通信原理课程设计-基于MATLAB-Simulink的2PSK仿真.doc

成都学院（成都大学）课程设计报告 基于matlab-simulink的2psk仿真 摘要 :simulink是matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。本文主要是以simulink为基础平台，对2psk信号的仿真。首先有关通信的绪论，然后文章第一章是课程设计的要求。第二章是对2psk信号调制及解调原理的详细说明；第三章是本文的主体也是这个课题所要表现的主要内容2psk信号的仿真部分，调制和解调都是simulink建模的的方法及参数设置。本文的主要目的是对simulink的熟悉和对数字通信理论的更加深化和理解。关键词：2psk；调制与解调；simulink； i 目录第一章 绪论11.1通信技术背景11.2 课程设计的目的11.3 课程设计的基本任务和要求11.4 matlab/simulink的简介2第二章 2psk信号的调制与解调原理32.1数字调制的基本原理32.2二进制相移键控3第三章 实验仿真与结果分析73.1调制部分73.1.1 simulink中2psk调制的模块框图73.1.2 各模块参数的设置73.1.3 调制系统中各模块的波形83.1.4结果分析83.2解调部分93.2.1解调模块框图93.2.2 各模块参数设置93.2.3 各模块的波形 103.2.4结果分析113.3加入高斯白噪声的调制与解调113.3.1系统框图3-3-1113.3.2 各模块参数的设置113.3.3 示波器得到的波形133.3.4结果分析14第四章 结束语15参考文献16 第一章 绪论1.1通信技术背景通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(message)。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号（signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。从最早的模拟调幅调频技术的日臻完善，到现在数字调制技术的广泛运用，使得信息的传输更为有效和可靠。数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。1.2 课程设计的目的通信原理是电子信息工程通信方向的一门骨干的专业课，是通信方向后续专业课的基础。掌握通信原理课程的知识可使学生打下一个坚实的专业基础，可提高处理通信系统问题能力和素质。由于通信原理理论深、实践性强，做好课程设计，对学生掌握本专业的知识、提高其基本能力是非常重要的。 通信课程设计的目的是为了学生加深对所学的通信原理知识理解，培养学生专业素质，提高利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后的专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。使学生能比较扎实地掌握本专业的基础知识和基本理论，掌握数字通信系统及有关设备的分析、开发等基本技能，受到必要工程训练和初步的科学研究方法和实践训练，增强分析和解决问题的能力，了解本通信专业的新发展。1.3 课程设计的基本任务和要求本次课程设计的基本任务：使学生通过专业课程设计掌握通信中常用的信号处理方法，能够分析简单通信系统的性能。使学生掌握通信电路的设计方法，能够进行设计简单的通信电路系统。了解通信工程专业的发展现状及发展方向。与运用学过的matlab基本知识，熟悉matlab集成环境下的simulink仿真平台的使用。 课程设计中必须遵循下列要求： 利用通信原理中学习的理论知识，在simulik仿真平台中设计出各种调制系统，并按题目要求运行、检测系统仿真结果。构建调制电路，并用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。再以调制信号为输入，构建解调电路，用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。在调制与解调电路间加上噪声源，模拟信号在不同信道中的传输：用高斯白噪声模拟有线信道，并且分析高斯噪声对信号的影响。 要求编写课程设计论文，正确阐述和分析设计和实验结果。1.4 matlab/simulink的简介simulink提供了一套预定义模块，加以组合即可创建详细的系统框图。simulink库浏览器包含系统建模常用的模块库。其中包括：连续和离散动态模块，如积分和单位延迟；算法模块，如 sum（加法）、product（乘法）和 lookup table（查找表）等；结构模块，如 mux、switch 和 bus selector 等，无论是使用这些模块，还是将手写 matlab、c、fortran 或 ada 代码融合到模型时，均可构建自定义函数。借助于 simulink 附加产品，可以加入航空、通信、pid 控制、控制逻辑、信号处理、视频和图像处理以及其他应用的专业化组件。有了附加产品，还可以利用机械、电气和液压组件来构建物理系统模型。simulink 编辑器可用于全面控制模型中的内容和操作。 simulik是matlab软件的扩展，它与matlab语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。所谓模型化图形输入是指simulik提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。16 第二章 2psk信号的调制与解调原理2.1数字调制的基本原理 在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。 图 2-1 数字调制系统的基本结构 数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调制方式是：振幅键控(ask)、移频键控(fsk)和移相键控(psk 或dpsk)。2.2二进制相移键控 在二进制数字调制中,当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时,则产生二进制移相键控(2psk)信号. 通常用已调信号载波的 0和 180分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0. 二进制移相键控信号的时域表达式为e2psk(t)= g(t-nts)cosct （公式2-2-1） 其中, an与2ask和2fsk时的不同,在2psk调制中,an应选择双极性,即 （公式2-2-2） （公式2-2-3）若g(t)是脉宽为ts, 高度为1的矩形脉冲时,则有e2psk(t)=cosct, 发送概率为p-cosct, 发送概率为1-p由式(2 -2-3)可看出,当发送二进制符号1时,已调信号e2psk(t)取0相位,发送二进制符号0时,e2psk(t)取180相位.若用n表示第n个符号的绝对相位,则有n= 0, 发送 1 符号180, 发送 0 符号。这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式,称为二进制绝对移相方式.二进制相移键控信号的典型时间波形如图2-2所示。 图 2 2 二进制移相键控信号的时间波形二进制移相键控信号的调制原理图如图 2 - 3所示. 其中图(a)是采用模拟调制的方法产生2psk信号,图（b）是采用数字键控的方法得到的2psk信号。 2psk信号的解调通常都是采用相干解调, 解调器原理图如图 2- 4所示.在相干解调过程中需要用到与接收的2psk信号同频同相的相干载波。 2psk信号相干解调各点时间波形如图 2 - 5所示. 当恢复的相干载波产生180倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调器输出数字基带信号全部出错. （a） （b） 图 2- 3 2psk信号的调制原理图 图 2- 4 2psk信号的解调原理图 图 2 -52psk信号相干解调各点时间波形 这种现象通常称为倒现象.由于在2psk信号的载波恢复过程中存在着180的相位模糊,所以2psk信号的相干解调存在随机的倒现象,从而使得2psk方式在实际中很少采用. 图2-6过零检测法原理图和各点波形 第三章 实验仿真与结果分析 3.1调制部分 3.1.1 simulink中2psk调制的模块框图 图3-1-1 利用巴克码（取值为+1或-1）和基本的正弦信号相乘得到2psk的调制波 3.1.2 各模块参数的设置 图3-1-2 正弦载波的参数设置 图3-1-3 码长为2，取样时间为0.00001s的巴克码设置 3.1.3 调制系统中各模块的波形 图3-1-4 巴克码波形 图3-1-5 幅度为2频率为1m的正弦波 图3-1-6 通过相乘器调制后的波形 3.1.4结果分析 利用巴克码与正弦载波相乘得到了调制的波形如图3-1-6所示。巴克码的取值为1时，调制波为初相为0开始的正弦波。巴克码值为-1时，调制波为倒向的正弦波。这样，通过巴克码与正弦波得到了调制波。3.2解调部分 3.2.1解调模块框图 图3-2-1 2psk的解调模块 3.2.2 各模块参数设置 图3-2-2 图3-2-3 3.2.3 各模块的波形 图3-2-4 原巴克码波形 图3-2-5 调制后的波形 图3-2-6 调制波与原始载波相乘后 图3-2-7 通过低通滤波器后的波形 图3-2-8 解调恢复出的波形 3.2.4结果分析 利用3.1得到的调制波作为输入，与基本原始载波相乘得到如图3-2-6的波形。此波形通过低通滤波器后得到低通信号图3-2-7，取样判决器先取样再进行门限判决，得到恢复的信号图3-2-8即为解调信号。3.3加入高斯白噪声的调制与解调 3.3.1系统框图3-3-1 图3-3-1 3.3.2 各模块参数的设置 图3-3-2 高斯白噪声参数 图3-3-3 带通滤波器参数设置 图3-3-4 误码率计算器设置 3.3.3 示波器得到的波形 （a）（b） （c）（d）（e）（f） 图3-3-5 scope1（a） （b）（c） 图3-3-6 scope其余模块的参数设置与前面相同模块一样。 3.3.4结果分析加入高斯白噪声的调制波的解调需要在与载波相乘前先用带通滤波器滤去部分噪声。通过带通滤波器后的波形如图3-3-5中的（c）图所示，可以看出相对于没有加噪声的调制波来说，此图还是有一定的误码。又因为通过了两个滤波器，判决出的波形显然与原巴克码的波形有一些时延，但是最终没有误码，所以误码率显示为0。 第四章 结束语半个多月的课程设计，在此就要写下结束语。回首这段时间的准备，感觉自己学到与收获的不仅仅是课程设计的完成更是通信原理知识的加深与理解。首先自己对2psk的调制与解调的原理更加理解了。2psk的调制可以使用相位选择器也可以用乘法器。如果使用相位选择器需要使用两个频率相同幅值大小相同互为相反数的载波信号，巴克码输出+1或-1，选择器来选择不同载波再拼在一起就能得到调制波形。如果使用乘法器，直接把巴克码与载波相乘就好。虽然两种方法得到的调制波形没有什么区别，但是原理却大相径庭。第一种方法得到的波形是拼在一起的，而第二种才是平顺又载波而来的。在老师检查前我并没有意识到这个问题，进过一番讨论我才意识到这个问题。2psk的解调原理也并不困难。加入噪声后，需要把调制后的波先通过带通滤波器滤去大部分噪声。再与原来的载波相乘，得到幅值的一部分完全在横坐标上或下的正弦波。然后通过一个低通滤波器得到原巴克码的大致波形，最后通过一个判决器得到完整平滑的波形即为解调波。但是问题来了，两个滤波器的参数应该怎么设置呢？由于老师要求载波频率1mhz、码元速率100khz，所以采样时间最好是载波频率的100倍，但是我们开始没有意识到这个问题，把滤波器上的采样时间设置在和载波速率一样，所以滤波器始终不能滤掉噪声。然后把带通滤波器的通频带设置在载波频率的左右，但是上下频差最好不要超过0.3mhz这样就能滤出噪声。通过低通滤波器的波是调制波与原载波相乘后的波形，所以它的自然也减半。低通滤波器的通带0.5m，所以采样频率也低于50m。在上述框架上加上误码率计算模块与频谱分析模块就能得到完整的调制解调与分析的系统框图。此次课程设计的原理是我们在书本上学到的，matlab中simulink仿真过程却是这