2PSK数字调制系统

1、二O三 二o四学年第 二学期 电子信息工程系 课程设计计划书 班 级：电信2011级3班 姓 名:產凯 学 号：6068 课程名称： 2PSK数字调制系统 学时学分：1学分 指导教师：王文武 二O四年六月二十四日 1、课程设计目的： 通过课程设计，巩固对课堂上基本理论知识的理解，加强理论联系实际，增 强动手能力和通信系统仿真的技能。 2、课程设计内容及要求： 1）设计任务:设计一种数字调制系统（2FSK, 2PSk, 2ASK,2DPSK） n(t) 2）设计基本要求： （1）设计出规定的数字通信系统的结构，包括信源，调制，发送滤波器模 块，信道，接受滤波器模块以及信宿； （2）根据通信原理，

2、设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止 频率等）； （3）观察仿真结果并进行波形分析（眼图，）； （4）分析影响系统性能的因素。 3）实施要求 具体要求如下： 使用Matlab/Simulink进行仿真 a）完成2ASK、2FSK、2PSk或2DPSK中任何一种调制和解调系统。传输信道模 型选用下面三种之:AWGN ChannelRayleigh fading propagation channel 和 Binary Symmetric Channel Channel； b)分析已调信号的功率谱密度； C)分析信道噪声对误码率的影响。 2PSK的基本原理 相移键控是利用载波的相位变化来

3、传递数字信息，而振幅和频率保持不 变。在2PSK中，通常用初始相位为0和Ji表示二进制的1”和0”。因此 2PSK的信号的时域表达式为： e 2Psk (t) =Acos (co ct+ n) 其中，en表示第n个符号的绝对相位： 0发送“0”时 发送“1”时 可改写为 Acoswct 概率为P 由于表示信号的两种码元的波形相同，记性相反，鼓2PSK信号一般可以表 述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波相乘，即 e 2pxk (t)=s(t)cos Wet 其中 s(t)= Eacg(t-nL) 这里，g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而an得统计特性为 1概率为P Ian= S-1

4、概率为i-p 即发送二进制符号“0”时(an取+1), e2psk(t)取0相位；发送二进制 符号1”时(an取-1), e2psk(t)取兀相位。 2PSK的实现 数字调制技术的两种方法：利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即 把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊 情况处理；利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字 调制。这种方法通常称为键控法，比如对载波的相位进行键控，便可获得相移 键控(PSK)基本的调制方式。 数字调相：如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到 正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，它们应处于同相状态；如

5、果 其中一个开始得迟了一点，就可能不相同了。如果一个达到正最大值时，另一 个达到负最大值，则称为反相。一般把信号振荡一次(一周)作为360度。 如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180度，也就是 反相。当传输数字信号时，T码控制发0度相位，0码控制发180度相位。 载波的初始相位就有了移动，也就带上了信息。 相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不 变。在2PSK中，通常用初始相位0和兀分别表示二进制1”和0”。 二进制移相键控信号的调制原理图如图 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产生2PSK信号。

6、 开关电路 (a) 图 2PSK信号的调制原理图 2PSK信号的解调通常都是采用相干解调，解调器原理图如图 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 调器输岀数字基带信号全部出错。 图 2PSK信号的解调原理图 1110 0 1 0 0 cAAA/ AAAA7 图 2PSK信号相干解调各点时间波形 图2-4是2PSK解调器在无噪声情况下能对2PSK信号的正确解调。（a）是 收到的2PSK信号；（b）是本地载波提取电路提取的同频同

7、相载波信号；（c）是 接收的2PSK信号与本地载波相乘得到的波形示意图，此波形经过低通滤波器滤 波后得到低通信号；（d）是取样判决器在位定时信号；（e）是对（d）波形取样， 再与门限进行比较，做出相应的判决得到恢复的信号；需要注意的是判决规则 应与调制规则一致。 误码率分析 在实际通信系统中往往存在噪声，噪声会对判决值产生影响，即会产生误 码率，一般假设信道的噪声为高斯白噪声，下面讨论2PSK解调器在高斯白噪声 干扰下的误码率： (1)发端发1时收到的2PSK信号为 S2PSK(r) = a cos 2/r fit 带通滤波器的输出时信号加窄带噪声： a cos 2/rfct + /() =

8、-a +) cos 271 fc (r)n(?(r)sin 2/rfct 上式与本地载波相乘后： -a cos 2兀 fct + 灿(r) = -a+/?/(r)cos2 2(r)-nc(r)sin 2 兀 cos 2龙无f =a 4- n/ (/ )J cos Azcfet rtQ (t)sin 4/r fct 经低通滤波后： = 一ci + m (r) 所以x(t)的取样判决值的概率密度函数为： (2)发端发V时，收到的2PSK信号： S2PSK =U COS 27rfct 带通滤波器的输出时信号加窄带噪声： a cos 2兀 + 皿(F) = a + 皿(F) cos 2/r(f) 必(

9、f) sin 2/rfct 上式与本地载波相乘后: a cos 2 兀fct + m (f) = a + ni (r) cos2(r) - hq (7) sin 2/v ct cos 2 兀fd =g d + n/() + * a+ /() cos 4好一卯。 sin 4好 7 经低通滤波后: 乂(孑)=6/ + 72/ (孑) 所以x(t)的取样判决值的概率密度函数为: (X-“ )2 e 2宀 综上所述可画岀概率密度函数曲线: 图 取样值概率密度函数示意图 当P(O)=P(1)时，最佳门限应选在两条曲线的交点处。即从图可看出最佳判决 门效应为0. 所以发1错判0概率为： F(/l)= ：八

10、()么 p(o/1) = 发，o错判1的概率等于发V错判p概率 P(l/0) = P(0/l) =丄曲(“) 根据图2-5及上式可得2PSK相干解调器的误码率公式为 Pe = er/c(Vr)P(O)+ P(l)=学尬(77) 式中 a2 / 2 模型建立 2PSK调制与解调及误码分析的总体仿真模型: 图2PSK调制与解调及误码分析的总体仿真模型 参数设置 正相载波(Sine Wave Function2)参数设置: Source Block Parameters: Sine Wavel X 图正相载波参数设置 正相载波：4HZ,幅度+2 设置依据：载波频率本来应该很高，但是为了波形观察方便，

11、故频率设为 4HZo 反相载波(Sine Wave Functionl)参数设置: Source Block Parameters: Sine Wave X 图反相载波参数设置 反相正弦波：4HZ,幅度-2 设置依据：载波频率本来应该很髙，但是为了波形观察方便，故频率设为 4HZ；又要求与载波反相，故幅度设为-2。 伯努利二进制随机序列产生器(Bernoulli Binary Generator)参数设置: Bl Source Block Parameters: Bernoulli Binary Generat. X 图伯努利二进制随机序列产生器参数设置 伯努利二进制随机数产生器：幅度为2,周

12、期为3,占0比为1/2。 码型变化器(Unipolar to Bipolar Converter)参数设置: Function Block Parameters.： Unipolar to Bipolar Co. Unipolar to Bipolar Converter (masi) (link) Coiwert a unipolar signal in the range 0, M-1 , where M is the N-ary number, into a bipolar signal. Parameters N-ary number: la Polarity: Positive Ou

13、tput data type: | Inherit via internal rule OK Cancel I Help Apply 图码型变化器参数设置 极性为Positive 设置依据：采用0变1不变调制。 多路选择器(Switch)参数设置: 图多路选择器参数设置 设置依据：当二进制序列大于0时，输出第一路信号；当二进制序列小于0 时，输出第二路信号。 带通滤波器(Digital Filter Design)参数设置: Block Parameters: Digital RlteDesignl file Edit Analysis Targets View V/indov Hdp Ulj

14、-igUOSS h? r Current Fiter Irkrrrcton SiructLre: Drsct-rormFR Order8 Siabfe:Yes Source: Designed Store Fiter. Fiter Manager Response Type. ：.)L0WQO33 O Highpass Bsrdgas O Bmdstop Fiter Order. 回 Specify order 8 ：7)Mm mum order Differentiator L Options Density Fcc-or: 16 -Desgn Method. OR Bulenvortn F

15、IR Equ rippie l Frequency Spebficatons l Magn tude Speciffcstions. UftS Hz Enter a weicht vabe for seen bsno b6 0w. ：rput prcc88snq: Courms as chanres (frarre based) Fs: 46COO Design Fit曰 图带通滤波器参数设置 带通滤波器参数：带通范围为27HZ 设置依据：载波频率为4HZ,而基带号带宽为1HZ,考滤到滤波器的边沿缓降, 故设置为27HZ。 低通滤波器(Digital Filter Designl)参数设置:

16、Block Parameters: Digital Filter Design file fdit Analysis TargetsJfiJindcnv r Current Fitcr Irkrrrcton r Macn tude Reapcnae (dQi- Store Piter. Filer Manager . Flter Order. l Frequency Spebficatons l Magntude Speciffcstlons. O Specify order: ilO Uris: d8 Apass: -.Options. 30 Asiop Differentiator -De

17、sgn Method. Bulenvortn :)Fir Equ rippie Design Fit曰 ：rput prcc88snq: Courms as chanres (frarre based) .) Mm mum order Response Type. L0WQO33 O Highpass O BmdMSS O Bmdstop Hatch exoetty 5iopbard v 五口呂亡52 Structbrc: Drcct-Form H Sccond-Ordcr Sectors Order4 Sectons 2 Siobic:Yes Source: Designed 图低通滤波器参

18、数设置 低通滤波器参数：截止频率为1HZ 设置依据：二进制序列的带宽为1HZ,故取1HZ。 取样判决器（Sign）参数设置: 图取样判决器参数设置 取样判决器设置：门限值取为，取样时间为1 设置依据：当大于时输出1,当小于时输出0,能达到在0变1不变的取样规则 下正确解码的目的。 仿真波形 调制波形： S3Scopel 吕电q紹g因第陷B a 5 Time offset 0 图调制波形 图中第一个图为正相载波的波形，第二个图为随机产生的二进制序列，第 三个图为通过码型变换器后的波形，最后一个图为调制后的2PSK信号。 解调波形: 图解调波形 图中第一个图为收到的2PSK波形，第二个图为与同频同向载波相乘后的波 形，第三个图为通过带通滤波器后的波形，第四个图为通过低通滤波器后的波 形，最后一个图为解调后的二进制序列。 不同信噪比的误码率 1）信噪比设为10： 此时误码率为： Dis-play 解调后的波形: Scope -C1 | 目野Q 3 4因备苍日卞 5 0 5 5 0 Tmc0 图解调波形1 2）信噪比设为30时: 此时误码率为： Display 解调后的波形: Scope 口 5 0 5 图解调波形2 YrncofZt 0 3）信噪比设为50时: 此时误码率为： Losl riooioirf 图解调波形3 从仿真中可以看出