实验五2ASK和2FSK调制解调1

实验五基于Matlab的2ASK和2FSK调制解调一、实验目的1.掌握2ASK和2FSK的调制原理和解调原理。2.学会Matlab仿真软件在振幅键控和频移键控调制中的应用。3.掌握参数设置方法和性能分析方法。4.通过实验中波形的变换，学会分析实验现象。二、实验器材计算机，MATLAB软件三、实验原理1、二进制振幅键控（2ASK）频移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“1”。二进制振幅键控的表达式为：s(t)=A(t)cos(w0+θ)0＜t≤T式中，w0=2πf0为载波的角频率；A(t)是随基带调制信号变化的时变振幅，即A(t)=0A典型波形如图1所示：图12ASK信号的产生方法通常有两种：相乘法和开关法，相应的调制器如图2。图2（a）就是一般的模拟幅度调制的方法，用乘法器实现；图2（b）是一种数字键控法，其中的开关电路受s(t)控制。当发送“1”时当发送“0”时在接收端，2ASK有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法），相应的接收系统方框图如图：2、二进制频移键控（2FSK）二进制频移键控信号码元的“1”和“0”分别用两个不同频率的正弦波形来传送，而其振幅和初始相位不变。故其表达式为：)(st时发送“”时发送“0),cos(1),cos21(nntAtA图42FSK信号时间波形由图可见，2FSK信号的波形（a）可以分解为波形（b）和波形（c）,也就是说，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。2FSK信号的调制方法主要有两种。第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其能够输出两个不同频率的码元。第二种方法是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出。2FSK信号的接收也分为相关和非相关接收两类。相关接收根据已调信号由两个载波f1、f2调制而成，则先用两个分别对f1、f2带通的滤波器对已调信号进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f1、f2相乘进行相干解调，再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可。原理图如下：非相关接收经过调制后的2FSK数字信号通过两个频率不同的带通滤波器f1、f2滤出不需要的信号，然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波，最后将两种信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲，最后解调出来的信号就是调制前的输入信号。其原理图如下图所示：四、示例演示1.（1）产生二进制随机信号源，绘制信号源波形图；实现2ASK调制，绘制相应的信号波形图。（2）利用awgn函数实现2ASK信号通过加性高斯白噪声信道，其中SNR=10dB；并解调。程序代码：clearall;closeall;clc;max=8;s=randint(1,max);%长度为max的随机二进制序列f=1;%载波频率tc=0:4*pi/99:4*pi;nsamp=100;zb=[];cp=[];forn=1:length(s);ifs(n)==0;b=zeros(1,nsamp);elses(n)==1;b=ones(1,nsamp);endc=sin(f*tc);cp=[cpb];zb=[zbc];endtiaoz=cp.*zb;%2ASK调制t=linspace(0,length(s),length(s)*nsamp);图5（b）非相干方式subplot(3,1,1);plot(t,cp);gridon;axis([0length(s)-0.11.1]);title('二进制信号序列');subplot(3,1,2);plot(t,tiaoz);gridon;axis([0length(s)-1.11.1]);title('2ASK调制信号');tz=awgn(tiaoz,10);%信号tiaoz中加入白噪声，信噪比为SNR=10dBsubplot(3,1,3);plot(t,tz);gridonaxis([0length(s)-1.51.5]);title('通过高斯白噪声信道后的信号');结果：01234567800.51二进制信号序列012345678-1012ASK调制信号012345678-101通过高斯白噪声信道后的信号生成2ASK的另一种程序编写方法：clearall;max=8;a=randint(1,max);%长度为max的随机二进制序列subplot(3,1,1);stem(a);title('随机信号');s=[];tz=[];fori=1:length(a)t=i-1:0.001:i;if(a(i)==1)s=sin(2*pi*t);endif(a(i)==0)s=sin(4*pi*t);endtz=[tz,s];endt1=linspace(0,length(a),length(a)*length(t));subplot(3,1,2);plot(t1,tz);title('2ASK调制后的信号')tz1=awgn(tz,20);%信号tiaoz中加入白噪声，信噪比为SNR=10dBsubplot(3,1,3);plot(t1,tz1);gridonaxis([0length(a)-1.51.5]);title('通过高斯白噪声信道后的信号');1234567800.51随机信号012345678-1012ASK调制后的信号012345678-101通过高斯白噪声信道后的信号解调程序：dpsk=abs(hilbert(tz));figuresubplot(3,1,1);plot(t,cp);axis([0length(s)-0.11.1]);subplot(3,1,2);plot(t,dpsk);depsk=zeros(1,nsamp*length(s));form=nsamp/2:nsamp:nsamp*length(s);ifdpsk(m)0.5;fori=1:nsampdepsk((m-50)+i)=0;endelsedpsk(m)=0.5;fori=1:nsampdepsk((m-50)+i)=1;endendendsubplot(3,1,3);plot(t,depsk);gridonaxis([0length(s)-0.11.1]);title('抽样判决后的信号波形')01234567800.51012345678012301234567800.51抽样判决后的信号波形五、实验内容及要求利用MATLAB仿真平台，完成下列任务：（1）产生二进制随机信号源，绘制信号源波形图；实现2FSK调制，绘制相应的信号波形图；（2）实现2FSK信号通过加性高斯白噪声信道，实现2FSK信号解调，并绘制各阶段信号波形图。实验程序如下：（程序运行时间稍长）a=randint(1,16);t=0.0001:0.001:1;inisig=a(ceil(t./(1/15)));subplot(4,1,1)plot(t,inisig)axis([0,1,-1.5,1.5])title('原信号');%调制f1=200;f2=100;carrier1=cos(2*pi*f1*t);carrier2=cos(2*pi*f2*t);modulation_wave=zeros(1,length(t));fori=1:length(t)if(inisig(i)==0)modulation_wave(i)=carrier1(i);elsemodulation_wave(i)=carrier2(i);endendsubplot(4,1,3)plot(t,modulation_wave)axis([0,1,-1.5,1.5])title('调制信号');%2fsk信号加噪noise_wave=awgn(modulation_wave,100);%设计带通滤波器[num1den1]=butter(10,[2*0.9*f1*pi,2*1.1*f1*pi],'s');[num2den2]=butter(10,[2*0.9*f2*pi,2*1.1*f2*pi],'s');daiout1_h=tf(num1,den1);daiout2_h=tf(num2,den2);unmodulation_wave1=lsim(daiout1_h,noise_wave,t);unmodulation_wave2=lsim(daiout2_h,noise_wave,t);%2fsk信号相干解调unmodulation_wave1_g=unmodulation_wave1'.*(carrier1);unmodulation_wave2_g=unmodulation_wave2'.*(carrier2);%设计低通滤波器wp=2*pi*90;ws=2*pi*120;rp=1;rs=100;[NWn]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s');[BA]=butter(N,Wn,'s');h=tf(B,A);dsy1=lsim(h,unmodulation_wave1_g,t);dsy2=lsim(h,unmodulation_wave2_g,t);%subplot(5,1,3);%plot(t,dsy1);%title('经过一路低通滤波器后的信号');%subplot(5,1,4);%plot(t,dsy2);%title('经过二路低通滤波器后的信号');fori=1:length(dsy1)ifdsy1(i)dsy2(i)dsy(i)=0;elsedsy(i)=1;endendsubplot(4,1,4);plot(t,dsy);axis([01-1.21.2])title('解调信号')tz=awgn(inisig,15);%信号tiaoz中加入白噪声，信噪比为SNR=15dBsubplot(4,1,2);plot(t,tz);gridonaxis([01-1.51.5]);title('通过高斯白噪声信道后的信号');实验结果波形图如下：六、实验结果分析由实验的波形图可以看出：在噪声不大的情况下，原信号经过2FSk调制后，在“0”处频率增加，在“1”频率保持不变，达到了频率调制的效果，在解调后，由于使用了滤波器，使得解调信号相对于原信号有些延时，但仍然无失真恢复了原始信号。