基于MATLAB的2PSK2DPSK仿真通信原理课程设计报告书

1、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 2015 年 6 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 MA

2、TLAB 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。 关键词：数字调制与解调； MATLAB ；2PSK ； 2DPSK ； 第1章 绪论 1.1 调制方式 数字通信系统 , 按调制方式可以分为基带传输和带通传输。数字基带信号的功率一 般处于从零开始到某一频率(如 06M )低频段，因而在很多实际的通信(如无线信 道)中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移，将数字基带信号变换 成适合信道传输的数字频带信号进行传输，这种传输方式，称为数字信号的频带传输 或调

3、制传输、载波传输。所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使 该参量随基带信号的规律变化从而携带消息。对数字信号进行调制可以便于信号的传 输；实现信道复用；改变信号占据的带宽；改善系统的性能。 数字基带通信系统中四种基本的调制方式分别称为振幅键控( ASK ， AmplitudeShift keying )、移频键控( FSK ，Frequency-Shift keying )、移相键控 (PSK ， Phase-Shift keying )和差分移相键( DPSK ， Different Phase-Shift keying )。本 次课程设计对 PSK,DPSK 这两种调制方式进

4、行了仿真。 1.2 设计要求 1.2.1 设计内容 用 MATLAB 完成对 2PSK 、 2DPSK 的调制与解调仿真电路设计，并对仿真结果 进行分析，可编写程序，也可硬件设计框图 1.2.2 设计参数(参数可以自行设置) 1 、传输基带数字信号( 15 位) 码元周期 T=0.01S 2 、载波频率： 15KHz 1.2.3 设计仪器 计算机和 MATLAB 软件 第 2 章 2PSK,2DPSK 原理 2.1 2PSK 原理 2.1.1 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

5、，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 2-1 。 图 2-1 二进制相移键控信号的时间波形 2.1.2 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

6、 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 携带二进制信 通 常 用 0 和 0 和 1 。其时域 用载波的相位来 息的调制方式。 180 来分别代表 表达式为： e2PSKang(t nTs) cos ct n 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 2-2 和图 2-3 所示。 图 2-2 模拟调制原理 图 2-3 键控法原理图 2.1 .3 带通 a 相乘器 c 低通 d 抽样 滤波器

7、滤波器 判决器 e e2PSK ( t ) 输出 cos ct b 定时 脉冲 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 2-4 所示，各点的波形如图 2-5 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

8、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 2-4 2PSK 的相干解调原理图 图 2-5 相干解调中各点波形图 2.2 2DPSK 原理 2.2.1 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，

9、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 2-6

10、 11 010 (b)相对码 (c)2DPSK （a） 绝对码 图 2-6 2DPSK 信号波形图 2.2.2 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： 0 （数字信息 “0” ） （数字信息 “ 1? ） 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 2.2.3 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

11、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。 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。两种解调方式的原理图如图 2-8 和图 2-9 所示。 2DPSK 相干解调各点波形图

12、如图 2-10 所示。 图 2-8 2DPSK 差分相干解调原理图 图 2-9 2DPSK 相干解调原理图 第3 章 实验过程 3.1 2PSK 仿真部分 3.1.1 2PSK 仿真图 用 MATLAB 搭建好的 2PSK 仿真图如下： 图 3-1PSK 仿真图 3.1.2 2PSK 模块的参数设置： 1）相乘模块 图 3-2 相乘器参数设置 2）低通滤波器模块 图 3-3 滤波器其参数设置 3）抽样判决模块 图 3-4 pulse generator参数设置 3.2 2DPSK 仿真部分 3.2.1 2DPSK 仿真图 用 MATLAB 搭建好的 2DPSK 仿真图如下： 图 3-5 2DP

13、SK 仿真图 2.2.2 2DPSK 模块的参数设置： 1) 载波模块 图 3-6 载波参数设置 2)乘法器模块 图 3-7 乘法器参数设置 3）基带模块 图 3-8 基带信号参数设置 4 )Unipolar to Bipolar Converte模块 图 3-9 Unipolar to Bipolar Converter 参数设置 5）码变换模块 图 3-10 Logical Operator 参数设置 图 3-11 Unit Delay 参数设置 图 3-12 Data Type Conversion 参数设置 6）滤波器模块 图 3-13 带通滤波器参数设置 图 3-14 低通滤波器参数

14、设置 第4 章 仿真结果 4.1 2PSK 仿真结果 图 4-1 2PSK 电路仿真波形 4.2 2DPSK 仿真结果 图 4-2 2DPSK 电路仿真波形 附录： 通过编写 M 文件程序： 2PSK 调制解调程序及注释 clear all close all i=10; j=5000; fc=4;% 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; for n=1:10 if a(n)=1; st2(k)=0; else st2(k)=

15、1; end end; 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); p

16、sk=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 ); for m=0:i-1; if psk(1,m*500+250)0; for j=m*500+1:(m+1)*500; psk(1,j)=0

17、; end else for j=m*500+1:(m+1)*500; psk(1,j)=1; end end end subplot(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 clear all close all i=10; j=5000; fc=4; % 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; for n=1:10 if a(n)=1; if b(n-

18、1)=1 b(n)=0; else b(n)=1; end else b(n)=b(n-1); end end st1=t; for n=1:10 if b(n)=1; st2(k)=0; else st2(k)=1; end end; 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( 低通滤波后波

19、形 ); st=zeros(1,i); % 全零矩阵 for m=0:i-1; if dpsk(1,m*500+250)0; st(m+1)=0; for j=m*500+1:(m+1)*500; dpsk(1,j)=0; end else for j=m*500+1:(m+1)*500; st(m+1)=1; dpsk(1,j)=1; end end end subplot(413); plot(t,dpsk); axis(0,5,-1,2); title( 抽样判决后波形 ) dt=zeros(1,i); % 全零矩阵 dt(1)=st(1); for n=2:10; if (st(n)-

20、st(n-1)-1; dt(n)=0; else dt(n)=1; end end st=t; for n=1:10 if dt(n)1; for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=0; end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=1; end end end subplot(414); plot(t,st); axis(0,5,-1,2); title（ 码反变换后波形 ） 薅袁蚈螆肃肄螂袇羈芅莇羁蕿蚆膂莇薄莈袈蚄羀蚅芈罿膁膄袇莇蚈膁莆芃袀羀薃蒀虿袀袆肁羆羃螃蒀蚇艿膀蒈蚂蚀薂薃螂蚃袄袁肂羂莆节膅蚇薁腿节袈薂螂肀羄肀衿莂羈肁肅腿蒃芀蚆薁蚁莄羅

21、袂蚃蚂羆袄芈肁芀蚅芈莃荿袆蒇蚄薀膈螆袂袇螀肃膄肀芇蚄芅薅蕿虿蕿螇羁袈袈蚀蒂聿聿芈蚃蚇膁芆艿蒂蚈衿羀膆蒃膇肁肈肅莈芅蚂蒀莇蒁羁蚇螇螈蚀罿肃羁芄肇袄莆芄葿螁薃蚁蚇薀膄螂罿薁膀肆肀袆芃薂螁莂螆蚆螃芃螆羇羅袅袂葿螂肅芈芁螀芃袅蚅莅薈膃螁蚄蕿膈肁膅蒅蝿莃节肈膄蒈螄蚄螈螅聿羆莁螇膄羇螈芁蒆莁薇螇芇薀芁莄羅薈芇袀袃膃蚈莀莄肄螂袀艿膃羁螃莄肄羂膃膂蝿荿莈艿莄蒂蚅羂莂袇莃艿薆膁蚂蒂膈莃蒀莈肂薄蚂莈袀肂蒂螃袁螄膀肄莈莇芈薂蒂螄蚆蚃芄蒁蚄肂芈袆腿芄羀节莇蒁肀膀衿袆莆袀肀羈腿蒀膀袆罿袃蒀羃莄蚂薈蒈罿葿蚂袄袃螈薈芈螂羂葿蒇袇聿螈薁蒄葿聿袈螀芇肀袁蒄蕿羁葿肁莀袁蚀芀羁蚁聿蒈羆莀芆羃膇肁艿蒈羃蒃莃芆蒇肅袆膇芅芆蚃袂蒇肀蒁羀

22、薅膂蚃螈虿羁蒆羀袈膂螅芄膅蒆聿薃螅蚇薁蒁膅蒂薅袆膇蒁芃袇羈薅肈芃莇螆莇袇薄螇羈螂芃莇罿肃膄莅肇薄芃葿罿蕿膄肁薀节芃罿薃虿羆肆薃蒈螅虿艿薂螆薃羇羆袁袅莁艿薃薀肅芁节袁薈膅薂薈节袃莀羄膅螁薂艿肅膅蒃莃羄螃螄肅蝿薁荿聿蒃蚃薁莂膄芀薆蒆荿蚃薀芀薇膈羅荿螆莈肃薀薄膃袁蚈螆芅肄肃蕿螂袈莇芅羁蕿膂芈蚆蚄膁莈袈芈羀蚈蚅羀袇莇膁蚈肁膁莆蒀羀袀蒀蚇袆肁袀羃蚀螃蒀蒈蚇袄膀莆蚂蚀薂蚃螂袄蚇羂莆肂螂肀腿蚇薁螂莂节袈肀肀衿蚆莂肁羅羈芀袂腿蚆羅蚁莄芈羆蚅袂蚂肁袄芈蚄蚅莃芈膈袆蚄蒇膄袂膈蚄袇膄螇肀螀薅羁蚄芇虿蒂螇蕿蚃袈羁蚀衿蒂聿聿膆芆蚃蚇蒂艿莈衿蒃膆膇蚂羁肈肅莈蚂莇芅罿羁螇芄蒁肃罿螈螁芄羁肇蚁芄螁葿膄薃蚁薀膀螁薁膄罿膀肆螃袆芃羇薂螁葿螆芃螃螆羇袅肅葿螀螂袅膃芃螀芁薈袅莅蒅蝿蕿膃螁膅蒅肁肈莃节羆蝿肈螄蒈莁螅羆聿螈莁羇螇膄莁蒆芁螈薇螇芇薀袁薈莄芁芇袀节袃莄肄膅莀薂袀膃艿肄羄螃莄蝿羂肅膃荿蒃艿莄薁蒂羂莂蚃薆艿莃蒂膈芀蚂荿莃肂莈薀薄莈蚂袁肂蒂螆螄肄莈肃莇芅蒂蚆芈螄蕿芄蒁芈袈蚄芄羀芈袆肀膁莇蒁膀