2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)仿真及性能的研究-02083036-瞿漢欽

1、 2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)仿真及性能的研究班 級(jí) ： 020831 姓 名 ： 瞿漢欽 學(xué) 號(hào) ： 02083036西安電子科技大學(xué) 2011年11月目 錄引言2第一章 二進(jìn)制相移鍵控.3 1.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理.3 1.2 2PSK的基本原理3 1.3 2PSK相干解調(diào)系統(tǒng).4第二章 基于MATLAB的2PSK系統(tǒng)仿真6 2.1 MATLAB仿真代碼.6 2.2 仿真結(jié)果.8 2.3 結(jié)果分析.9結(jié)論.9參考文獻(xiàn).9 引言當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)步入信息時(shí)代，在各種信息技術(shù)中，信息的傳輸及通信起著支撐作用。而對(duì)于信息的傳輸，數(shù)字通信已經(jīng)成為重要的手段。因此，數(shù)字信號(hào)的調(diào)制就顯得非常重要。調(diào)制分為基帶調(diào)制

2、和帶通調(diào)制。不過(guò)一般狹義的理解調(diào)制為帶通調(diào)制。帶通調(diào)制通常需要一個(gè)正弦波作為載波，把基帶信號(hào)調(diào)制到這個(gè)載波上，使這個(gè)載波的一個(gè)或者幾個(gè)參量上載有基帶數(shù)字信號(hào)的信息，并且還要使已調(diào)信號(hào)的頻譜倒置適合在給定的帶通信道中傳輸。特別是在無(wú)線電通信中，調(diào)制是必不可少的，因?yàn)橐剐盘?hào)能以電磁波的方式發(fā)送出去，信號(hào)所占用的頻帶位置必須足夠高，并且信號(hào)所占用的頻帶寬度不能超過(guò)天線的的通頻帶，所以基帶信號(hào)的頻譜必須用一個(gè)頻率很高的載波調(diào)制，使期帶信號(hào)搬移到足夠高的頻率上，才能夠通過(guò)天線發(fā)送出去。    主要通過(guò)對(duì)它們的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制，振幅，角頻率，和相位。使這三個(gè)參量都

3、按時(shí)間變化。所以基帶的數(shù)字信號(hào)調(diào)制主要有三種方式：FSK，PSK，ASK。在這三種調(diào)制的基礎(chǔ)上為了得到更高的效果也出現(xiàn)了很多其它的調(diào)制方式，如：DPSK，MASK，MFSK，MPSK，APK。它們其中有的一些是將基本的調(diào)制方式用在多進(jìn)制上或者引入了一些新的方式來(lái)解決基本調(diào)制的一些問(wèn)題如相位模糊和無(wú)法提取位定時(shí)信號(hào)，另外一些由是組合多種基本的調(diào)制方式來(lái)達(dá)到更好的效果。    基帶信號(hào)的調(diào)制主要分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制，線性調(diào)制是指已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與原基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)基本相同，只是占用的頻率位置搬移了。而非線性調(diào)制則是指它們的結(jié)構(gòu)完全不同不僅僅是頻譜搬移

4、，在接收方會(huì)出現(xiàn)很多新的頻譜分量。在三種基本的調(diào)制中，ASK屬于線性調(diào)制，而FSK和PSK屬于非線性調(diào)制。已調(diào)信號(hào)會(huì)在接收方通過(guò)各種方式通過(guò)解調(diào)得到，但是由于噪聲和碼間串?dāng)_，總會(huì)有一定的失真。所以人們總是在尋找不同的接收方式來(lái)降低誤碼率，其中的接收方式主要有相干接收和非相干接收。在接收方通過(guò)載波的相位信號(hào)去檢測(cè)信號(hào)的方法稱為相干檢測(cè)，反之若不利用就稱為非相干檢測(cè)，而對(duì)于一些特別的調(diào)制有特別的解調(diào)方式，如過(guò)零檢測(cè)法。     系統(tǒng)的性能好壞取決于傳輸信號(hào)的誤碼率，而誤碼率不僅僅與信道、接收方法有關(guān)還和發(fā)送端采用的調(diào)制方式有很大的關(guān)系。我們研究的ASK，F(xiàn)S

5、K，PSK等就主要是發(fā)送方的調(diào)制方式。本文主要對(duì)2PSK信號(hào)的原理及其相干解調(diào)系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析和仿真，這樣能讓我們對(duì)數(shù)字調(diào)制方式有一個(gè)更清楚的認(rèn)識(shí)。第一章 二進(jìn)制相移鍵控1.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換成數(shù)字帶通信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）的過(guò)程稱為數(shù)字調(diào)制（digital modulation）。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制的基本原理相同，但是數(shù)字信號(hào)有離散取值的特點(diǎn)。因此數(shù)字調(diào)制有兩種方法：把數(shù)字信號(hào)看成模擬信號(hào)的特殊情況，利用模擬調(diào)制的方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的調(diào)制；利用數(shù)字信號(hào)離散取值的特點(diǎn)通過(guò)開(kāi)關(guān)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。這種方法通常稱為鍵控法，比如對(duì)載波的振幅

6、、頻率和相位進(jìn)行鍵控，便可獲得振幅鍵控（Amplitude Shift Keying，ASK）、頻移鍵控（Frequency Shift Keying，F(xiàn)SK）和相移鍵控（Phase Shift Keying，PSK）三種基本數(shù)字調(diào)制方式。數(shù)字信息有二進(jìn)制和多進(jìn)制之分，因此，數(shù)字調(diào)制分為二進(jìn)制調(diào)制和多進(jìn)制調(diào)制。在二進(jìn)制調(diào)制中，信號(hào)參量只有兩種可能的取值，這兩種取值分別代表二進(jìn)制信息中的0和1。1.2 2PSK的基本原理相移鍵控是利用載波的相位變化來(lái)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0和表示二進(jìn)制的“1”和“0”。因此2PSK的信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為2psk(t)=A

7、cos(ct+n)其中，n表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位： 0 發(fā)送“0”時(shí) n= 發(fā)送“1”時(shí)因此，上式可改寫(xiě)為 Acosct 概率為P2psk(t)= - Acosct 概率為1-P由于表示信號(hào)的兩種碼元的波形相同，記性相反，鼓2PSK信號(hào)一般可以表述為一個(gè)雙極性全占空矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波相乘，即 2psk(t)=s(t)cosct 其中 s(t)= ang(t-nTs)這里，g(t)是脈寬為T(mén)s的單個(gè)矩形脈沖，而an得統(tǒng)計(jì)特性為 1 概率為P an= -1 概率為1-P即發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“0”時(shí)（an取+1），2psk(t)取0相位；發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“1”時(shí)（an取-1），2psk(t)取相

8、位。180°移相cosct開(kāi)關(guān)電路e2psk(t)2PSK信號(hào)鍵控法調(diào)制原理框圖 2PSK信號(hào)的時(shí)間波形1.3 2PSK相干解調(diào)系統(tǒng) 2PSK信號(hào)的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法，其相干解調(diào)原理框圖如下：抽樣判決器相乘器低通濾波器帶通濾波器 2psk(t) 輸出cosct定時(shí)脈沖 圖中，假設(shè)相干載波的基準(zhǔn)相位與2PSK信號(hào)的基準(zhǔn)一致（通常默認(rèn)為0相位）。但是由于2PSK信號(hào)的載波回復(fù)過(guò)程中存在著180°的相位模糊，即恢復(fù)的本地載波與所需相干載波可能相同，也可能相反，這種相位關(guān)系的不確定性將會(huì)造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)與發(fā)送的基帶信號(hào)正好相反，即“1”變成“0”嗎“0”變成“1”，判決

9、器輸出數(shù)字信號(hào)全部出錯(cuò)。這種現(xiàn)象稱為2PSK方式的“倒”現(xiàn)象或“反相工作”。 2PSK信號(hào)在一個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間Ts內(nèi)可以表示為 u1T(t) 發(fā)送“1”時(shí) ST(t)= uoT(t)=- u1T(t) 發(fā)送“0”時(shí)期中 Acosct 0< t < Ts u1T(t)= 0 其他 設(shè)發(fā)送端發(fā)出的信號(hào)如上式所示，則接收端帶通濾波器輸出波形y(t)為 a+nc(t)cosct-ns(t)sinct 發(fā)送“1”時(shí) y(t)= -a+nc(t)cosct-ns(t)sinct 發(fā)送“0”時(shí)y(t)經(jīng)過(guò)想干解調(diào)（相乘低通）后，送入抽樣判決器的輸入波形為 a+nc(t) 發(fā)送“1”時(shí) x(t)=

10、 -a+nc(t) 發(fā)送“0”時(shí)由于nc(t)是均值為0，方差為2的高斯噪聲，所以x(t)的一維概率密度函數(shù)為-（x-a）2 1 f1(x)= exp 發(fā)送“1”時(shí)22n n-（x+a）2 1 f2(x)= exp 發(fā)送“0”時(shí)22n n 由最佳判決門(mén)限分析可知，在發(fā)送“1”和“0”概率相等時(shí)，即P(1)=P(0)時(shí)，最佳門(mén)限b*=0.此時(shí)，發(fā)“1”而錯(cuò)判為“0”的概率為 P(0/1)=P(x0)=0-f1(x)dx=1/2erfc() 式中：r=a2/22n 同理，發(fā)“0而錯(cuò)判為“1”的概率為P(1/0)=P(x0)=0-f0(x)dx=1/2erfc() 故2PSK信號(hào)相干解調(diào)系統(tǒng)的總誤碼

11、率為 Pe=P(1)P(0/1)+P(0)P(0/1)= 1/2erfc() 在大信噪比(r>>1)的條件下,上式可近似為 Pee-r/2第二章 基于MATLAB的2PSK系統(tǒng)仿真2.1 MATLAB仿真代碼clear allclose allfs=2000;%采樣率dt=1/2000;%采樣時(shí)間T=1;%碼元寬度f(wàn)=50;%信號(hào)頻率a=round(rand(1,10);%原始數(shù)字信號(hào)g1=a;g2=a; %取a的反碼g11=(ones(1,2000)'*g1;%進(jìn)行抽樣 g1a=g11(:)'g21=(ones(1,2000)'*g2;g2a=g21(:)

12、't=0:dt:10-dt;t1=length(t);psk1=g1a.*cos(2*pi*f*t);%碼元0用零相位psk2=g2a.*cos(2*pi*f*t+pi);%碼元1用pi相位sig_psk=psk1+psk2;%產(chǎn)生2psk信號(hào)no=0.01*randn(1,t1);%產(chǎn)生噪聲sn=sig_psk+no;%經(jīng)過(guò)信道后的信號(hào)figure(1)subplot(3,1,1);plot(t,no);title('噪聲波形');ylabel('幅度');subplot(3,1,2);plot(t,sig_psk);title('psk信號(hào)波

13、形');ylabel('幅度');subplot(3,1,3);plot(t,sn);title('經(jīng)過(guò)信道后的信號(hào)');ylabel('幅度');bpf=fir1(101,48/1000,52/1000);%帶通濾波器設(shè)置H=filter(bpf,1,sn);%經(jīng)過(guò)帶通濾波后的信號(hào)sw=H.*cos(2*pi*f*t);%經(jīng)過(guò)乘法器lpf=fir1(101,2/1000,52/1000);%低通濾波器設(shè)置st=filter(lpf,1,sw);%經(jīng)過(guò)低通濾波器后的信號(hào)figure(2)subplot(2,1,1);plot(t,sw);

14、title('乘法器輸出信號(hào)');ylabel('幅度');subplot(2,1,2);plot(t,st);title('低通濾波后輸出信號(hào)');ylabel('幅度');%-%抽樣判決for i=1:length(t) if(st(i)>0) sig(i)=0; else sig(i)=1; endend figure(3)subplot(2,1,1);plot(sig);axis(0 20000 0 2);title('抽樣判決后的波形');ylabel('幅度');subplot(2,1,2);plot(g1a);axis(0 20000 0 2);title('原始信號(hào)');ylabel('幅度');2.2 仿真結(jié)果2.3 結(jié)果分析按照2PSK相干