通信原理课程设计基于MATLAB的二进制数字系统的调制(包括2ask_2fsk_2psk_2dpsk)

图 2-7 2ASK 调制过程仿真图
图 2-8 2ASK 解调过程仿真图 由图可以看出，产生的数字随机信号为“0100100001” ，经载波调制后信号为“1” 的时间内有正弦波形，信号为“0”的时间内无波形。经过加随机噪声，相干解调后， 恢复出原始信号，与基带信号一致，因此达到本次设计目的。 2.2 二进制移频键控 本次设计所用流程图如图 2-9 所示。
3 心得体会………………………………………………………………………………13 谢辞 ………………………………………………………………………………………15 参考文献 …………………………………………………………………………………16 附录 ………………………………………………………………………………………17
t
s 2 (t) cos (w2 t+φn)
t
Hale Waihona Puke 2 FSK 信号t
图 2-10 2FSK 典型波形图 2FSK 的调制方式有两种，即模拟调频法和键控法。本次设计采用键控法。键控法 中可以用二进制“1”来对应于载频 f1，而“0”用来对应于另一频率 f2，而这个可以 用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源 f1、f2 进行选择通。键 控法原理图如图 2-11 示
2.1 二进制振幅键控…………………………………………………………………………2 2.1.1ASK 调制原理……………………………………………………………………………2 2.1.2ASK 解调原理……………………………………………………………………………3 2.1.3 仿真结果及分析………………………………………………………………………4 2.2 二进制移频键控…………………………………………………………………………4 2.2.1FSK 调制原理……………………………………………………………………………5 2.2.2FSK 解调原理……………………………………………………………………………6 2.2.3 仿真结果及分析………………………………………………………………………6 2.3 二进制相移键控…………………………………………………………………………8 2.3.1PSK 调制原理……………………………………………………………………………8 2.3.2PSK 解调原理……………………………………………………………………………9 2.3.3 仿真结果及分析………………………………………………………………………9 2.4 二进制差分相移键控…………………………………………………………………10 2.4.1DPSK 调制原理…………………………………………………………………………11 2.4.2DPSK 解调原理…………………………………………………………………………11 2.4.3 仿真结果及分析………………………………………………………………………12
图 2-5 相干解调法（同步检测法）
图 2-6 非相干解调法（包络检波法）
桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸
第 7 页 共 33 页
2.1.3 仿真结果及分析 通过编写 M 文件程序（见附录） ，产生随机信号，按图 2-1 顺序对每一模块编程后。 程序中注有需注意语句及解释。运行程序，实现 2ASK 的调制与解调过程。本次设计采 用模拟调制法（相乘器法）和相干解调法。仿真后调制过程及解调过程的图形分别如图 2-7 和图 2-8 所示。
图 2-1 2ASK 调制解调框图 2.1.1 ASK 调制原理 2ASK 二进制振幅调制就是用二进制数字基带信号控制正弦载波的幅度，使载波振 幅随着二进制数字基带信号而变化，而其频率和初始相位保持不变。信息比特是通过载 波的幅度来传递的。其信号表达式为： e0 (t ) S (t ) cos ct ，S(t)为单极性数字基带信号。 由于调制信号只有 0 或 1 两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它 的实际意义是当调制的数字信号“1”时，传输载波；当调制的数字信号为“0”时，不 传输载波。2ASK 信号的时间波形 e2ASK(t)随二进制基带信号 S(t)通断变化。所以又被称为 通断键控信号。典型波形如图 2-2 所示。
A cos(1t n ) e2 FSK (t ) A cos(2t n )
典型波形如图 2-10 所示。
ak s 1 (t) s 2 (t) 1 0 1 1 0 0 1 t
t t
cos (w1 t+θn )
cos (w2 t+φn)
t
s 1(t) co s(w1t +θn )
s (t )
键控法 FSK发 生器
n (t )
乘法器
低通滤 波器
抽样判 决器
cos c t
图 2-9 2FSK 调制解调框图
桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸
第 8 页 共 33 页
2.2.1 FSK 调制原理 一个 FSK 信号可以看成是两个不同载波的 2ASK 信号的叠加。其解调和解调方法 和 FSK 差不多。2FSK 信号的频谱可以看成是 f1 和 f2 的两个 2ASK 频谱的组合。 频移键控是利用载波的频率来传递数字信号，在 2FSK 中，载波的频率随着二进制 基带信号在 f1 和 f2 两个频率点间变化， 频移键控是利用载波的频移变化来传递数字信 息的。在 2FSK 中，载波的频率随基带信号在 f1 和 f2 两个频率点间变化。故其表达式 为：
1 MATLAB 简介
美国 Mathworks 公司于 1967 年推出了矩阵实验室“ Matrix Laboratory ” （缩写为 Matlab）这就是 Matlab 最早的雏形。开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的 授课和学习。Matlab 是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。 Simulink 是 MATLAB 中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模和仿真等 方面应用最广泛的工具之一 。确切的说，Simulink 是一个用来对动态系统进行建模、 仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模型，或者是两者的 混合。系统还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。在 Simulink 环境 中，它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型图就如同用手在 纸上画模型一样自如、方便，故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模，并可直 接进行系统的仿真，快速的得到仿真结果。但是 Simulink 不能脱离 MATLAB 而独立工 作。 Matlab 将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而 被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，而且 利用 Matlab 产品的开放式结构，可以非常容易地对 Matlab 的功能进行扩充，从而在不 断深化对问题认识的同时，不断完善 Matlab 产品以提高产品自身的竞争能力。 利用 M 语言还开发了相应的 Matlab 专业工具箱函数供用户直接使用。这些工具箱 应用的算法是开放的可扩展的，用户不仅可以查看其中的算法，还可以针对一些算法进 行修改，甚至允许开发自己的算法扩充工具箱的功能。目前 Matlab 产品的工具箱有四 十多个，分别涵盖了数据获取、科学计算、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字 图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域。
图 2-2 典型 2ASK 波形
桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸
第 6 页 共 33 页
e2ASK(t)为已调信号，它的幅度受 s(t)控制，也就是说它的幅度上携带有 s(t)的信息。 2ASK 信号的产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法。模拟调制法就 是用基带信号与载波相乘，进而把基带信号调制到载波上进行传输。键控法由 s(t)来控 制电路的开关进而进行调制。两种方法的调制如图 2-3 和图 2-4 所示。
桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸
第 4 页 共 33 页
引言
通信就是克服距离上的障碍， 从一地向另一地传递和交换消息。 消息有模拟消息 （如 语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号 （通常简称为信号） 后才能在通信系统中传输。 相应的信号可分为模拟信号和数字信号， 模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输 出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的， 如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。 通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。 数字通信系统是利用数字信号来传 递消息的通信系统。 数字通信系统较模拟通信系统而言， 具有抗干扰能力强、 便于加密、 易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越 来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益 增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。 本文利用 MATLAB 软件来仿真二进制数字调制系统，包括 2ASK，2FSK，2PSK， 2DPSK 调制、解调过程。
桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸
第 3 页 共 33 页
目
录
引言 …………………………………………………………………………………………1 1 MATLAB 简介……………………………………………………………………………1 2 二进制数字调制系统的原理及实现………………………………………………2
桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸
第 5 页 共 33 页
2 二进制数字调制系统的原理及实现
数字通信系统, 按调制方式可以分为基带传输和带通传输。数字基带信号的功率一 般处于从零开始到某一频率 （如 0～6M） 低频段， 因而在很多实际的通信 （如无线信道） 中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移，将数字基带信号变换成适合 信道传输的数字频带信号进行传输，这种传输方式，称为数字信号的频带传输或调制传 输、载波传输。所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使该参量随基 带信号的规律变化从而携带消息。对数字信号进行调制可以便于信号的传输；实现信道 复用；改变信号占据的带宽；改善系统的性能。 数字基带通信系统中四种基本的调制方式分别称为振幅键控 （ASK， Amplitude-Shift keying） 、 移频键控 （ FSK， Frequency-Shift keying） 、 移相键控(PSK， Phase-Shift keying ) 和差分移相键（DPSK，Different Phase-Shift keying） 。本次课程设计对这四种调制方式 进行了仿真。 2.1 二进制振幅键控 本次设计采用的流程图如图 2-1 所示。