【通信原理】【实验】实验三： 数字调制解调实验2ASK--2FSK--2PSK思路（GZHU）_2ask和2fsk调制解调

一. 总体思路：

针对2ASK调制使用相干解调法：对整个过程进行分析
相比实验二：数字基带传输实验（GZHU） 这里只是增加了调制和解调两个部分，同时对于2ASK 这里选择的码型是单极性不归零码型；剩下的部分跟实验二是一样的；调制方法：包络法和模拟相乘法进行调制和相干解调；

二. 内容

采用Matlab对数字调制解调系统进行搭建并仿真，基本参数设置如下：
 1. 信源为长度N=1000的随机“0”、“1”序列，发送端符号速率RB=1000Baud；
 2. 基带数字信号根据具体调制方式采用合适的基带编码；
 3. 发送端的发送滤波器采用平方根升余弦滤波器，采样频率fs=16000Hz，滚降系数α=0.25，延迟delay=5；
 4. 信道为awgn信道，信噪比snr=-5dB、5dB；
 5. 接收端的低通滤波器采用平方根升余弦滤波器进行匹配滤波；
请实验仿真并给出以下信息：、

1. 2ASK
   载波频率fc=4000Hz
   (1) 发送端采用平方根升余弦脉冲成型后的时域和频域波形；
   (2) 发送端进行2ASK调制后的时域和频域波形；%
   (3) 接收端进行2ASK相干解调后的时域和频域波形；
   (4) 接收端进行匹配滤波的时域和频域波形；
   (5) 发送端输入信号和接收判决器输出的信号波形对比图；
   (6) 误码率；
   (7) 分析接收端抽样判决阈值的选取对误码率的影响。
   简单实验使用单极性不归零码型；

2.1 第一个实验部分：2ASK （二进制幅度调制）

代码：跟实验二不同的是信号在输入信道前进行调制，输出信道后进行解调，剩下的都是跟实验二一样！

2.1.1 2ASK

fc = 4000;                  % 载波频率

% f_up = 2000                 % 上分支载波频率
% f_down = 4000               % 下分支载波频率

x_len = length(x_shaped);     % 发送信号长度

ln = 0:x_len - 1;

t = ln/fs;                    % 时间t 2ASK调制

cari_x = cos(2*pi*fc*t);    % 载波
m_x_c = x_shaped .* cari_x;  % 模拟相乘法进行调制
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

2.1.2 信道

m_x_c_n = awgn(m_x_c, snr, 'measured', 'db');     % 添加高斯白噪声
1
相干解调
x_c_n = m_x_c_n .* cari_x;                          % 与同频率相乘 .* 
1
脉冲成型
res = conv(x_c_n, h_sqrt);            % 接收端脉冲成型，滤波器还是使用平方根升余弦
1
1
2
3
4
5
6
7
8

接收端同步抽样

% 抽样同步
SynPosi = delay * oversamp * 2 + 1;                 % 两个时延*过采样率
SymPosi = SynPosi + (0:oversamp:(N-1) * oversamp);  % 采样点

res_signl = res(SymPosi);                           % 接收端采样信号

判决
for i = 1:N
    if res_signl(i) > 0.5
        res_match(i) = 1;
        
    elseif res_signl(i) <= 0.5
        res_match(i) = 0;
        
    end
end
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

计算误码率

for i = 1:N
    if res_match(i) ~= s_nrz(i)
        c_error = c_error 
    end
 end
1
2
3
4
5

2.1.3 符号解释

：
fc : 载波频率
cari_x : 载波
m_x_c : 调制后信号
m_x_c_n : 调制后信号在信道上添加高斯白噪声
x_c_n : 接收端解调后信号
res : 经过卷积后的接收端信号，此时已经是低频信号
res_signl : 经过抽样判决后的信号
res_match: 接收通过判决匹配信号
c_error : 错误码元个数
elv : 误码率

2.1.4 问题思考

1. 基带信号有码间串扰，那么调制信道是否有码间串扰？

   有，只要是带限信道就会产生码间串扰

2. 怎么避免码间串扰呢？

组成 一起就能避免码间串扰！

3. 码型的选择？

单极性不归零码

4. 为什么不选择双极性?

因为如果选择双极性码型的时候，表示0或者1的正弦波的幅度的绝对值是相等；而单极性表示0或者1的时候表示1是正弦波，表示0是0；

5. 载波的时候为什么使用 .*(点乘)，而不使用（乘）；

这是因为载波的是将基带信号搬移到载波频谱上，所以是将每个基带信号与载波对应元素进行相乘，而乘法是矩阵乘法，也就是mxn维度*nxm维度，点乘是nxm维度*nxm维度；

6. 接受端解调

解调方法：相干解调和包络解调（以下是相干解调）

就是将经过载波的信号通过相乘器（与载波信号（同频同相）进行相乘），进行简单的频谱搬移，之后通过低通滤波器将高频成分过滤，得到的就是基带信号的低频成分；

7. 抽样判决的阈值的选择

选择0.5，因为使用的是单极性码元

3.1 第二个实验部分：2FSK （二进制频率调制）

3.1.1思路：

• 2FSK = 2ASK + 2ASK

4.1 第三个实验部分：2PSK （二进制相位调制）

在2ASP的基础上进修改

将2ASK的码型由原来的单极性不归零码改为双极性不归零码
修改接受端的判别阈值有原来的0.5修改为0

不发生倒pi现象：

• 这是因为使用了双极性不归零码的时候-1 会将同频同相的载波在-1 的位置与1 进行倒置，得到的是相位的变化来表示原来的-1和1；

不发生倒pi现象：

• 将接收端载波在相位上偏移pi个单位，实现倒pi 效果

carri_x_1 = cos(2 * pi * fc * t + pi); %接收端在倒pi现象

对接收端载波进行一个pi相位的偏移部分代码：

ln = 0:length(x_shaped) - 1;
t = ln / fs;
carri_x_1 = cos(2*pi*fc*t + pi); % 接受端的载波比发送端的载波在时域上多个pi单位   发送端载波  cari_x = cos(2*pi*fc*t);
x_c_n_1 = m_x_c_n .* carri_x_1; %乘以与发送端同频不同相的载波 
figure('name', '倒pi接收端');
subplot(2,1,1),plot(x_c_n_1); axis([0 800 -1 1]);  %时域波形
title('----时域');
 
f_x_c_n_1 = fft(x_c_n_1, N); %傅里叶变换
f_x_c_n_1_abs = abs(f_x_c_n_1);                  %取绝对值
subplot(2,1,2),plot(f,f_x_c_n_1_abs);           %频域波形
title('----频域');


%时域上卷积滤波
res1 = conv(x_c_n_1, h_sqrt);                   %频域乘积，时域卷积
figure('name', '2PSK相干解调');
subplot(2,1,1),plot(res1);axis([0 800 -1 1]);   %接收端时域波形
title('----倒π时域');
 
f_res1 = fft(res1, N);                           %傅里叶变换
f_res1_abs = abs(f_res1);                        %取绝对值
subplot(2,1,2),plot(f,f_res1_abs);    
title('----倒π频域');
grid on;

%接收端同步
res_signal1 = res1(SymPosi);   %倒π现象

%接收端采样
res_match1 = zeros(length(res_signal1)); %初始化一个长度为 N 的全零数组，存放接收端抽样判决得到的码元
for i = 1:N
    if res_signal1(i) > 0
        res_match1(i) = 1;
    elseif res_signal1(i) <= 0
        res_match1(i) = -1;
    end
end

figure('name', '----2PSK匹配波形');
subplot(2,1,1),stem(D_x);axis([0 100 -1 1]);
title('----原始波形');
subplot(2,1,2),stem(res_match1);axis([0 100 -1 1]);
title('----2PSK抽样判决波形');
RecBit2 = zeros(N);
%误码率
error = 0;

%求误码率方法1
% for j = 1:N
%     if RecBit2(j) ~= D_x(j)
%         error = error + 1;
%     end
% end
% elv1 = error / N;
%sprintf('误码率：%0.5f% ',elv1);

% 方法2：
[error, radio] = symerr(RecBit2,D_x)

 

sprintf('错误码元数量：%d ',error);
sprintf('误码率：%0.5f%',radio);


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66

5.1 第四部分 2DSK

实验完整代码：后续…

【2ASK】：https://download.csdn.net/download/zcw1234515/19547248
【2FSK】：https://download.csdn.net/download/zcw1234515/19547258
【2PSK】：https://download.csdn.net/download/zcw1234515/19547270
github[本来先把代码放github避免下载花积分，后来知道原来可以把下载积分设置为0]
参考文献：
[1] 基于MATLAB仿真的模拟乘法器AM波分析
[2]讲解傅里叶变换的知乎