2PSK仿真课程设计报告

1、课程设计报告主题2PSK调制解调器的建模与仿真姓名取得学位专业班指导教师时间2015年1月10日欢迎下载课程设计担当书班级姓名主题2PSK调制解调器的建模与仿真设计目的、设计要求课程设计的目的通过利用matlab模拟设计数字通信的相关内容，熟悉数字通信的相关理论2 .更好地理解数字通信知识，分析问题，查阅资料，提高自主设计等各方面的能力。课程设计要求生成1.20比特以上随机的二进制数字基带信号(双极)2 .生成载波信号，其载波周期与符号宽度相同，并且载波信号全部为1实现基于MATLAB仿真的2PSK调制和解调4 .通过巴特沃斯低通滤波器，进行基于位同步信号的采样判定5 .给出了各阶段的信号频谱

2、分析、错误率和仿真结果设计的进度计划或工作计划2014.12.30 2014.12.31 :精通课题，查询相关资料，完成计划选择2015.1.22015.1.6 :设计模块的区分、实现以及各模块的调试、验证2015.1.72015.1.8 :进行设计整体的实现、调试和验证，开始制作报告2015.1.92015.1.10 :设计完成，制作并提交课程设计报告。其他请仔细阅读数字通信课程设计报告规格课题组要协商指定组长，明确分工，形成良好的团队工作氛围，根据课题的基本要求，各组要与指导老师讨论，细分课题，增加课题的课题组的各成员2PSK调制解调器的建模与仿真摘要在数字传输系统中，数字信号对高频载波调

3、制成频带信号，通过信道传输在接收侧解调后返回到数字信号，并且由于大部分实际的信号是带通的，所以应该用数字频带信号对载波调制成数字调制信号后进行传输实现了数字调制，促进了通信的迅速发展。 研究数字通信调制理论，提供有效的调制方法具有重要意义。 实现调试解调的方法多种多样，本文采用密钥方案来产生调制和解调信号。 数字相位调制也称为相移键控或PSK (相移键控)，二进制相移键控也称为2PSK，其使用载波的振荡相位的变化来发送数字信号，在二进制数字解调中，正弦波载波的相位为二进制载波的相位重点介绍了2PSK的调制和解调机制和MATLAB的设计和仿真，分析了各阶段信号的频谱和差错率。关键字数字调制和解调

4、2PSK； MATLAB仿真目录课程设计担当书I摘要1设计概要11.1设计背景11.2设计目的11.3设计内容和要求12设计原理22.1 2PSK数字调制过程分析22.2 2PSK数字解调过程分析32.3 2PSK相干解调系统的性能分析43实现设计53.1系统设计框图图5用3.2 M文件模拟设计构想和过程53.2.1 2PSK调制部53.2.2 2PSK解调部63.3在Simulink上的模拟63.3.1模拟模型建立63.3.2参数的设定73.3.3模拟结果73.3.4模拟结果分析84 M文件模拟结果94.1 2PSK调制、解调系的信号波形图94.2 2PSK调制/解调系统的频谱分析114.3

5、各阶段功率谱密度分析和错误率13参考文献15附录16欢迎下载1设计概要1.1设计背景今天的社会已经进入信息时代，在各种信息技术中，信息的传递和通信成为支撑。 数字通信已经成为信息传输的重要手段。 因此，数字信号的调制非常重要。数字信号的传输方式被分成基带传输和带通传输，在实际的应用中，很多信道具有带通特性，不能直接传输基带信号。 为了经由带通信信道传输数字信号，必须使用数字基带信号调制载波，并且信号必须匹配各信道的特性。 这样由数字基带信号控制载波，并且将数字基带信号转换为数字基带通信信号的过程称为数字调制。 一般来说，可以使用密钥方案来实现数字调制，例如键控载波的振幅、频率和相位。 除了这三

6、种调制之外，还存在许多其它调制方案，诸如DPSK、MASK、MFSK、MPSK、APK等以获得更高效果。 其中一些用于多进制调制方案，或者引入了一些新方法，解决了基本调制方案的问题，诸如不能提取相位模糊或比特定时信号，并且结合一些基本调制方案实现更好的效果。虽然数字调制和解调系统的性能的好坏取决于传输信号的差错率，但是差错率不仅与信道、接收方法，与在发送侧采用的调制方式有很大关系。 我们研究的ASK、FSK、PSK等主要是发送侧的基本调制方式。 本设计主要分析和仿真了2PSK信号的原理及其相干解调系统的性能，使其能更清楚地识别数字调制方式。1.2设计目的2PSK数字相位调制技术因其耐噪声性强、

7、易于实现而被广泛应用于各种通信。 本主题要求学生产生2PSK信号和进行频谱分析，以达到以下目的通过利用MATLAB模拟设计数字通信的相关内容，熟悉数字通信的相关理论2 .更好地理解数字通信知识，分析问题，查阅资料，提高自主设计等各方面的能力。3 .理解和掌握作为数字频带传输系统的2PSK的调制和解调系统，通过MATLAB实现通信系统整体的设计，并加深对2PSK系统的理解，掌握MATLAB语言。1.3设计内容和要求生成1.20比特以上随机的二进制数字基带信号(双极)2 .生成载波信号，其载波周期与符号宽度相同，载波信号全部为1实现基于MATLAB仿真的2PSK调制和解调4 .通过巴特沃斯低通滤波

8、器，进行基于位同步信号的采样判定5 .给出了各阶段的信号频谱分析、错误率和仿真结果。2设计原理2.1 2PSK数字调制过程的分析数字信号的传输方式被分成基带传输和带通传输，在实际的应用中，很多信道具有带通特性，不能直接传输基带信号。 为了经由带通信信道传输数字信号，必须使用数字基带信号调制载波，并且信号必须匹配各信道的特性。 这样使用数字基带信号控制载波，并且将数字基带信号转换为数字基带通信信号的过程称为数字调制。数字调制技术的两种方法是利用模拟调制的方法实现数字调制，即把数字调制视为模拟调制的一个特例，把数字基带信号作为模拟信号的特殊情况处理利用数字信号的离散值的特征，开启键控制载波该方法通

9、常被称为密钥方法，并且例如，通过对载波的相位进行键控，可以获得相移键控(PSK )的基本调制方案。图2-1模拟调制的方法图2-2相移方法数字调制相：如果两个频率相同的载波开始同时振荡，则这两个频率同时达到正的最大值，同时达到零值，它们应该处于“同相”状态，如果其中一个延迟，则可能不同。 一个达到正的最大值时，另一个达到负的最大值时，称为“反相”。 一般来说，将信号振动一次(一周)设为360度。 当一个波比另一个波偏移半个周期时，两个波的相位差为180度，即相反。 当传输数字信号时，“1”码控制0度相位，“0”码控制180度相位。 载流子的初始相位移动，带来了信息。相移键控：利用载波的相位变化来

10、传递数字信息，但幅度和频率不变。 在2PSK中，二进制“1”和“0”通常用初始相位0和表示。 因此，2PSK信号的时域公式为(2-1)其中，表示第n个符号的绝对相位1 :因此，上式由于表示信号的两个符号的波形具有相同的极性相反，所以通常可以将2PSK信号表示为一个双极全部占空比矩形脉冲序列和正弦波载波的乘法因子(2-2)其中，g(t )是脉冲宽度单一的矩形脉冲，统计特性是=1(概率p )、=0(概率1-P )。 也就是说，在发送二进制符号0时取0相位，在发送二进制符号1时取相位。 这样的代表在载波不同相位直接对应的二进制数字信号的调制方式被称为绝对相移方式。2.2对2 PSK数字解调过程的分析

11、2PSK信号的解调方法是相干解调法2。 因为PSK信号本身是利用相位来发送信息，所以接收侧必须利用信号的相位信息来解调信号。 图中的带通滤波器(信道噪声被滤波)的信号在乘法器处与本地载波相乘，并且在利用低通滤波器对高频分量进行滤波之后，对其进行采样判定。 判决器以极性被判决。 也就是说，判定正采样值为1，负采样值为0。图2-3 2PSK相干解调系统的框图图2-4 2PSK信号的相干解调各时刻的时间波形带通滤波器的意思是使有用的信号(被调制信号)通过并且去除噪声的一部分，所以有用的信号对于a来说(2-3)假设相干载波的参考相位与2PSK信号的调制载波的参考相位一致(通常为0相位)。 可以得到下式

12、(2-4)通过低通滤波器后(2-5)最后用采样判定器复原数字信号。由此，2PSK信号的相干解调的过程实际上是输入调制信号与本地载波信号的极性比较的过程，并且通常被称为极性比较法解调。 因为2PSK信号实际上以固定初相的最终调制载波作为基准，所以解调时需要与该相同频率同相的同步载波。 如果同步载波的相位变化，则0相位成为相位，或相位成为0相位，则恢复的数字信息从“0”变化为“1”或从“1”变化为“0”，导致错误的恢复。 以此方式，将本地基准载波反转并且错误在接收侧恢复的现象称为“逆”现象或“逆功”现象。 绝对相移的主要缺点是容易产生相位模糊，反方向工作。 这也是实用化少的主要理由。2.3 2PS

13、K相干解调系统的性能分析图2-5 2PSK相干解调系统的性能原理框图在实际通信系统中，通常存在许多噪声，噪声影响判定值，即，会发生错误率，并且通常假定信道中的噪声是高斯噪声，来研究2PSK解调器在高斯噪声干扰下的错误率3 :AWGN信道中BPSK信号相干解调的理论差错率(2-6)这里是信噪比。在高信噪比条件下，上式可以近似为(2-7)3实现设计3.1系统设计框图随机生成20位二进制单极性代码单极性代码被转换为双极代码2PSK调制电视频道加性PS相干性调停抽样调查作出判决低通滤光器光谱学分析输出2PSK错误率模拟(技术)图3-1系统设计框图用3.2 M文件模拟设计构想和过程本设计主要通过MATL

14、AB实现2PSK系统整体，在用MATLAB语言编程的情况下主要分为以下部分。3.2.1 2PSK调制部(1)通过编码型变换生成双极的数字基带信号。 首先，调用MATLAB的rand函数生成一系列随机序列，将离散的随机序列变换为单极性的二进制数字基带信号，将单极性信号乘以2后减去1，则得到我们所需要的二进制极性数字基带信号。 单(双)极性符号的宽度是1，并且如果每符号采样250个点，则采样间隔为1/250。(2)载波信号的产生。 采用载波频率=1Hz的馀弦载波信号，并且将初始相位设置为0，使得载波周期与符号宽度相同且全部为1。(3)通过将随机二进制双极性数字基带信号乘以载波信号，得到2PSK信号

15、(0保持为1 ) :PSK=bipolar _ nrz.* carrier _ signal；(4)受到调制信号通过信道传输的时候的噪声影响，并且用MATLAB的awgn函数模拟了将高斯白噪声和调制信号相加的过程，其中只考虑加法噪声而不考虑乘法噪声。 这里给出的高斯白噪声是由y1=awgn(psk，10 )实现的，awgn是加性高斯白噪声信道模型，信道的信噪比是20。3.2.2 2PSK解调部(1)实现相干解调的过程是经由乘法器将接收机的接收信号与载波信号相乘y2=y1.*carrier_signal(使用MATLAB设计了理想的巴特沃斯模拟低通滤波器，因为载波信号为1HZ，滤波的高频信号为2

16、HZ，所以通带截止频率为1HZ，阻带截止频率为2HZ。 (3)进行采样判定，按符号宽度的中间值进行判定采样，提高采样成功率。 判定值大于0时将输出值设置为1，否则设置为0。(3)可求出差错率并用式(2-6)来计算差错率的理论值，其中，信噪比snrdB从-10变化到10，在将输入的随机二进制信号与采样判定值相比较时，差错率是差错数与符号总数的比。3.3在Simulink上的模拟3.3.1仿真模型的建立以下示出了2PSK调制、解调和错误分析的整体仿真模型的框图，上半部分是调制部，下半部分是解调部4。图3-2 Simulink仿真模型3.3.2参数的设定(1)正弦波载波(Sine Wave2)参数设定：设定的振幅