基于simulink2psk調(diào)制

1、通信系統(tǒng)仿真-1-1. 項目的目的、要求1.1 目的7掌握課程設(shè)計涉汲到的相關(guān)知識、概念及原理。(2 )仿真圖設(shè)計合理、能夠正確運(yùn)行。(3 )按照要求撰寫課程設(shè)計報告。1.2 要求(1 )通過利用 matlab simulink ，熟悉 matlab simulink仿真工具。8通過課程設(shè)計來更好的掌握課本相關(guān)知識，熟悉2PSK 的調(diào)制與解調(diào)。9更好的了解通信原理的相關(guān)知識，磨練自己分析問題、查閱資料、鞏固知識、創(chuàng)新等各方面能力。2. 項目設(shè)計正文2.1 2PSK2.1.1 2PSK 的基本原理相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在 2PSK 中,通常用初始相位為

2、 0 和 n 表示二進(jìn)制的“ 1 ”和“ 0”。因此 2PSK 的信號的時域表達(dá)式為：e2psk(t)=ACOS( COct+ $n)(2-1)其中，0 n 表示第 n 個符號的絕對相位：發(fā)送“ 0”時(2-2)發(fā)送“ 1”時因此，上式可改寫為(2-3)7tAcosOct概率為 P通信系統(tǒng)仿真-2-e2psk(t) =-AcosOct概率為 1-P通信系統(tǒng)仿真-3-這里，g(t)是脈寬為 Ts 的單個矩形脈沖，而 an 得統(tǒng)計特性為概率為 P(2-6)概率為 1-P即發(fā)送二進(jìn)制符號“ 0”時(an 取+1), e 2psk(t)取 0 相位；發(fā)送二進(jìn)制符號“1”時(an 取-1 ), e 2p

3、sk(t)取 n 相位。2.1.2 2PSK 的產(chǎn)生二進(jìn)制相位調(diào)制就是用二進(jìn)制數(shù)字信息控制正弦載波的相位，使正弦載波的相位隨著二進(jìn)制數(shù)字信息的變化而變化。二進(jìn)制絕對調(diào)相就是用數(shù)字信息直接控制載波的相位。例如，當(dāng)數(shù)由于表示信號的兩種碼元的波形相同，極性相反，故極性全占空矩形脈沖序列與一個正弦載波相乘，即2PSK 信號一般可以表述為一個雙其中C2psk(t)=S(t)C0SCOct(2-4)s(t)=刀 ang(t-nTs)(2-5)通信系統(tǒng)仿真-4-字信息為 1時，使載波反相；當(dāng)數(shù)字信息為0時，載波相位不變。圖 2-2 為 2PSK 波形圖(為方便作圖，在一個碼元周期內(nèi)畫兩個周期的載波)。1UI

4、I001w II i_f圖2-2 2PSK信號波形圖從圖中可以看出，2PSK 信號可以看成是雙極性基帶信號乘以載波而產(chǎn)生的。必須強(qiáng)調(diào)的是：2PSK 波形相位是相對于載波相位而言的。因此，畫2PSK 波形時必須先把載波畫好，然后根據(jù)數(shù)字信息與載波相位的對應(yīng)關(guān)系，畫出2PSK 波形。2.1.3 2PSK 的調(diào)制（1）數(shù)字調(diào)制技術(shù)的兩種方法：利用模擬調(diào)制的方法去實現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制，即把數(shù)字調(diào)制看成是模擬調(diào)制的一個特例，把數(shù)字基帶信號當(dāng)做模擬信號的特殊情況處理；利用數(shù)字信號的離散取值特點通過開關(guān)鍵控載波，從而實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。這種方法通常稱為鍵控法，比如對載波的相位進(jìn)行鍵控，便可獲得相移鍵控（PSK）基本的調(diào)

5、制方式。（2 ）數(shù)字調(diào)相：如果兩個頻率相同的載波同時開始振蕩，這兩個頻率同時達(dá)到正最大值，同時達(dá)到零值，同時達(dá)到負(fù)最大值，它們應(yīng)處于同相”狀態(tài)；如果其中一個開始得遲了一點， 就可能不相同了。如果一個達(dá)到正最大值時，另一個達(dá)到負(fù)最大值，則稱為 ”反相”。一般把信號振蕩一次（一周）作為 360 度。如果一個波比另一個波相差半個周期，我們說兩個波的相位差 180 度，也就是反相。當(dāng)傳輸數(shù)字信號時，1碼控制發(fā) 0 度相位，0碼控制發(fā) 180度相位。載波的初始相位就有了移動，也就帶上了信息。（3） 相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在2PSK 中，通常用初始相位 0 和

6、n 分別表示二進(jìn)制“ 1 ”和“ 0 ”。通信系統(tǒng)仿真-5-（4） 二進(jìn)制移相鍵控信號的調(diào)制原理圖如圖2-3 所示.其中圖是采用模擬調(diào)制的方法通信系統(tǒng)仿真-6-產(chǎn)生 2PSK 信號，圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生2PSK 信號。Acos2 fct圖2-4 2PSK調(diào)制器電平變換器的作用是將輸入的數(shù)字信息變成雙極性全占空數(shù)字基帶信號，需注意的是相同的數(shù)字信息可以變換成兩種極性相反的全占空數(shù)自己帶信號，至于采用哪一種完全由調(diào)制規(guī)則決定如圖2-5電平變換器輸入輸出波形(a)采用 1變O不變(b)采用 O變1不變。在本次課程設(shè)計中采用1變 O卜til-k% J-卜J07TfeiF1朝移相di(a)圖

7、2-32PSK信號的調(diào)制原理圖下面介紹產(chǎn)生 2PSK 信號的部件，即 2PSK 調(diào)制器。由以上分析可知,2PSK 可以采用相乘器來實現(xiàn)，其框圖如下二進(jìn)制信息s(t)電平交換器 I s)已調(diào)信號 2PSK(b)通信系統(tǒng)仿真-7-不變的準(zhǔn)則。通信系統(tǒng)仿真-8-7 什十、（卻JPSKfrt的功率圖2-6 2PSK信號的功率譜由圖 2-6 可知，2PSK 信號的功率譜是基帶信號功率譜的線性搬移其頻譜的主要帶寬是二進(jìn)制基帶信號頻譜主瓣寬度的兩倍，即B2PSK2 fs2.1.5 2PSK 的解調(diào)由于 2PSK 信號的頻譜中無載波分量，所以 2PSK 信號的解調(diào)只有相干解調(diào)，這種相干解調(diào)又稱極性比較法。2P

8、SK 解調(diào)框圖為：帶通H Cd一低通e取祥!-=-濾波器判決需cos：c位足時圖2-7 2PSK信號的相干解調(diào)2PSK 信號解調(diào)過程中的波形如圖通信系統(tǒng)仿真-9- WWWA/WWWV/YYYVVA /Vm r圖2-8 2PSK相干解調(diào)各點波形示意圖圖 2-8 是 2PSK 解調(diào)器在無噪聲情況下能對2PSK 信號的正確解調(diào)。（a）是收到的 2PSK信號；（b）是本地載波提取電路提取的同頻同相載波信號；（c）是接收的 2PSK 信號與本地載波相乘得到的波形示意圖，此波形經(jīng)過低通濾波器濾波后得到低通信號；（d）是取樣判決器在位定時信號；（e）是對（d）波形取樣，再與門限進(jìn)行比較，做出相應(yīng)的判決得到恢

9、復(fù)的信 號；需要注意的是判決規(guī)則應(yīng)與調(diào)制規(guī)則一致。本次采用的調(diào)制規(guī)則為1變 0不變所以解調(diào)規(guī)則也用 1變0不變。即為取樣值大于門限時判為0,當(dāng)取樣值小于門限值時判為 12.1.6 抗噪聲性能的分析在實際通信系統(tǒng)中往往存在噪聲，噪聲會對判決值產(chǎn)生影響，即會產(chǎn)生誤碼率，一般假設(shè)信道的噪聲為高斯白噪聲，下面討論2PSK 解調(diào)器在高斯白噪聲干擾下的誤碼率：通信系統(tǒng)仿真-10-（1） 發(fā)端發(fā) 1時受到的 2PSK 信號為S2PSKtacos2 fct（ 2-7）帶通濾波器的輸出時信號加窄帶噪聲：通信系統(tǒng)仿真-11-acos2 fct nit amt cos2 fct nQt sin2 fct( 2-8)

10、上式與本地載波相乘后:經(jīng)低通濾波后:(2-11)所以 x(t)的取樣判決值的概率密度函數(shù)為:發(fā)端發(fā) 0時，收到的 2PSK 信號:帶通濾波器的輸出時信號加窄帶噪聲:上式與本地載波相乘后:經(jīng)低通濾波后:(2-17)所以 x(t)的取樣判決值的概率密度函數(shù)為:2acos2 fct nit a nit cos 2 fct nQt sin2 fct cos2fct(2-9 )! a nit ! a nit2 2cos4 fctt sin 42fct(2-10)a nI1.2ne2x a2(2-12)S2PSKt a cos2fct(2-13)acos2 fct nit a nit cos2fctnQt

11、sin 2 fct(2-14)2acos2 fct nit aD1t cos 2 fctnQsin2fct cos2fct(2-15)nit cos41 fctnQtsin42fct(2-16)nit通信系統(tǒng)仿真-12-綜上所述可畫出概率密度函數(shù)曲線:1.2ne2x a2(2-18)通信系統(tǒng)仿真-13-圖2-9取樣值概率密度函數(shù)示意圖當(dāng) P（O）=P時，最佳門限應(yīng)選在兩條曲線的交點處。即從圖可看出最佳判決門效應(yīng)為0.所以發(fā) 1錯判0概率為：P 0/1flx dx0_（ 2-19）P 0 /1- erfc、r2（2-20）發(fā) 0錯判 1的概率等于發(fā)1錯判 0概率P 1/0P 0/1-erfc i

12、（2-21）2根據(jù)圖4-3-3 及上式可得 2PSK 相干解調(diào)器的誤碼率公式為C1 MPeerfc,r P 0 P 1 -erfc r（2-22）22式中ra2/2（2-23）2n2.2 Simuli nk的模型建立和仿真2.2.1 方案設(shè)計框圖數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖2-10 所示通信系統(tǒng)仿真-14-信信數(shù)數(shù)信信信源道字信字道源受息編編調(diào)解譯譯信源碼碼制道調(diào)碼碼者器器器器器器噪聲源圖2-10數(shù)字通信系統(tǒng)模型222 建立模型框圖2PSK 信號調(diào)制與解調(diào)的模型方框圖如下所示，各模塊的名稱已標(biāo)注在圖上。上半部分 為調(diào)制部分，下半部分為解調(diào)部分。圖2-11 2PSK

13、信號調(diào)制與解調(diào)模型2.2.3 參數(shù)設(shè)置建立好模型之后就要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，以達(dá)到系統(tǒng)的最佳仿真。(1)正弦載波參數(shù)設(shè)置:通信系統(tǒng)仿真-15-Sine true:iTimt b宜空總出1/500*/ Int erpret uector E)aranetTEaz; L_D圖2-12正弦波：4HZ 幅度+2設(shè)置依據(jù)：載波頻率本來應(yīng)該很高，但是為了波形觀察方便，故頻率設(shè)為4H 乙OutDUl a Ein電wa呃：oCCSme typetyres總賈旦Bl ock .: Li-ani ef_&rEi b me W aveAmp*Sin2稟沖iPreg.*t+PLas白)+de t e rm i ne

14、 s t Ire coimput a t ioitalthT&HEh!a.mpl e s pe r period = 2*pi / (Fre qiijencyt e chui (jue used. Th皀parsmet eXEin the two* Samp1 ekime)ffumb已工of offset saniDl es二Fhase片Saropl es er period. / C2*1)1)Usethis EamDltiaedtynei fnwnFi calDroblQIH due to iruniiLnE for larECtimes(住昌.ovexf 1口in. absolu

15、te tQCcur.i Parsjmet&iE；TimeAaplHuds:CO I Use sinul a tioiL十i EBias:FjUitricy (r&d/:9*piPhisa (rad):5am(pl tin:通信系統(tǒng)仿真-16-反相正弦波：4HZ,幅度-2設(shè)置依據(jù)：載波頻率本來應(yīng)該很高，但是為了波形觀察方便，故頻率設(shè)為 波反相，故幅度設(shè)為-2.(2 )與載波反相正弦波參數(shù)設(shè)置:圖2-134HZ;又要求與載通信系統(tǒng)仿真-17-(3)伯努利二進(jìn)制隨機(jī)序列產(chǎn)生器:圖2-14Bernoulli Random Binary Generator(伯努利二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器)是基

16、于采樣的，其幅度設(shè)置為2,周期為3，占1比為2/3。圖2-15設(shè)置依據(jù)：采用 1 變 0 不變調(diào)制，故極性設(shè)為Negative ”通信系統(tǒng)仿真-18-(5 )多路選擇器參數(shù)設(shè)置:圖2-16參數(shù)設(shè)置依據(jù)：當(dāng)二進(jìn)制序列大于 0 時，輸出第一路信號；當(dāng)二進(jìn)制序列小于0 時，輸出第二路信號。(6 )帶通濾波器參數(shù)設(shè)置:通信系統(tǒng)仿真-19-J q小*: U “a-.、； ！.* .蟲幽飢 mqiw-WwFi e lEdil Arifilys s Targefe View Wrico HelpD豪日邑b昭函E出廠鈕胡囤曰Cjr-ri FMtr Inf jrrriillunFt*qpift-ry的圖2-17

17、帶通濾波器參數(shù)：帶通范圍為27HZ1曰|工Qiuc-tLic： DrcebFbfiv RCraler8ctians 1dlHEhC3jgnBdlSo os.u-”1-120FncBNr_. F requer c? Spizliraoil fHccnriud& SfcccifcetonLowpass 19 Secrlv cirdot: B.msHEiDrterenliErorMfilmuin坪tterl Cpbuns_enytvE?tof a wcicnl gluefwch bondbekrw .vmopiv/lpsea-Vfeop205tDResponse： Tyue9Bmp亦IFEq

18、uJOOTIFatcfort:FpfilKSlFCSSS,2l-ztqc-：通信系統(tǒng)仿真-20-設(shè)置依據(jù)：載波頻率為4HZ而基帶號帶寬為1HZ考濾到濾波器的邊沿緩降，故設(shè)置為27H乙(7)低通濾波器參數(shù)設(shè)置：通信系統(tǒng)仿真-21-im山孑卻：b沖?IllyM皿士卄即Pi e Edit Analjis Tajgete Wi=w Window日口爐爐口RU|勺囤國撈各E廠尿朗0囤目t?l Current - hei Inormstianhlsregr 圖2-18低通濾波器參數(shù)設(shè)置：截止頻率為1HZ設(shè)置依據(jù)：二進(jìn)制序列的帶寬為1HZ故取1H乙(8)取樣判決器參數(shù)設(shè)置:圖2-19取樣判決器參數(shù)設(shè)置：門限

19、值取為0.5，取樣時間為1ruriurH CiiRffd-Fnim l4ciFid-OrilrirEcdfcnsOrder:4Section2Mtdzi巴!teaSauroc:CcsicvicdStere Frter .0_- Fiirr Cr-ferDi FfTriinIrn-OeoQh MothwRESfliciiycidci:aMninrurr丁卄MfflnhFarily-tfcpMr口 訂|-i -l|r i , pi- - |ii Fi -Mrgnudp： FSpnrrfiraims-UnJH rnmiz-d ：Dt= 1J jJF窖|4aOODLhlw Q日|J_.2El step

20、： I 50wslnp:srtrlnU10=IESflDnSE ypr*EJtervsoifi.1.Dgyii通信系統(tǒng)仿真-22-設(shè)置依據(jù)：當(dāng)大于0.5時輸岀0,當(dāng)小于0.5時輸岀1,能達(dá)到在1變0不變的取樣規(guī)則下正確解碼的目的2.2.4 波形仿真圖(1)調(diào)制部分通信系統(tǒng)仿真-23-012345678910Time offset: 0圖2-20調(diào)制信號波形圖(2)解調(diào)部分01234567B910Tme cffset: 0圖2-21信噪比為10時解調(diào)信號波形圖Scoj e伺皆 Q 理憶腫逼謁凹垢-5505 5055_,_,_,_,_,_,_a_,_JiiiIiii ! I |JI!|I !IIl

21、Ll ml. iilll IIIHl LTi ” Ih譏_ii 1J505vr y *| *罕 r 廠尸“ ilO上I山I通信系統(tǒng)仿真-24-圖2-22信噪比為30時解調(diào)信號波形圖圖2-23信噪比為50時解調(diào)信號波形圖通信系統(tǒng)仿真-25-2.2.5 不同信噪比下的誤碼率此時誤碼率為(2)信噪比設(shè)為 30:1 |Okfl-plAy(1)信噪比設(shè)為 10:通信系統(tǒng)仿真-26-di Block Para mete rs： M/JGM Channel圖2-25此時誤碼率為(3)信噪比設(shè)為 50:通信系統(tǒng)仿真-27-圖2-26此時誤碼率為：-D 3 1療仝D ispl sy結(jié)果分析：通過理論指導(dǎo)，從仿真

22、中可以看出在2PSK 調(diào)制系統(tǒng)中由于存在信道干擾和碼間干擾，會影響調(diào)制系統(tǒng)的性能，及存在一定的誤碼率，誤碼率與信噪比相關(guān)，當(dāng)信噪比提高時。誤碼率下降。3.總結(jié)在老師和同學(xué)的幫助下我順利的完成了這次課程設(shè)計，且這次課程設(shè)計使用了MATLAB的 Simulink 功能對 2PSK 系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，使我們對數(shù)字調(diào)制有了更進(jìn)一步的認(rèn)識，也對MATLAB的 Simulink 有了一定的了解，熟悉了它的一些操作。在此再次感謝老師的指導(dǎo)和 同學(xué)的幫助，他們使我更好的完成了這次課程設(shè)計。對于我來說，收獲最大的是方法和能力；那些分析和解決問題的能力。在整個課程設(shè)計 的過程中，我發(fā)現(xiàn)我們學(xué)生在經(jīng)驗方面十分缺乏，空有理論知識，沒有理性的知識；有些東西可能與實際脫節(jié)?？傮w來說，我覺得像課程設(shè)計這種類型的作業(yè)對我們的幫助還是很大的， 它需要我們將學(xué)通信系統(tǒng)仿真-28-過的相關(guān)知識系統(tǒng)地