二进制数字调制技术的仿真.doc

1、目录一2ASK调制与解调.2-5 二2FSK调制与解调.5-9 三2DPSK调制与解调.9-15 四 总结.15一2ASK调制与解调的matlab仿真1. 原理：振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而频率和初始相位保持不变。在2ASK中：S2ask=m(t)*cos(2*pi*f*t)，其中m(t)为数字信号，后者为载波。载波在二进制基带信号控制下通断变化，所以又叫通-断键控（OOK）。2ASK的产生方法有两种：模拟调制和键控法而解调也有两中基本方式：非相干解调（包络检波）和相干解调（同步检测法）DS2ask=s(t)*cos(2*pi*f*t) =0.5*m(t)+0.5*m(t)*

2、cos(2*wc*t) 乘以相干载波后，只要滤去高频部分就可以了本次仿真使用相干解调方式：2ask信号 带通滤波器与与载波相乘低通滤波器 抽样判决 输出2. 2ASK仿真图Figure1 (2ASK调制)Figure2 (2ASK解调)3. 2ASK的matlab编码clc;clear all;close all;figure(1)%信源 a=randint(1,10,2);t=0:0.001:0.999;m=a(ceil(10*t+0.01); subplot(3,1,1)plot(t,m);axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(基带信号);%载波f=50;carry=cos

3、(2*pi*f*t);%2ASK调制st=m.*carry;subplot(3,1,2);plot(t,st)axis(0 1.2 -1.2 1.2)title(2ASK信号)%加高斯噪声nst=awgn(st,20,measured);subplot(3,1,3)plot(t,nst)axis(0 1.2 -1.2 1.2)title(信号+噪声)figure(2)%解调部分nst=nst.*carry;subplot(3,1,1)plot(t,nst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(乘以相干载波后的信号)%低通滤波器设计wp=2*pi*2*f*0.5;ws=2*pi*

4、2*f*0.9;Rp=2;As=45;N,wc=buttord(wp,ws,Rp,As,s);B,A=butter(N,wc,s);%低通滤波h=tf(B,A); %转换为传输函数dst=lsim(h,nst,t);subplot(3,1,2)plot(t,dst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(经过低通滤波器后的信号);%判决器k=0.25;pdst=1*(dst0.25);subplot(3,1,3)plot(t,pdst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(经过抽样判决后的信号)二2FSK调制与解调的matlab仿真二进制频移键控信号码元的“1”和

5、“0”分别用两个不同频率的正弦波形来传送，而其振幅和初始相位不变。故其表达式为：1、原理图 相关调制解调的原理图如带通滤波器带通滤波器相乘器相乘器低通滤波器低通滤波器抽样判决器Cos1tCos2t12抽样脉冲输出输入2. 2FSK仿真图 3. 2FSK的matlab编码%=生成随机码元、基带信号、调制=%n=8;%随机码元个数N=100;%模拟一个码元的点数K=2;%figure1画二个小图a=randint(1,n)%码元生成bita=;%定义空数组，存放基带信号for i=1:length(a) if a(i)=0 bit1=zeros(1,N); else bit1=ones(1,N);

6、 end bita=bita,bit1;%基带信号endfigure(1);subplot(K,1,1);plot(bita,LineWidth,1.5),title(基带信号),grid on;axis(0,N*length(a),-2.5,2.5);bitRate=1e3;%每一个码元中采样点的间隔宽度0.001sfc=1e3;%载频1KHZt=linspace(0,1/bitRate,N);tz=; c1=sin(2*pi*t*fc);%载波 c2=sin(2*pi*t*fc*2);%载波 for i=1:length(a) if a(i)=1 tz=tz,c1; else tz=tz,

7、c2; end endsubplot(K,1,2);plot(tz,LineWidth,1.5);title(2FSK已调信号);grid on;figure(2);signal=awgn(tz,10,measured);%加噪subplot(K,1,1);plot(signal,LineWidth,1.5),grid on;title(信号+噪声)%=解调=%Fs=5e3;%采样频率b1,a1=ellip(4,0.1,40,999.9,1000.1*2/Fs);%设计IIR带通滤波器，阶数为4，通带纹波0.1，阻带衰减40DBb2,a2=ellip(4,0.1,40,1999.9,2000.

8、1*2/Fs);sa=filter(b1,a1,signal);%信号通过该滤波器sb=filter(b2,a2,signal);figure(3);K1=3;%figure3画（3*2)幅图表示解调过程subplot(K1,2,1);plot(sa,LineWidth,1.5),grid on;title(BPF)subplot(K1,2,2);plot(sb,LineWidth,1.5),grid on;title(BPF)%=相乘器=%t=linspace(0,1/bitRate,N);c1=sin(2*pi*t*fc);c2=sin(2*pi*t*fc*2);sia=;sib=; fo

9、r i=1:n sia=sia,c1; sib=sib,c2; end siga=sa.*sia;%乘同频同相sia sigb=sb.*sib;%乘同频同相sibsubplot(K1,2,3);plot(siga,LineWidth,1.5),grid on;title(相乘器); subplot(K1,2,4);plot(sigb,LineWidth,1.5),grid on;title(相乘器); %=LPF=%Fs=5e3;%抽样频率400HZb1,a1=ellip(4,0.1,40,50*2/Fs);%设计IIR低通滤波器b2,a2=ellip(4,0.1,40,50*2/Fs);%设

10、计IIR低通滤波器sfa=filter(b1,a1,siga);%信号通过该滤波器，输出信号sfasfb=filter(b2,a2,sigb);%信号通过该滤波器，输出信号sfbsubplot(K1,2,5);plot(sfa,LineWidth,1.5),grid on;title(LPF); subplot(K1,2,6);plot(sfb,LineWidth,1.5),grid on;title(LPF);%=抽样判决=%s2a=;s2b=;LL=fc/bitRate*N;i1=LL/2;i2=LL;bitb=;while (i1=0; i1=i1+LL;endwhile (i2=len

11、gth(sfb) s2b=s2b,sfb(i2)s2b(i) bit1=zeros(1,N); else bit1=ones(1,N); end bitb=bitb,bit1;endfigure(2);subplot(K,1,2); plot(bitb,LineWidth,1.5),grid on;title(解调后信号); axis(0,length(bitb),-2.5,2.5);三2DPSK调制与解调的matlab仿真1、 2DPSK基本原理1.1 2DPSK信号原理2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：

12、0表示0码，表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图2.1所示。图1.1 2DPSK信号在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。定义 DF为本码元初相与前一码元初相之差，假设：DF=0数字信息“0”；DF=p数字信息“1”。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如

13、下：数字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1DPSK信号相位：0 p p 0 p p 0 p 0 0 p或：p 0 0 p 0 0 p 0 p p 01.2 2DPSK信号的调制原理一般来说，2DPSK信号有两种调试方法，即模拟调制法和键控法。2DPSK信号的的模拟调制法框图如图1.2.1所示，其中码变换的过程为将输入的单极性不归零码转换为双极性不归零码。码变换相乘载波s(t)eo(t)图1.2.1 模拟调制法2DPSK信号的的键控调制法框图如图1.2.2所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。选相开关作用为当输入为数字信息“0” 时接相位0，当输入数字信息为

14、“1”时接pi。图1.2.2 键控法调制原理图1.3 2DPSK信号的解调原理2DPSK信号最常用的解调方法有两种，一种是极性比较和码变换法，另一种是差分相干解调法。 1.3.1 2DPSK信号解调的极性比较法它的原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，再与本地载波相乘，去掉调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决的到基带信号的差分码，再经过逆差分器，就得到了基带信号。它的原理框图如图1.3.1所示。延迟T相乘器低通滤波器抽样判决器2DPSK带通滤波器图 1.3.1 极性比较解调原理

15、图 1.3.2 2DPSK信号解调的差分相干解调法差分相干解调的原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，此后该信号分为两路，一路延时一个码元的时间后与另一路的信号相乘，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决，抽样判决器的输出即为原基带信号。它的原理框图如图1.3.2所示。带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器逆码变换本地载波2DPSK图 1.3.2 差分相干解调原理图 2. 2DPSK模拟调制和差分相干解调法3. 2DPSK的matlab编码clear;t0=0.15;ts=0.001;fc=200;sn

16、r=10;fs=1/ts;df=0.2;t=ts:ts:t0;snr_lin=10(snr/10);y=;nm=length(t);%生成2DPSKbn=;bn(1)=1;%bn是差分码，设bn的第一个符号为1for i=1:10 x=rand; if x=0.5 m(i)=1; else m(i)=0; end bn(i+1)=xor(m(i),bn(i); for j=1:15 l=(i-1)*15+j; c(l)=cos(2*pi*fc*t(l); c1(l)=cos(2*pi*fc*t(l)+pi); if m(i)=1; mi(l)=1; else mi(l)=0; end if b

17、n(i+1)=1; bn1(l)=1; y(l)=c(l); else bn1(l)=0; y(l)=c1(l); end endend%加噪声signal_power=power(y(1:length(t); % power in modulated signalnoise_power=signal_power/snr_lin; % compute noise powernoise_std=sqrt(noise_power); % compute noise standard deviationnoise=noise_std*randn(1,length(y); % generate noi

18、ser=y+noise; % add noise to the modulated signal%时域频域转换m=mi;M,m,df1=fftseq(m,ts,df);M=M*ts;BN1,bn1,df1=fftseq(bn1,ts,df);BN1=BN1*ts;f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2;Y,y,df1=fftseq(y,ts,df);Y=Y*ts;C,c,df1=fftseq(c,ts,df);C=C*ts;R,r,df1=fftseq(r,ts,df);R=R*ts;NOISE,noise,df1=fftseq(noise,ts,df);NOISE=NO

19、ISE*ts;%解调f_cutoff=70;n_cutoff=floor(70/df1);H=zeros(size(f);H(1:n_cutoff)=2*ones(1,n_cutoff);H(length(f)-n_cutoff+1:length(f)=2*ones(1,n_cutoff);yy=r.*c;YY,yy,df1=fftseq(yy,ts,df);YY=YY*ts;DEM=H.*YY;%滤波dem=real(ifft(DEM)/fs;dem=dem(1:length(t);ytemp=dem;y1=ytemp;for i=(1:length(t);% 判决，得到解调结果 if y1

20、(1,i)0; y1(1,i)=1; else y1(1,i)=0; end;end;for i=(1:10);%码反变换 k=y1(i-1)*15+1:i*15); if mean(k)0.5; y2(i)=1; else y2(i)=0; end endy3(1)=xor(y2(1),1);for i=(2:10); y3(i)=xor(y2(i-1),y2(i);endfor i=(1:10); for j=(1:15); l=(i-1)*15+j; if y3(i)=1; yout(l)=1; else yout(l)=0; end end end Y1,y1,df1=fftseq(y

21、1,ts,df);Y1=Y1*ts;YOUT,yout,df1=fftseq(yout,ts,df);YOUT=YOUT*ts;pause;%仿真figure(1);subplot(4,1,1);plot(t,mi(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel(Time);title(源信号波形);subplot(4,1,2);plot(t,bn1(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel(Time);title(码变换后波形);subplot(4,1,3);plot(t,y(1:length(t);grid;ax

22、is(0 0.15 -2 2);xlabel(Time);title(未加噪声调制波形);subplot(4,1,4);plot(t,r(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel(Time);title(加噪声调制波形);figure(2);subplot(4,1,1);plot(t,yy(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel(Time);title(相干解调后波形);subplot(4,1,2);plot(t,dem(1:length(t);grid;xlabel(Time);title(低通后波形);s

23、ubplot(4,1,3);plot(t,y1(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel(Time);title(抽样判决后波形);subplot(4,1,4);plot(t,yout(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel(Time);title(码反变换后波形);四. 心得体会本次课程设计在刚开始的过程中无从下手，手忙脚乱，时间又紧，最终决定用软件仿真来实现2ASK,2FSK,2DPSK调制解调的设计。通过这次课程设计我们能够比较系统的了解理论知识，掌握了2ASK,2FSK,2DPSK调制解调的工作原理及

24、2ASK,2FSK,2DPSK调制解调系统的工作过程，学会了使用仿真软件Matlab，并学会通过应用软件仿真来实现某些通信系统的设计，对以后的学习和工作都起到了一定的作用，加强了动手能力和学业技能。 通过这次课程设计还让我们知道了，我们平时所学的知识如果不加以实践的话等于纸上谈兵。课程设计主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意识。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，巩固我们已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实。当然在做课程设计的过程中总会出现各种问题，在这种情况下我们都会努力寻求最佳路径解决问题，无形间提高了我们的动手，动脑能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。总的来说，这次课程设计让我们收获颇多，不仅让我们更深一步理解书本的知识，提高我们分析问题和解决问题的能力，而且让我们体会到团队的重要性。