通信原理课程设计-(基于MATLAB的-2PSK-2DPSK仿真)

江西农业大学课程设计报告 江西农业大学通信原理课程设计报告题 目 基于Matlab的相移键控仿真设计专 业 电子信息工程 学生姓名 曾凡文 学 号 20121206 二 0 一五 年 六 月基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真 摘要：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技术一直是研究的一个重要方向。本设计主要叙述了数字信号的调制方式，介绍了2PSK数字调制方式的基本原理，功率谱密度，并运用MATLAB软件对数字调制方式2PSK进行了编程仿真实现,在MATLAB平台上建立2PSK和2DPSK调制技术的仿真模型。进一步学习了MATLAB编程软件，将MATLAB与通信系统中数字调制知识联系起来，为以后在通信领域学习和研究打下了基础在计算机上，运用MATLAB软件来实现对数字信号调制技术的仿真。 课程设计目的：通过课程设计，巩固已学过的*知识，加深对其理解和应用，学会应用Matlab Simulink工具对通信系统仿真。关键词：数字调制与解调；MATLAB；2PSK；2DPSK；第1章 基本工作原理1.1 2PSK原理1.1.1 2PSK基本原理二进制移相键控，简记为2PSK或BPSK。2PSK信号码元的“0”和“1”分别用两个不同的初始相位“0”和“”来表示，而其振幅和频率保持不变.因此，2PSK信号的时域表达式为:(t)=Acost+) 其中，表示第n个符号的绝对相位：= 因此，上式可以改写为: 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,称为二进制移相键控方式。二进制移相键控信号的典型时间波形如图1-1。图1-1 二进制相移键控信号的时间波形1.1.2 2PSK调制原理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。2PSK信号调制有两种方法，即模拟调制法和键控法。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，模拟调制法用两个反相的载波信号进行调制。2PSK以载波的相位变化作为参考基准的，当基带信号为0时相位相对于初始相位为0，当基带信号为1时相对于初始相位为180。键控法，是用载波的相位来携带二进制信息的调制方式。通常用0和180来分别代表0和1。其时域表达式为：其中，2PSK的调制中an必须为双极性码。两种方法原理图分别如图1-2和图1-3所示。图1-2 模拟调制原理图图 1-3 键控法原理图 1.1.3 2PSK解调原理由于2PSK的幅度是恒定的，必须进行相干解调。经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0。2PSK信号的相干解调原理图如图1-4所示，各点的波形如图1-5所示。由于2PSK信号的载波回复过程中存在着180的相位模糊，即恢复的本地载波与所需相干载波可能相同，也可能相反，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的基带信号正好相反，即“1”变成“0”吗“0”变成“1”，判决器输出数字信号全部出错。这种现象称为2PSK方式的“倒”现象或“反相工作”。 图 1-4 2PSK的相干解调原理图图 1-5 相干解调中各点波形图1.2 2DPSK原理1.2.1 2DPSK基本原理二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记为2DPSK。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是只本码元初相与前一码元初相之差。传输系统中要保证信息的有效传输就必须要有较高的传输速率和很低的误码率。在传输信号中，2PSK信号和2ASK及2FSK信号相比，具有较好的误码率性能，但是，在2PSK信号传输系统中存在相位不确定性，并将造成接收码元“0”和“1”的颠倒，产生误码。为了保证2PSK的优点，又不会产生误码，将2PSK体制改进为二进制差分相移键控（2DPSK），及相对相移键控。2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：0表示0码，表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图见图1-6。图1-6 2DPSK信号波形图1.2.2 2DPSK调制原理二进制差分相移键控。2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为，可定义一种数字信息与之间的关系为：为前一码元的相位。实现二进制差分相移键控的最常用的方法是：先对二进制数字基带信号进行差分编码，然后对变换出的差分码进行绝对调相即可。2DPSK调制原理图如图1-7所示。 图1-7 2DPSK调制原理框图 1.2.3 2DPSK解调原理2DPSK信号解调有相干解调方式和差分相干解调。用差分相干解调这种方法解调时不需要恢复本地载波，只要将DPSK信号精确地延迟一个码元时间间隔，然后与DPSK信号相乘，相乘的结果就反映了前后码元的相对相位关系，经低通滤波后直接抽样判决即可恢复出原始的数字信息，而不需要在进行差分解码。 第二章 设计系统 2.1框图两种解调方式的原理框图如图1-8和图1-9所示。 图 1-8 2DPSK差分相干解调原理框图图 1-9 2DPSK相干解调原理框图 2.2工作原理相干解调码变换法及相干解调法的解调原理是，先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，若相干载波产生相位模糊，解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。本次设计采用相干解调。2.3设定参数如附录1 第三章 Matlab仿真 3.1显示系统不同部分的信号波形 3.1.1PSK如图3-1和图3-2所示 图3-1 图3-23.1.2 2DPSK如图3-3、图3-4和图3-5所示 图3-3 图3-4 图3-5 3.2各种相移系统的比较和分析 例如“倒”现象 对于相同的数字信号基带序列，由于初始相位不同，2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元相对相位的差才唯一决定信号的符号。2PSK信号载波恢复过程中，存在着180的相位模糊即恢复的本地载波与与所需的想干载波可能同相也可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出来的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“1”变成“0”，“0”变成“1”，判决器输出的数字信号全部出错,这种现象称为2PSK的“倒”现象或“反相工作”。本地载波与发送端载波反向时，2PSK的解调波形与2DPSK完全相反 3.3不同方式解调下PSK、DPSK的误码率 误码率是指接收的码元数在传输总码元数中所占的比例，即： 误码率=错误码元数传输总码元数 PSK相干解调： 误码率Pe=1/2erfc（r/2） DPSK相干解调： 误码率Pe=1/2erfc(r) DPSK差分非相干解调： 误码率pe=1/2e(-r) r为信噪比。 误码率是衡量一个数字通信系统性能的重要指标。在信道高斯白噪声的干扰下，各种二进制数字调制系统的误码率取决于解调器输入信噪比，而误码率表达式的形式则取决于解调方式。对于所有的数字调制系统误码率与信噪比的关系的图表来看，所有的曲线呈减函数的下降曲线，即随着信噪比的增大，误码率降低。横向比较来看，对于同一种调制方式，当信噪比相同时，采用相干解调方式的误码率低于非相干解调方式的误码率；纵向比较来看，对2PSK,2DPSK两种调制方式若采用同一种解调方式（相干解调或非相干解调），则2PSK的误码率最低，2DSPK的误码率次之。当信噪比一定时，误码率由低到高依次是：2PSK的相干解调，2DPSK的相干解调，2DPSK的差分解的非相干调。附录12PSK调制解调程序及注释：clearallclosealli=10;j=5000;fc=4.6;%载波频率fm=i/5;%码元速率B=2*fm;t=linspace(0,5,j);a=round(rand(1,i);%随机序列,基带信号figure(3);stem(a);st1=t;forn=1:10ifa(n)=1;st2(k)=0;elsest2(k)=1;endend;subplot(412);plot(t,st2);title(基带信号反码st2);axis(0,5,-1,2);st3=st1-st2;subplot(413);plot(t,st3);title(双极性基带信号st3);axis(0,5,-2,2);s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(414);plot(s1);title(载波信号s1);e_psk=st3.*s1;figure(2);subplot(511);plot(t,e_psk);title(e_2psk);noise=rand(1,j);psk=e_psk+noise;%加入噪声subplot(512);plot(t,psk);title(加噪后波形);psk=psk.*s1;%与载波相乘subplot(513);plot(t,psk);title(与载波s1相乘后波形);f,af=T2F(t,psk);%通过低通滤波器t,psk=lpf(f,af,B);subplot(514);plot(t,psk);title(低通滤波后波形);form=0:i-1;ifpsk(1,m*500+250)0;forj=m*500+1:(m+1)*500;psk(1,j)=0;endelseforj=m*500+1:(m+1)*500;psk(1,j)=1;endendendsubplot(515);plot(t,psk);axis(0,5,-1,2);title(抽样判决后波形)2DPSK调制解调程序及注释:clearallclosealli=10;j=5000;fc=4.6;%载波频率fm=i/5;%码元速率B=2*fm;t=linspace(0,5,j);a=round(rand(1,i);figure(4);stem(a);st1=t;forn=1:10ifa(n)=1;ifb(n-1)=1b(n)=0;elseb(n)=1;endelseb(n)=b(n-1);endendst1=t;forn=1:10ifb(n)=1;st2(k)=0;elsest2(k)=1;endend;subplot(324);plot(t,st2);title(相对码反码st2);axis(0,5,-1,2);s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(325);plot(s1);title(载波信号s1);s2=sin(2*pi*fc*t+pi);subplot(326);plot(s2);title(载波信号s2);d1=st1.*s1;d2=st2.*s2;figure(2);subplot(411);plot(t,d1);title(st1*s1);subplot(412);plot(t,d2);title(st2*s2);e_dpsk=d1+d2;subplot(413);plot(t,e_dpsk);title(调制后波形);noise=rand(1,j);dpsk=e_dpsk+noise;%加入噪声subplot(414);plot(t,dpsk);title(加噪声后信号);dpsk=dpsk.*s1;%与载波s1相乘figure(3);subplot(411);plot(t,dpsk);title(与载波相乘后波形);f,af=T2F(t,dpsk);%通过低通滤波器t,dpsk=lpf(f,af,B);subplot(412);plot(t,dpsk);title(低通滤波后波形);st=zeros(1,i);%全零矩阵form=0:i-1;ifdpsk(1,m*500+250)0;st(m+1)=0;forj=m*500+1:(m+1)*500;dpsk(1,j)=0;endelseforj=m*500+1:(m+1)*500;st(m+1)=1;dpsk(1,j)=1;endendendsubplot(413);plot(t,dpsk