1课程设计的基本要求

1. 课程设计的基本要求

1、编程产生一组随机的0、1二进制比特序列，分别用2ASK, 2FSK, 2PSK 和2DPSK 这四种调制方式把它们调制到一个较高的载频上，调制参数自定，请 给出前8个比特所对应的时域波形。

2、画出上述四种信号在通过高斯白噪声信道后的相干解调器和非相干解调 器的框图，并给出判决前的观测值的数学表达式，并用 Matlab 实现所采用的解 调方法。(注：如果某些调制方式无法进行非相干解调，请给出原因)

3、根据题2中的观测值的数学表达式，分别编程实现判决过程，将判决结 果与原数据作比较，统计出各自在不同比特信噪比值下的误比特率 ，然后画出 误比特率与比特信噪比(dB)的曲线。建议比特信噪比的范围为0dB 到10dB,以 1dB 为间隔。

4、上述仿真得到的误比特率曲线与各自的理论值画在同一张图上进行比较 并讨论。同时，比较和讨论不同调制与解调方式的差错性能区别。

2、实验原理

2.1 2ASK 、2FSK 2PSK 2DPSK 信号的调制方法及原理

2.1.1 2ASK

在二进制幅度键控中， 由载波的幅度来携带二进制信号， 也就是说，载波的幅度随调制 信号的变化而变动。二进制幅度键控最简单的方式就是载波在二进制信号 0或1的控制下通

或断，这种调制方式称为通 -断键控(OOK 。它的时域表达式为：

e 2ASK (t) = st )cos 国 c t

其中

s(t)二' a “g(t - nT s )

n

Ts —码元持续时间；

g(t)—持续时间为Ts 的基带脉冲波形，通常假设是高度为 1，宽度等于Ts 的矩形脉冲；

an —第N 个符号的电平取值。

2.1.2 2FSK

二进制频移键控，是用载波的频率来携带二进制信息的调制方式。也就是说，

o 值对应

一个频率f1，1对应另一个频率f2。二进制频移键控可以采用模拟信号调频电路来实现； 但更容易实现的方法是键控法。

Acos(%t + 珥), A cos(jt + — ),

e 2FSK (t)二

发送“ 1”时

发送“ 0”时

2.1.3 2PSK

在2PSK 中，通常用初始相位 0和Ji 分别表示二进制 “1和“0。因此，2PSK 信号的时域表达 式为

e 2PSK (t) = A cos? c t + ? n )

式中，冷表示第n 个符号的绝对相位

弟=「0，发送“ 0”时

n

— 发送“1”时

2.1.4 2DPSK

PSK 调制方式由于在接收端恢复载波时存在相位模糊问题，可能导致信息传送失败。 因此就引入了另一种相位调制方法一一二进制差分相移键控。

2DPSK 方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码 元的载波相位差为 △ 0 ,可定义一种数字信息与 △ 0之间的关系为

△ 0 = r 0,

表示数字信息“ 0” n ,

表示数字信息“ 1”

则信号码兀可以表示为：S(t)二cos(「0t 亠：；亠)0 ：：： t - T ①为前一码元的相位。

实现二进制差分相移键控的最常用的方法是： 先对二进制数字基带信号进行差分编码，

然

后对变换出的差分码进行绝对调相即可。

0,1二进制比特序列

1 F 0.5 - 0 -

0.8

0.8

0.8

因此，上式可以改写为

f

^PSK

(t)

= *

A cos c

t, 二

A cos c

t, 概率为P

概率为1 _ P

0.1

0.2

0.3

0.4 0.5

2ASK

0.6

0.7

1 0 -1

0.1 0.2

0.3

0.4 0.5

0.6

0.7

2FSK

1 0 -1

0 0.1 0.2

0.3

0.4 2PSK

0.5 0.6 0.7

0.4 O

1O 1 8 0

2DPSK

2.2 2ASK 、2FSK 2PSK 2DPSK 调制信号的解调方法及原理

221 2ASK 信号解调方法

€2ASK (t)二 S (t)COSW c t

通过带通滤波器滤除信号带宽外的噪声

S1t)=2q ASK (t)cosW1) =s(t) s(t)cos(Wt)

s(t)=s(kT S

)= H + n c (kT S ),发送1

时

通过低通滤波器后得到信号

s(t)

. %(kT s ),发送0时

故相干解调在抽样判决器前的表达式 a 为经过信道衰减后的幅度值 判决门限为a/2，通过对所有t 所对应的 或)的值抽样，取平均获得。

^ASK

(t) = s(t)cosw c t

通过带通滤波器滤除信号带宽外的噪声

通过全波整流器后得到

s1(t) "1 e 2ASK (t)|

V(t)二..[a n c (t)]2

n ；(t)发送“ 1” 时

相干解调仿真图

故相干解调在抽样判决器前的表达式

V(t)n ；(t) n ；(t)

发送“ 0”时

相干解调(同步检测法)

非相干解调(包络检波法)

-

1

I

1

1

1

II

—

0 0.1

0.2

0.3

0.4 0.5

2ASK

0.6 0.7

0.8

:. 'U ■ M W

I*.

；?―.:,.:"

0.1

0.2

0.3

0.4 0.5

0.6 0.7 0.8

#赠M 枷叶-? {:：\'也:?曲討；j- ■- '■' . -j

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

通过带通滤波器

0 0.1 0.2

0.3

通过低

0.4

通滤

0.5 波

器

0.6

0.7

0.8

1

1

<

/ J

r -i

- 1

1

1

1

1 1

i

0.1

0.2 0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

通过抽

样判

决器

1 i

1

1

I

il

g

厂

j

n

1

0 0.1

0.2

0.3 0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

非相干解调仿真图

1 0 -1 0

0.1

0.2

0.3

0.4 0.5 0.6

0.7

0.8

通过低通滤波器

1 [ 1 r p 1 1 1 1 - 0.5?

0? -

I

II

I

I

[i

I

0.1

0.2

0.3

0.4 0.5 0.6

0.7

0.8

通过抽样判决器

.

I

I

I

1

I

I

1 - ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ -

0.5 - 0 r I

I I ! ! I

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0.6 0.7 0.8

2.2.2 2FSK 信号解调方法

相干解调（同步检测法）

e 2FSK 1 0 -1

0 0.1

0.2

0.3 0.4 0.5

0.6

0.7

0.8

通过全波整流器

通过带通滤波器W1

滤除信号带宽外的噪声

Sit)二2e 2

FS K

(t)cosW1tpa acos(WMt)

通过低通滤波器后得到信号为a

通过带通滤波器W 2滤除信号带宽外的噪声

q(t)二 2e 2FSK

(t)cosW 2tp b bcos(Wt)

判决若s (t

)?/)，则判为i

故相干解调在抽样判决器前的表达式 ％(t) =a ■ n 1c

(t)上支路

X 2(t)二 n 2c (t) 判决若s

(t)

g (t )，则判为0

故相干解调在抽样判决器前的表达式为⑴二n ic (t)

X 2(t)二 b n 2c (t)下支路

非相干解调(包络检波法)

A cos( i t 「n ), A COS ( ? 2 t " n ),

通过带通滤波器W 1

滤除信号带宽外的噪声 通过包络检波器后得到

1信号的包络

s(t)

通过带通滤波器W 2滤除信号带宽外的噪声 通过

包络检波器后得到0信号的包络勺⑴

1

e

2F SK

(t) = *

A cos( ? i t 「n ), A COS ( ，2t n ),

发送“ T 时 发送“ 0 ”时

下支路

上支路

e 2FSK (t )

输出

发送“ T 时 发送“ 0 ”时

e

2FSK (t)

抽样 判决器

判决若q(t) ^(t)，则判为1

V 2(t) = ： n ；(t)—n ls (t) 下支路

判决若n (t) g (t

)，则判为0

故相干解调在抽样判决器前的表达式

V 2(t)二Q b —压山)]2

—n 2s (t)2

下支路

FSK 相干解调的仿真图

FSK

非相干解调的仿真图

-1

故相干解调在抽样判决器前的表达式 V i (t)二[a

n ic (t)]

1 2

n 1S (t)

上支路 i ■

0.5 - 0 I- 0 0.2 0.5 0.6 0.7 0,i 二进制比特序列

0.3

0.4 2FSK

0.8

i 0 -i 0 o.i 0.i

0.2

i'11! ..... "'IM ^ ,I . r

r

0.3 0.4 0.5

通过加性白噪声

0.6 0.7 0.8

0.7 2 0 -2 0.i 0 0.2

0.3 0.4 0.5 0.6 通过带通滤波器将1滤出来

0.8

1 0 -1 0 0.i 0.2

0.6 0.7 7

--

0.3 0.4 0.5 通过低通滤波器

0.8

0.i

0.2

0.3 0.4 0.5 0.6

0.7

1 0.5 0

0.8

通过带通滤波器将0滤出

0.i

0.2

0.6 0.7 0.8

0.3 0.4 0.5 通过低通滤波器

■

II I L V ：屮mm ?-

0.5

0.6

0.7

0.8

0.2

0.3 0.4 0.5

通过比较判决判决器

0.i

i 「 0.5 - 0卜 0 0.i 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

V i (t)

n ic (t)

n is (t)

上支路

0,1二进制比特序列 1 c I r ■ ■ ■ I ■ 0.5 -

I

-

0 卜 I I I I

」 I I - 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

2FSK

0 0.1 0.2

0.3 0.4

0.5 0.6 0.7 0.8

通过加性白噪声

2.2.3 2PSK 信号解调方法

通过带通滤波器滤除信号带宽外的噪声

经过相乘器得：s(t)二 62PSK (t)COS (W c t)二-a(1 cos(2wt))

一

T ,-

* i L-x-H

『

0.1

0.2

0.3 0.4 0.5 通过低通滤波器

0.6 0.7 0.8

0 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8

1 : 0 - -1 : 0 0.1

0.2

—帅脚細酬糊踽

0.3 0.4 0.5

通过低通滤波器

0.6

0.7

0.8

1「 0.5 - 0 L 0 1 ” 0.5 - 0 L 0

0.1

0.1 0.2

0.3 0.4 0.5 0.6

通过比较判决判决器

0.7

0.8

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

◎psK

（t ）=

A cos c

t, -A cos c

t. 概率为P

概率为1 - P

0 0.1 0.2

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

0.8

通过带通滤波器将1滤出

血■

0.1 0.7 1 0.5 0