基于MATLAB的2ASK2FSK和2PSK的調(diào)制仿真

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（一）一、實(shí)驗(yàn)名稱：基于MATLAB的2ASK、2FSK和2PSK的調(diào)制仿真二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）熟悉2ASK、2FSK和2PSK的調(diào)制原理。（2）學(xué)會(huì)運(yùn)用Matlab編寫2ASK、2FSK和2PSK調(diào)制程序。（3）會(huì)畫出原信號(hào)和調(diào)制信號(hào)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(w0+) 0tT式中，w0=2f

2、0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“1”時(shí)當(dāng)發(fā)送“0”時(shí)A(t) = 典型波形如圖所示：2ASK信號(hào)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(shí)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(cè)法），相應(yīng)的接收系統(tǒng)方框圖如圖：3.2、二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)碼元的“1”和“0”分別用兩個(gè)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： 圖4 2FSK信號(hào)時(shí)間波形由圖

3、可見，2FSK信號(hào)的波形（a）可以分解為波形（b）和波形（c）,也就是說，一個(gè)2FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加。2FSK信號(hào)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(hào)去調(diào)制一個(gè)調(diào)頻器，使其能夠輸出兩個(gè)不同頻率的碼元。第二種方法是用一個(gè)受基帶脈沖控制的開關(guān)電路去選擇兩個(gè)獨(dú)立頻率源的振蕩作為輸出。 2FSK信號(hào)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(hào)由兩個(gè)載波f1、f2調(diào)制而成，則先用兩個(gè)分別對(duì)f1、f2帶通的濾波器對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行濾波，然后再分別將濾波后的信號(hào)與相應(yīng)的載波f1、f2相乘進(jìn)行相干解調(diào)，再分別低通濾波、用抽樣信號(hào)進(jìn)行抽樣判決器即可。原理圖

4、如下：帶通濾波器F1非相關(guān)接收經(jīng)過調(diào)制后的2FSK數(shù)字信號(hào)通過兩個(gè)頻率不同的帶通濾波器f1、f2濾出不需要的信號(hào)，然后再將這兩種經(jīng)過濾波的信號(hào)分別通過包絡(luò)檢波器檢波，最后將兩種信號(hào)同時(shí)輸入到抽樣判決器同時(shí)外加抽樣脈沖，最后解調(diào)出來的信號(hào)就是調(diào)制前的輸入信號(hào)。其原理圖如下圖所示：圖5（b）非相干方式33、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 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，式子可以改寫為概率為P 概率為1-P典型

5、波形如圖所示。由于表示信號(hào)的兩種碼元的波形相同，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Ts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-P2PSK信號(hào)的調(diào)制原理框圖如圖所示。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)。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。四仿真源程序和代碼2ASK調(diào)制解調(diào)程序及注釋clear allclose alli=10;%10個(gè)碼元j=5000;t=linspace(0,

6、5,j);%0-5之間產(chǎn)生5000個(gè)點(diǎn)行矢量，即分成5000 fc=10;%載波頻率fm=i/5;%碼元速率%產(chǎn)生基帶信號(hào)x=(rand(1,i)%rand函數(shù)產(chǎn)生在0-1之間隨機(jī)數(shù)，共1-10個(gè)figure(2)plot(x)a=round(x);%隨機(jī)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=1:10 if a(n)<1; for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=0; end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=1; end endendfigure(1);subplot(

7、421);plot(t,st);axis(0,5,-1,2);title('基帶信號(hào)st');%載波s1=cos(2*pi*fc*t);subplot(422);plot(s1);title('載波信號(hào)s1');%調(diào)制e_2ask=st.*s1;subplot(423);plot(t,e_2ask);title('已調(diào)信號(hào)');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(hào)');%相干解調(diào)at=e_2ask.*

8、cos(2*pi*fc*t);at=at-mean(at);%因?yàn)槭菃螛O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(hào)');f,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)+0.5<0.5; for j=m*500+1:(m+1)*500; at(1,j)=0; end else for j=m*50

9、0+1:(m+1)*500; at(1,j)=1; end endendsubplot(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=10;%基帶信號(hào)碼元數(shù)j=5000;a=round(rand(1,i);%產(chǎn)生隨機(jī)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(hào)頻率%產(chǎn)生基帶信號(hào)st1=t;for n=1:10 if a(n)<1; for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0

10、; end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1; end endendst2=t;%基帶信號(hào)求反for n=1:j; if st1(n)>=1; st2(n)=0; else st2(n)=1; endend;figure(1);subplot(411);plot(t,st1);title('基帶信號(hào)st1');axis(0,5,-1,2);subplot(412);plot(t,st2);title('基帶信號(hào)反碼st2');axis(0,5,-1,2);%載波信號(hào)s1=cos(2*pi*f1*t)s2=cos(2

11、*pi*f2*t)subplot(413),plot(s1);title('載波信號(hào)s1');subplot(414),plot(s2);title('載波信號(hào)s2');%調(diào)制F1=st1.*s1;%加入載波1F2=st2.*s2;%加入載波2figure(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);title('

12、2FSK信號(hào)')%鍵控法產(chǎn)生的信號(hào)在相鄰碼元之間相位不一定連續(xù)nosie=rand(1,j);fsk=e_fsk+nosie;subplot(414);plot(t,fsk);title('加噪聲后信號(hào)')%相干解調(diào)st1=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,s

13、t2 = lpf(f,sf2,2*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; end else for j=m*500+1:(m+1)*500; at(1,j)=1; end endend;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c

14、lear allclose alli=10;j=5000;fc=4;%載波頻率fm=i/5;%碼元速率B=2*fm;t=linspace(0,5,j);%產(chǎn)生基帶信號(hào)a=round(rand(1,i);%隨機(jī)序列,基帶信號(hào)figure(3);stem(a);st1=t;for n=1:10 if a(n)<1; for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0; end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1; end endendfigure(1);subplot(411);plot(t,st1);title('基帶信號(hào)st1

15、');axis(0,5,-1,2);%基帶信號(hào)求反%由于PSK中的是雙極性信號(hào)，因此對(duì)上面所求單極性信號(hào)取反來與之一起構(gòu)成雙極性碼st2=t; for k=1:j; if st1(k)>=1; st2(k)=0; else st2(k)=1; endend;subplot(412);plot(t,st2);title('基帶信號(hào)反碼st2');axis(0,5,-1,2);st3=st1-st2;subplot(413);plot(t,st3);title('雙極性基帶信號(hào)st3');axis(0,5,-2,2);%載波信號(hào)s1=sin(2*pi*

16、fc*t);subplot(414);plot(s1);title('載波信號(hào)s1');%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s1相乘后波形');f,af = T2

17、F(t,psk);%通過低通濾波器t,psk = lpf(f,af,B);subplot(514);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)<0; for j=m*500+1:(m+1)*500; psk(1,j)=0; end else for j=m*500+1:(m+1)*500; psk(1,j)=1; end endendsubplot(515);plot(t,psk);axis(0,5,-1,2);title('抽樣判決后波形')用到的傅立葉T2F函數(shù)%

18、利用FFT計(jì)算信號(hào)的頻譜并與信號(hào)的真實(shí)頻譜的抽樣比較。%腳本文件T2F.m定義了函數(shù)T2F，計(jì)算信號(hào)的傅立葉變換。function f,sf= T2F(t,st)dt = t(2)-t(1);T=t(end);df = 1/T;N = length(st);f=-N/2*df:df:N/2*df-df; sf = fft(st);sf = T/N*fftshift(s）；用到的低通濾波器函數(shù)function t,st=lpf(f,sf,B)df = f(2)-f(1);T = 1/df;hf = zeros(1,length(f);%全零矩陣bf = -floor( B/df ): floor

19、( B/df ) + floor( length(f)/2 );hf(bf)=1;yf=hf.*sf;t,st=F2T(f,yf);st = real(st);用到的反傅立葉函數(shù)%腳本文件F2T.m定義了函數(shù)F2T，計(jì)算信號(hào)的反傅立葉變換。function t,st=F2T(f,sf)%This function calculate the time signal using ifft function for the input%signal's spectrum df = f(2)-f(1);Fmx = ( f(end)-f(1) +df);dt = 1/Fmx;N = length(sf);T = dt*N;%t=-T/2:dt:T/2-dt;t = 0:dt:T-dt;sff = fftshift(sf);st = Fmx*ifft(sff);五、仿真結(jié)果及分析5.1 2ASK分析通過編寫M文件程序，產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)，編程后。程序中注有需注意語句及解釋。運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)2ASK的調(diào)