matlab二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告[共20頁(yè)]

《matlab二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告[共20頁(yè)]》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《matlab二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告[共20頁(yè)]（21頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

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)需大量書寫程序，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

2、率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink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

3、口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(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

4、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

5、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)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

6、（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)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

7、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

8、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(511) plot(t,m); axis([0 1.2 -0.2 1.2]); title(信源); %載

9、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; As=

10、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*(dst>0.25); 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

11、號(hào)頻譜 T=t(end); df=1/T; N=length(st); f=(-N/2: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

12、) %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、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)式又可以寫成： 2FSK

13、數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)制原理 2FSK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)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)

14、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;

15、 %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)中選取 title(二進(jìn)制隨機(jī)序列) xlabel(Time); ylabel(Amp

16、litude); %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

17、調(diào)信號(hào)中加入高斯白噪聲 randn(state,seed(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); yla

18、bel(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

19、 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:numPlo

20、t),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)

21、 simbasebandex([0:1:5]); title(相干解調(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

22、,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

23、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+Φn) 式中Φn為2psk信號(hào)某一碼元的初相。Φn=0時(shí)，代表數(shù)字“0”， Φn=π時(shí)，代表數(shù)字“1”。與同步載波COSwct相乘后，輸出為 Z(t

24、)=COS(wct+Φn) COSwct=1/2cosΦn+1/2cos(2wct+Φn) 經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除高頻分量，得解調(diào)輸出為 根據(jù)發(fā)送端產(chǎn)生2psk信號(hào)時(shí)Φn代表數(shù)字信息1或0的規(guī)定，以及接收端x（t）與Φn的關(guān)系特性，抽樣判決器的判決準(zhǔn)則為 其中，x為x（t）在抽樣時(shí)刻的值。 2psk信號(hào)相干解調(diào)的過(guò)程實(shí)際上就是輸入已調(diào)信號(hào)與本地載波信號(hào)進(jìn)行極性比較的過(guò)程，故常稱為極性比較解調(diào)。 Matlab程序?qū)崿F(xiàn) clear ; close all; fs=8e5; %抽樣頻率 fm=20e3; %基帶頻率 n=

25、2*(6*fs/fm); final=(1/fs)*(n-1); fc=2e5; % 載波頻率 t=0:1/fs:(final); Fn=fs/2; %耐奎斯特頻率 %用正弦波產(chǎn)生方波 twopi_fc_t=2*pi*fm*t; A=1; phi=0; x = A * cos(twopi_fc_t + phi); % 方波 am=1; x(x>0)=am; x(x<0)=-1; figure(1) subplot(321); plot(t,x); axis([0 2e-4 -2 2]);

26、 title(基帶信號(hào)); grid on car=sin(2*pi*fc*t); %載波 ask=x.*car; %載波調(diào)制 subplot(322); plot(t,ask); axis([0 200e-6 -2 2]); title(PSK信號(hào)); grid on; %===================================================== vn=0.1; noise=vn*(randn(size(t))); %產(chǎn)生噪音 subplot(323); plot(t,noise); grid

27、 on; title(噪音信號(hào)); axis([0 .2e-3 -1 1]); askn=(ask+noise); %調(diào)制后加噪 subplot(324); plot(t,askn); axis([0 200e-6 -2 2]); title(加噪后信號(hào)); grid on; %帶通濾波 fBW=40e3; f=[0:3e3:4e5]; w=2*pi*f/fs; z=exp(w*j); BW=2*pi*fBW/fs; a=.8547; %BW=2(1-a)/sqrt(a) p=(j^2*a^2); gai

28、n=.135; Hz=gain*(z+1).*(z-1)./(z.^2-(p)); subplot(325); plot(f,abs(Hz)); title(帶通濾波器); grid on; Hz(Hz==0)=10^(8); %avoid log(0) subplot(326); plot(f,20*log10(abs(Hz))); grid on; title(Receiver -3dB Filter Response); axis([1e5 3e5 -3 1]); %濾波器系數(shù) a=[1 0 0.7305]; %[1

29、 0 p] b=[0.135 0 -0.135]; %gain*[1 0 -1] faskn=filter(b,a,askn); figure(2) subplot(321); plot(t,faskn); axis([0 100e-6 -2 2]); title(通過(guò)帶通濾波后輸出); grid on; cm=faskn.*car; %解調(diào) subplot(322); plot(t,cm); axis([0 100e-6 -2 2]); grid on; title(通過(guò)相乘器后輸出); %低通濾波器 p=0.72; gain

30、1=0.14;%gain=(1-p)/2 Hz1=gain1*(z+1)./(z-(p)); subplot(323); Hz1(Hz1==0)=10^(-8);%avoid log(0) plot(f,20*log10(abs(Hz1))); grid on; title(LPF -3dB response); axis([0 5e4 -3 1]); %濾波器系數(shù) a1=[1 -0.72]; %(z-(p)) b1=[0.14 0.14]; %gain*[1 1] so=filter(b1,a1,cm); so=so*10;

31、 %add gain so=so-mean(so); %removes DC component subplot(324); plot(t,so); axis([0 8e-4 -3.5 3.5]); title(通過(guò)低通濾波器后輸出); grid on; %比較器 High=2.5; Low=-2.5; vt=0; %設(shè)立比較標(biāo)準(zhǔn) error=0; len1=length(so); for ii=1:len1 if so(ii) >= vt Vs(ii)=High; else Vs(ii)=Low; end end Vo=Vs; subplot(325); plot (t,Vo), title(解調(diào)后輸出信號(hào)), axis([0 2e-4 -5 5]) grid on; xlabel(時(shí)間 (s)), ylabel(幅度(V)) 仿真結(jié)果 21