基于MATLAB的数字调制.doc

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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。
公式为:
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:
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
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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；
% N=32;
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'）;gridon；
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
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。
参考资料