通信原理課程設計基于MATLAB的2PSK2DPSK仿真

1、 江西農業(yè)大學通信原理課程設計報告題 目 基于Matlab的相移鍵控仿真設計專 業(yè) 電子信息工程 學生姓名 曾凡文 學 號 20121206 二 0 一五 年 六 月基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真 摘要：現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠、通信容量大、傳輸質量好，作為其關鍵技術之一的調制技術一直是研究的一個重要方向。本設計主要敘述了數(shù)字信號的調制方式，介紹了2PSK數(shù)字調制方式的基本原理，功率譜密度，并運用MATLAB軟件對數(shù)字調制方式2PSK進行了編程仿真實現(xiàn),在MATLAB平臺上建立2PSK和2DPSK調制技術的仿真模型。進一步學習了MATLAB編程軟件，將MATLAB與通信系統(tǒng)中數(shù)字

2、調制知識聯(lián)系起來，為以后在通信領域學習和研究打下了基礎在計算機上，運用MATLAB軟件來實現(xiàn)對數(shù)字信號調制技術的仿真。 課程設計目的：通過課程設計，鞏固已學過的*知識，加深對其理解和應用，學會應用Matlab Simulink工具對通信系統(tǒng)仿真。關鍵詞：數(shù)字調制與解調；MATLAB；2PSK；2DPSK；第1章 基本工作原理1.1 2PSK原理1.1.1 2PSK基本原理二進制移相鍵控，簡記為2PSK或BPSK。2PSK信號碼元的“0”和“1”分別用兩個不同的初始相位“0”和“”來表示，而其振幅和頻率保持不變.因此，2PSK信號的時域表達式為:(t)=Acost+) 其中，表示第n個符號的絕對

3、相位：= 因此，上式可以改寫為: 這種以載波的不同相位直接表示相應二進制數(shù)字信號的調制方式,稱為二進制移相鍵控方式。二進制移相鍵控信號的典型時間波形如圖1-1。圖1-1 二進制相移鍵控信號的時間波形1.1.2 2PSK調制原理在二進制數(shù)字調制中，當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產生二進制移相鍵控(2PSK)信號。2PSK信號調制有兩種方法，即模擬調制法和鍵控法。通常用已調信號載波的 0°和 180°分別表示二進制數(shù)字基帶信號的 1 和 0，模擬調制法用兩個反相的載波信號進行調制。2PSK以載波的相位變化作為參考基準的，當基帶信號為0時相位相對于初始相位為0

4、°，當基帶信號為1時相對于初始相位為180°。鍵控法，是用載波的相位來攜帶二進制信息的調制方式。通常用0°和180°來分別代表0和1。其時域表達式為：其中，2PSK的調制中an必須為雙極性碼。兩種方法原理圖分別如圖1-2和圖1-3所示。圖1-2 模擬調制原理圖圖 1-3 鍵控法原理圖 1.1.3 2PSK解調原理由于2PSK的幅度是恒定的，必須進行相干解調。經過帶通濾波的信號在相乘器中與本地載波相乘，然后用低通濾波器濾除高頻分量，在進行抽樣判決。判決器是按極性來判決的。即正抽樣值判為1，負抽樣值判為0。2PSK信號的相干解調原理圖如圖1-4所示，各點的波

5、形如圖1-5所示。由于2PSK信號的載波回復過程中存在著180°的相位模糊，即恢復的本地載波與所需相干載波可能相同，也可能相反，這種相位關系的不確定性將會造成解調出的數(shù)字基帶信號與發(fā)送的基帶信號正好相反，即“1”變成“0”嗎“0”變成“1”，判決器輸出數(shù)字信號全部出錯。這種現(xiàn)象稱為2PSK方式的“倒”現(xiàn)象或“反相工作”。 圖 1-4 2PSK的相干解調原理圖圖 1-5 相干解調中各點波形圖1.2 2DPSK原理1.2.1 2DPSK基本原理二進制差分相移鍵控常簡稱為二相相對調相，記為2DPSK。它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數(shù)字信息。所謂

6、相對載波相位是只本碼元初相與前一碼元初相之差。傳輸系統(tǒng)中要保證信息的有效傳輸就必須要有較高的傳輸速率和很低的誤碼率。在傳輸信號中，2PSK信號和2ASK及2FSK信號相比，具有較好的誤碼率性能，但是，在2PSK信號傳輸系統(tǒng)中存在相位不確定性，并將造成接收碼元“0”和“1”的顛倒，產生誤碼。為了保證2PSK的優(yōu)點，又不會產生誤碼，將2PSK體制改進為二進制差分相移鍵控（2DPSK），及相對相移鍵控。2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對相位值去表示數(shù)字信息的一種方式?，F(xiàn)假設用表示本碼元初相與前一碼元初相之差，并規(guī)定：0表示0碼，表示1碼。則數(shù)字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關系可舉例表示如

7、2PSK信號是用載波的不同相位直接去表示相應的數(shù)字信號而得出的，在接收端只能采用相干解調，它的時域波形圖見圖1-6。圖1-6 2DPSK信號波形圖1.2.2 2DPSK調制原理二進制差分相移鍵控。2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表示數(shù)字信息。假設前后相鄰碼元的載波相位差為，可定義一種數(shù)字信息與之間的關系為：為前一碼元的相位。實現(xiàn)二進制差分相移鍵控的最常用的方法是：先對二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼，然后對變換出的差分碼進行絕對調相即可。2DPSK調制原理圖如圖1-7所示。 圖1-7 2DPSK調制原理框圖 1.2.3 2DPSK解調原理2DPSK信號解調有相干解調方式和差分相

8、干解調。用差分相干解調這種方法解調時不需要恢復本地載波，只要將DPSK信號精確地延遲一個碼元時間間隔，然后與DPSK信號相乘，相乘的結果就反映了前后碼元的相對相位關系，經低通濾波后直接抽樣判決即可恢復出原始的數(shù)字信息，而不需要在進行差分解碼。 第二章 設計系統(tǒng) 2.1框圖兩種解調方式的原理框圖如圖1-8和圖1-9所示。 圖 1-8 2DPSK差分相干解調原理框圖圖 1-9 2DPSK相干解調原理框圖 2.2工作原理相干解調碼變換法及相干解調法的解調原理是，先對2DPSK信號進行相干解調，恢復出相對碼，再通過碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復出發(fā)送的二進制數(shù)字信息。在解調過程中，若相干載波產生相位

9、模糊，解調出的相對碼將產生倒置現(xiàn)象，但是經過碼反變換器后，輸出的絕對碼不會發(fā)生任何倒置現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊的問題。本次設計采用相干解調。2.3設定參數(shù)如附錄1 第三章 Matlab仿真 3.1顯示系統(tǒng)不同部分的信號波形 PSK如圖3-1和圖3-2所示 圖3-1 圖3-23.1.2 2DPSK如圖3-3、圖3-4和圖3-5所示 圖3-3 圖3-4 圖3-5 3.2各種相移系統(tǒng)的比較和分析 例如“倒”現(xiàn)象  對于相同的數(shù)字信號基帶序列，由于初始相位不同，2DPSK信號的相位并不直接代表基帶信號，而前后碼元相對相位的差才唯一決定信號的符號。2PSK信號載波恢復過程中，存在著180&

10、#176;的相位模糊即恢復的本地載波與與所需的想干載波可能同相也可能反相，這種相位關系的不確定性將會造成解調出來的數(shù)字基帶信號與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好相反，即“1”變成“0”，“0”變成“1”，判決器輸出的數(shù)字信號全部出錯, 這種現(xiàn)象稱為2PSK的“倒”現(xiàn)象或“反相工作”。 本地載波與發(fā)送端載波反向時，2PSK的解調波形與2DPSK完全相反 3.3不同方式解調下PSK、DPSK的誤碼率 誤碼率是指接收的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，即： 誤碼率=錯誤碼元數(shù)÷傳輸總碼元數(shù) PSK相干解調： 誤碼率Pe=1/2erfc（r/2） DPSK相干解調： 誤碼率Pe=1

11、/2erfc(r) DPSK差分非相干解調： 誤碼率pe=1/2e(-r)  r為信噪比。 誤碼率是衡量一個數(shù)字通信系統(tǒng)性能的重要指標。在信道高斯白噪聲的干擾下，各種二進制數(shù)字調制系統(tǒng)的誤碼率取決于解調器輸入信噪比，而誤碼率表達式的形式則取決于解調方式。對于所有的數(shù)字調制系統(tǒng)誤碼率與信噪比的關系的圖表來看，所有的曲線呈減函數(shù)的下降曲線，即隨著信噪比的增大，誤碼率降低。橫向比較來看，對于同一種調制方式，當信噪比相同時，采用相干解調方式的誤碼率低于非相干解調方式的誤碼率；縱向比較來看，對2PSK,2DPSK兩種調制方式若采用同一種解調方式（相干解調或非相干解調），則2PSK的誤碼率最低，

12、2DSPK的誤碼率次之。當信噪比一定時，誤碼率由低到高依次是：2PSK的相干解調，2DPSK的相干解調，2DPSK的差分解的非相干調。附錄12PSK調制解調程序及注釋：clear allclose alli=10;j=5000;fc=4.6;               %載波頻率fm=i/5;           &

13、#160; %碼元速率B=2*fm;t=linspace(0,5,j);a=round(rand(1,i);    %隨機序列,基帶信號figure(3);stem(a);st1=t;for n=1:10    if a(n)<1;        for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n        &#

14、160;   st1(m)=0;        end    else        for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n            st1(m)=1;     

15、60;  end    endendfigure(1);subplot(411);plot(t,st1);title('基帶信號st1');axis(0,5,-1,2);%由于PSK中的是雙極性信號，因此對上面所求單極性信號取反來與之一起構成雙極性碼st2=t;               for k=1:j;    if

16、 st1(k)>=1;        st2(k)=0;    else        st2(k)=1;    endend;subplot(412);plot(t,st2);title('基帶信號反碼st2');axis(0,5,-1,2);st3=st1-st2;subplot(413);plot(t,st3);titl

17、e('雙極性基帶信號st3');axis(0,5,-2,2);s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(414);plot(s1);title('載波信號s1');e_psk=st3.*s1;figure(2);subplot(511);plot(t,e_psk);title('e_2psk');noise=rand(1,j);psk=e_psk+noise;            %加入噪聲subplot(512);

18、plot(t,psk);title('加噪后波形');psk=psk.*s1;                %與載波相乘subplot(513);plot(t,psk);title('與載波s1相乘后波形');f,af = T2F(t,psk);           

19、0;  %通過低通濾波器t,psk = lpf(f,af,B);subplot(514);plot(t,psk);title('低通濾波后波形');for m=0:i-1;    if psk(1,m*500+250)<0;       for j=m*500+1:(m+1)*500;         &#

20、160;  psk(1,j)=0;       end    else       for j=m*500+1:(m+1)*500;           psk(1,j)=1;       end &

21、#160;  endendsubplot(515);plot(t,psk);axis(0,5,-1,2);title('抽樣判決后波形')2DPSK調制解調程序及注釋:clear allclose alli=10;j=5000;fc=4.6;                     %載波頻率fm=i/5;  &

22、#160;                 %碼元速率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;        for m=j/i*(

23、n-1)+1:j/i*n            st1(m)=0;        end    else        for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n        

24、0;   st1(m)=1;        end    endendfigure(1);subplot(321);plot(t,st1);title('絕對碼');axis(0,5,-1,2);b=zeros(1,i);                 %全零矩

25、陣b(1)=a(1);for n=2:10    if a(n)>=1;        if b(n-1)>=1            b(n)=0;        else     &#

26、160;      b(n)=1;        end    else        b(n)=b(n-1);    endendst1=t;for n=1:10    if b(n)<1;   

27、60;    for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n            st1(m)=0;        end    else        for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n 

28、60;          st1(m)=1;        end    endendsubplot(323);plot(t,st1);title('相對碼st1');axis(0,5,-1,2);st2=t;   for k=1:j;    if st1(k)>=1

29、;        st2(k)=0;    else        st2(k)=1;    endend;subplot(324);plot(t,st2);title('相對碼反碼st2');axis(0,5,-1,2);s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(325);plot(s1);title('載波信號s1

30、9;);s2=sin(2*pi*fc*t+pi);subplot(326);plot(s2);title('載波信號s2');d1=st1.*s1;d2=st2.*s2;figure(2);subplot(411);plot(t,d1);title('st1*s1');subplot(412);plot(t,d2);title('st2*s2');e_dpsk=d1+d2;subplot(413);plot(t,e_dpsk);title('調制后波形');noise=rand(1,j);dpsk=e_dpsk+noise;

31、60;              %加入噪聲subplot(414);plot(t,dpsk);title('加噪聲后信號');dpsk=dpsk.*s1;                    %與載波s1相乘figure(3);subplo

32、t(411);plot(t,dpsk);title('與載波相乘后波形');f,af=T2F(t,dpsk);                  %通過低通濾波器t,dpsk=lpf(f,af,B);subplot(412);plot(t,dpsk);title('低通濾波后波形');st=zeros(1,i);      &

33、#160;                 %全零矩陣for m=0:i-1;    if dpsk(1,m*500+250)<0;       st(m+1)=0;        for j=m*500

34、+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;