Matlab第五章实用教案

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1、第五章 调制(tiozh)与解调 5.1 调制与解调基本知识 5.2 通带模拟(mn)调制与解调 5.3 数字调制与解调第1页/共54页第一页，共55页。5.1 调制(tiozh)与解调基本知识 5.1.1 调制在通信系统中的作用 5.1.2 调制的基本特性和分类(fn li) 5.1.3 通带仿真与基带仿真第2页/共54页第二页，共55页。5.1.1 调制在通信(tng xn)系统中的作用 调制(tiozh)为了容易辐射 调制(tiozh)为了频率分配 调制(tiozh)为了多路复用 调制(tiozh)为了减少噪声和干扰的影响 调制(tiozh)可以克服设备的限制第3页/共54页第三页，共5

2、5页。5.1.2 调制的基本( jbn)特性和分类（1） 1.1.两个基本特性 仍然携带(xidi)(xidi)有消息 适合于信道传输 2.2.分类 c(t)载波 调制信号x(t) 调制器 Xc(t)已调信号 第4页/共54页第四页，共55页。5.1.2 调制(tiozh)的基本特性和分类（2） 1 1 根据x(t)x(t)的不同可以分为(fn wi)(fn wi)：模拟调制、数字调制2 2 根据c(t)c(t)的不同分为(fn wi)(fn wi)：连续载波调制、脉冲载波调制33 根据调制器功能不同分为(fn wi)(fn wi)：幅度调制、频率调制等。4 4 根据调制器频谱搬移特性的不同可

3、以分为(fn (fn wi):wi):线性调制：Xc(t)Xc(t)与x(t)x(t)呈线性搬移，如AMAM和SSBSSB。非线性调制：输出已调信号Xc(t)Xc(t)的频谱和调制信号x(t)x(t)的频谱之间没有线性对应关系，如FM FM FSKFSK等。第5页/共54页第五页，共55页。5.1.3 通带仿真(fn zhn)与基带仿真(fn zhn) 通带仿真的载波信号包含在模型的发射部分，载波频率通常都远远高于信号的最高频率。由NyquistNyquist抽样定理可知，为了能正确恢复出信息信号，仿真中的抽样频率应至少为载波频率最大值的两倍。如果信号频率很高，则仿真会变得非常慢，并且效率很低

4、。为了加快仿真速度，当调制/ /解调技术(jsh)(jsh)的参数选择或性能要求不是设计的关键时，通常使用基带仿真来代替通带仿真。 基带仿真一般被成为低通等效法仿真，它使用的是通带信号的复包络(complex envelope)(complex envelope)。第6页/共54页第六页，共55页。5.2 通带模拟(mn)调制与解调 振幅调制（AMAM） DSB-SC DSB-SC 双边带抑制载波振幅调制 DSB-TC DSB-TC 双边带载波振幅调制 SSB SSB QAMQAM 频率(pnl)(pnl)调制（FMFM） 相位调制（PMPM） 第7页/共54页第七页，共55页。5.2.1 调

5、制(tiozh)与解调函数介绍 1 1 通信(tng xn)(tng xn)工具箱提供的有关调制解调函数 ammod ammod 功能：模拟信号幅度调制 语法：Y = ammod(X, Fc, Fs) Y = ammod(X, Fc, Fs) ； Y = ammod(X,Fc,Fs,INI_PHASE) Y = ammod(X,Fc,Fs,INI_PHASE) Y = ammod (X,Fc,Fs,INI_PHASE,CARRAMP) Y = ammod (X,Fc,Fs,INI_PHASE,CARRAMP) Fs must satisfy Fs 2 Fs must satisfy Fs 2*

6、 *(Fc + BW), (Fc + BW), 第8页/共54页第八页，共55页。5.2.1 调制(tiozh)与解调函数介绍 1 1 通信工具箱提供的有关调制(tiozh)(tiozh)解调函数 Fs = 8000; % Sampling rate is 8000 samples Fs = 8000; % Sampling rate is 8000 samples per second.per second. Fc = 300; % Carrier frequency in HzFc = 300; % Carrier frequency in Hz t=0:.1t=0:.1* *Fs/Fs;

7、 % Sampling times for .1 Fs/Fs; % Sampling times for .1 secondsecond x = sin(20 x = sin(20* *pipi* *t); % Representation of the t); % Representation of the signalsignal y = ammod(x,Fc,Fs); % Modulate x y = ammod(x,Fc,Fs); % Modulate x toto produce y. produce y. figure;figure; subplot(2,1,1); plot(t,

8、x); % Plot x on top.subplot(2,1,1); plot(t,x); % Plot x on top. subplot(2,1,2); plot(t,y)% Plot y below.subplot(2,1,2); plot(t,y)% Plot y below.第9页/共54页第九页，共55页。5.2.1 调制(tiozh)与解调函数介绍第10页/共54页第十页，共55页。5.2.1 调制与解调(ji dio)函数介绍 1 1 通信工具箱提供(tgng)(tgng)的有关调制解调函数 ssbmodssbmod pmmodpmmod fmmodfmmod第11页/共54

9、页第十一页，共55页。5.2.1 调制与解调函数(hnsh)介绍1 1 通信工具箱提供的有关调制解调(ji dio)(ji dio)函数amdemodamdemod功能：模拟幅度解调(ji dio)(ji dio)。语法：z = amdemod(y,Fc,Fs)z = amdemod(y,Fc,Fs)z = amdemod(y,Fc,Fs,ini_phase)z = amdemod(y,Fc,Fs,ini_phase)z = amdemod(y,Fc,Fs,ini_phase,carramp)z = amdemod(y,Fc,Fs,ini_phase,carramp)z = amdemod(y

10、,Fc,Fs,ini_phase,carramp,num,den)z = amdemod(y,Fc,Fs,ini_phase,carramp,num,den)num,den = butter(5,Fcnum,den = butter(5,Fc* *2/Fs)2/Fs)第12页/共54页第十二页，共55页。5.2.1 调制与解调函数(hnsh)介绍 2 解调过程中低通滤波器的使用 butter 功能：数字巴特沃斯滤波器与模拟巴特沃斯滤波器设计 语法：B,A=butter(N,Wn) 说明：设计一个N阶低通巴特沃斯滤波器，返回滤波器的系数(xsh)，A为分母的系数(xsh)，B为分子的系数(xsh

11、)。A和B为长度为N+1的向量。系数(xsh)按照Z的降幂排列。 The cut-off frequency Wn must be 0.0 Wn 1.0, with 1.0 corresponding to half the sample rate. 第13页/共54页第十三页，共55页。 t = .01; Fc = 10000; Fs = 80000; t = 0:1/Fs:0.01; s = sin(2*pi*300*t)+2*sin(2*pi*600*t); % Original signal num,den = butter(10,Fc*2/Fs); % Lowpass filter

12、y1 = ammod(s,Fc,Fs); % Modulate. s1 = amdemod(y1,Fc,Fs,0,0,num,den); % Demodulate. subplot(3,1,1); plot(t,s) subplot(3,1,2); plot(t,y1) subplot(3,1,3); plot(t,s1)第14页/共54页第十四页，共55页。第15页/共54页第十五页，共55页。5.2.2 单边带抑制载波振幅调制(tiozh)与解调 1 原理(yunl)分析 cf cf F(f) f f f F(f) 调制信号的频带 已调信号的频带宽度 cf cf F(f) f f f F(

13、f) 调制信号的频带 已调信号的频带宽度 上边带调幅(dio f)(dio f)波的频谱图 下边带调幅波的频谱图 第16页/共54页第十六页，共55页。5.2.2 单边带抑制载波振幅(zhnf)调制与解调 1 原理(yunl)分析单边带调幅(dio f)方式的时域表达式比较复杂，有上边带(USB)和下边带(LSB)两种方式，表达式分别如下：ttfttftSccUSBsin)(21cos)(21)(ttfttftSccLSBsin)(21cos)(21)(其中 为 的希尔伯特变换 )(tf)(tf第17页/共54页第十七页，共55页。5.2.2 单边带抑制载波(zib)振幅调制与解调 调制调制(

14、tiozh) y = ssbmod(x,Fc,Fs) y = ssbmod(x,Fc,Fs,ini_phase) y = ssbmod(x,fc,fs,ini_phase,upper) 解调解调 z = ssbdemod(y,Fc,Fs) z = ssbdemod(y,Fc,Fs,ini_phase) z = ssbdemod(y,Fc,Fs,ini_phase,num,den)第18页/共54页第十八页，共55页。5.2.3 角度(jiod)调制与解调角度调制信号(xnho)的一般表示式为 costtAtscm tmKtp tmKdttdF相位(xingwi)调制频率调制第19页/共54页第

15、十九页，共55页。5.2.3.1 相位(xingwi)调制与解调 调制(tiozh)y = pmmod(x,Fc,Fs,phasedev)y = pmmod(x,Fc,Fs,phasedev,ini_phase) 解调z = pmdemod(y,Fc,Fs,phasedev)z = pmdemod(y,Fc,Fs,phasedev,ini_phase) 第20页/共54页第二十页，共55页。5.2.3.2 频率调制(tiozh)与解调 调制(tiozh)y = fmmod(x,Fc,Fs,freqdev)y = fmmod(x,Fc,Fs,freqdev,ini_phase) 解调 z = f

16、mdemod(y,Fc,Fs,freqdev)z = fmdemod(y,Fc,Fs,freqdev,ini_phase) 第21页/共54页第二十一页，共55页。% Prepare to sample a signal for two seconds,% at a rate of 100 samples per second.Fs = 100; % Sampling ratet = 0:2*Fs+1/Fs; % Time points for sampling% Create the signal, a sum of sinusoids.x = sin(2*pi*t) + sin(4*pi*

17、t);Fc = 10; % Carrier frequency in modulationphasedev = pi/2; % Phase deviation for phase modulationy = pmmod(x,Fc,Fs,phasedev); % Modulate.y = awgn(y,10,measured,103); % Add noise.z = pmdemod(y,Fc,Fs,phasedev); % Demodulate.% Plot the original and recovered signals.figure; plot(t,x,k-,t,z,g-);legen

18、d(Original signal,Recovered signal);第22页/共54页第二十二页，共55页。第23页/共54页第二十三页，共55页。加性高斯(o s)白噪声函数 y = awgn(x,snr) y = awgn(x,snr,sigpower) sigpower is the power of x in dBW . y = awgn(x,snr,measured) measures the power of x before adding noise. y = awgn(x,snr,sigpower,state) y = awgn(x,snr,measured,state)第

19、24页/共54页第二十四页，共55页。5.2.3 模拟幅度(fd)调制模块仿真第25页/共54页第二十五页，共55页。第26页/共54页第二十六页，共55页。第27页/共54页第二十七页，共55页。5.3.1 幅度(fd)键控（ASK） MATLABMATLAB函数 pammodpammod y = pammod(x,M) (Xy = pammod(x,M) (X中所有(suyu)(suyu)元素的值要小于M M1)1) y = pammod(x,M,ini_phase)y = pammod(x,M,ini_phase) pamdemodpamdemod z = pamdemod(y,M)z

20、= pamdemod(y,M) z = pamdemod(y,M,ini_phase)z = pamdemod(y,M,ini_phase)第28页/共54页第二十八页，共55页。5.3.1 幅度(fd)键控（ASK） x=1 0 0 1 1 0 1 y=pammod(x,2) y = 1 -1 -1 1 1 -1 1 x=1 0 3 1 1 2 1 y=pammod(x,4) y = -1 -3 3 -1 -1 1 -1第29页/共54页第二十九页，共55页。5.3.1 幅度(fd)键控（ASK） x=1 2 3 1 2 3 0 4 3 y=pammod(x,5) y = -2 0 2 -2

21、 0 2 -4 4 2第30页/共54页第三十页，共55页。5.3.1 幅度(fd)键控（ASK）第31页/共54页第三十一页，共55页。第32页/共54页第三十二页，共55页。5.3.2 频移键控（FSK） 将数字信号调制在载波(zib)(zib)的频率上的调制方法称为频移键控（FSKFSK），它也包括二电平频移键控（BFSKBFSK）和多电平频移键控（MFSKMFSK）。 频移键控的原理与调频类似，只是使用数字信号而已。第33页/共54页第三十三页，共55页。5.3.2 频移键控（FSK） 对上例的二元序列(xli)10110010(xli)10110010，画出2FSK2FSK的波形，

22、x=0:0.01:8;x=0:0.01:8; t=ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ont=ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,es(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,101)100),zeros(1,101) y=sin(x.y=sin(x.* *(2(2* *pi+2pi+2* *t);t); plot(x,y)plot(x,y)第34页/共54页第三十

23、四页，共55页。5.3.2 频移键控（FSK） 可以(ky)看出，载频有所改变，由于调频同时必然带来了相位的改变，所以有相位的突变。FSK波形(b xn) 第35页/共54页第三十五页，共55页。5.3.2 频移键控（FSK） 调制(tiozh)y = fskmod(x,M,freq_sep,nsamp) outputs the complex envelope y of the modulation of the message signal x using frequency shift keying modulation. M is the alphabet size and must

24、be an integer power of 2. The message signal must consist of integers between 0 and M-1. freq_sep is the desired separation between successive frequencies in Hz. nsamp denotes the number of samples per symbol in y and must be a positive integer greater than 1. The sampling rate of y is 1 Hz. By the

25、Nyquist sampling theorem, freq_sep and M must satisfy (M-1)*freq_sep = 1. If x is a matrix with multiple rows and columns, t h e f u n c t i o n p ro c e s s e s t h e c o l u m n s independently. 第36页/共54页第三十六页，共55页。5.3.2 频移键控（FSK） 调制(tiozh)y = fskmod(x,M,freq_sep,nsamp,Fs) specifies the sampling r

26、ate of y in Hz. Because the Nyquist sampling theorem implies that the maximum frequency must be no larger than Fs/2, the inputs must satisfy (M-1)*freq_sep = Fs. 解调z = fskdemod(y,M,freq_sep,nsamp)z = fskdemod(y,M,freq_sep,nsamp,Fs)第37页/共54页第三十七页，共55页。5.3.2 频移键控（FSK） M = 4; freqsep = 8; nsamp = 8; Fs

27、 = 32; x = randint(6,1,M) % Random signal y = fskmod(x,M,freqsep,nsamp,Fs); % Modulate. t=0:1:47; plot(t,y)第38页/共54页第三十八页，共55页。5.3.2 频移键控（FSK）第39页/共54页第三十九页，共55页。第40页/共54页第四十页，共55页。5.3.3 相移键控（PSK） 1 简介 将信道发送的信息调制在载波的相位上，所以通过数字相位调制，数字信号的载波相位是 , m=0,1,M-1。对二进制调制，两个载波的相位分别是0， 。对于(duy)M进制的相位调制，一组M个载波调相信

28、号的波形的一般表达式为： m=0,1,M-1 其中 为发射端的滤波脉冲，决定了信号的频谱特征，A是信号振幅。 Mmm/2)22cos()()(MmtftAgtucTm)(tgT第41页/共54页第四十一页，共55页。5.3.3 相移键控（PSK） 2 matlab函数 调制(tiozh) y = pskmod(x,M) M is the alphabet size and must be an integer power of 2. The message signal must consist of integers between 0 and M-1. The initial phase

29、of the modulation is zero. y = pskmod(x,M,ini_phase) 解调 z = pskdemod(y,M) z = pskdemod(y,M,ini_phase)第42页/共54页第四十二页，共55页。5.3.3 相移键控（PSK） len = 10000; % Number of symbols M = 16; % Size of alphabet msg = randint(len,1,M); % Original signal % Modulate using both PSK and PAM, % to compare the two metho

30、ds. txpsk = pskmod(msg,M); txpam = pammod(msg,M); % Perturb the phase of the modulated signals. phasenoise = randn(len,1)*.015; rxpsk = txpsk.*exp(j*2*pi*phasenoise); rxpam = txpam.*exp(j*2*pi*phasenoise);an n-by-n matrix containing pseudorandom values drawn from the standard normal distribution 第43

31、页/共54页第四十三页，共55页。5.3.3 相移键控（PSK） % Create a scatter plot of the received signals. scatterplot(rxpsk); title(Noisy PSK Scatter Plot) scatterplot(rxpam); title(Noisy PAM Scatter Plot) % Demodulate the received signals. recovpsk = pskdemod(rxpsk,M); recovpam = pamdemod(rxpam,M); % Compute number of sym

32、bol errors in each case. numerrs_psk = symerr(msg,recovpsk) numerrs_pam = symerr(msg,recovpam)第44页/共54页第四十四页，共55页。第45页/共54页第四十五页，共55页。第46页/共54页第四十六页，共55页。5.3.3 相移键控（PSK） 第47页/共54页第四十七页，共55页。5.3.3 相移键控（PSK） 第48页/共54页第四十八页，共55页。 N=7; K=4; row_num=100; g=1 1 0;0 1 1;1 1 1;1 0 1,eye(4); l=2K;%k比特传输信道 t=

33、0:row_num-1*pi/50; sig=sin(t);%一个完整(wnzhng)周期的正弦信号 p,codebook,partition=dpcmopt(sig,1,l); indx=dpcmenco(sig,codebook,partition,p); indx=indx; %可省略第49页/共54页第四十九页，共55页。 msg=de2bi(indx); msg1=reshape(msg,row_num*K,1); code=encode(msg1,N,K,linear,g); nois=randerr(row_num,N,1); code=rem(code(:)+nois(:),2

34、); rcv=decode(code,N,K,linear,g); rcv1=reshape(rcv,K,row_num); rcv2=rcv1; rcv_indx=bi2de(rcv2); symerr(indx,rcv_indx);第50页/共54页第五十页，共55页。 rcv_indx=rcv_indx; quant=dpcmdeco(rcv_indx,codebook,p); MSE_err=(sig-quant).2; figure(1) plot(0:row_num-1,10*log10(MSE_err);%画出均方误差(wch)图形 figure(2) plot(t,sig,t,

35、quant);第51页/共54页第五十一页，共55页。 N=7; K=4; row_num=100; g=1 1 0;0 1 1;1 1 1;1 0 1,eye(4); msg1=randint(K*row_num,1,2); code=encode(msg1,N,K,linear,g); code1=reshape(code,N,row_num); code2=code1; code3=bi2de(code2); M = 27; freqsep = 28; nsamp = 28; Fs = M *freqsep; y=fskmod(code3,M,freqsep,nsamp,Fs); 第52

36、页/共54页第五十二页，共55页。 y = awgn(y,10,measured,103); y = fskdemod(y,M,freqsep,nsamp,Fs); y=de2bi(y); y1=reshape(y,N*row_num,1); rcv=decode(y1,N,K,linear,g); err=biterr(rcv,msg1)第53页/共54页第五十三页，共55页。谢谢您的观看(gunkn)！第54页/共54页第五十四页，共55页。NoImage内容(nirng)总结第五章 调制(tiozh)与解调。s = sin(2*pi*300*t)+2*sin(2*pi*600*t)。x = sin(2*pi*t) + sin(4*pi*t)。y = awgn(y,10,measured,103)。plot(t,x,k-,t,z,g-)。legend(Original signal,Recovered signal)。y=sin(x.*(2*pi+2*t)第五十五页，共55页。