Matlab-MSK調製與解調 MSK信號產生的信息、I路、Q路信號對比圖、接收端解調的信息恢復的對比圖、I路、Q路載波信號與濾波後的信號對比圖

原創

君琴

2020-06-14 08:14

本博客環境爲Matlab2018 ，軟件版本不同可能會有些出入，需要稍作修改。

MSK調製與解調
仿真要求：
畫出MSK信號產生的信息、I路、Q路信號對比圖以及接收端解調的信息恢復的對比圖。
I路、Q路載波信號與濾波後的信號對比圖，直接對比濾波前後的波形圖。

代碼如下：

clear all;clc;
N=20; % 輸入的比特
T=1; % 比特週期
fc=2; % 載波頻率
Fs=100; % 採樣頻率
bitstream=randi([0,1],1,N); % 隨機產生的比特流
bitstream1= 2*bitstream-1; % 0 to -1; 1 to 1 單極性變成雙極性

% 差分編碼
b0=1;
for i=1:N
    encode_output(i)= b0*bitstream1(i);%差分編碼的輸出，對應原理圖的bk
    b0=encode_output(i);
end

I=[];Q=[];
for i=1:N %奇數進I路，偶數進Q路
    if mod(i,2)~=0
        I=[I,encode_output(i)];
    else
        Q=[Q,encode_output(i)];
    end
end
% using plot to compare bitsteam, I, Q
bit_data=[];
for i=1:N
    bit_data=[bit_data,encode_output(i)*ones(1,T*Fs)];
end

I_data=[];Q_data=[];base_wave=-T:1/Fs:T-1/Fs;
for i=1:N/2
    I_data=[I_data,I(i)*cos(pi*base_wave/(2*T))];%分別與cos（πt/2T）相乘
    Q_data=[Q_data,Q(i)*cos(pi*base_wave/(2*T))];
end
% Q路的延時一個比特週期
number_delay=length(base_wave)/2; 
Q_data1=[zeros(1,number_delay),Q_data(1:length(Q_data)-number_delay)];
% plot
figure();
t=0:1/Fs:N*T-1/Fs;
subplot(3,1,1)
plot(t,bit_data);legend('Bitstream')
subplot(3,1,2)
plot(t,I_data);legend('I Bitstream')
subplot(3,1,3)
plot(t,Q_data1);legend('Q Bitstream')

% carrier signal
bit_t=0:1/Fs:N*T-1/Fs;%定義時間戳
I_carrier=cos(2*pi*fc*bit_t);%定義載波信號2*pi*fc*t
Q_carrier=cos(2*pi*fc*bit_t+pi/2);%定義載波信號2*pi*fc*t+pi/2
% transmit signal
MSK_signal=I_data.*I_carrier+Q_data1.*Q_carrier;%發送的MSK信號

snr=1; % 信噪比
% Receive singal
MSK_receive= awgn(MSK_signal,snr);%加入噪聲
% demodulate
I_output=MSK_receive.*I_carrier;
Hd=myfilter;%調用低通濾波器前的係數
I_filter_ouput=filter(Hd,I_output);%濾波後的信號
Q_output= MSK_receive.*Q_carrier;
Q_filter_ouput= filter(Hd,Q_output);
for i=1:N/2 %抽樣判別
    if I_filter_ouput((2*i-1)*number_delay)>0 %I路的奇數倍時；例如i=2時，第三個週期進行採樣
        I_recover(i)= 1;
    else
        I_recover(i)=-1;
    end
    if Q_filter_ouput(2*i*number_delay)>0 %Q路是偶數倍週期時採樣
        Q_recover(i)= 1;
    else
        Q_recover(i)=-1;
    end
end
bit_recover=[];
for i=1:N
    if mod(i,2)~=0
        bit_recover=[bit_recover,I_recover((i-1)/2+1)];
    else
        bit_recover=[bit_recover,Q_recover(i/2)];
    end
end

figure();
t=0:1/Fs:N*T-1/Fs;
subplot(4,1,1)
plot(t,I_carrier);legend('I carrier signal')
subplot(4,1,2)
plot(t,Q_carrier);legend('Q carrier signal')
subplot(4,1,3)
plot(t,I_filter_ouput);legend('I filter')
subplot(4,1,4)
plot(t,Q_filter_ouput);legend('Q filter')


% 差分譯碼
for i=1:N 
    if i==1
        bit_recover1(i)=bit_recover(i);
    else
        bit_recover1(i)= bit_recover(i)*bit_recover(i-1);
    end
end
% using plot to compare bitsteam, I, Q
recover_data=[];
for i=1:N 
    recover_data=[recover_data,bit_recover1(i)*ones(1,T*Fs)];
end

% plot
figure();
t=0:1/Fs:N*T-1/Fs;
bit_stream=[];
for i=1:N 
    bit_stream=[bit_stream,bitstream1(i)*ones(1,T*Fs)];
end
subplot(2,1,2)
plot(t,bit_stream);legend('original Bitstream')
subplot(2,1,1)
plot(t,recover_data);legend('recover Bitstream')

低通濾波器：
在命令行輸入filterDesigner。

修改爲你所需要的參數。Fpass我改爲1，改爲2或3也可以的。
修改完後點擊最下端的Design Filter按鈕來設計這個濾波器。

依次點擊 File - Generate MATLAB Code - Filter Design Function 將其保存爲函數文件。我將其文件命名爲myfilter.m

在MATLAB裏也可以打開這個文件。