基于MATLAB的2DPSK信號(hào)仿真

1、基于MATLAB的2DPSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)仿真西安電子科技大學(xué) 張*目錄一 題目要求 二 關(guān)于2DPSK1 基礎(chǔ)知識(shí)_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(shè)計(jì)_41） 產(chǎn)生基帶信號(hào)_ 42） 產(chǎn)生相對(duì)碼_53） 產(chǎn)生載波信號(hào)_64） 調(diào)制_62 傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)_73 解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)_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(hào)，畫出時(shí)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(guān)于2DPSK1 基礎(chǔ)知識(shí)2DPSK即二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)二進(jìn)制差分相移鍵控常簡(jiǎn)稱為二相相對(duì)調(diào)相，記作2DPSK。它不是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對(duì)載波相位值傳送數(shù)字信息。所謂相對(duì)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(hào)的碼元相位關(guān)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(hào)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(hào)有兩種調(diào)試方法，即模擬調(diào)制法和鍵控法。2DPSK信號(hào)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(hào)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(hào)差分，即變?yōu)樗南鄬?duì)碼。選相開關(guān)作用為當(dāng)輸入為數(shù)字信息“0” 時(shí)接相位0，當(dāng)輸入數(shù)字信息為“1”時(shí)接pi。圖2 鍵控調(diào)制3 2DPSK的解調(diào)原理2DPSK信號(hào)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(hào)先經(jīng)過帶通濾波器，去除調(diào)制信

4、號(hào)頻帶以外的在信道中混入的噪聲，此后該信號(hào)分為兩路，一路延時(shí)一個(gè)碼元的時(shí)間后與另一路的信號(hào)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(hào)的低頻信號(hào)，將其送入抽樣判決器中進(jìn)行抽樣判決，抽樣判決器的輸出即為原基帶信號(hào)。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(hào)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(hào)的低頻信號(hào)，將其送入抽樣判決器得到相對(duì)碼，再經(jīng)過碼（反）變換器得到基帶信號(hào)。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(shè)計(jì)1 調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1）產(chǎn)生基帶信號(hào)本例中使用matlab中的rand函數(shù)隨機(jī)產(chǎn)生10個(gè)隨機(jī)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(duì)碼。并且，每個(gè)值需要分配一定的長(zhǎng)度。代碼如下：clear allclose alli=10; %碼元的個(gè)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(hào) %a =round(rand(1,i); %產(chǎn)生10個(gè)隨機(jī)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(gè)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(duì)碼產(chǎn)生根據(jù)相對(duì)碼的原理，源碼中1的值對(duì)應(yīng)相位改變，源碼中0的值對(duì)應(yīng)相位不改變。將變?yōu)?,0仍為0，則形成相對(duì)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(duì)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(duì)碼，st2為相對(duì)碼的反碼，在調(diào)制中使用。3）產(chǎn)生載波信號(hào)代碼：s1=sin(2*pi*fc*t);4） 調(diào)制按圖一中所示，相對(duì)碼及其反碼分別和載波相乘再相加，即得到調(diào)制信號(hào)。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(hào)2 傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。相同部分設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)為只允許基頻信號(hào)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(cè)。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(gè)碼元長(zhǎng)度，第一個(gè)碼元長(zhǎng)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(duì)碼變換為絕對(duì)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(gè)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(hào) %a =round(rand(1,i); %產(chǎn)生10個(gè)隨機(jī)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(gè)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(duì)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(duì)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(duì)碼的反碼')axis(0 5 -1 2)% 載波信號(hào) %s1=sin(2*pi*fc*t);subp

17、lot(414);plot(s1);title('載波信號(hào)');% 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(hào)');% 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(gè)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(hào) %a =round(rand(1,i); %產(chǎn)生10個(gè)隨機(jī)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(gè)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(duì)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(duì)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(duì)碼的反碼')axis(0 5 -1 2)% 載波信號(hào) %s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(414);plot(s1);title('載波信號(hào)');% 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,