基于MATLAB的2DPSK信號仿真

1、基于MATLAB的2DPSK信號的調(diào)制與解調(diào)仿真西安電子科技大學 張*目錄一 題目要求 二 關于2DPSK1 基礎知識_22 2DPSK的調(diào)制原理_23 2DPSK的解調(diào)原理_3三 調(diào)制系統(tǒng)仿真1 調(diào)制系統(tǒng)設計_41） 產(chǎn)生基帶信號_ 42） 產(chǎn)生相對碼_53） 產(chǎn)生載波信號_64） 調(diào)制_62 傳輸系統(tǒng)設計_73 解調(diào)系統(tǒng)設計_71） 帶通濾波器_72） 乘法器_83） 低通濾波器_84） 抽樣判決器_95） 延遲單元_96） 碼（反）變換器_94 極性比較法結(jié)果_105 差分相干法結(jié)果_11四 完整程序源碼1 極性比較法程序 DPSK.m_122 差分相干法 DPSK1.m_15一 題目要

2、求產(chǎn)生2DPSK信號，畫出時域波形和頻譜，分別用極性比較法和差分相干法解調(diào)。二 關于2DPSK1 基礎知識2DPSK即二進制差分相移鍵控(2DPSK)二進制差分相移鍵控常簡稱為二相相對調(diào)相，記作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。所謂相對載波相位是指本碼元初相與前一碼元初相之差。DF=0數(shù)字信息“0”；DF=p數(shù)字信息“1”。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下：數(shù)字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1DPSK信號相位：p 0 0 p 0 0 p 0 p p 0或：0 p p 0 p p 0 p 0

3、0 p2 2DPSK的調(diào)制原理一般來說，2DPSK信號有兩種調(diào)試方法，即模擬調(diào)制法和鍵控法。2DPSK信號的的模擬調(diào)制法框圖如圖1所示，其中碼變換的過程為將輸入的單極性不歸零碼轉(zhuǎn)換為雙極性不歸零碼。碼變換相乘載波s(t)eo(t)圖1 模擬調(diào)制法2DPSK信號的的鍵控調(diào)制法框圖如圖2所示，其中碼變換的過程為將輸入的基帶信號差分，即變?yōu)樗南鄬Υa。選相開關作用為當輸入為數(shù)字信息“0” 時接相位0，當輸入數(shù)字信息為“1”時接pi。圖2 鍵控調(diào)制3 2DPSK的解調(diào)原理2DPSK信號最常用的解調(diào)方法有兩種，一種是極性比較法，另一種是差分相干法。差分相干法： 2DPSK信號先經(jīng)過帶通濾波器，去除調(diào)制信

4、號頻帶以外的在信道中混入的噪聲，此后該信號分為兩路，一路延時一個碼元的時間后與另一路的信號相乘，再經(jīng)過低通濾波器去除高頻成分，得到包含基帶信號的低頻信號，將其送入抽樣判決器中進行抽樣判決，抽樣判決器的輸出即為原基帶信號。它的原理框圖如圖2DPSK碼（反）變換器延遲T相乘器低通濾波器抽樣判決器帶通濾波器圖3差分相干法法極性比較法：2DPSK信號經(jīng)過帶通濾波器，濾掉信道中產(chǎn)生的噪聲，再與本地載波相乘，經(jīng)過低通濾波器，得到包含基帶信號的低頻信號，將其送入抽樣判決器得到相對碼，再經(jīng)過碼（反）變換器得到基帶信號。原理圖如下所示帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器逆碼變換本地載波2DPSK圖4 極性比較法

5、法三 仿真程序設計1 調(diào)制系統(tǒng)設計1）產(chǎn)生基帶信號本例中使用matlab中的rand函數(shù)隨機產(chǎn)生10個隨機數(shù)，并采用就近取整的辦法使其值為0、1.此過程產(chǎn)生的碼為絕對碼。并且，每個值需要分配一定的長度。代碼如下：clear allclose alli=10; %碼元的個數(shù)j=5000;fc=4;fm=i/5;B=2*fm;t=linspace(0,5,j); % 將0-5區(qū)間平均分為j份% 產(chǎn)生基帶信號 %a =round(rand(1,i); %產(chǎn)生10個隨機碼，記為ast1=t;for n=1:10 if a(n)<1; for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n % j/i為每

6、個碼元的 st1(m)=0; end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1; end endend2）相對碼產(chǎn)生根據(jù)相對碼的原理，源碼中1的值對應相位改變，源碼中0的值對應相位不改變。將變?yōu)?,0仍為0，則形成相對碼。代碼如下b=zeros(1,i);b(1)=a(1);for n=2:10 if a(n)>=1; if b(n-1)>=1 b(n)=0; else b(n)=1; end else b(n)=b(n-1); endendst1=t;for n=1:10 if b(n)<1; for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n

7、 st1(m)=0; end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1; end endendsubplot(412);plot(t,st1);title('相對碼');axis(0,5,-1,2);st2=t; for k=1:j; if st1(k)>=1; st2(k)=0; else st2(k)=1; endend;st1即為相對碼，st2為相對碼的反碼，在調(diào)制中使用。3）產(chǎn)生載波信號代碼：s1=sin(2*pi*fc*t);4） 調(diào)制按圖一中所示，相對碼及其反碼分別和載波相乘再相加，即得到調(diào)制信號。d1=st1.*s1;d2=

8、st2.*(-s1);%相移180figure(2);subplot(4,1,1);plot(t,d1);title('st1*s1');subplot(4,1,2);plot(t,d2);title('st2*s2');e_dpsk=d1+d2;圖5碼元產(chǎn)生圖6 調(diào)制信號2 傳輸系統(tǒng)設計傳輸系統(tǒng)設計比較簡答，只需加入信道噪聲即可。代碼：noise=rand(1,j);dpsk=e_dpsk+0.5*noise;%加入噪聲效果如圖6所示3 解調(diào)系統(tǒng)設計解調(diào)系統(tǒng)中，極性比較法和差分相干法有很多部分相同，可以用相同設計。相同部分設計。1）帶通濾波器在仿真過程省略。2

9、）乘法器由于是仿真，可直接相乘。3）低通濾波器設計為只允許基頻信號通過。代碼：f,af = T2F(t,dpsk);t,dpsk = lpf(f,af,B);所用函數(shù)代碼：T2F子函數(shù)function f,sf= T2F(t,st)%This 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

10、 frequency and the signal spectrumdt = t(2)-t(1);T=t(end);df = 1/T;N = length(st); Lpf子函數(shù)f=-N/2*df:df:N/2*df-df; sf = fft(st);sf = T/N*fftshift(sf);function t,st=lpf(f,sf,B)%This function filter an input data using a lowpass filter%Inputs: f: frequency samples% sf: input data spectrum samples% B: lo

11、wpass's bandwidth with a rectangle lowpass%Outputs: t: time samples% st: output data's time samplesdf = f(2)-f(1);T = 1/df;hf = zeros(1,length(f);bf = -floor( B/df ): floor( B/df ) + floor( length(f)/2 );hf(bf)=1;yf=hf.*sf;t,st=F2T(f,yf);st = real(st);4）抽樣判決器抽樣判決器就是過零檢測。代碼：st=zeros(1,i);for

12、m=0:i-1;if dpsk(1,m*500+250)<0; st(m+1)=0; for j=m*500+1:(m+1)*500; dpsk(1,j)=0; endelse for j=m*500+1:(m+1)*500; st(m+1)=1; dpsk(1,j)=1; endendend兩種解調(diào)方式不同之處在于延遲單元和碼（反）變換器。5）延遲單元延遲一個碼元長度，第一個碼元長度的內(nèi)容根據(jù)編碼規(guī)則，抽樣判決。代碼：if dpsk(65)<0 dpsk_delay(1:j/i)=dpsk(1:j/i);else dpsk_delay(1:j/i)=-dpsk(1:j/i)end

13、dpsk_delay(j/i+1:j)=dpsk(1:j-j/i);6）碼（反）變換器將相對碼變換為絕對碼，與編碼器正好相反。代碼：dt=zeros(1,i);dt(1)=st(1);for n=2:10; if (st(n)-st(n-1)<=0&&(st(n)-st(n-1)>-1; dt(n)=0; else dt(n)=1; endendst=t;for n=1:10 if dt(n)<1; for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=0; end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=1; end en

14、dend4 極性比較法解調(diào)結(jié)果結(jié)果如圖，可見解調(diào)結(jié)果與源碼完全一致。圖7 極性比較法解調(diào)結(jié)果圖7 源碼5 差分相干法解調(diào)結(jié)果如圖，解調(diào)結(jié)果與源碼完全一致。圖8 差分相干法解調(diào)結(jié)果圖9 源碼程序源碼1 極性比較法 DPSK.mclear allclose alli=10; %碼元的個數(shù)j=5000;fc=4;fm=i/5;B=2*fm;t=linspace(0,5,j); % 將0-5區(qū)間平均分為j份% 產(chǎn)生基帶信號 %a =round(rand(1,i); %產(chǎn)生10個隨機碼，記為ast1=t;for n=1:10 if a(n)<1; for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n %

15、 j/i為每個碼元的 st1(m)=0; end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1; end endendfigure(1);subplot(411);plot(t,st1);title('絕對碼');axis(0,5,-1,2);%差分變換b=zeros(1,i);b(1)=a(1);for n=2:10 if a(n)>=1; if b(n-1)>=1 b(n)=0; else b(n)=1; end else b(n)=b(n-1); endendst1=t;for n=1:10 if b(n)<1; for m

16、=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0; end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1; end endendsubplot(412);plot(t,st1);title('相對碼');axis(0,5,-1,2);st2=t; for k=1:j; if st1(k)>=1; st2(k)=0; else st2(k)=1; endend;subplot(413)plot(t,st2)title('相對碼的反碼')axis(0 5 -1 2)% 載波信號 %s1=sin(2*pi*fc*t);subp

17、lot(414);plot(s1);title('載波信號');% 調(diào)制 %d1=st1.*s1;d2=st2.*(-s1);%相移180figure(2);subplot(4,1,1);plot(t,d1);title('st1*s1');subplot(4,1,2);plot(t,d2);title('st2*s2');e_dpsk=d1+d2;subplot(4,1,3);plot(t,e_dpsk);title('調(diào)制后波形');noise=rand(1,j);dpsk=e_dpsk+0.5*noise;%加入噪聲subp

18、lot(4,1,4);plot(t,dpsk);title('加噪聲信號');% 與載波相乘 %dpsk=dpsk.*sin(2*pi*fc*t);%與載波相乘figuresubplot(4,1,1);plot(t,dpsk);title('與載波相乘后波');% 低通濾波 %f,af = T2F(t,dpsk);%通過低通濾波器t,dpsk = lpf(f,af,B);subplot(4,1,2);plot(t,dpsk);title('通過低通濾波器波形');% 抽樣判決 %st=zeros(1,i);for m=0:i-1;if dpsk(

19、1,m*500+250)<0; st(m+1)=0; for j=m*500+1:(m+1)*500; dpsk(1,j)=0; endelse for j=m*500+1:(m+1)*500; st(m+1)=1; dpsk(1,j)=1; endendendsubplot(4,1,3);plot(t,dpsk);axis(0,5,-1,2);title('抽樣判決后波形')% 碼反變換 %dt=zeros(1,i);dt(1)=st(1);for n=2:10; if (st(n)-st(n-1)<=0&&(st(n)-st(n-1)>-1

20、; dt(n)=0; else dt(n)=1; endendst=t;for n=1:10 if dt(n)<1; for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=0; end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=1; end endendsubplot(4,1,4);plot(t,st);title('碼反變換后波形');axis(0,5,-1,2);2 差分相干法 DPSK1.mclear allclose alli=10; %碼元的個數(shù)j=5000;fc=4;fm=i/5;B=2*fm;t=linspace(0,5,j

21、); % 將0-5區(qū)間平均分為j份% 產(chǎn)生基帶信號 %a =round(rand(1,i); %產(chǎn)生10個隨機碼，記為ast1=t;for n=1:10 if a(n)<1; for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n % j/i為每個碼元的 st1(m)=0; end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1; end endendfigure(1);subplot(411);plot(t,st1);title('絕對碼');axis(0,5,-1,2);%差分變換b=zeros(1,i);b(1)=a(1);for n=2:10

22、if a(n)>=1; if b(n-1)>=1 b(n)=0; else b(n)=1; end else b(n)=b(n-1); endendst1=t;for n=1:10 if b(n)<1; 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 st1(m)=1; end endendsubplot(412);plot(t,st1);title('相對碼');axis(0,5,-1,2);st2=t; for k=1:j; if st1(k)>=1; st2(k)=0; else st2(k)=1; endend;subplot(413)plot(t,st2)title('相對碼的反碼')axis(0 5 -1 2)% 載波信號 %s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(414);plot(s1);title('載波信號');% 調(diào)制 %d1=st1.*s1;d2=st2.*(-s1);%相移180figure(2);subplot(4,1,1);plot(t,d1);title('st1*s1');subplot(4,1,2);plot(t,