通信系统课程设计报告

1、青 岛 农 业 大 学理学与信息科学学院通信系统仿真课 程 设 计 报 告 设 计 题 目 PSK调制和解调系统 学生专业班级 学生姓名（学号） 指 导 教 师 完 成 时 间 实 习（设计）地点 理信学院机房 2015年 09月01日一、课程设计目的和任务学生通过本课程的实践，能进一步掌握高级语言程序设计基本概念，掌握基本的程序设计方法；通过设计一个完整的小型程序，初步掌握开发软件所需的需求定义能力、功能分解能力和程序设计能力、代码调试技能；学习编写软件设计文档；为未来的软件设计打下良好的基础。要求学生掌握所学的程序设计方法的基本知识。结合实际深入理解高级语言程序设计的基本概念、原理及方法。

2、运用所学的基础知识开发一个小型的程序，能根据问题的需要构造所需的数据结构，设计适合的算法，解决问题。掌握设计任务的具体要求，进行设计、调试软件的具体方法、步骤和技巧。对一个实际课题的软件设计有基本了解，拓展知识面，激发在此领域中继续学习和研究的兴趣，为学习后续课程做准备。二 PSK信号调制解调模型的建立2.1、PSK信号调制模型的建立相移键控（PSK）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的一种数字信号传递方法。PSK的调制原理框图如下图所示，与ASK信号的产生方法比较，只是对s的要求不同，在ASK中s是单极性的，而在PSK中S是双极性的基带信号。 码型变换乘法器 双极性不归

3、零 图1 模拟调制方法 开关电路相移 0 图2 键控法 2.2、PSK信号解调模型的建立PSK信号的解调通常采用相干解调法，解调器原理框图如下图。在相干解调中，怎样得到与接收的PSK信号同频同相的相干载波是一个关键的问题。带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器 定时脉冲 图3 PSK信号的解调原理框图2.3、PSK调制过程分析 根据PSK调制的定义，设初始相位和分别表示二进制“1”和“0”。因此，PSK信号的时域表达式为，其中，表示第个符号的绝对相位： 因此，可得到下式典型波形如下图所示 图4 PSK信号的时间波形由于两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲

4、序列与一个正弦载波的相乘，即其中，这里，g(t)是脉宽为TS的单个矩形脉冲，而an的统计特性为即发送二进制符号“0”时（an取+1），取0相位；发送二进制符号“1”时（ an取 -1），取p相位。这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移方式，且其带宽为基带信号的两倍。调制过程产生的代码和波形如下：clear all; close all;clf; %清除窗口中的图形max=20 %定义max长度g=zeros(1,max);g=randint(1,max);%长度为max的随机二进制序列cp=;mod1=;f=2*2*pi;t=0:2*pi/199:2*p

5、i;for n=1:length(g); if g(n)=0; A=zeros(1,200);%每个值200个点 else g(n)=1; A=ones(1,200); end cp=cp A; %s(t),码元宽度200 c=cos(f*t);%载波信号 mod1=mod1 c;%与s(t)等长的载波信号,变为矩阵形式endfigure(1);subplot(3,2,1);plot(cp);grid on;axis(0 200*length(g) -2 2);title('随机二进制信号序列');cm=;mod=;for n=1:length(g); if g(n)=0; B

6、=ones(1,200);%每个值200个点 c=cos(f*t); %载波信号 else g(n)=1; B=ones(1,200); c=cos(f*t+pi); %载波信号 end cm=cm B; %s(t),码元宽度200 mod=mod c; %与s(t)等长的载波信号endtiaoz=cm.*mod;%e(t)调制figure(1);subplot(3,2,2);plot(tiaoz);grid on;axis(0 200*length(g) -2 2);title('2PSK调制信号');figure(2);subplot(3,2,1);plot(abs(fft

7、(cp);axis(0 200*length(g) 0 400);title('原始信号频谱');figure(2);subplot(3,2,2);plot(abs(fft(tiaoz);axis(0 200*length(g) 0 400);title('2PSK信号频谱');运行结果： 图5 二进制、PSK信号波形和频谱图2.4、PSK解调过程分析根据PSK调制的原理框图 图6 PSK信号的解调原理框图带通滤波器的意义是让有用信号（已调信号）通过，滤除一部分噪声，所以有用信号在处得到信号为假设相干载波的基准相位与2PSK信号的调制载波的基准相位一致（通常默认

8、为0相位）。所以得到下式通过低通滤波器后最后通过抽样判决器恢复出数字信号。 但是，由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着的相位模糊，即恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“1”变为“0”，“0”变为“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”。这也是2PSK方式在实际中很少采用的主要原因。另外，在随机信号码元序列中，信号波形有可能出现长时间连续的正弦波形，致使在接收端无法辨认信号码元的起止时刻。2PSK信号相干解调各点时间波形如下图所示： 图7 2PS

9、K信号相干解调时各点时间波形为了更直观的了解解调过程，我用MATLAB绘出解调过程的相关波形，代码和波形如下：clear all; close all;clf; %清除窗口中的图形max=20 %定义max长度g=zeros(1,max);g=randint(1,max); %长度为max的随机二进制序列cp=;mod1=;f=2*2*pi;t=0:2*pi/199:2*pi;for n=1:length(g); if g(n)=0; A=zeros(1,200); %每个值200个点 else g(n)=1; A=ones(1,200); end cp=cp A; %s(t),码元宽度200

10、 c=cos(f*t); %载波信号 mod1=mod1 c; %与s(t)等长的载波信号,变为矩阵形式end%figure(1);subplot(3,2,1);plot(cp);grid on;%axis(0 200*length(g) -2 2);title('随机二进制信号序列');cm=;mod=;for n=1:length(g); if g(n)=0; B=ones(1,200); %每个值200个点 c=cos(f*t); %载波信号 else g(n)=1; B=ones(1,200); c=cos(f*t+pi); %载波信号 end cm=cm B; %s(

11、t),码元宽度200 mod=mod c; %与s(t)等长的载波信号endtiaoz=cm.*mod; %e(t)调制tz=awgn(tiaoz,10); %信号调制中加入白噪声，信噪比为10jiet=2*mod1.*tz; %同步解调figure(1);subplot(3,2,1);plot(jiet);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title('相乘后信号波形')figure(1);subplot(3,2,2);plot(abs(fft(jiet);axis(0 200*length(g) 0 400);title('相乘后信

12、号频谱');%低通滤波器fp=500;fs=700;rp=3;rs=20;fn=11025;ws=fs/(fn/2); wp=fp/(fn/2);%计算归一化角频率n,wn=buttord(wp,ws,rp,rs);%计算阶数和截止频率b,a=butter(n,wn);%计算H(z）jt=filter(b,a,jiet);figure(1);subplot(3,2,3);plot(jt);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title('经低通滤波器后信号波形')figure(1);subplot(3,2,4);plot(abs(fft(

13、jt);axis(0 200*length(g) 0 400);title('经低通滤波器后信号频谱');%抽样判决for m=1:200*length(g); if jt(m)<0; jt(m)=1; else jt(m)>=0; jt(m)=0; endendfigure(1);subplot(3,2,5);plot(jt);grid onaxis(0 200*length(g) -2 2);title('经抽样判决后信号波形')figure(1);subplot(3,2,6);plot(abs(fft(jt);axis(0 200*length

14、(g) 0 400);title('经抽样判决后信号频谱');运行结果： 图8 解调相关波形三、 高斯白噪声对系统影响分析 当信号经过信道传输时会受到噪声的影响，这是不可避免的。而通信系统中常见的热噪声近似为高斯白噪声，且符合加性。根据设计要求考虑不同信噪比的高斯白噪声对PSK系统的影响。为了清晰地对比出噪声对PSK系统的影响，我将分别以不同信噪比作用于PSK系统，再分让它们通过带通滤波器，并观察加入噪声后的信号受到了什么影响。在此过程中，我用函数randn来添加噪声，此函数功能为向信号中添加噪声功率为其方差的高斯白噪声。根据加性噪声的特性，对PSK信号而言不同大小的噪声加入信

15、道后，直接反应到波形上，波形图如下： 图9.1 PSK信号调制 图9.2 傅里叶频域分析 图9.3 加噪信号波形四、PSK系统的仿真clear all; close all;clf; max=50 g=zeros(1,max);g=randint(1,max);cp=;mod1=;f=2*2*pi;t=0:2*pi/199:2*pi;for n=1:length(g); if g(n)=0; A=zeros(1,200); else g(n)=1; A=ones(1,200); end cp=cp A; c=cos(f*t); mod1=mod1 c;endfigure(1);subplot(

16、3,2,1);plot(cp);grid on;axis(0 20*length(g) -2 2);title('随机二进制信号序列');cm=;mod=;for n=1:length(g); if g(n)=0; B=ones(1,200); c=cos(f*t); else g(n)=1; B=ones(1,200); c=cos(f*t+pi); end cm=cm B; %s(t), mod=mod c; endtiaoz=cm.*mod;figure(1);subplot(3,2,2);plot(tiaoz);grid on;axis(0 20*length(g) -

17、2 2);title('2PSK调制信号');figure(2);subplot(3,2,1);plot(abs(fft(cp);axis(0 20*length(g) 0 400);title('原始信号频谱');figure(2);subplot(3,2,2);plot(abs(fft(tiaoz);axis(0 20*length(g) 0 400);title('2PSK信号频谱');%带有高斯白噪声的信道tz=awgn(tiaoz,10);figure(1);subplot(3,2,3);plot(tz);grid onaxis(0 2

18、0*length(g) -2 2);title('通过高斯白噪声信道后的2PSK信号');figure(2);subplot(3,2,3);plot(abs(fft(tz);axis(0 20*length(g) 0 400);title('加入白噪声的2PSK信号频谱');jiet=2*mod1.*tz;figure(1);subplot(3,2,4);plot(jiet);grid on;axis(0 20*length(g) -2 2);title('相乘后信号波形')figure(2);subplot(3,2,4);plot(abs(ff

19、t(jiet);axis(0 20*length(g) 0 400);title('相乘后信号频谱');fp=500;fs=700;rp=3;rs=20;fn=11025;ws=fs/(fn/2); wp=fp/(fn/2);n,wn=buttord(wp,ws,rp,rs);b,a=butter(n,wn);）jt=filter(b,a,jiet);figure(1);subplot(3,2,5);plot(jt);grid on;axis(0 20*length(g) -2 2);title('经低通滤波器后信号波形')figure(2);subplot(3

20、,2,5);plot(abs(fft(jt);axis(0 20*length(g) 0 400);title('经低通滤波器后信号频谱');%抽样判决for m=1:200*length(g); if jt(m)<0; jt(m)=1; else jt(m)>=0; jt(m)=0; endendfigure(1);subplot(3,2,6);plot(jt);grid onaxis(0 20*length(g) -2 2);title('经抽样判决后信号波形')figure(2);subplot(3,2,6);plot(abs(fft(jt);

21、axis(0 20*length(g) 0 400);title('经抽样判决后信号频谱');snr = 0 : 2: 20;len_snr = length(snr);for i = 1:len_snrSNR_eb = exp(snr(i)*log(10)/10);theo_err_prb(i) = (1/2)*erfc(sqrt(SNR_eb);endfigure(3);semilogy(snr,theo_err_prb,'ko-');grid on;title('误码率随信噪比的变化曲线');五、总结与体会 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力 在这次课程设计过程中，体现出自己单独设计实验的能力以及综合运用知识的能力，体会