2ASK、2FSK、2PSK数字调制系统的Matlab实现及性能分析与比较
引言:数字带通传输系统为了进行长距离传输,克服传输失真,传输损耗,同时保证带内特性。必须对数字信号进行载波调制,将信号频谱搬移到高频段才能在信道中传输,因而现代通信系统采取数字调制技术。通过数字基带信号对载波某些参量进行控制,使之随机带信号的变化而变化。根据控制载波参量大的不同,数字调制有调幅(ASK),调频(FSK),调相(PSK) 三种基本形式。Matlab用于仿真,分析和修改,还可以应用图形界面功能GUI能为仿真系统生成一个人机交互界面,便于仿真系统的操作,因此采用matlab对数字系统进行仿真。通过对系统的仿真,我们可以更加直观的了解数字调制系统的性能()及影响性能的因素,
从而便于改进系统,获得更佳的传输性能。
关键词: 数字 . 系统. 性能. ASK. FSK. PSK. Matlab. 仿真.
一 .数字调制与解调原理
1.1 2ASK
(1)2ASK
2ASK就是把频率、相位作为常量,而把振幅作为变量,信息比特是通过载波的幅度来传递的。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。
Acosct,当ak1公式为:
s2ASK(t)0,当ak0
1.2 2FSK
2FSK可以看做是2个不同频率的2ASK的叠加,其调制与解调方法与2ASK差不多,主要频率F1和F2,不同的组合产生所要求的2FSK调制信号。 公式如下:
Acos1t,当ak1s2FSK(t)Acos2t,当ak0
1.3 2PSK
2PSK以载波的相位变化为基准,载波的相位随数字基带序列信号的1或者0而改变,通常用已经调制完的载波的0或者π表示数据1或者0,每种相位与之一
一对应。
二.数字调制技术的仿真实现
本课程设计需要借助MATLAB的M文件编程功能,对2ASK..2PSK.2FSK进行调制与解调的设计,并绘制出调制与解调后的波形,误码率的情况分析,软件仿真可在已有平台上实现。
1.2ASK代码主函数
close all clear all n=16;
fc=1000000; bitRate=1000000; N=50; %noise=ti; noise=10;
signal=source(n,N); %生成二进制代码
transmittedSignal=askModu(signal,bitRate,fc,N);%调制后信号 signal1=gussian(transmittedSignal,noise);%加噪声 configueSignal=demoASK(signal1,bitRate,fc,n,N);
source代码
function sendSignal=source(n,N)
sendSignal=randint(1,n) bit=[];
for i=1:length(sendSignal) if sendSignal(i)==0 bit1=zeros(1,N); else
bit1=ones(1,N); end
bit=[bit,bit1]; end figure(1)
plot(1:length(bit),bit),title('transmitting of binary'),grid on; axis([0,N*length(sendSignal),-2,2]); end
askModu代码
function transmittedSignal=askModu(signal,bitRate,fc,N)%signal为输入信
号,bitrate为bit速率,fc调制信号频率,N %signal=[0 0 1 0 1 1 0 1]; % bitRate=1000000; % fc=1000000;
t=linspace(0,1/bitRate,N); c=sin(2*pi*t*fc); transmittedSignal=[]; for i=1:length(signal)
transmittedSignal=[transmittedSignal,signal(i)*c]; end
figure(2) %画调制图
plot(1:length(transmittedSignal),transmittedSignal);title('Modulation of ASK');grid on;
figure(3)%画频谱实部
m=0:length(transmittedSignal)-1; F=fft(transmittedSignal);
plot(m,abs(real(F))),title('ASK_frequency-domain analysis real'); grid on;
%figure(4) 画频谱虚部
%plot(m,imag(F));title('ASK_frequency-domain analysis imag'); %grid on; end
% N=32;
CheckRatePe代码
function PeWrong=CheckRatePe(signal1,signal2,s) rights=0; wrongs=0; for ki=1:s-2
if(signal1(ki)==signal2(ki)) rights=rights+1; else
wrongs=wrongs+1; end end
PeWrong=wrongs/(wrongs+rights); end
demoASK代码
function bitstream=demoASK(receivedSignal,bitRate,fc,n,N) load num
signal1=receivedSignal;
signal2=abs(signal1); %ÕûÁ÷
signal3=filter(num1,1,signal2); %LPF,°üÂç¼ì²¨ IN=fix(length(num1)/2); %ÑÓ³Ùʱ¼ä bitstream=[]; LL=fc/bitRate*N; i=IN+LL/2;
while (i<=length(signal3)) %Åоö bitstream=[bitstream,signal3(i)>=0.5]; i=i+LL; end
figure(6)
subplot(3,1,1); %接收波形
plot(1:length(signal1),signal1);title('Wave of receiving terminal(including noise)');grid on;
subplot(3,1,2);%接收整流后波形
plot(1:length(signal2),signal2);title('Wave of commutate');grid on; subplot(3,1,3);%包络检波波形
plot(1:length(signal3),signal3);title('Wave of LPF');grid on; bit=[];
for i=1:length(bitstream) if bitstream(i)==0 bit1=zeros(1,N); else
bit1=ones(1,N); end
bit=[bit,bit1]; end
figure(7)%解调后的二进制波形
plot(bit),title('binary of receiving terminal'),grid on; axis([0,N*length(bitstream),-2.5,2.5]); end
gussian代码 %加高斯白噪声
function signal=gussian(transmittedSignal,noise) signal=sqrt(2)*transmittedSignal; signal=awgn(signal,noise); figure(5)
plot(1:length(signal),signal);
title('Wave including noise'),grid on; end
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
fsk主函数代码
close all clear all
n=16;%二进制代码长度 f1=18000000;%频率1 f2=6000000;%频率2 bitRate=1000000;%bit速率 N=50;%码元宽度 %noise=ti;
noise=10;%家性噪声大小
signal=source(n,N);%产生二进制代码
transmittedSignal=fskModu(signal,bitRate,f1,f2,N);%调制 signal1=gussian(transmittedSignal,noise);%加噪声 configueSignal=demoFSK(signal1,bitRate,f1,f2,N);%解调
source代码%二进制信号产生函数
function sendSignal=source(n,N) sendSignal=randint(1,n) bit=[];
for i=1:length(sendSignal) if sendSignal(i)==0
bit1=zeros(1,N); else
bit1=ones(1,N); end
bit=[bit,bit1]; end figure(1)
plot(bit),title('transmitting of binary'),grid on; axis([0,N*length(sendSignal),-2.5,2.5]); end
fskModu代码%频率调制函数
function transmittedSignal=fskModu(signal,bitRate,f1,f2,N) t=linspace(0,1/bitRate,N); c1=sin(2*pi*t*f1);%调制信号1 c2=sin(2*pi*t*f2);%调制信号2 transmittedSignal=[]; for i=1:length(signal)%调制 if signal(i)==1
transmittedSignal=[transmittedSignal,c1]; else
transmittedSignal=[transmittedSignal,c2]; end end
figure(2) %画调制后波形图
plot(1:length(transmittedSignal),transmittedSignal);title('Modulation of FSK');grid on;
figure(3) %画调制后频谱图
m=0:length(transmittedSignal)-1; F=fft(transmittedSignal);
plot(m,abs(real(F))),title('ASK_frequency-domain analysis real'); grid on; end
demoFSK代码
function bitstream=demoFSK(receivedSignal,bitRate,f1,f2,N) load num
signal1=receivedSignal;
signal2=filter(gaotong,1,signal1); %通过HPF,得到高通分量
signal3=abs(signal2); %整流
signal3=filter(lowpass,1,signal3); %通过低通,形成包络 bitstream=[];
IN1=fix(length(lowpass)/2)+fix(length(gaotong)/2); %延迟时间
bitstream1=[];
LL=N; %每个bit的抽样点数 i=IN1 +LL/2;
while (i<=length(signal3)) %判决
bitstream1=[bitstream1,signal3(i)>=0.5]; i=i+LL; end bitstream1 figure(5) subplot(3,1,1);
plot(1:length(signal1),signal1);title('Wave of receiving terminal(including noise)');grid on; subplot(3,1,2);
plot(1:length(signal2),signal2);title('After Passing HPF');grid on; subplot(3,1,3);
plot(1:length(signal3),signal3);title('After Passing LPF');grid on;
signal4=filter(daitong,1,signal1); %通过BPF得到低频分量 signal5=abs(signal4); %整流
signal5=filter(lowpass,1,signal5); %通过LPF,形成包络
IN2=fix(length(lowpass)/2)+fix(length(daitong)/2); %延迟时间 bitstream2=[];
LL=N; %每个bit的的抽样点数 i=IN2 +LL/2;
while (i<=length(signal5)) %判决
bitstream2=[bitstream2,signal5(i)>=0.5]; i=i+LL; end bitstream2 figure(6) subplot(3,1,1);
plot(1:length(signal1),signal1);title('Wave of receiving terminal(including noise)');grid on; subplot(3,1,2);
plot(1:length(signal4),signal4);title('After Passing BPF');grid on; subplot(3,1,3);
plot(1:length(signal5),signal5);title('After Passing LPF');grid on;
for i=1:min(length(bitstream1),length(bitstream2)) %判决
if(bitstream1(i)>bitstream2(i)) bitstream(i)=1; else
bitstream(i)=0; end end bitstream
bit=[]; %接收端波形 for i=1:length(bitstream) if bitstream(i)==0 bit1=zeros(1,N); else
bit1=ones(1,N); end
bit=[bit,bit1]; end figure(7)
plot(bit),title('binary of receiving terminal'),grid on; axis([0,N*length(bitstream),-2.5,2.5]); end
CheckRatePe代码
function PeWrong=CheckRatePe(signal1,signal2,s) rights=0; wrongs=0; for ki=1:s-2
if(signal1(ki)==signal2(ki)) rights=rights+1; else
wrongs=wrongs+1; end end
PeWrong=wrongs/(wrongs+rights); end
gussian代码
function signal=gussian(transmittedSignal,noise) signal=sqrt(2)*transmittedSignal; signal=awgn(signal,noise); figure(4)
plot(1:length(signal),signal),title('Adding Noise');
grid on; end
2psk主函数代码
close all clear all n=16;%二进制码长 fc=1000000;%载波频率 bitRate=1000000;信息频率 N=50;%码宽
noise=10;%信道加性噪声大小 signal=source(n,N);生成二进制代码
transmittedSignal=bpskModu(signal,bitRate,fc,N);对信号进行调制并进行频谱分析
signal1=gussian(transmittedSignal,noise)%加信道噪声 configueSignal=demoBPSK(signal1,bitRate,fc,n,N);%信号解调
source代码
function sendSignal=source(n,N) sendSignal=randint(1,n) bit=[];
for i=1:length(sendSignal) if sendSignal(i)==0 bit1=zeros(1,N); else
bit1=ones(1,N); end
bit=[bit,bit1]; end figure(1)
plot(bit),title('transmitting of binary'),grid on; axis([0,N*length(sendSignal),-2.5,2.5]); end
bpskModu代码
function transmittedSignal=bpskModu(signal,bitRate,fc,N) t=linspace(0,1/bitRate,N); c1=sin(2*pi*t*fc); c2=sin(2*pi*t*fc + pi);
transmittedSignal=[]; for i=1:length(signal) if signal(i)==1
transmittedSignal=[transmittedSignal,c1]; else
transmittedSignal=[transmittedSignal,c2]; end end
figure(2) % 画调制图
plot(1:length(transmittedSignal),transmittedSignal);title('Modulation of BPSK');grid on;
figure(3)%画频谱图
m=0:length(transmittedSignal)-1; F=fft(transmittedSignal);
plot(m,abs(real(F))),title('BPSK_frequency-domain analysis real'); grid on; end
CheckRatePe代码
function PeWrong=CheckRatePe(signal1,signal2,s) rights=0; wrongs=0; for ki=1:s-2
if(signal1(ki)==signal2(ki)) rights=rights+1; else
wrongs=wrongs+1; end end
PeWrong=wrongs/(wrongs+rights); end
demoBPSK代码
function bitstream=demoBPSK(receivedSignal,bitRate,fc,n,N) load num %读取num存储的低通滤波用的数据 signal1=receivedSignal; t=linspace(0,1/bitRate,N); c=sin(2*pi*t*fc); signal=[]; for i=1:n
signal=[signal,c];
end
signal2=signal1.*signal; %乘同频同相sin
signal3=filter(num1,1,signal2); %LPF,包络检波3 IN=fix(length(num1)/2); %Ñ延迟时间 bitstream=[]; LL=fc/bitRate*N; i=IN+LL/2;
while (i<=length(signal3)) %判决 bitstream=[bitstream,signal3(i)>=0]; i=i+LL; end
figure(5)
subplot(3,1,1);%画接收的包含噪声的波形
plot(1:length(signal1),signal1);title('Wave of receiving terminal(including noise)');grid on;
subplot(3,1,2);%相干解调波形
plot(1:length(signal2),signal2);title('After Multipling sin Fuction');grid on;
subplot(3,1,3);%包络检波波形
plot(1:length(signal3),signal3);title('Wave of LPF');grid on; bit=[];
for i=1:length(bitstream) if bitstream(i)==0 bit1=zeros(1,N); else
bit1=ones(1,N); end
bit=[bit,bit1]; end
figure(6)二进制接收信号波形
plot(bit);title('binary of receiving terminal');grid on; axis([0,N*length(bitstream),-2.5,2.5]); end
gussian代码
function signal=gussian(transmittedSignal,noise) signal=sqrt(2)*transmittedSignal; signal=awgn(signal,noise); figure(4)
plot(1:length(signal),signal),grid on; title('Adding noise') end
三种调制方式的性能比较:
load PeRate; load PeRatep; %补偿误差
fpeask(15)=1e-3; fpefsk(9)=1e-3; fpepsk(24)=0.002; fpepsk(26)=1e-3; figure(1)
semilogy(-6:length(fpeask)-7,fpeask,-6:length(fpefsk)-7,fpefsk,-30:length(fpepsk)-31,fpepsk),grid on; title('Analysis Of Bit Error Rate'); legend('ASK','FSK','PSK'); xlabel('r/dB'); ylabel('Pe');
figure(2)
semilogy(-6:length(fpefsk)-7,fpeask);grid on; title('Bit Error Rate Of ASK'); xlabel('r/dB'); ylabel('PeASK'); figure(3)
semilogy(-6:length(fpefsk)-7,fpefsk);grid on; title('Bit Error Rate Of FSK'); xlabel('r/dB'); ylabel('PeFSK'); figure(4)
semilogy(-16:length(fpepsk)-17,fpepsk);grid on; title('Bit Error Rate Of PSK'); axis([-16,10,1e-3,1]); xlabel('r/dB'); ylabel('PePSK');
三.程序与调制解调波形 3.1 2ASK波形 1随机信号产生
2ASK信号调制
3信号噪声附加
4接受信号解调
5解调出的基带信号
3.2.FSK 1随机信号产生
2FSK信号调制
3信号噪声附加 4接受信号解调
5解调出的基带信号
3.3PSK
1.随机信号产生
2.FSK信号调制
3信号噪声附加
4接受信号解调
5解调出的基带信号
3.4误码率分析 1.2ASK误码率分析
2.2FSK误码率分析
3.2PSK误码率分析
4性能比较
4课程设计心得体会
经过紧张而有辛苦的一周的通信原理课程设计,当辛苦的汗水换来的是成功的喜悦时,感觉自己又完成了对自己的一个新的超越,这大大增加了我的自信心,也
是对自己的能力的肯定。但更重要的时课程设计是理论与实践的结合,在此过程中可谓收获颇丰,这一点远比结果重要,不仅提高了分析问题和解决问题的能力, 坦白说在此过程中困难重重首先是对matlab的重新认识,
5.参考文献
[1]樊昌信. 通信原理(第6版).国防工业出版社,2006,09 [2] 黎洪松. 数字通信原理.西安电子系科技大学出版社,2005,07 [3] 任嘉伟. 数字频带通信系统计算机仿真[J].电脑知识与技术,2008,07 [4] 吕跃广 通信系统仿真.电子工业出版社,2010.03
[5] 席在芳等 基于SIMULINK 的现代通信系统仿真分析[J].系统仿真学报 2006,18(10)
[6] 孙学军等. 通信原理 电子工业出版社,2001年 [7] 宫锦文. 通信原理实验指导书 电子工业出版社,2007年 [8] 孙学军等. 通信原理 电子工业出版社,2001年 [9] 季飞. 通信系统仿真与建模 电子工业出版社,2007年 [10] 刘卫国. MATLAB程序设计教程 中国水利水电出版社,2005年 [11] 张德丰. MATLAB通信工程仿真 机械工业出版社,20010年
一. 课程设计任务
1、系统建模
2、确定仿真算法 3、建立仿真模型 4、设计仿真程序 5、运行仿真程序
6、输出仿真结果并进行分析
1.2 课程设计目的
通信系统的计算机仿真是利用计算机对所研究的通信系统结构、功能和行为进行动态模拟, 本设计要求利用MATLAB程序的运行来模拟通信系统的动态工作过程。加强学生对通信系统专业知识的理解和掌握,训练并提高其在通信系统建模、通信系统设计、资料文献查阅、通信系统仿真、通信系统性能分析等方面的能力。
1.3 课程设计要求
运用matlab的M文件编程实现2ASK.2PSK.2FSK调制解调过程,并输出调制后的波形,比较其误码率,并分析比较其调制效果。
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