通信系统仿真上机实验指导书(7)

三、设计内容

1．对二元序列01101010，画出2FSK信号的波形，其中发“0”码时，载频与码元速率相等；发“1”码时，载频是码元速率的2倍。

2．利用MATLAB提供的fskmod函数实现2FSK调制，消息信号是1000个二进制的随机数序列，两载波频率之间的频率间隔为8Hz，已调制信号中每符号的采样数为8，采样频率为32Hz，画出2FSK信号的时域波形和频谱图。

3．利用MATLAB提供的FSK调制、解调、误码率分析函数实现2FSK信号的解调与检测，消息信号是5000个二进制的随机数序列，两载波间的频率间隔为8Hz，已调制信号中每符号的采样数为17，采样频率为16Hz，信道中的噪声为加性高斯白噪声，当系统信噪比为5dB时，求误符号率。

4．利用Simulink中的“M-FSK Modulator Baseband”模块和“M-FSK Demodulator Baseband”模块建立2FSK调制解调系统模型，并观察调制、解调前后的波形，计算差错率。

5．根据图5.1分别建立模拟调频法和键控法产生2FSK信号的系统模型，观察调制前后的信号波形。

6．根据图5.2分别建立2FSK信号的相干解调和非相干解调解调系统模型，观察解调前后的信号波形。

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设计六 2PSK和2DPSK调制解调系统

一、设计目的

1．掌握2PSK和2DPSK调制解调原理及MATLAB编程实现方法。 2．利用Simulink设计2PSK和2DPSK信号的调制解调系统。 3．画出2PSK和2DPSK信号的时域波形和频谱图。

二、设计原理

1．2PSK和2DPSK调制解调原理

2PSK（二进制绝对移相键控）信号是利用载波相位直接表示数字信号，2DPSK（相对移相键控）信号是利用前后相邻载波的相位差来表示数字信号，2DPSK信号可以看作是将绝对码变成相对码后再进行绝对移相而得到的。2PSK和2DPSK信号的产生方法如图6.1所示。

双极性不归零极性变换器带通滤波器?an?差分编码器?bn?2DPSK信号cos?ct(a) 模拟调相法产生2DPSK信号

0相振荡器门电路1

e(t)加法器 ?相倒相器门电路2倒相器s(t)?(b) 相位选择法产生2PSK信号 图6.1 2PSK和2DPSK调制

2PSK和2DPSK信号的解调方法如图6.2所示。

e0(t)带通e0(t)z(t)低通抽样判决器x(t)输出?a'n?cos?ct(a) 2PSK信号的相干解调定时脉冲

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2DPSK带通滤波器信号相乘器低通滤波器?bn?抽样判决器 码（反）变换器数据输出?an?本地载波(b) 2DPSK信号的解调（极性比较法）2DPSK带通滤波器信号

抽样判决器数据输出y1(t)相乘器z(t)低通滤波器x(t)?an?延迟Tsy2(t)(c) 2DPSK信号的解调（差分检测法）

图6.2 2PSK和2DPSK信号的解调

当0、1等概出现时，2PSK信号和2DPSK信号的功率谱密度为

?sin?(f?f)TTcSS? Pe(f)?4??(f?fc)TS?2PSK信号的带宽为

22sin?(f?fc)TS?? （6.1） ??(f?fc)TS?? B2PSK?2fs （6.2）

【例6-1】用MATLAB产生独立等概的二进制信源，画出2PSK信号的波形及其功率谱。 解 首先产生随机的二进制数字基带信号，然后根据2PSK信号的表达式产生二进制数字调制信号，最后通过FFT变换求解各种调制信号的功率谱。源程序如下，用到的子函数sigexpand.m和T2F.m见例5-1。

A=1; fc=2; N_sample=8; N=500; Ts=1; dt=Ts/fc/N_sample; t=0:dt:N*Ts-dt; L=length(t); % 产生二进制信源 d=sign(randn(1,N));

dd=sigexpand((d+1)/2,fc*N_sample); gt=ones(1,fc*N_sample); d_NRZ=conv(dd,gt);

[f,d_NRZf]=T2F(t,d_NRZ(1:L)); % 数字基带信号的傅里叶变换 ht=A*cos(2*pi*fc*t); % 调制信号 d_2psk=2*d_NRZ-1; % 双极性基带信号 s_2psk=d_2psk(1:L).*ht; % 产生2PSK信号

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[f,s_2pskf]=T2F(t,s_2psk); % 2PSK信号的傅里叶变换 figure(1)

subplot(2,2,1); plot(t,d_NRZ(1:L)); axis([0,10,0,1.2]); xlabel('(a) 输入信号');

subplot(2,2,2); plot(f,10*log10(abs(d_NRZf).^2/Ts)); axis([-2,2,-40,40]); xlabel('(b) 输入信号功率谱密度'); subplot(2,2,3); plot(t,s_2psk); axis([0,10,-1.2,1.2]); xlabel('(c) 2PSK信号');

subplot(2,2,4); plot(f,10*log10(abs(s_2pskf).^2/Ts)); axis([-fc-4,fc+4,-40,40]); xlabel('(d) 2PSK信号功率谱密度'); 程序运行结果如图6.3所示。

401200-200-40-20.505(a) 输入信号10-101(b) 输入信号功率谱密度210.50-0.5-105(c) 2PSK信号1040200-20-40-505(d) 2PSK信号功率谱密度

图6.3 2PSK调制波形及其频谱

2．MATLAB函数

在MATLAB中，pskmod函数和pskdemod函数分别实现PSK信号的调制和解调，scatterplot函数用于画数字调制信号的星座图。

(1) pskmod函数 格式：y=pskmod(x,M)

y=pskmod(x,M,ini_phase)

其中，x是消息信号；M是消息的符号数，必须是2的整数次幂，消息信号是0～M-1之间的整数；ini_phase是初始相位，单位为rad。

(2) pskdemod函数

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格式：z=pskdemod(y,M)

z=pskdemod(y,M,ini_phase)

其中，y是已调信号；z是还原信号，其余参数与pskmod函数中的一样。 (3) scatterplot函数

scatterplot函数是画信号散点图函数，常用于画数字调制信号星座图，其调用格式如下： scatterplot(x)

x是信号，如果x是一个两列的实矩阵，该矩阵的第一列作为同相分量（习惯用二维空

Scatter plot间的X轴表示），第二列作为正交分量（习惯用二维空间的Y轴表示）；如果x是一个复矢量，Scatter plot1该复矢量的实部作为同相分量，虚部作为正交分量；信号x在X-Y平面（同相-正交平面）1的位置就是星座图。 0.8星座图可以在信号空间展示信号所处的位置，为系统的传输特性分析提供直观、具体的0.80.60.60.40.4显示结果。利用scatterplot函数画已调信号星座图需执行以下几步：

① 如果调制中使用的符号数是M，那么创建信号[0:M-1]。该信号表示对调制器所有可tuaaaturedrudrreQuaQ0.2 能的输入。0.2② 0使用适当的调制函数完成对信号的调制。 ③ 0对上步产生的输出信号使用scatterplot函数画图。 【例6-2】用scatterplot函数画2PSK和8PSK信号的星座图。 解 源程序如下： -0.6M1=2; x1=[0:M1-1]; -0.6M2=8; x2=[0:M2-1]; -0.8-0.4-0.2-0.4-0.2scatterplot(pskmod(x1,M1)) -0.8scatterplot(pskmod(x2,M2)) -1-1-0.5-10程序运行结果如图6.4所示。 In-Phase-1-0.502PSKIn-Phase10.80.60.50.51118PSK

Quadrature0.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1

Quadrature0.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1-1-0.50In-Phase0.51-1-0.5

图6.4 2PSK和8PSK信号的星座图

0In-Phase0.51

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