st);f=(

9、-N/2:N/2-1)*df;sf=fftshift(abs(fft(st);figure(2)subplot(411)plot(f,sf)title(調(diào)制信號頻譜)%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)過低通濾波后的頻譜dmf=fftshift(abs(fft(dst);subplot(414)plot(f,dmf)title(經(jīng)過低通濾波后的頻譜);

10、 二、2FSK調(diào)制解調(diào)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制基帶信號在f1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f1和f2兩個頻率點間變化。故其表達式為：典型波形如下列圖所示。由圖可見。2FSK信號可以看作兩個不同載頻的ASK信號的疊加。因此2FSK信號的時域表達式又可以寫成：2FSK數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)制原理2FSK調(diào)制就是使用兩個不同的頻率的載波信號來傳輸一個二進制信息序列?？梢杂枚M制“1來對應于載頻f1，而“0用來對應于另一相載頻w2的已調(diào)波形，而這個可以用受矩形脈沖序列控制的開關電路對兩個

11、不同的獨立的頻率源w1、f2進行選擇通。如下原理圖：2FSK的解調(diào)方式2FSK的解調(diào)方式有兩種:相干解調(diào)方式和非相干解調(diào)方式.下面我們將詳細的介紹:1 非相干解調(diào)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f1、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。其原理圖如下列圖所示：2 相干解調(diào)根據(jù)已調(diào)信號由兩個載波f1、f2調(diào)制而成，那么先用兩個分別對f1、f2帶通的濾波器對已調(diào)信號進行濾波，然后再分別將濾波后的信號與相應的載波f1、f2相乘進行相干解調(diào)，再分別低通

12、濾波、用抽樣信號進行抽樣判決器即可。原理圖如下：Matlab程序實現(xiàn)Fc=150; %載頻 Fs=40; %系統(tǒng)采樣頻率 Fd=1; %碼速率 N=Fs/Fd; df=10; numSymb=25;%進行仿真的信息代碼個數(shù) M=2; %進制數(shù) SNRpBit=60;%信噪比 SNR=SNRpBit/log2(M);%60 seed=12345 54321; numPlot=15; x=randsrc(numSymb,1,0:M-1);%產(chǎn)生25個二進制隨機碼 figure(1) stem(0:numPlot-1,x(1:numPlot),bx);%顯示15個碼元，桿圖，從x的前十五個隨機數(shù)中選

13、取 title(二進制隨機序列) 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)組除法仿真時間 figure(2) plot(t,y(1:length(t),b-); axis(min(t) max(t) -1.5 1.5); title(調(diào)制后的信號) xlabel(Time); ylabel(Amplitude); %在已調(diào)信號中參加高斯白噪聲 randn(state,seed(2);

14、%生成-2到+2之間的隨機數(shù)矩陣 y=awgn(y,SNR-10*log10(0.5)-10*log10(N),measured,dB);%在已調(diào)信號中參加高斯白噪聲 figure(3) plot(t,y(1:length(t),b-);%畫出經(jīng)過信道的實際信號 axis(min(t) max(t) -1.5 1.5); title(參加高斯白噪聲后的已調(diào)信號) xlabel(Time); ylabel(Amplitude);%相干解調(diào) figure(4) z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,fsk/eye,M,df); title(相干解調(diào)后的信號的眼圖) %帶輸出波形的相干M元頻移鍵

15、控解調(diào) figure(5) 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)后的信號原序列比擬) legend(原輸入二進制隨機序列,相干解調(diào)后的信號) xlabel(Time); ylabel(Amplitude); %非相干解調(diào) figure(6) z2=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,fsk/eye/noncoh,M,df); title(非相干解調(diào)后的信號的眼圖) %帶輸出波形的非

16、相干M元頻移鍵控解調(diào) figure(7) 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) legend(原輸入二進制隨機序列,非相干解調(diào)后的信號) xlabel(Time); ylabel(Amplitude);%誤碼率統(tǒng)計 errorSym ratioSym=symerr(x,z1); figure(8) simbasebandex(0:1:5); title(相干解調(diào)后誤碼率

17、統(tǒng)計) errorSym ratioSym=symerr(x,z2); figure(9) simbasebandex(0:1:5); title(非相干解調(diào)后誤碼率統(tǒng)計) %濾除高斯白噪聲 Delay=3;R=0.5;PropD=0; %滯后3s yf,tf=rcosine(Fd,Fs,fir,R,Delay); %升余弦函數(shù) yo2,to2=rcosflt(y,Fd,Fs,filter,yf); %參加高斯白噪聲后的已調(diào)信號和經(jīng)過升余弦濾波器后的已調(diào)信號 t=0:numModPlot-1./Fs; figure(10) plot(t,y(1:length(t),r-); hold on;

18、plot(to2,yo2,b-);%濾出帶外噪聲 hold off; axis(0 30 -1.5 1.5); xlabel(Time); ylabel(Amplitude); legend(參加高斯白噪聲后的已調(diào)信號,經(jīng)過升余弦濾波器后的已調(diào)信號) title(升余弦濾波前后波形比擬) eyediagram(yo2,N);%眼圖 title(參加高斯白噪聲后的已調(diào)信號的眼圖)仿真結果 三、2psk信號調(diào)制解調(diào)2psk信號的調(diào)制不能采用包絡檢測的方法，只能進行相干解調(diào)，其原理框圖如下：不考慮噪聲時，帶通濾波器輸出可以表示為y(t)=cos(wct+n)式中n為2psk信號某一碼元的初相。n=0時