四川大学电子信息工程现代通信技术试验报告

1、现代通信技术仿真实验报告课 程现代通信技术实验题目二进制数字FSK、PSK调制和解调学生姓名学 号班 级电子信息工程x班实验时间2019年1月10日一、实验要求使用MATLAB软件仿真实现二进制数字调制FSK、PSK和解调，满足下列要求：.使用随机序列产生12位二进制基带信号bn时显示基带信号域波形及频谱.载波频率设为基带信号速率的4倍，产生两种调制信号2FSK、2PSK （FSK另 一个频率设为3倍基带信号速率）并解调，并要求显示时域波形和频谱.分析比较基带信号和已调信号的带宽二、实验目的.通过仿真实验进一步理解掌握FSK、PSK的调制和解调原理。.学会使用MATLAB编写FSK、PSK的调

2、制程序。.掌握数字通信的FSK、PSK的调制方式三、实验内容.二进制数字调制FSK的MATLAB仿真实现。.二进制数字调制的PSK的MATLAB仿真实现。四、实验环境软件版本：MATLAB 2018a for windows系统版本：Windows10五、实验原理数字调制方式可以分为基带传输和载波传输。在基带传输中，数据流以离 散的PAM信号形式直接通过低通信道传输；在数字信号的载波传输中，输入数 据流（数字信号）被调制到载波上并通过带通信道传输。三种基本数字调制是幅度键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK。实验一、二进制数字调制FSK的调制和解调一、实验原理1.二进制频移键控2FSKAm

3、（t） = 1d ，（3C0 当a九=03c + m（t） =tdtlacl 当加=1载波的幅度不变，频率随m(t)在两个频率中变化，或者说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wcl,当发送0时对 应于另一个载波频率wc0，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m(t)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堪称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s2fsk = W ang(t _ nTb) coswcit + a-g(t-nTb)coswc2tn其中an非是an的反

4、码 它的频带宽度是两倍基带信号3基带与l/ci+A。1之和,即4fsk = 23 基带 +|+%。12.调制方法二进制频移键控信号的产生有两种(1)直接调频法按照1和0分别选择一个载波作为输出，这正是频率键控通信方式早期采用 的实现方法，也是利用模拟调频法实现数字调频的方法。这种方法产生的调频 信号相位是连续的。虽然直接调频实现方法简单，但其频率稳定度较低，同时 频率转换速度不能太快。频移键控法另一种方法是利用键控开关控制一个LC震荡回路两端的并接电容，发送1时， 开关断开，发送0时，开关接通。它有两个独立的振荡器，在二进制基带脉冲 序列的控制下通过开关电路对两个不同的频率源进行选择，使得在一

5、个码元持 续时间内输出其中的一路载波。键控法产生的2FSK信号频率稳定度高且没有过渡频率，除此之外它还具有很高的转换速度。2FSK圜制原理图过渡频率，除此之外它还具有很高的转换速度。2FSK圜制原理图cos wciZCOS i)c0/3.解调二进制频移键控信号的解调可以采用相干解调或非相干解调。其原理与二 进制幅度键控信号的解调相同，只是使用了两套电路而已。另一种常用而简便的方法时过零检测法，原理时在2FSK波的每个正向或负 向过零点处形成一个矩形脉冲，该脉冲序列的瞬时重复频率随信息序列m(t)作 相同规律的变化，所以，根据频移键控信号的过零率的大小可以检测已调信号 中的频率变化，从而恢复信息

6、序列m(t)。3,a) II3,a) II扪干螂调法+11卜解调法三、编程思路仿真程序分为4个模块，其中低通滤波模块LPF，傅里叶变换模块T2F，傅里叶 反变换模块F2T。四、仿真程序i=12 %基带信号码元数j=6000t=linspace(0,6,j) %0-6之间产生6000个点行矢量，将0,6分成6000份 fm=i/6 %基带信号频率码元数是12,而时域长度是6,也就是一个单位2个码元 f1=8 %载波1频率，基带频率的4倍f2=6 %载波2频率，基带频率的3倍a=round (rand (1, i) %产生随机数组%产生基带信号st1=tfor n=1:12 if a(n)st2(

7、1,m*500+250)for j=m*500+1:(m+1)*500 (1,j)=1endelsefor j=m*500+1:(m+1)*500 (1,j)=0endendendsubplot(4,1,3)plot (t,at,m) axis(0,6, 1,2) title (抽样判决后波形)%解调后的频谱模块 f,sf4= T2F(t,at) figure (4) subplot (4,1,4) plot(f,sf4,m) title (解调后的频谱) axis ( 10,10, 4,4)T2F模块，计算信号的频谱 function f,sf= T2F(t,st) %利用FFT计算信号的频

8、谱并与信号的真实频谱的抽样比较 dt = t (2) t (1) T=t(end) df = 1/TN = length (st) f= N/2 *df : df : N/2 *df dfsf = fft(st) sf = T/N*fftshift(sf) LPF模块，低通滤波function t,st=lpf(f,sf,B) %本函数使用低通滤波处理输入数据 df = f (2) f (1)T = 1/dfhf = zeros (1,length(f)bf = floor( B/df ): floor( B/df ) + floor( length(f)/2 )hf (bf)=1 yf=hf

9、.*sf t,st=F2 T(f,yf ) st = real (st)F2T模块，计算信号的傅里叶反变换function t,st=F2T(f,sf)df = f (2) f (1)Fmx = (f(end) f(1) +df) dt = 1/FmxN = length (sf) T = dt*Nt = 0 : dt: T dt sff = fftshift(sf) st = Fmx*ifft(sff) 五、实验数据分析.随机序列产生的基带信号、基带信号的反码、载波信号1、载波信号2 随机产生的二进制序列为101001111011基带信号的码元数位12,基带信号频率为2,实验要求载波频率一个

10、为基带 信号速率的4倍，一个为基带信号速率的3倍，所以设f1=8,f2=6Baseband Signalst 123栽波信号时域或出20003DD044W50D0&D00战法信号时麒形一02000300044KM500060D0Baseband Signalst 123栽波信号时域或出20003DD044W50D0&D00战法信号时麒形一02000300044KM500060D01(XM)-1111234Baseband signal Irwise Godest2.基带信号与载波1信号调制、基带信号与载波2调制、2FSK信号在bn=1时，一个码元对应4个周期的余弦波形，即载波频率为码元速率的4

11、倍在bn=0时，一个码元对应3个周期的余弦波形，即载波频率时码元速率的3倍.基带信号，载波信号1、载波信号2、2FSK信号频谱基带信号为12位二进制序列，频谱为sinc()函数叠加，所以中心零频占据大部分能量载波1，2为cos信号，频谱集中在2*PI*fc处基带信号位于0频附近，经过FSK调制后，频谱搬移f1和f2处，所以2FSP的带宽为 2B+|f1-f2|-202信号颜谐基带恰号损谱-fl -6-4-202信号颜谐基带恰号损谱-fl -6-4-202檄史1调制E值号频谱5波2词制后存号频谱4.相干解调，将FSK与载波1,载波2相乘低通滤波，抽样判决输出解调频谱 通过对比FSK解调后的波形与

12、基带信号波形可知，完全相同 通过抽样判决对比时域波形，也完全相同。信母与g相乘后虢形2.信母与g相乘后虢形2.34信号与 9相承后纨形234抽样判决后宸淖2.34-0.5L六、实验总结通过本次实验，使用MATLAB仿真通信系统中经典的数字载波调制，对通信 系统这门颇为抽象的课程有了更深入的理解，更重要的是，掌握了用计算机软 件处理复杂的信号计算，发挥计算机的优势。通过MATLAB仿真实现2FSK也逐渐熟悉了 MATLAB的使用，为今后学习更加 专业打下了基础。实验遇到的困难，主要源于对MATLAB的不熟悉，希望课后专门选择本学院 开设的MATLAB课程进行更深入的学习。对课程中讲述的2FSK调

13、制有了更深入的认识。如果是多进制，需要多个载 波，系统的复杂性会增加。但是原理基本不变。实验二、二进制数字调制PSK的调制与解调一、实验原理1.定义当Am(t)=1,载波的幅度不变，相位em(t)随数字信息序列m(t)而变化，则称之为数字调相或相移键控，其时域表达式为s(t) = coswj+ em(t)在连续波数字调制技术中，数字调相有绝对相移键控和差分相移键控之分。所谓二进制绝对相移键控2PSK是用为调制载波的相位作为基准的数字调相，它 用输入的二进制数字信息信号m(t) = 九4g(九Th)控制载波相位em(t)的变化，使0和1分别对应载波的两个不同初始相位。通 常这两个相位相隔PI弧度

14、，用0和PI相分别表示二进制信码1或0，可以定 义0,当一为0码 em(t) = ,PI相表示0, 0码和1码相位相差PI，2.波形0相表示1PI，当m(t)PI相表示0, 0码和1码相位相差PI，2.波形0相表示1.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。为了产生二进制PSK信号，需要双极性信号表示输入的二进制序列。编码过 程由一个双极性不归零电平编码器完成，生成的二进制波形和正弦载波送入乘 积调制器中，在调制器的输出端就可以得到期望的PSK波形。PSK调制原理图.解调

15、2PSK不能使用包络检测法，只能使用相干检测法。相干解调又叫同步检波，适用于所有线性调制信号的解调。实现相干解调 时，接收端要恢复处一个与调制载波严格同步的相干载波。相干解调是指利用 乘法器，输入一路与载频相干(同频同相)的参考信号与载频相乘。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“相位 模糊”现象，2PSK信号的相干解调存在随机的“倒n”现象，从而使得在实际 中采用2DPSK较多。2PSK解调原理框图二、设计步骤仿真实验程序主要由

16、主程序、低通滤波器(LPF)、傅里叶变换(TtoF)、傅里叶 反变换(FtoT)模块组成。三、仿真程序i=12 %基带信号码元数j=6000t=linspace (0,6 , j ) %0-6 之间产生 6000 个点fm=i/6 %码元速率fc=8 %载波频率B=2*fm %信号带宽%产生基带信号a=round (rand (1, i) %随机序列，基带信号figure (3)st1=tfor n=1:12if a(n)1for m=j/i*(n 1)+1:j/i*ns (m)=0endelsefor m=j/i*(n 1)+1:j/i*n s(m)=iend end endsubplot

17、(4,1,1)plot(t,st1,r)title (基带信号st1) axis(0,6, 1,2)%基带信号求反 st2=st1for k=1:jst(k)=st2(k)endsubplot(4,1,2)plot (t,st2,r)title (基带信号反码st2)axis(0,6, 1,2)st3=st1 st2subplot(4,1,3)plot (t,st3,r)title (双极性基带信号st3)axis(0,6, 2,2)%载波信号s1=sin(2 *pi*fc*t)subplot (4,1,4)plot(s1,r)title (载波信号s1)%调制部分psk=st3.*s1sub

18、plot (4,1,1) plot(t,psk)title(2PSK Post-modulation)%频谱部分f,sf1= T2F(t,st1)subplot(4,1,2)plot (f,sfl)title( Baseband signal Frequency Spectrum axis ( 10,10, 4,4)f,sf2= T2F(t,s1)subplot (413)plot (f,sf2) title( Carrier Signal Spectrum ) axis ( 10,10, 0.5,0.5)f,sf3= T2F(t,psk)subplot (4,1,4)plot (f,sf3)

19、 title( 2PSK Spectrum ) axis ( 20,20 , 2,2)%相干解调psk=psk.*s1 %与载波相乘 subplot(4,1,1) plot (t,psk,m)title (与载波s1相乘后波形)f ,af = T2F(t,psk) % 傅里叶变换t ,psk = lpf (f ,af ,B) %通过低通滤波器 subplot(4,1,2) plot (t,psk,m)title (低通滤波后波形)%抽样判决for m=0:i 1if psk(1,m*500+250)0for j=m*500+1:(m+1)*500 p(1,j)=0endelsefor j=m*

20、500+1:(m+1)*500 p(1,j)=1endendendsubplot(4,1,3)plot(t,psk,m) axis(0,6, 1,2) title (抽样判决后波形) %解调后的频谱 f,sf4= T2F (t ,psk) subplot(4,1,4) plot (f,sf4,m)title (解调后的频谱) axis ( 10,10, 4,4)低通滤波模块、傅里叶频谱分析，傅里叶逆变换与前一实验相同。四、实验结果分析基带f1.基带信号，基带信号反码，双极性基带信号，载波信号的时域波形产生12位随机的二进制数为101001111011载波的频率为基带信号速率的4倍，如图所示，一

21、门码元对应4个周期的 完整正弦波2.双极性基带信号与载波信号相乘的2PSK信号如图所示，1和0码对应的相位不同。基带信号为基带f1.基带信号，基带信号反码，双极性基带信号，载波信号的时域波形产生12位随机的二进制数为101001111011载波的频率为基带信号速率的4倍，如图所示，一门码元对应4个周期的 完整正弦波2.双极性基带信号与载波信号相乘的2PSK信号如图所示，1和0码对应的相位不同。基带信号为sinc函数，所以在0频 能量最为集中。基带信号频率位于低频部分，经过2PSK调制后频谱可知，频谱搬移到f 处。所以基带信号的带宽为B，则2PSK信号的带宽应为2B。-123载被信号”100034