PSK原理及调制解调仿真学习课程

1、参考文献参考文献通信原理（国防工业出版通信原理（国防工业出版社社 第六版）第六版）基于基于MATLAB的的simulink对信号调制解对信号调制解调仿真（百度文库）调仿真（百度文库）仿真模型的建立：苏阳仿真模型的建立：苏阳 王王加贵加贵资料原理整理：张凯强资料原理整理：张凯强 尹尹强强PPT制作：沐辰梓制作：沐辰梓第1页/共17页第一页，编辑于星期六：十七点 十八分。通信系统就是传递信息所需要的一切通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和息源、发送设备、信道、接收设备和信宿信宿(受信者受信者)通信技术，特别

2、是数字通信技通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个信已成为信息科学

3、技术的一个重要组成部分重要组成部分 第2页/共17页第二页，编辑于星期六：十七点 十八分。数字调制与模拟调制原数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调态。基本的三种数字调制方式是：振幅键控制方式是：振幅键控(ASK)、移频键控、移频键控(F

4、SK)和移相键控和移相键控(PSK 或或DPSK) 第3页/共17页第三页，编辑于星期六：十七点 十八分。2PSK数字通信系统框图数字通信系统框图 信源到信宿信源到信宿调制分为：模拟调制调制分为：模拟调制 键控法键控法 （本组采用）（本组采用）解调方法：相干解调解调方法：相干解调 （本组采用）（本组采用）第4页/共17页第四页，编辑于星期六：十七点 十八分。二进制相移键控二进制相移键控(2PSK)相移键控是利用载波的相位变相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变频率保持不变在二进制数字调制中在二进制数字调制中,当正弦载当正弦载波的相位随二进制数

5、字基带波的相位随二进制数字基带信号离散变化时信号离散变化时,则产生二进则产生二进制移相键控制移相键控(2PSK)信号信号. 通常通常用已调信号载波的用已调信号载波的 0和和 180分别表示二进制数字分别表示二进制数字基带信号的基带信号的 1 和和 0. 第5页/共17页第五页，编辑于星期六：十七点 十八分。二进制移相键控信号的时域表达式为e2PSK(t)=g(t-nTs)cosct若若g(t)是脉宽为是脉宽为Ts, 高度为高度为1的矩形脉冲时的矩形脉冲时,则则有有e2PSK(t)=cosct, 发送概率为发送概率为P e2PSK(t)= -cosct, 发送概率为发送概率为1-P由上式可看出由

6、上式可看出,当发送二进制当发送二进制符号符号1时时,已调信号已调信号e2PSK(t)取取0相位相位,发送二进制符号发送二进制符号0时时,e2PSK(t)取取180相位相位.若用若用n表示第表示第n个符号的绝对相位个符号的绝对相位,则有则有n= 0, 发送发送 1 符号符号180, 发送发送 0 符号符号 第6页/共17页第六页，编辑于星期六：十七点 十八分。调制原理调制原理( 开关键控法开关键控法)如果两个频率相同的载波同时开始振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，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，同时达到零值，同时达到负最大值，它们应

7、处于它们应处于同相同相状态；如果其中一状态；如果其中一个开始得迟了一点，就可能不相同了。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，另一个达如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为到负最大值，则称为反相反相。一般把信。一般把信号振荡一次（一周）作为号振荡一次（一周）作为360度。如果度。如果一个波比另一个波相差半个周期，一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差我们说两个波的相位差180度，也就度，也就是反相。当传输数字信号时，是反相。当传输数字信号时，1码控码控制发制发0度相位，度相位，0码控制发码控制发180度相度相位。载波的初始相位就有了移动，位。载波的初

8、始相位就有了移动，也就带上了信息。也就带上了信息。第7页/共17页第七页，编辑于星期六：十七点 十八分。解调原理解调原理2PSK信号的解调方法是相干解调法。信号的解调方法是相干解调法。由于由于PSK信号本身就是利用相位传递信号本身就是利用相位传递信息的，所以在接收端必须利用信号信息的，所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。图中给出了的相位信息来解调信号。图中给出了一种一种2PSK信号相干接收设备的原理框信号相干接收设备的原理框图。图中经过带通滤波的信号在相乘器图。图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，再进行抽样判

9、决。判决滤除高频分量，再进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为，负抽样值判为0第8页/共17页第八页，编辑于星期六：十七点 十八分。2PSK 信号的功率谱密度信号的功率谱密度若二进制基带信号若二进制基带信号s(t)的功率谱密度的功率谱密度Ps( f ) 为为 二进制相移键控信号的功率谱密度为二进制相移键控信号的功率谱密度为二进制相移键控信号的功率谱密度如图所示，由离散谱和连续谱两部二进制相移键控信号的功率谱密度如图所示，由离散谱和连续谱两部分组成。续谱两部分组成。离散谱由载波分量确定，连续谱由基带信分组成。续谱两部分组成。离散谱由

10、载波分量确定，连续谱由基带信号波形号波形g(t)确定，二进制相移键控信号的带宽确定，二进制相移键控信号的带宽B2PSK是基带是基带信号波形带宽信号波形带宽B 的两倍的两倍,即即B2PSK=2B 第9页/共17页第九页，编辑于星期六：十七点 十八分。2PSK调制与解调调制与解调simulink仿真图仿真图载波载波1 载波载波2（二者幅度相反）基带信号发生器（二者幅度相反）基带信号发生器 高斯高斯噪声源噪声源 码型变换器码型变换器 键控开关键控开关 调制部分示波器调制部分示波器 加法加法器器 乘法器乘法器 带通滤波器带通滤波器 低通滤波器低通滤波器 误码表误码表 抽抽样判决器样判决器 码型变换器码

11、型变换器 解调部分示波器解调部分示波器第10页/共17页第十页，编辑于星期六：十七点 十八分。调制端输出信号仿真调制端输出信号仿真 第一路为基带信号；第一路为基带信号；第二路是经过极性转换的双极性码；第二路是经过极性转换的双极性码；第三路是载波波形；第三路是载波波形；第四路是调制的第四路是调制的2PSK波形，其中输入波形，其中输入“1”时时 初始初始相位为相位为pi 输入输入“0”时，对应相位为时，对应相位为0第11页/共17页第十一页，编辑于星期六：十七点 十八分。未加噪声时的解调端波形图未加噪声时的解调端波形图 第一路为调制的第一路为调制的2PSK波形波形第二路为加入的同频同相的载波波形第

12、二路为加入的同频同相的载波波形第三路是第三路是2PSK信号与载波相乘的波形信号与载波相乘的波形第四路是低通滤波后的波形，通过低通滤波器之后相当于载波提取后的波形与低通滤波第四路是低通滤波后的波形，通过低通滤波器之后相当于载波提取后的波形与低通滤波器的波形相互卷积，最后得出了下图。器的波形相互卷积，最后得出了下图。第五路为抽样判决的波形，此图把滤波器输出波形大于第五路为抽样判决的波形，此图把滤波器输出波形大于0的部分判决成了的部分判决成了+1电平，把小电平，把小于于0的判成了的判成了-1电平；电平；第六路为经过极性变换后的波形第六路为经过极性变换后的波形 第12页/共17页第十二页，编辑于星期六

13、：十七点 十八分。加入高斯噪声后波形加入高斯噪声后波形第一路为加入了高斯噪声的第一路为加入了高斯噪声的2PSK信号波形信号波形第二路为加入的同频同相的载波波形第二路为加入的同频同相的载波波形第三路是第三路是2PSK信号与载波相乘的波形，由于调制波形通过了调制信道，叠加了噪声，并且通过信号与载波相乘的波形，由于调制波形通过了调制信道，叠加了噪声，并且通过恢复载波，最后的波形就变成了下面的图形。这是因为经过了恢复载波乘法器之后，恢复载波，最后的波形就变成了下面的图形。这是因为经过了恢复载波乘法器之后，2PSK叠叠加噪声之后的波形与恢复载波相乘，正正得正，正负得负，所以才形成了上下不一的图形。加噪声

14、之后的波形与恢复载波相乘，正正得正，正负得负，所以才形成了上下不一的图形。第四路是低通滤波后的波形，通过低通滤波器之后相当于载波提取后的波形与低通滤波器的波形相互第四路是低通滤波后的波形，通过低通滤波器之后相当于载波提取后的波形与低通滤波器的波形相互卷积，并且下图的大概包络与载波提取后的波形包络大概相同，而且还有噪声的滤波器的一些不理想卷积，并且下图的大概包络与载波提取后的波形包络大概相同，而且还有噪声的滤波器的一些不理想因素造成了滤波后的波形出现了波纹幅度；因素造成了滤波后的波形出现了波纹幅度；第五路为抽样判决的波形第五路为抽样判决的波形第六路为经过极性变换后的波形第六路为经过极性变换后的波

15、形通过波形对比分析可知通过波形对比分析可知2PSK信号解调由于噪声的影响解调基本成功信号解调由于噪声的影响解调基本成功 第13页/共17页第十三页，编辑于星期六：十七点 十八分。上图加入方差为上图加入方差为5的高斯噪声后波形的高斯噪声后波形 其误码率其误码率如下如下如果加入方差为如果加入方差为14的高斯噪声的高斯噪声 其其误码率及解调波形图如下误码率及解调波形图如下第14页/共17页第十四页，编辑于星期六：十七点 十八分。通过做通过做2PSK调制与相干解调课程设计，调制与相干解调课程设计，我们熟悉地掌握了我们熟悉地掌握了2PSK调制与相干解调制与相干解调的原理和方法。调的原理和方法。2PSK调制的方法是调制的方法是将基带信号转换成双极性信号再与载将基带信号转换成双极性信号再与载波相乘后，即可产生波相乘后，即可产生2PSK调制信号。而调制信号。而相干解调的方法是将相干解调的方法是将2PSK调制信号与在调制信号与在波相乘后通过全波整流器和低通滤波波相乘后通过全波整流器和低通滤波器即可恢复原始信号。若加入噪声，器即可恢复原始信号。若加入噪声，则是将则是将2PSK带调试信号与噪声源相带调试信号与噪声源相加，再进行相干解调即可加，再进行相干