实验六-二进制数字调制实验

实验六二进制数字调制实验实验实验目的1、掌握ASK调制信号的特性及调制解调的方法；2、掌握PSK调制信号的特性及调制解调的方法；3、掌握FSK调制信号的特性及调制解调的方法；实验原理二进制振幅键控〔2ASK〕的根本原理〔1〕二进制振幅键控振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，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”或者“1”。一种常用的也是最简单的二进制振幅键控方式成为通，其中，式中：为码元持续时间；为持续时间为的矩形脉冲。为简便起见，通常假设是高度为1，宽度等于的矩形脉冲；是第n个符号的电平取值。〔2〕ASK的调制方法 ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法〔相乘器法〕和监控法，相应的调制器如下所示。图(a)就是一般的模拟幅度调制方法，用乘法器实现；图(b)是一种数字键控法，其中的开关电路受到s(t)控制。开关电路s(t)开关电路s(t)二进制不归零信号乘法器图(a)模拟相乘法图(b)数字键控法〔3〕ASK信号的解调方法 ASK信号有两种根本的调制方法：非相干解调〔包络检波法〕和相干解调〔同步检波法〕，相应的接受系统组成框图如下列图所示。与模拟信号的接收系统相比，这里增加了一个“抽样判决器〞方框，这对于提高数字信号的接收性能是必要的。全波全波整流器低通滤波器抽样判决器带通滤波器输出非相干解调方式定时定时脉冲相乘器低通滤波器抽样判决器带通滤波器输出(b)相干解调方式2、FSK调制的根本原理〔1〕二进制频移键控频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点之间变化。其表达式为：，式中g(t)为单个矩形脉冲，脉宽为；和分别是第n个信号码元的初始相位。在移频键控中和不携带信息，通常和为零。因此，2FSK信号的表达式可简化为：〔2〕2FSK信号的调制方法基带信号振荡器f1反相器振荡器f2基带信号振荡器f1反相器振荡器f2选通开关选通开关相加器〔3〕2FSK解调方法 2FSK常用的两种解调方法有非相干解调〔包络检波〕和相干解调。其解调原理是将2FSK分为上下两路2ASK信号分别进行解调，然后进行判决。这里的抽样判决是直接比拟两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。判决规那么应与调制规那么相照应，调制时假设规定“1”符号对应载波频率为f1，那么接收时上支路的样值较大，应判为“1”；反之那么判为“定时脉冲定时脉冲带通滤波器1相乘器低通滤波器低通滤波器带通滤波器2相乘器抽样判决器输出(a)相干解调输出输出带通滤波器1带通滤波器2包络检波器包络检波器定时脉冲抽样判决器非相干解调3、二进制相移键控〔2PSK〕的原理〔1〕二进制相移键控相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位0和Pi分别表示二进制“1”和“0，其中表示第n个符号的绝对相位。当为“0“时发送的信息为〞0“，当为Pi时，发送的信息为〞1“。〔2〕2PSK的调制方法2PSK有两种调制方式，模拟调制方法和键控法，分别如下列图所示：双极性双极性不归零s(t)码型变换乘法器〔a〕模拟调制方法s(s(t)开关电路180°相移(b)键控法〔3〕2PSK的解调方法 2PSK信号的解调通常采用相干解调法，解调器原理框图如下列图所示。在相干解调中，如何得到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波是个关键问题。定时定时脉冲输出带通滤波器乘法器低通滤波器抽样判决器4、二进制数字调制的仿真〔1〕参数和信号源设置clearall;N_num=10000; %产生码元数N_sample=64; %每码元复制32次dt=0.001; %采样间隔Ts=N_sample*dt; %码元时间fc0=1/Ts; %2ASK,2PSK载波频率fc1=fc0; %2FSK第一个载波频率fc2=4*fc0; %2FSK第二个载波频率TotalT=N_num*Ts; %总时间t=0:dt:TotalT-dt; %时间F=1/dt; %仿真频宽df=1/TotalT; %频率间隔f=-F/2:df:F/2-df; %频率d0=round(rand(1,N_num)); %随机产生100个基带信号d1=d0*2-1; %转为双极性d2=not(d0); %转为反向信号gt=ones(1,N_sample); %每码元对应的载波信号s0=sigexpand(d0,N_sample); %码元扩展s1=sigexpand(d1,N_sample); %码元扩展s2=sigexpand(d2,N_sample); %码元扩展b0=conv(s0,gt); %码元扩展b1=conv(s1,gt); %码元扩展b2=conv(s2,gt); %码元扩展s0=b0(1:length(s0)); %码元扩展s1=b1(1:length(s1)); %码元扩展s2=b2(1:length(s2)); %码元扩展〔2〕调制s2ask=s0.*cos(2*pi*fc0*t);%2ASKs2psk=s1.*cos(2*pi*fc0*t);%2PSKs2fsk=s0.*cos(2*pi*fc1*t)+s2.*cos(2*pi*fc2*t);%2FSK〔3〕功率谱计算X=fft(s2ask);X=X/length(X);mPSD=abs(X).^2/(df^2);PSD=fftshift(mPSD);PSD=(1/TotalT).*PSD;可产生如下列图所示波形和功率谱密度图〔4〕相干解调s2dask=s2ask.*cos(2*pi*fc0*t);%2ASKs2dpsk=s2psk.*cos(2*pi*fc0*t);%2PSKn=5;Wn=80/F;%fc0=62.5Hz[b,a]=butter(n,Wn,'low');s2fsk1=filter(b,a,s2fsk);s2fsk1=s2fsk1/max(s2fsk1);Wn=240/F;%fc1=250Hz[b,a]=butter(n,Wn,'high');s2fsk2=filter(b,a,s2fsk);s2fsk2=s2fsk1/max(s2fsk2);s2dfsk1=s2fsk1.*cos(2*pi*fc1*t);%2FSKs2dfsk2=s2fsk2.*cos(2*pi*fc2*t);%2FSK〔5〕低通滤波Wn=30/F;%基带=15.625Hz[b,a]=butter(n,Wn,'low');%------------FSK------------dcdata=filter(b,a,s2dfsk1);dcdata=dcdata/max(dcdata);%------------PSK------------dcdata=filter(b,a,s2dpsk);dcdata=dcdata/max(dcdata);%------------ASK------------dcdata=filter(b,a,s2dask);dcdata=dcdata/max(dcdata);可产生如下解调波形图：〔6〕误码率分析计算按照以下列图设置：ASK调制解调PSK调制解调二进制信号源设置MASK调制解调设置高斯信道设置MPSK调制解调设置并编写如下程序，统计并比拟ASK和PSK的误码性能。%设置仿真间隔xSampleTime=1/1000;%设置仿真时间长度%xSimulationTime=10;%设置GMSK解调器的回溯长度%TracebackLength=4;%设置信噪比取值范围x=0:10;fori=1:length(x)SNR=x(i);sim('ASK.mdl');yask(i)=ErrorVec(1);end;fori=1:length(x)SNR=x(i);sim('PSK.mdl');ypsk(i)=ErrorVec(1);end;semilogy(x,yask,'r',x,ypsk,'b');gridon;xlabel('SNR(dB)');ylabel('BER');可产生如下误码率比拟图实验步骤产生一组随机单极性码，并绘制出其时域波形〔16个〕和功率谱波形；2ASK、2PSK以及2FSK的第一载波的载波频率选择与码元速率相同，2FSK的第一载波的载波频率选择为码元速率的4倍，绘制步骤1