(完整word版)基于MATLAB的二二进制数字系统的调制(包括2ask-2fsk-2psk-2dpsk)

1、JST- MATLAB的三种二进制数字调制仿武任课老师学生姓名联系方式基于MATLAB实现三种二进制数字调制ASK. FSKv PSK程现代通信技术业电子信息科学与技术二零一七年十二月&T MATLAB的三种二进制数字调制仿戌目录一. 实验要求二. 实验仪三. 实验原理实验一二进制幅度«控（2ASK）一、2ASK信号的调制（1）2ASK 定义（2）2ASK调制原理（3）2ASK信号的解调二、MATLAB編程实现仿真实验二二进制频移键控（2FSK）一、2FSK调制理仁2FSK定义2、典型波形图3、2FSK 调制4、2FSK解调原理2FSK解调原理二、MATLAB編程实现仿真（1

2、生成序列（2）时域波形（3）三者频谱图实验三二进制相移犍控（2PSK）一、PSK调制解调原理2PSK泄义2PSK调制2PSK解调2PSK解调时域波形(1)(2)(3)(4)二、MATLAB编程实现仿真实验四 用simulink实现2ASK/2FSK/2PSK的仿真一、2ASK的仿真二、2ASK仿真实验结果及分析1、2ASK调制的和调制后的信号对比2、解调过程3、2ASK调制前、解调后和零阶保持后的编码数据三、2FSK 的 simulimk 仿真四、2FSK的仿真分析（1）基带数字信号和载波（2）调制与解调五、2PSK 的 simulink 仿真六、2PSK仿真结果分析（1）基带信号及载波（2）

3、调制与解调556710101010111111121313141515151516161620202122222323232425252526一、实验要求使用mat lab软件仿真实现三种二进制数字调制ASK、FSK、PSK,满足下列要 求：1. 使用随机序列产生10位二进制基带信号务，显示基带信号的时域波形及 频谱。2. 载波频率设为基带信号速率的2倍，产生三种调制信号(FSK另一个频率 设为4倍基带信号速率)并显示时域波形和频谱。3. 分析比较基带信号和三种己调信号的带究。二实验仪器1. PC 机一台(系统：Windows 7 X64)；2. MATLAB2016a 仿真软件。二进制数字调

4、制系统的原理及实现数字通信系统，按调制方式可以分为基带传输和带通传输。数字基带信号的 功率一般处于从零开始到某一频率(如06M)低频段，因而在很多实际的通信 (如无线信道)中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移，将数 字基带信号变换成适合信道传输的数字频带信号进行传输，这种传输方式，称为 数字信号的频带传输或调制传输、载波传输。所谓调制，是用基带信号对载波波 形的某参量进行控制，使该参最随基带信号的规律变化从而携带消息。对数字信 号进行调制可以便于信号的传输：实现信道S用：改变信号占据的带宽；改善系 统的件能。数字基带通信系统中四种基本的调制方式分别称为振幅键控(ASK, Ampl

5、itude-Shift keying)-* 移频键控(FSK, Frequency-Shift keying)、移相 键控(PSK» Phase-Shift keying )和差分移相键(DPSK» D迁ferent Phase-Sh迁t keying)o本次课程设计对前三种调制方式进行了仿真。实验一 二进制幅度键控(2ASK)一、2ASK信号的调制(1) 2ASK 定义幅移键控是利用载波的幅度变化來传递数字信息，而其频率和初始相位保持 不变。在2ASK中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或 二进制振幅键控的表达式为：s(t) = yl(t)cos(6)

6、o + ),0<t<7'.式中， Wo=2 H fo为载波的角频率；A(t)是随基带调制信号变化的时变振幅，即= 当发送Y时 I 2,当发送“0”时(2) 2ASK调制原理典型波形如图所示：0 02ASK信号的产生方法通常有两种：相乘法和键控法，相应的调制器如图:图2 (a)相乘法图2)开关法- 相乘法：由2ASK信号的表达式可知2ASK信号是调制信号和载波信号的乘积, 因此与一般的模拟幅度调制方法类似，可用相乘法产生2ASK信号，如图2(a) 所示。 键控法：由2ASK信号的波形图可以看出2ASK信号是用载波信号的有无来表示 的，因此可用开关电路来控制载波的通断來产生2A

7、SK信号，如图2 (b)所示, 这里的开关电路受控制。&T MATLAB的三种二进制数字调制仿戎(3)2ASK信号的解调在接收端，2ASK有两种基本的解调方法：非相干解调(包络检波法)相干解调(同步检测法)帯通»全波»»输由脉冲泄浪23»相集矗»»(a) II：相I解训方成eosw7綸出定时 脉冲5竺(b) Ifl I解调方成非相T解调方式(a)相干解调方式(b)相干解调法相干解调也叫同步解调，就是利用相干波和接收到的2ASK信号相乘分离出 包含原始信号的低频信号，再进行抽样判决恢复数字序列。相干波必须是与发送 端同频同相的正

8、弦信号：Z Ct) =v(t)cos(ft?z )=m(t)cos2(0f )= m(t)(l+cos(2创)= m(t)+m(t)cos(2<yf )II I式中l/2m(t)是基带信号，l/2m(t)8s(2则)是频率为20的高频信号，利用低通滤 波器可检测出基带信号，再经过抽样判决，即可恢复出原始数字信号序列 anL2ASK信号带宽为码元速率的2倍，即：B2ASK=2Rb.式中Rb为信息速率。相干解调的原理图如下：相乗S*油样判决器nCOSQf®非相干解调2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。所以，对2ASK信号也能够采用非相 干解调(包络检波法)。在本次仿真中，由r

9、2ASK相干解调的谋码率小于非相干解调，所以选取相T解 调方式。二、MATLAB编程实现仿真采用matlab编程实现2ASK调制，用随机函数生成10位二进制基带信号，同时生成3HZ的载波，用相乘得出2ASK信号，使用傅里叶变换分析基带信号、载波信号和2ASK信号的频谱，得出结论。程序如下：N=10；st=x-*carry;X=l；subplot(3/1/3)%调制信号生成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电频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 （调制信匕冷；title （*调制信号频«'）；axis(0 800 -2 2);cf=abs(fft(carry);%载波信号subplot(3/1,2);t=0,0125:0>0

11、125:N;plot(f,cf);carry=cos(2*pi*3*t);title （'載波信号频谱'）;subplot(3,1,2)stl=fftshift(abs(fft(st);plor(carry);sf=fftshift(stl);titie (* 载波');subplot(3,1/3);axis(0 800 -2 2);plot(f,sf);%调制生成2ASK信号title (* CASK (u 号频ifj ')；有如下实验结果：(1)生成序列为：0111100(2)调制信号、载波和已调信号时域波形如下:调制倍号221II"III0100

12、200300400500600700800由基带信号和已调信号对比可知，一个码元间隔Tb内，有两个正弦波形，即载波频率是码元速率的两倍: 随机信号时域波形上升下降沿会稍有陡说明产生基带信号a。的方法还需再 优化;由频谱分析可知，基带信号位于低频附近，而ASK让基带频i普搬移到载波频率仪 处。若基带信号的带宽为B,贝IJ ASK信号的带宽应为厂2片带;基丁 MATLAB的三种二进制数字调制仿A实验二 二进制频移键控（2FSK）一、2FSK调制原理K 2FSK定义载波的幅度不变，频率随an在两个频率中变化，用两个不同的频率携带传 递二进制数字信息，当发送“1 ”时对应于某个载波频率3C1发送“0”

13、时对 应于另个载频3C0我们把这种调制方式称之为二进制频移键控（2FSK）。当二进制数字信息序列是具有逻辑电平1和0的单极性不归零码时，二进制 频移键控信号可以看成是两个不同载频的二进制幅度键控信号之和，所以，二进 制频移键控信号的时域表达式为：C0S2M Zn”g(f-"T)cos246/一个FSK信号可以看成是两个不同载波的2ASK信号的栓加。其解调和解调 方法和ASK差不多。2FSK信号的频谱可以看成是fl和f2的两个2ASK频谱的组 合。频移键控是利用载波的频率來传递数字信号，在2FSK屮，载波的频率随着 二进制基带信号在fl和f2两个频率点间变化，频移键控是利用载波的频移变

14、化 來传递数字信息的。在2FSK中，载波的频率随基带信号在fl和f2两个频率点 间变化。故其表达式为：Acos(却 + 必) Acos(®/ + q)2、典型波形图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图2FSK典型波形图3、2FSK调制2FSK的调制方式有两种，即模拟调频法和键控法。本次设计采用键控法。键 控法中可以用二进制“1”來对应于载频fl,而“0”用來对应于另一频率f2, 而这个可以

15、用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源fl、 f2进行选择通。二者原理图如图所示：SfSK mC/)L =kc Sfsk(a)2FSK调制原理图4、2FSK解调原理2FSK信号的常用解调方法是相干解调（包络检波）和相干解调解调。原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分別解调，然后进行判决。这 里的抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限判决规则' 但应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率fl,则接收时上 支路的样值较大，应判为“1”；反之则判为“0”，即择大判决。3 1定I时瞅中砲减皮细二包给11曲器1(CT>她迪波器Hl

16、乘器卜低迪3 1刚器1 删騒盘13 一<050 rfCOSC5 1 叶图2FSK解调原理二.MATLAB编程实现仿真用randint函数生成10个随机数，形成基带数字信号a“由于一个FSK信号可 以看成是两个不同载波的2ASK信号的叠加，故可利用：cos2r + ycos2机F生成已调信号，再通过傅里叶变换得到频谱，分析数据。N=10;xl=x;x=I;调制信号生成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 (*调制信号，); 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 (载波 1 *); axis(0 800 -2 2);subplot(4,1,3)ploz(ca2);title (，载波 2 *); axis(0 800 -2 2);电调制生成2ASK fu号 fsk=x*cal+xl.*ca2;subplot(4,1,4)plot(fsk);title J2

18、FSK 信 U，)； axis(0 800 -1.5 1.5);令频谱分析 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制信号频i« ');cfl=abs(fft (cal); subplot(4,1,2);plot(f/cf1);title (，载波1信号频谱，)； cf2=abs(fft (ca2); subplot(4,1,3);plot(f,cf2);title 波2信号频谱冷； st

19、l=fftshift(abs(fft(fsk); sf=fftshift(stl);subplot(4,1,4);plot(f,sf);title (2FSK 信 U频iS-);JSP MATLAB的三种二进制数字调制仿戌有如下实验结果：(1)生成字列为：01010110(2)调制信号.载波1信号、载波2信号和2FSK信号时域波形如下:&T MATLAB的三种二进制数字调制仿戎（3）三者频谱图如下:400调制值号频诸30-20-10010203040载波1信号频谱4004003020-10010203040载波2信号频諳40-30-20-100102030402FSKfB号频诺100I

20、.%-30-20-10 , 10203040波形分析:由基带信号和己调信号对比可知: a广1时,一个码元间隔Tb内有两个正弦波形，即载波频率是码元速率的两倍, 为 0=2 Hz；a严0时，Tb内有四个正弦波形，即载波频率是码元速率的四倍，为q=4Hz： 可知，2FSK满足两载波频率为：=2?由频谱分析可知，基带信号位丁低频附近，而FSK让基带频谱搬移到载波频率 %和处。若基带信号的带宽为B则2FSK信号的带宽应为坊亦=2血帶+心才；实验三二进制相移键控(2PSK)一、PSK调制解调原理(1) 2PSK 定义当A(m(t)=l,载波的幅度不变，瞬时相位偏移0 m(t)随数字信息序列m(t) 而变

21、化，则称为数字调相或相移键控，其时域表达式可一般地表示为：s(t)=工驰 一 "G cosgr +)n(2) 2PSK 调制在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时, 则产生二进制移相键控(2PSK)信号。2PSK信号调制有两种方法，即模拟调制法 和键控法。通常用己调信号载波的0°和180。分别表示二进制数字基带信号的 1和0,模拟调制法用两个反相的载波信号进行调制。2PSK以载波的相位变化 作为参考基准的，当基带信号为0时相位相对于初始相位为0° ,当基带信号为 1时相对于初始相位为180° O键控法，是用未调载波的相位来携带

22、二进制信息的调制方式。通常用0°和 180*來分别代表0和1。其时域表达式为：s(t)=X g(r -必)cos W+&(”)n其中，2PSK的调制中an必须为双极性码。两种方法原理图分别如图278和图2-19所 示。gWcosa f1 cosa0)3lr1J1抄潮何图模拟调制法原理图fw)(0)图键控法原理图（3） 2PSK 解调2PSK信号的解调通常不能采用非相干解调方法，只能采用相干解调法，解调器 原理框图如下：acd0Vkcosd) / b2PSK解调时域波形bA2PSK信号相干解调各点波形如图所示。图中假设想干载波的基准相位与2PSK信 号的调制载波的基准相位一致。

23、但是，由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在 180°的相位模糊，也就是当恢复的相干载波产生180°倒相时，解调出的数字 基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反，解调器输出数字基带信号全部出 错。这种现象通常称为“倒n ”现象。由丁在2PSK信号的载波恢复过程中存在 着180°的相位模糊，所以2PSK信号的相干解调存在随机的“倒n ”现象，从 而使得2PSK方式在实际中很少采用。(4)图2PSK信号相干解调时域波形MATLAB编程实现仿真采用matlab编程实现2PSK调制，用随机函数生成10位二进制基带信号，同 时生成载波1和载波2 （和载波1有n的相差），用

24、相乘之和得出2PSK信号, 使用傅里叶变换分析基带信号、载波信号和2ASK信号的频谱，得出结论。JSr MATLAB的三种二进制数字调制仿戌N=10;X1='X；X=I；psk=x.*cal+xl.*ca2;%调制信号生成subplot(4,1,4)a= (randint(1/10/ 2);plot(psk);for i=l:Ntitle ('2PSK 信号)if a(i)=1axis(0 800 -1.5 1.5);x(i*80-79:i*80)=ones (1,80);%频谊分析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 (* 调制fn号 *);plot(f,xf);axis(0 800 -2 2);title (*调制信号频%载波信号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波信号0相位频subplot(4,1,2)cf2=abs(fft (ca2);ploL(cal);subplot(4,1,3);title 载波 1*);plot(f,cf2);axis(0 800 -2 2);title (* 18波信号1相位频iff-);subplot(4,1,3)stl=fftshift(abs(fft(psk);ploL(ca2);sf=fftshift(stl);title 载波 2T ;subplot(4/1,4);axis(0 800 -2 2);plot(f,sf);%调制生成2眞SK信号title ('2PSK 信 U频谱冷;有如下实验结果:(1)生成序列为：1110011101(2)调制信号、载波1信号、载波2信号和2FSK信号时域波形如下:相位调