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

一、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；

二、实验原理

1、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一断键控(OnOffKeyingQOK),其表达式

为：

眯⑺=s«)cosw/,其中S⑺=£区和-〃1)，式中：7；为码兀持续时间；g")

n

为持续时间为1的矩形脉冲。为简便起见,通常假设g⑺是高度为1,

宽度等于7；的矩形脉冲；〃.是第n个符号的电平取值。

⑵ASK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。

COS69t

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。

m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fl和f2两个频率点之间变化。其表

达式为：

S-z4g（—F）cos（卬+/）+〃力cos（如+4），

-nJL"-

式中g（t）为单个矩形脉冲，脉宽为小夕”和5分别是第n个信号码元

的初始相位。在移频键控中心和为不携带信息，通常化和孙为零。因

此，2FSK信号的表达式可简化为：

⑵2FSK信号的调制方法

2FSK信号的调制方法主要有两种。一种可以采用模拟调频电路

来实现；另外一种可以采用键控方法来实现，即在二进制基带矩形

脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率进行选通，

使其在每一个码元1器件输出fi或者n两个载波之一。这两种方法

产生2FSK的区别在于：由于调频法产生的2FSK信号在相邻码元之

间的相位连续变化。而键控法产生的2FSK信号，是由于电子开发在

两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连

续。

⑶2FSK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。判决规则应与调制规则相照应，调制时

假设规定“1”符号对应载波频率为fl,那么接收时上支路的样值较

大，应判为“1"；反之那么判为“0”。两种常见的解调框图如下所

示：

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。和Pi分别表示二进制

'T和“0”.因此,2PSK信号的时域表达式为

I,otall-N_numIs;%总时间

t-0:dt:TotalT-dt;%时间

F=l/di;。%仿真频宽

df=l/TotalT;%频率间隔

f=-F/2:df:F/2-df;o/o频率

dO=round(rand(1,N_num));%随机产生100个基带信号

dl=d0*2-l;%转为双极性

d2=not(d0);%转为反向信号

。/。每码元对应的载波信号

gt-ones(lfN_sample);

sO-sigexpand(dO,N_sample);。/。码元扩展

si-sigexpand(d1,N_sample);码元扩展

s2=sigexpand(d2,N_sample);第码元扩展

bO=conv(sOfgt);%码元扩展

bl-conv(sl,gt);%码元扩展

b2=conv(s2,gt);。/。码元扩展

sO=bO(1:length(sO));%码元扩展

sl=bl(l:length(s1));%码元扩展

s2=b2(1:length(s2));。/。码元持展

(2)调制

s2ask=sO.*cos(2*pi*fcO*t);%2ASK

s2psk-sl.^cos(2^pi^fc0^t);%2PSK

s2fsk=sO.^cos(2*pi*fcl*t)+s2.*cos(2*pi*fc2%2FSK

(3)功率谱计算

X=jjt(s2ask);

X=X/length(X);

mPSD=abs(X).八2/(必)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

32dosk=s2ask.*cos(2*pi*fc0*t);%2ASK

s2dpsk-s2psk.^cos(2*pi^fcO^t);%2PSK

n=5;

Wn=80/F;%fcO=62.5Hz

r

[bfa]=butter(n,Wn,'low);

s2fskl=filter(bfa,s2fsk);

s2fskl-s2fskl/max(s2fskl);

Wn=240/F;%fcl=250Hz

[b,a]=butter(n,Wnf'high');

s2fsk2=filter(bfa,s2fsk);

s2fsk2=s2fskl/max(s2fsk2);

s2dfskl=s2fskl.*cos(2*pi*于cl%2FSK

s2dfsk2=s2fsk2.*cos(2*pi*fc2*t);%2FSK

⑸低通滤波

Wn=30/F;%基带=15625Hz

[b,a]-buller(nfWnf'low');

%卜SK

dedata=filter(b,a,s2dfskl);

dedata=dcdata/max(dedata);

%------------PSK------------

dedata=filter(b,a,s2dpsk);

dedata=dcdata/max(dedata);

%------------ASK------------

dedata=filter(btafs2dask);

dedata=dcdata/max(dedata);

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

0/oxSimulalionTime—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=l:len^th(x)

SNR=x(i);

sim(fASK.mdr);

yask(i)=ErrorVec(l);

end;

fori=l:length(x)

SNR=x(i);

simCPSKjndr);

ypsk(i)=ErrorVec(l);

end;

semilogy(xfyaskf'r\xfypskf'b');

gridon;

xlabel('SNR(dB)');

ylabel(,BER,);

可产生如下误码率比拟图

三、实验步骤

1、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；

2、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中极性码对应的2ASK、2FSK和2