matlab二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、一設(shè)計(jì)題目：二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)二主要內(nèi)容：二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)matlab及simulink建模環(huán)境簡(jiǎn)介 matlab 是美國(guó)mathworks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括matlab和simulink兩大部分。simulink是matlab最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)s

2、imulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于simulink。 simulink 是matlab中的一種可視化仿真工具， 是一種基于matlab的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(gui) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊

3、和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。三具體要求 a利用所學(xué)的通信原理及應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)2ask數(shù)字調(diào)制器。完成對(duì)2ask的調(diào)制與解調(diào)仿真電路設(shè)計(jì)，并對(duì)其仿真結(jié)果進(jìn)行分析。要求理解2ask信號(hào)的產(chǎn)生，掌握2ask信號(hào)的調(diào)制原理和實(shí)現(xiàn)方法并畫(huà)出實(shí)現(xiàn)框圖。b設(shè)計(jì)一個(gè)2fsk數(shù)字調(diào)制器。要求給出2fsk的產(chǎn)生原理框圖（調(diào)頻法、鍵控法）、matlab仿真調(diào)制解調(diào)的原理框圖，給出信號(hào)的頻譜圖、調(diào)制前與解調(diào)后數(shù)據(jù)波形圖c設(shè)計(jì)一個(gè)2psk數(shù)字調(diào)制器。給出信號(hào)的頻譜圖、調(diào)制前與解調(diào)后數(shù)據(jù)波形圖.d. 盡可能做出加噪前后相關(guān)波形。(加分項(xiàng))數(shù)字通

4、信系統(tǒng)的基本模型 從消息傳輸角度看,該系統(tǒng)包括了兩個(gè)重要交換,即消息與數(shù)字基帶信號(hào)之間的交換,數(shù)字基帶信號(hào)與信道信號(hào)之間的交換.通常前一種交換由發(fā)收端設(shè)備完成.而后一種交換則由調(diào)制和解調(diào)完成.數(shù)字通信系統(tǒng)模型一、2ask調(diào)制解調(diào) 基本原理2ask是利用載波的幅度變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而其頻率和初始相位保持不變。其信號(hào)表達(dá)式為： ，s (t)為單極性數(shù)字基帶信號(hào)。2ask幅移鍵控幅移鍵控（ask）相當(dāng)于模擬信號(hào)中的調(diào)幅，只不過(guò)與載頻信號(hào)相乘的是二進(jìn)數(shù)碼而已。幅移就是把頻率、相位作為常量，而把振幅作為變量，信息比特是通過(guò)載波的幅度來(lái)傳遞的。由于調(diào)制信號(hào)只有0或1兩個(gè)電平，相乘的結(jié)果相當(dāng)于將載頻或者關(guān)

5、斷，或者接通，它的實(shí)際意義是當(dāng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)1時(shí)，傳輸載波；當(dāng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)為0時(shí)，不傳輸載波。由圖可以看出2ask信號(hào)的時(shí)間波形e2ask（t）隨二進(jìn)制基帶信號(hào)s（t）通斷變化。所以又被稱為通斷鍵控信號(hào)2ask信號(hào)的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制法和鍵控法。模擬調(diào)制法使用乘法器實(shí)現(xiàn)鍵控法使用開(kāi)關(guān)電路實(shí)現(xiàn)2ask的調(diào)制方法2ask有兩種基本解調(diào)方法：相干解調(diào)法（同步檢測(cè)法）和非相干解調(diào)法（包絡(luò)檢波法）。相干解調(diào)需要將載頻位置的已調(diào)信號(hào)頻譜重新搬回原始基帶位置，因此用相乘器與載波相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)。為確保無(wú)失真還原信號(hào)，必須在接收端提供一個(gè)與調(diào)制載波嚴(yán)格同步的本地載波，這是整個(gè)解調(diào)過(guò)程能否順利完好進(jìn)行的關(guān)

6、鍵。 相干解調(diào)非相干解調(diào) 2ask信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形振幅鍵控是利用載波的幅度變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而頻率和初始相位保持不變。在2ask中：s2ask=m(t)*cos(2*pi*f*t)，其中m(t)為數(shù)字信號(hào)，后者為載波。載波在二進(jìn)制基帶信號(hào)控制下通斷變化，所以又叫通-斷鍵控（ook）。2ask的產(chǎn)生方法有兩種：模擬調(diào)制和鍵控法而解調(diào)也有兩中基本方式：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）和相干解調(diào)（同步檢測(cè)法）ds2ask=s(t)*cos(2*pi*f*t) =0.5*m(t)+0.5*m(t)*cos(2*wc*t) 乘以相干載波后，只要濾去高頻部分就可以了本次仿真使用相干解調(diào)方式：2ask信

7、號(hào) 帶通濾波器與與載波相乘低通濾波器 抽樣判決 輸出以下就是matlab的仿真結(jié)果極其頻譜圖（省去了帶通filter）可以看到解調(diào)后的信號(hào)與信源有一定的延時(shí)。通過(guò)觀察頻譜圖，用放大鏡可以清楚的看到，2ask實(shí)現(xiàn)了頻譜的搬移，將基帶信號(hào)搬移到了fc=150hz的頻率上，而且若只計(jì)頻譜的主瓣則有： b2ask=2fs，fs=1/ts其中ts為一個(gè)碼元寬度即：2ask信號(hào)的傳輸帶寬是碼元傳輸速率的2倍matlab程序?qū)崿F(xiàn)clc;clear all;close all;%信源 a=randint(1,15,2);t=0:0.001:0.999;m=a(ceil(15*t+0.01); subplot(

8、511)plot(t,m);axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(信源);%載波f=150;carry=cos(2*pi*f*t);%2ask調(diào)制st=m.*carry;subplot(512);plot(t,st)axis(0 1.2 -1.2 1.2)title(2ask信號(hào)) %加高斯噪聲 nst=awgn(st,70);%解調(diào)部分nst=nst.*carry; subplot(513)plot(t,nst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(乘以相干載波后的信號(hào))%低通濾波器設(shè)計(jì)wp=2*pi*2*f*0.5;ws=2*pi*2*f*0.9; rp=2

9、;as=45;n,wc=buttord(wp,ws,rp,as,s);b,a=butter(n,wc,s);%低通濾波h=tf(b,a); %轉(zhuǎn)換為傳輸函數(shù) dst=lsim(h,nst,t);subplot(514)plot(t,dst)axis(0 1.2 -0.2 1.2);title(經(jīng)過(guò)低通濾波器后的信號(hào));%判決器k=0.25;pdst=1*(dst0.25);subplot(515)plot(t,pdst)axis(0 1.2 -0.2 1.2); title(經(jīng)過(guò)抽樣判決后的信號(hào))%頻譜觀察%調(diào)制信號(hào)頻譜t=t(end);df=1/t;n=length(st);f=(-n/2:

10、n/2-1)*df;sf=fftshift(abs(fft(st);figure(2)subplot(411)plot(f,sf)title(調(diào)制信號(hào)頻譜)%信源頻譜 mf=fftshift(abs(fft(m);subplot(412)plot(f,mf)title(信源頻譜)% 乘以相干載波后的頻譜 mmf=fftshift(abs(fft(nst);subplot(413)plot(f,mmf)title(乘以相干載波后的頻譜)%經(jīng)過(guò)低通濾波后的頻譜dmf=fftshift(abs(fft(dst);subplot(414)plot(f,dmf)title(經(jīng)過(guò)低通濾波后的頻譜 ); 二

11、、2fsk調(diào)制解調(diào) 頻移鍵控是利用載波的頻率來(lái)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(lái)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：典型波形如下圖所示。由圖可見(jiàn)。2fsk信號(hào)可以看作兩個(gè)不同載頻的ask信號(hào)的疊加。因此2fsk信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式又可以寫(xiě)成：2fsk數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)制原理2f s k調(diào)制就是使用兩個(gè)不同的頻率的載波信號(hào)來(lái)傳輸一個(gè)二進(jìn)制信息序列?？梢杂枚M(jìn)制“1”來(lái)對(duì)應(yīng)于載頻f1，而“0”用來(lái)對(duì)應(yīng)于另一相載頻w2的已調(diào)波形，而這個(gè)可以用受矩形脈沖序列控制的開(kāi)關(guān)電路對(duì)

12、兩個(gè)不同的獨(dú)立的頻率源w1、f2進(jìn)行選擇通。如下原理圖：2fsk的解調(diào)方式2fsk的解調(diào)方式有兩種:相干解調(diào)方式和非相干解調(diào)方式.下面我們將詳細(xì)的介紹:1 非相干解調(diào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后的2fsk數(shù)字信號(hào)通過(guò)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(guò)濾波的信號(hào)分別通過(guò)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(lái)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： 2 相干解調(diào) 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

13、低通濾波、用抽樣信號(hào)進(jìn)行抽樣判決器即可。原理圖如下：matlab程序?qū)崿F(xiàn)fc=150; %載頻 fs=40; %系統(tǒng)采樣頻率 fd=1; %碼速率 n=fs/fd; df=10; numsymb=25;%進(jìn)行仿真的信息代碼個(gè)數(shù) m=2; %進(jìn)制數(shù) snrpbit=60;%信噪比 snr=snrpbit/log2(m);%60 seed=12345 54321; numplot=15; x=randsrc(numsymb,1,0:m-1);%產(chǎn)生25個(gè)二進(jìn)制隨機(jī)碼 figure(1) stem(0:numplot-1,x(1:numplot),bx);%顯示15個(gè)碼元，桿圖，從x的前十五個(gè)隨機(jī)數(shù)

14、中選取 title( 二進(jìn)制隨機(jī)序列) xlabel(time); ylabel(amplitude) ; %調(diào)制 y=dmod(x,fc,fd,fs,fsk,m,df);%數(shù)字帶通調(diào)制 nummodplot=numplot*fs; %15*40 t=0:nummodplot-1./fs;%數(shù)組除法（仿真時(shí)間） figure(2) plot(t,y(1:length(t),b-); axis(min(t) max(t) -1.5 1.5); title(調(diào)制后的信號(hào)) xlabel(time); ylabel(amplitude); %在已調(diào)信號(hào)中加入高斯白噪聲 randn(state,see

15、d(2); %生成-2到+2之間的隨機(jī)數(shù)矩陣 y=awgn(y,snr-10*log10(0.5)-10*log10(n),measured,db);%在已調(diào)信號(hào)中加入高斯白噪聲 figure(3) plot(t,y(1:length(t),b-);%畫(huà)出經(jīng)過(guò)信道的實(shí)際信號(hào) axis(min(t) max(t) -1.5 1.5); title(加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào)) xlabel(time); ylabel(amplitude);%相干解調(diào) figure(4) z1=ddemod(y,fc,fd,fs,fsk/eye,m,df); title(相干解調(diào)后的信號(hào)的眼圖) %帶輸出波形的相

16、干m元頻移鍵控解調(diào) figure(5) stem(0:numplot-1,x(1:numplot),bx); hold on; stem(0:numplot-1,z1(1:numplot),ro); hold off; axis(0 numplot -0.5 1.5); title(相干解調(diào)后的信號(hào)原序列比較) legend(原輸入二進(jìn)制隨機(jī)序列,相干解調(diào)后的信號(hào)) xlabel(time); ylabel(amplitude); %非相干解調(diào) figure(6) z2=ddemod(y,fc,fd,fs,fsk/eye/noncoh,m,df); title(非相干解調(diào)后的信號(hào)的眼圖) %帶

17、輸出波形的非相干m元頻移鍵控解調(diào) figure(7) stem(0:numplot-1,x(1:numplot),bx); hold on; stem(0:numplot-1,z2(1:numplot),ro); hold off; axis(0 numplot -0.5 1.5); title(非相干解調(diào)后的信號(hào)) legend(原輸入二進(jìn)制隨機(jī)序列,非相干解調(diào)后的信號(hào)) xlabel(time); ylabel(amplitude);%誤碼率統(tǒng)計(jì) errorsym ratiosym=symerr(x,z1); figure(8) simbasebandex(0:1:5); title(相干

18、解調(diào)后誤碼率統(tǒng)計(jì)) errorsym ratiosym=symerr(x,z2); figure(9) simbasebandex(0:1:5); title(非相干解調(diào)后誤碼率統(tǒng)計(jì)) %濾除高斯白噪聲 delay=3;r=0.5;propd=0; %滯后3s yf,tf=rcosine(fd,fs,fir,r,delay); %升余弦函數(shù) yo2,to2=rcosflt(y,fd,fs,filter,yf); %加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào)和經(jīng)過(guò)升余弦濾波器后的已調(diào)信號(hào) t=0:nummodplot-1./fs; figure(10) plot(t,y(1:length(t),r-); hold on; plot(to2,yo2,b-);%濾出帶外噪聲 hold off; axis(0 30 -1.5 1.5); xlabel(time); ylabel(amplitude); legend(加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào),經(jīng)過(guò)升余弦濾波器后的已調(diào)信號(hào)) title(升余弦濾波前后波形比較) eyediagram(yo2,n);%眼圖 title(加入高斯白噪聲后的已調(diào)信號(hào)的眼圖) 仿真結(jié)果 三、2psk信號(hào)調(diào)制解調(diào)2psk信號(hào)的調(diào)制不能采用包絡(luò)檢測(cè)的方法，只能進(jìn)行相干解調(diào)，其原理框圖如下：不考慮噪聲時(shí)，帶通濾波器輸出可以表示為y(t)=cos(wct+n