基于MATLAB的三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制仿真基于MATLAB實(shí)現(xiàn)三種二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制ASK、FSK、PSK課程現(xiàn)代通信技術(shù)任課老師學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專業(yè)電子信息科學(xué)與技術(shù)聯(lián)系方式二零一七年十二月目錄一、實(shí)驗(yàn)要求 4二、實(shí)驗(yàn)儀器 4三、實(shí)驗(yàn)原理 4實(shí)驗(yàn)一二進(jìn)制幅度鍵控（2ASK） 5一、2ASK信號(hào)的調(diào)制 5（1）2ASK定義 5（2）2ASK調(diào)制原理 5（3）2ASK信號(hào)的解調(diào) 6二、MATLAB編程實(shí)現(xiàn)仿真 7實(shí)驗(yàn)二二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK） 10一、2FSK調(diào)制原理 101、2FSK定義 102、典型波形圖 103、2FSK調(diào)制 114、2FSK解調(diào)原理 112FSK解調(diào)原理 11二、MATLAB編程實(shí)現(xiàn)仿真 12（1）生成序列 13（2）時(shí)域波形 13（3）三者頻譜圖 14實(shí)驗(yàn)三二進(jìn)制相移鍵控（2PSK） 15一、PSK調(diào)制解調(diào)原理 15（1）2PSK定義 15（2）2PSK調(diào)制 15（3）2PSK解調(diào) 16（4）2PSK解調(diào)時(shí)域波形 16二、MATLAB編程實(shí)現(xiàn)仿真 16實(shí)驗(yàn)四用simulink實(shí)現(xiàn)2ASK/2FSK/2PSK的仿真 20一、2ASK的仿真 20二、2ASK仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 211、2ASK調(diào)制前和調(diào)制后的信號(hào)對(duì)比 212、解調(diào)過程 223、2ASK調(diào)制前、解調(diào)后和零階保持后的編碼數(shù)據(jù) 22三、2FSK的simulimk仿真 23四、2FSK的仿真分析 23（1）基帶數(shù)字信號(hào)和載波 23（2）調(diào)制與解調(diào) 24五、2PSK的simulink仿真 25六、2PSK仿真結(jié)果分析 25（1）基帶信號(hào)及載波 25（2）調(diào)制與解調(diào) 26（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)（同步檢測法）非相干解調(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)送端同頻同相的正弦信號(hào)：Z（t）=y(t)cos()=m(t)cos2()=m(t)[1+cos()]=m(t)+m(t)cos().式中1/2m(t)是基帶信號(hào)，1/2m(t)cos(2)是頻率為2的高頻信號(hào)，利用低通濾波器可檢測出基帶信號(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{an},2ASK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：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，由于2ASK相干解調(diào)的誤碼率小于非相干解調(diào)，所以選取相干解調(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;x=[];%調(diào)制信號(hào)生成a=(randint(1,10,2));fori=1:Nifa(i)==1x(i*80-79:i*80)=ones(1,80);elsex(i*80-79:i*80)=zeros(1,80);endendfigure(1);subplot(3,1,1)plot(x);title('調(diào)制信號(hào)');axis([0800-22]);%載波信號(hào)t=0.0125:0.0125:N;carry=cos(2*pi*3*t);subplot(3,1,2)plot(carry);title('載波');axis([0800-22]);%調(diào)制生成2ASK信號(hào)st=x.*carry;subplot(3,1,3)plot(st);title('2ASK信號(hào)');axis([0800-1.51.5]);%頻譜分析m=length(st);T=t(end);df=1/T;f=(-m/2:m/2-1)*df;xf=fftshift(abs(fft(x)));figure(2);subplot(3,1,1);plot(f,xf);title('調(diào)制信號(hào)頻譜');cf=abs(fft(carry));subplot(3,1,2);plot(f,cf);title('載波信號(hào)頻譜');st1=fftshift(abs(fft(st)));sf=fftshift(st1);subplot(3,1,3);plot(f,sf);title('2ASK信號(hào)頻譜');有如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（1）生成序列為：0111100100（2）調(diào)制信號(hào)、載波和已調(diào)信號(hào)時(shí)域波形如下：（3）三者頻譜圖如下：波形分析：?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)稍有陡峭，說明產(chǎn)生基帶信號(hào)an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讓基帶頻譜搬移到載波頻率處。若基帶信號(hào)的帶寬為B，則ASK信號(hào)的帶寬應(yīng)為；實(shí)驗(yàn)二二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）一、2FSK調(diào)制原理1、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ωc1發(fā)送“0”時(shí)對(duì)應(yīng)于另個(gè)載頻ωc0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：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。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f1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中，載波的頻率隨著二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1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f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。故其表達(dá)式為：2、典型波形圖圖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f1，而“0”用來對(duì)應(yīng)于另一頻率f2，而這個(gè)可以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f1、f2進(jìn)行選擇通。二者原理圖如圖所示：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”，即擇大判決。圖2FSK解調(diào)原理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)an。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：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;x=[];%調(diào)制信號(hào)生成a=(randint(1,10,2));fori=1:Nifa(i)==1x(i*80-79:i*80)=ones(1,80);elsex(i*80-79:i*80)=zeros(1,80);endendfigure(1)subplot(4,1,1)plot(x);title('調(diào)制信號(hào)');axis([0800-22]);%載波信號(hào)t=0.0125:0.0125:N;ca1=sin(2*pi*2*t);ca2=sin(2*pi*4*t);subplot(4,1,2)plot(ca1);title('載波1');axis([0800-22]);subplot(4,1,3)plot(ca2);title('載波2');axis([0800-22]);%調(diào)制生成2ASK信號(hào)x1=~x;fsk=x.*ca1+x1.*ca2;subplot(4,1,4)plot(fsk);title('2FSK信號(hào)');axis([0800-1.51.5]);%頻譜分析m=length(fsk);T=t(end);df=1/T;f=(-m/2:m/2-1)*df;xf=fftshift(abs(fft(x)));figure(2);subplot(4,1,1);plot(f,xf);title('調(diào)制信號(hào)頻譜');cf1=abs(fft(ca1));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('載波2信號(hào)頻譜');st1=fftshift(abs(fft(fsk)));sf=fftshift(st1);subplot(4,1,4);plot(f,sf);title('2FSK信號(hào)頻譜');有如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（1）生成序列為：0101011010（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：（3）三者頻譜圖如下：波形分析：?由基帶信號(hào)和已調(diào)信號(hào)對(duì)比可知：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；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；可知，2FSK滿足兩載波頻率為：?由頻譜分析可知，基帶信號(hào)位于低頻附近，而FSK讓基帶頻譜搬移到載波頻率處。若基帶信號(hào)的帶寬為B，則2FSK信號(hào)的帶寬應(yīng)為；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)]=1，載波的幅度不變，瞬時(shí)相位偏移θ[m(t)]隨數(shù)字信息序列m(t)而變化，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：（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。通常用已調(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°。鍵控法，是用未調(diào)載波的相位來攜帶二進(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：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2-18和圖2-19所示。圖模擬調(diào)制法原理圖圖鍵控法原理圖（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：2PSK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。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π”現(xiàn)象。由于在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π”現(xiàn)象，從而使得2PSK方式在實(shí)際中很少采用。（4）2PSK解調(diào)時(shí)域波形圖2PSK信號(hào)相干解調(diào)時(shí)域波形二、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π的相差），用相乘之和得出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。N=10;x=[];%調(diào)制信號(hào)生成a=(randint(1,10,2));fori=1:Nifa(i)==1x(i*80-79:i*80)=ones(1,80);elsex(i*80-79:i*80)=zeros(1,80);endendfigure(1)subplot(4,1,1)plot(x);title('調(diào)制信號(hào)');axis([0800-22]);%載波信號(hào)t=0.0125:0.0125:N;ca1=sin(2*pi*2*t);ca2=sin(2*pi*2*t+pi);subplot(4,1,2)plot(ca1);title('載波1');axis([0800-22]);subplot(4,1,3)plot(ca2);title('載波2');axis([0800-22]);%調(diào)制生成2ASK信號(hào)x1=~x;psk=x.*ca1+x1.*ca2;subplot(4,1,4)plot(psk);title('2PSK信號(hào)');axis([0800-1.51.5]);%頻譜分析m=length(psk);T=t(end);df=1/T;f=(-m/2:m/2-1)*df;xf=fftshift(abs(fft(x)));figure(2);subplot(4,1,1);plot(f,xf);title('調(diào)制信號(hào)頻譜');cf1=abs(fft(ca1));subplot(4,1,2);plot(f,cf1);title('載波信號(hào)0相位頻譜');cf2=abs(fft(ca2));subplot(4,1,3);plot(f,cf2);title('載波信號(hào)1相位頻譜');st1=fftshift(abs(fft(psk)));sf=fftshift(st1);subplot(4,1,4);plot(f,sf);title('2PSK信號(hào)頻譜');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