基于某Matlab地2PSK,2DPSK仿真

1、實用標(biāo)準(zhǔn)文案摘要： Simulink 是 Mathworks 公司推出的基于Matlab 平臺的著名仿真環(huán)境Simulin 作為一種專業(yè)和功能強大且操作簡單的仿真工具，目前已被越來越多的工程技術(shù)人員所青睞，它搭建積木式的建模仿真方式既簡單又直觀，而且已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本次課程設(shè)計是基于 MATLAB的 2PSK 和 2 DPSK 仿 真 ，通過系統(tǒng)分析，步驟來完成本次設(shè)計任務(wù)。通過課程設(shè)計從理論學(xué)習(xí)的軌道逐步引向?qū)嶋H應(yīng)用，把理論上熟悉的定性分析、定量計算逐步和工程估算、實驗調(diào)整等手段結(jié)合起來，掌握工程設(shè)計的步驟和方法，了解科學(xué)實驗的程序和實施方法，為以后畢業(yè)設(shè)計和從事信息處理技術(shù)

2、的實際工作打下基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：MATLAB 2PSK, 2DPSK 仿真精彩文檔目錄第 1 章 MATLABU介 1第2章二進(jìn)制相移鍵控 12.1 PSK調(diào)制原理 22.2 PSKW調(diào)原理 32.3 仿真結(jié)果及分析 4第3章二進(jìn)制差分相移鍵控 63.1 DPSKM 制原理 63.2 DPSKB調(diào)原理 63.3 仿真結(jié)果及分析 8第3章總結(jié) 10附錄 11參考文獻(xiàn) 20致謝 錯誤！未定義書簽。第 1 章 Matlab 簡介美國 Mathworks 公司于 1967年推出了矩陣實驗室“Matrix Laboratory ”（縮寫為Matlab ）這就是Matlab 最早的雛形。開發(fā)的最早的目的是幫助

3、學(xué)校的老師和學(xué)生更好的授課和學(xué)習(xí)。Matlab 是一種解釋性執(zhí)行語言，具有強大的計算、仿真、繪圖等功能。Simulink是MATLA葉的一種可視化仿真工具，也是目前在動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等方面應(yīng)用最廣泛的工具之一。 確切的說，Simulink 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持線性和非線性系統(tǒng)，連續(xù)、離散時間模型，或者是兩者的混合。系統(tǒng)還可以使多種采樣頻率的系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。在Simulink 環(huán)境中，它為用戶提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型圖就如同用手在紙上畫模型一樣自如、方便，故用戶只需進(jìn)行簡單的點擊和拖動就能完成建模，并可直接進(jìn)行系統(tǒng)的

4、仿真，快速的得到仿真結(jié)果。但是 Simulink不能脫離MATLAB5獨立工 作。Matlab 將高性能的數(shù)值計算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計工作，而且利用 Matlab 產(chǎn)品的開放式結(jié)構(gòu)，可以非常容易地對Matlab 的功能進(jìn)行擴充，從而在不斷深化對問題認(rèn)識的同時，不斷完善Matlab 產(chǎn)品以提高產(chǎn)品自身的競爭能力。利用M語言還開發(fā)了相應(yīng)的Matlab專業(yè)工具箱函數(shù)供用戶直接使用。這些工具箱應(yīng)用的算法是開放的可擴展的，用戶不僅可以查看其中的算法，還可以針對一些算法進(jìn)行修改，甚至允許開發(fā)自己的算法擴充工具箱的

5、功能。目前Matlab 產(chǎn)品的工具箱有四十多個，分別涵蓋了數(shù)據(jù)獲取、科學(xué)計算、控制系統(tǒng)設(shè)計與分析、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、金融財務(wù)分析以及生物遺傳工程等專業(yè)領(lǐng)域。第 2 章 二進(jìn)制相移鍵控本次設(shè)計所用流程圖如圖2-1 所示。s(t)cos ctn(t) cos ct圖2-1 2PSK調(diào)制解調(diào)框圖2.1 PSK調(diào)制原理在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn) 生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號。2PSK信號調(diào)制有兩種方法，即模擬調(diào)制法和鍵控法。通 常用已調(diào)信號載波的0°和180 °分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號的 1和0,模擬調(diào)制 法用兩個反相的

6、載波信號進(jìn)行調(diào)制。2PSK以載波的相位變化作為參考基準(zhǔn)的，當(dāng)基帶信 號為0時相位相對于初始相位為0° ,當(dāng)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(jìn)制信息的調(diào)制方式。通常用 0°和180。來分 別代表0和1。其時域表達(dá)式為：e2PSK = '' ang(t - nT.) cos ct, n其中，2PSK的調(diào)制中an必須為雙極性碼。本次設(shè)計中采用模擬調(diào)制法。兩種方法 原理圖分別如圖2-2和圖2-3所示。雙極性圖2-2模擬調(diào)制法原理圖實用標(biāo)準(zhǔn)文案心電電美圖2-3鍵控法原理圖2.2 PSK解調(diào)原理由于2PSK的幅度是恒定的，

7、必須進(jìn)行相干解調(diào)。經(jīng)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(jìn)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(fù)抽樣值判為00 2PSK信號的相干解調(diào)原理圖如圖2-4 所示，各點白波形如圖2-5所示。由于2PSK信號的載波回復(fù)過程中存在著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)系的不確定性將會造成解調(diào)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 2PS3式的“倒冗”現(xiàn)象或“反相工作”。但在本次 仿真中是直接給其同頻同

8、相的載波信號，所以不存在此問題。圖2-4 2PSK的相干解調(diào)原理圖圖2-5相干解調(diào)中各點波形圖2.3 仿真結(jié)果及分析通過編寫M文件程序（見附錄），產(chǎn)生隨機信號，按流程圖2-1所示順序?qū)γ恳荒?塊編程后。程序中注有需注意語句及解釋。運行程序，實現(xiàn) 2PSK的調(diào)制與解調(diào)過程。 本次設(shè)計采用模擬調(diào)制法和相干解調(diào)法。仿真后調(diào)制過程及解調(diào)過程的圖形分別如圖 2-6和圖2-7所示。0-1I!I：1 I1w11111rl00.511-522 533.544.55基帶信號反碼統(tǒng)205001000150020002500300035004000 45005000圖2-6 2PSK模擬調(diào)制方法過程仿真圖圖2-7

9、2PSK相干解調(diào)過程仿真圖由圖可以看出，產(chǎn)生的隨機信號為“ 0011001100”，經(jīng)過反相產(chǎn)生反碼，并將原碼跟 反碼一起合成雙極性碼，與載波相乘后加入隨機噪聲。在解調(diào)時，與對應(yīng)的載波相乘經(jīng) 過低通濾波、抽樣判決后，解調(diào)出基帶信號與原基帶信號一致，可以看出實現(xiàn)了本次設(shè) 計目的。精彩文檔第3章二進(jìn)制差分相移鍵控本次設(shè)計所用流程圖如圖3-1所示cos ctn(t) cos ct圖3-1 2DPSK調(diào)制解調(diào)框圖3.1 DPSK調(diào)制原理二進(jìn)制差分相移鍵控。2DPSKT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(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為 中，可定義一種數(shù)字信息與中之間的關(guān)系 為：m 0

10、（數(shù)字信息“0”）邛=g（數(shù)字信息”1?）邛為前一碼元的相位。實現(xiàn)二進(jìn)制差分相移鍵控的最常用的方法是：先對二進(jìn)制數(shù)字基帶信號進(jìn)行差分編碼，然后對變換出的差分碼進(jìn)行絕對調(diào)相即可。2DPS明制原理圖如圖3-2。圖3-2 2DPSK調(diào)制原理框圖3.2 DPSK解調(diào)原理2DPSKJ號解調(diào)有相干解調(diào)方式和差分相干解調(diào)。用差分相干解調(diào)這種方法解調(diào)時不需要恢復(fù)本地載波，只要將 DPSK言號精確地延遲一個碼元時間問隔，然后與 DPSK言 號相乘，相乘的結(jié)果就反映了前后碼元的相對相位關(guān)系，經(jīng)低通濾波后直接抽樣判決即 可恢復(fù)出原始的數(shù)字信息，而不需要在進(jìn)行差分解碼。相干解調(diào)碼變換法及相干解調(diào)法的解調(diào)原理是，先對2

11、DPSKJ號進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對碼，再通過碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。在解調(diào)過程中，若相干載波產(chǎn)生180。相位模糊，解調(diào)出的相對碼將產(chǎn)生倒置現(xiàn)象， 但是經(jīng)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(shè)計采用相干解調(diào)。兩種解調(diào)方式的原理圖如圖3-3和圖3-4所示。2DPSKS干解調(diào)各點波形圖如圖3-5所示。b帶通 濾波器相乘器低通幄波器抽樣判決器定時脈圖3-3 2DPSK差分相干解調(diào)原理圖2DPSK信號帶通底波器相乘器低通濾波器.抽樣判決器碼（反i變換器數(shù)據(jù)麗i本地截波圖3-4 2DPSK相干解調(diào)原理圖zVVaA/vWVx

12、AAAAAAAy圖3-5 2DPSK相干解調(diào)各點波形圖3.3 仿真結(jié)果及分析通過編寫M文件程序（見附錄），產(chǎn)生隨機信號，按流程圖3-1所示順序?qū)γ恳荒?塊編程后。程序中注有需注意語句及解釋。本次設(shè)計采用相干解調(diào)法。運行程序，實現(xiàn)2DPSK勺調(diào)制與解調(diào)過程。仿真后調(diào)制過程及解調(diào)過程的圖形分別如圖3-6、圖3-7和圖3-8所示。由圖可以看出，產(chǎn)生的絕對隨機碼為“ 0100111010',經(jīng)碼差分變化產(chǎn)生相對碼，經(jīng)反相產(chǎn)生相對碼反碼，分別與兩個載波相乘后加入隨機噪聲。在解調(diào)時，分 別與對應(yīng)的載波相乘經(jīng)過低通濾波、抽樣判決后，解調(diào)出基帶信號與原基帶信號一致,可以看出實現(xiàn)了本次設(shè)計目的。圖3-6

13、 2DPSK調(diào)制過程仿真圖20*200 511.522.533.544 55加口桑聲后信號IIILIIIEI00.511.522.533.54.55圖3-7 2DPSK調(diào)制過程仿真圖0 1111-4-0 OS 11 522.S33.544 5 S距反孌推后波開負(fù)0 一 I III I IliditiiJ,J,1上10Q.511 522.533.544 55圖3-8 2DPSK相干解調(diào)過程仿真圖實用標(biāo)準(zhǔn)文案第 3 章 總結(jié)通過在本次設(shè)計中的實踐明白了自己知識上的誤區(qū)，例如，在低通濾波的過程中，主要目的是濾去高頻分量，濾去載波成分，所以對于低通濾波器的截止頻率的設(shè)置較為關(guān)鍵。而在2PSK的調(diào)制與解

14、調(diào)中所用信號為雙極性的信號，因此要將在本次設(shè)計中產(chǎn)生的單極性信號經(jīng)過碼的變化形成雙極性碼來傳輸。本次設(shè)計只是按理論上的知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單地系統(tǒng)構(gòu)建，目的是明確數(shù)字基帶傳輸?shù)脑砑斑^程，而對于具體問題，例如，實際中信道噪聲一般為高斯白噪聲，本次設(shè)計為簡便并未采用而是用rand 函數(shù)產(chǎn)生了隨機噪聲信號。止匕外，還有在2PSK實際傳輸系統(tǒng)中，在恢復(fù)載波的過程中會出現(xiàn)“倒 冗現(xiàn)象”即相位模糊現(xiàn)象，但是在本次設(shè)計中直接在解調(diào)時給其同頻同相的載波，所以 不會出現(xiàn)此種現(xiàn)象，因為不必考慮。這是自己第一次利用Matlab 編程功能實現(xiàn)通信原理中基礎(chǔ)知識系統(tǒng)地構(gòu)建，以前都是利用Matlab 中 Simulink 模

15、塊搭建系統(tǒng)來實現(xiàn)，通過自己親自去動手和調(diào)試我明白了實踐的重要性，尤其是對程序的調(diào)試，更需要大量的時間反復(fù)上機運行，發(fā)現(xiàn)錯誤并改正， 這樣也就加強了自己對程序分析的能力，更深刻地明白了通信原理中的知識內(nèi)容，更進(jìn)一步懂得了理論聯(lián)系實際的含義，同時提高了自己的思考能力，使得自己對課本里的內(nèi)容理解、記憶地更加透徹，這無論是在我以后的工作中或是學(xué)習(xí)中都是非常有用的。精彩文檔附錄2PS明制解調(diào)程序及注釋clear allclose alli=10;j=5000;fc=4;% 載波頻率fm=i/5;% 碼元速率B=2*fm;t=linspace(0,5,j);a=round(rand(1,i); % 隨機序

16、列, 基帶信號figure(3);stem(a);st1=t;for n=1:10if a(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*nst1(m)=0;endelsefor m=j/i*(n-1)+1:j/i*nst1(m)=1;endendendfigure(1);subplot(411);plot(t,st1);title(' 基帶信號st1');axis(0,5,-1,2);叫于psa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(gòu)成雙極 性碼實用標(biāo)準(zhǔn)文案st2=t;for k=1:j;if st1(k)>=1;st2(k)=0;else

17、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);title(' 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&#

18、39;);noise=rand(1,j);加入噪聲與載波相乘psk=e_psk+noise; %subplot(512);plot(t,psk);title(' 加噪后波形');psk=psk.*s1;%subplot(513);plot(t,psk);title(' 與載波 s1 相乘后波形');f,af = T2F(t,psk); %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

19、;for j=m*500+1:(m+1)*500;psk(1,j)=0;endelsefor j=m*500+1:(m+1)*500;psk(1,j)=1;endendendsubplot(515);plot(t,psk);axis(0,5,-1,2);title(' 抽樣判決后波形')2DPSKI制解調(diào)程序及注釋clear allclose alli=10;j=5000;fc=4;%載波頻率fm=i/5;%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=1:10if a(

20、n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;endelsefor m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;endendendfigure(1);subplot(321);plot(t,st1);title(' 絕對碼 ');axis(0,5,-1,2);全零矩陣b=zeros(1,i);%b(1)=a(1);for n=2:10if a(n)>=1;if b(n-1)>=1b(n)=0;elseb(n)=1;endelseb(n)=b(n-1);endendst1=t;for n=1:10if b(n)<

21、1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;endelsefor m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;endendendsubplot(323);plot(t,st1);title(' 相對碼 st1');axis(0,5,-1,2);st2=t;for k=1:j;if st1(k)>=1;st2(k)=0;elsest2(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);subp

22、lot(325);plot(s1);title(' 載波信號s1');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');精彩文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔subplot(412);plot(t,d2);title('st2*s2');e_dpsk=d1+d2;subplot(413);plot(t,e_dpsk);title(

23、' 調(diào)制后波形');noise=rand(1,j);dpsk=e_dpsk+noise;%subplot(414);plot(t,dpsk);title(' 加噪聲后信號');dpsk=dpsk.*s1;%figure(3);subplot(411);plot(t,dpsk);title(' 與載波相乘后波形');f,af=T2F(t,dpsk);%t,dpsk=lpf(f,af,B);subplot(412);plot(t,dpsk);title(' 低通濾波后波形');st=zeros(1,i);%for m=0:i-1;if

24、 dpsk(1,m*500+250)<0;st(m+1)=0;for j=m*500+1:(m+1)*500; dpsk(1,j)=0;endelsefor j=m*500+1:(m+1)*500;st(m+1)=1;dpsk(1,j)=1;endend加入噪聲與載波si相乘通過低通濾波器全零矩陣endsubplot(413);plot(t,dpsk);axis(0,5,-1,2);title(' 抽樣判決后波形')dt=zeros(1,i);%全零矩陣dt(1)=st(1);for n=2:10;if (st(n)-st(n-1)<=0&&(st(

25、n)-st(n-1)>-1;dt(n)=0;elsedt(n)=1;endendst=t;for n=1:10if dt(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*nst(m)=0;endelsefor m=j/i*(n-1)+1:j/i*nst(m)=1;endendendsubplot(414);plot(t,st);axis(0,5,-1,2);title(' 碼反變換后波形');冽用FFTU算信號的頻譜并與信號的真實頻譜的抽樣比較。%卻本文件T2F.m定義了函數(shù)T2F,計算信號的傅立葉變換。function f,sf= T2F(t,st)%Thi

26、s is a function using the FFT function to calculate a signal's Fourier%Translation%Input is the time and the signal vectors,the length of time must greater%than 2%Output is the frequency and the signal spectrumdt = t(2)-t(1);T=t(end);df = 1/T;N = length(st);f=-N/2*df:df:N/2*df-df;sf = fft(st);sf = T/N*fftshift(s ) ；用到的低通濾波器函數(shù)function t,st=lpf(f,sf,B)%This function filter an input data using a