基于MATLAB數(shù)字信號(hào)2PSK調(diào)制與解調(diào)及其仿真

1、基于MATLA激字彳t號(hào)2PS領(lǐng)制與解調(diào)及其仿真本論文將對(duì)2PSK(二進(jìn)制移相鍵控)波形的產(chǎn)生和仿真過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的介紹。利用MATLAB實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)的調(diào)制與解調(diào)的模擬。具體是使用鍵控法來(lái)產(chǎn)生信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)。這對(duì)2PSK信號(hào)波形的調(diào)制可以有一個(gè)更好的理解。同時(shí)也將會(huì)加深對(duì)數(shù)字信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的認(rèn)知。1 .引言12 .設(shè)計(jì)依據(jù)及框圖22.1 設(shè)計(jì)任務(wù)22.2 設(shè)計(jì)平臺(tái)22.3 設(shè)計(jì)原理23 .基于MATLAB勺2PSK系統(tǒng)仿真53.1 MATLAB仿真代碼63.2 仿真波形圖84 .結(jié)論115 .心得體會(huì)111 .引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)有了飛快的發(fā)展

2、，同時(shí)通信技術(shù)也從原先的模擬通信朝向數(shù)字化、寬帶化、網(wǎng)絡(luò)化、和智能化的方向發(fā)展；隨著高科技的研發(fā)電子產(chǎn)品的不斷更新，人們?cè)趯?duì)各種通信的要求將會(huì)變得更高，也會(huì)有越來(lái)越多的新技術(shù)將不斷地運(yùn)用到通信領(lǐng)域之中，一些更先進(jìn)的通信業(yè)務(wù)將會(huì)不斷地被開(kāi)發(fā)出來(lái)1。在數(shù)字基帶的傳輸系統(tǒng)中，由于數(shù)字基帶信號(hào)不能夠在帶通傳輸信道正常傳輸，為了讓數(shù)字基帶信號(hào)可以在信道中有效的傳輸，所以信道傳輸特性應(yīng)該為低通形式。但在實(shí)際的信道傳輸中，絕大部分的信道有著帶通傳輸特性。而在帶通傳輸特性的信道中數(shù)字基帶信號(hào)不可以直接傳輸。為了能夠得到信號(hào)同信道相匹配的特性，數(shù)字基帶信號(hào)要對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行相關(guān)的調(diào)制。2利用數(shù)字基帶信號(hào)來(lái)控制信號(hào)

3、的載波，數(shù)字調(diào)制過(guò)程是：把數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字帶通信號(hào)。而數(shù)字解調(diào)的過(guò)程是：在信號(hào)接收端，利用解調(diào)器把帶通信號(hào)恢復(fù)成數(shù)字基帶信號(hào)3。一般情況下人們把調(diào)制與解調(diào)過(guò)程的數(shù)字的傳輸系統(tǒng)稱之為數(shù)字頻帶的傳輸系統(tǒng)。頻帶傳輸也稱為帶通傳輸(band-passtransmission)載波傳輸(carriertransmission)1。其中數(shù)字調(diào)制的基本結(jié)構(gòu)如下圖:圖1-1數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖1數(shù)字和模擬調(diào)制有著一樣的原理，通常數(shù)字調(diào)制信號(hào)可以利用模擬的調(diào)制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用數(shù)字鍵控法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字的調(diào)制信號(hào)稱之為鍵控法?？梢詫?duì)載波信號(hào)的相位、振幅還有頻率進(jìn)行鍵控?？色@得振幅鍵控(Amplitudeshif

4、tkeying,ASK)、頻移鍵控(Frequencyshiftkeying,FSK)和相移鍵控(Phaseshiftkeying,PSK)4°數(shù)字調(diào)制的方法有兩種，一種是多進(jìn)制調(diào)制法；另一種是二進(jìn)制調(diào)制法。在二進(jìn)制調(diào)制中，信號(hào)參量取值僅僅只有兩個(gè)可能性，分別代表二進(jìn)制數(shù)中的0和15。本文采用二進(jìn)制調(diào)制即對(duì)2PSK信號(hào)的主要原理與及2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)的性能進(jìn)行了仿真和分析，因此我們可以更清晰的認(rèn)識(shí)數(shù)字調(diào)制的方式。2 .設(shè)計(jì)依據(jù)及框圖2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)利用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)2PSK調(diào)制與解調(diào)過(guò)程，輸出其調(diào)制及解調(diào)過(guò)程中的波形，與及加入噪聲后的波形，討論其調(diào)制和解調(diào)效果。2.2 設(shè)計(jì)平

5、臺(tái)Matlab是由美國(guó)MATHWORKS公司推出的一款以科學(xué)計(jì)算和工程仿真的軟件，它的名稱源自矩陣實(shí)驗(yàn)室(MatrixLaboratory),是一款專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)的軟件冏。MATLAB把高性能的編程、科學(xué)計(jì)算和結(jié)果可視化集中在一個(gè)容易操作的環(huán)境當(dāng)中，還提供了許多內(nèi)置函數(shù)，具有著強(qiáng)大的繪圖功能和矩陣計(jì)算，對(duì)信息處理、科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作非常的適用7。目前，世界范圍內(nèi)的科研工作者、工程技術(shù)人員和院校師生都有著廣泛的應(yīng)用I8。它主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。其中矩陣是MATLAB基本的數(shù)據(jù)單位，數(shù)學(xué)、工程中常用的形式和它的指令表達(dá)式非常類似，和C

6、,FORTRAN等語(yǔ)言來(lái)比利用MATLA瞇完成相同的事情要來(lái)得方便很多9。目前版本的MATLAB軟件可以直接進(jìn)行調(diào)用，用戶可以把自己編寫好的實(shí)用程序?qū)氲組atlab函數(shù)庫(kù)中為自己日后的調(diào)用提供方便，除此之外也有很多的Matlab喜好者已經(jīng)寫好了許多經(jīng)典程序，用戶要用時(shí)可以直接對(duì)其進(jìn)行下載10。2.3 設(shè)計(jì)原理數(shù)字信號(hào)傳輸方式有兩種，分另是基帶傳輸與帶通傳輸.利用數(shù)字傳輸基帶信號(hào)來(lái)控制載波，把數(shù)字傳輸基帶的信號(hào)變成數(shù)字傳輸帶通信號(hào)的過(guò)程叫數(shù)字調(diào)制11。數(shù)字調(diào)制技術(shù)的方法有兩種：其中一種是用模擬信號(hào)調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶信號(hào)的調(diào)制。而另一種方法是由于數(shù)字信號(hào)具有離散的取值特點(diǎn)，從而利用數(shù)字信號(hào)

7、的這個(gè)特點(diǎn)通過(guò)開(kāi)關(guān)鍵來(lái)控制載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。通常叫這種方法鍵控法，比如說(shuō)對(duì)載波的相位進(jìn)行鍵控，就能夠得到相移鍵控的基本調(diào)制方式12。2PSK的基本原理：相移鍵控是信號(hào)振幅和頻率保持不變，而利用載波的相位發(fā)生的變化來(lái)傳遞數(shù)字信號(hào)信息13。在二進(jìn)制移相鍵控中，一般是利用初始相位兀和0來(lái)表示二進(jìn)制0”和1”。因此，2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為e>psktAcosJn其中，出表示第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，式(2.3-1)也可寫為(Acostu.t概率為P,時(shí)期，口叫t概率為1-P(2.3-1)(2.3-2)(2.3-3)典型的2PSK時(shí)間波形如圖2-1所示。因?yàn)?/p>

8、信號(hào)碼元的兩種表示為相同的波形，相反的極性，所以二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)可以看作是一個(gè)雙極性全占空矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波信號(hào)的積，即e2psktstcosct(2.3-4)其中stangtnTs脈寬為Ts的單位矩形脈沖為g(t),而an的統(tǒng)計(jì)特性表示為1概率為Pan-1概率為1-P(2.3-5)圖2-12PSK信號(hào)的時(shí)間波形142PSK信號(hào)的主要產(chǎn)生方法有兩種如2N圖。第一種方法是相乘法也叫模擬調(diào)制方法，只要數(shù)字基帶信號(hào)為雙極性，并不含直流分量，就可以用這種方法產(chǎn)生；第二種方法是方法是相位選擇法(開(kāi)關(guān)選通法、鍵控法)。用基帶信號(hào)所代表的數(shù)值來(lái)選擇這些相位，也可以利用被控制的延遲提供所需載波相移量

9、，再由基帶信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)陣列去控制相移量大小15。雙極性不歸春(a)模擬調(diào)制方法開(kāi)美屯貶(b)鍵控法圖2-22PSK信號(hào)鍵控法調(diào)制原理框圖142PSK信號(hào)是DSB信號(hào)，它的解調(diào)不能采用包絡(luò)檢測(cè)法，通常只能采用相干解調(diào)法,解調(diào)器原理如圖2-3所示：圖232PSK信號(hào)的解調(diào)14二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號(hào)解調(diào)簡(jiǎn)要的工作原理分析如下。在不考慮噪聲的情況下，帶通濾波器的輸出表達(dá)式為：ytcosctn(2.3-6)式中：如為2PSK信號(hào)其中之一碼元的初相。加=0時(shí)，即看作是數(shù)字“0;”加=兀時(shí)，即看作是數(shù)字1。與同步載波信號(hào)COSwct相乘后，輸出為：(2.3-7)ztcosctncosct1/2cos

10、n1/2cos2ctcncnc信號(hào)通過(guò)低通濾波器過(guò)濾高頻分量之后，得到解調(diào)器的輸出為:xt1/2cosn1/2-1/2(2.3-8)根據(jù)發(fā)送端產(chǎn)生2PSK信號(hào)日n（0或兀）看作是數(shù)字信息（收端x（t）與少n的關(guān)系的特性，抽樣判決器的判決準(zhǔn)則為：x0判為0x0判為1“1”或“0”)的規(guī)定，以及接(2.3-9)二進(jìn)制移相鍵控（2PSK）的基準(zhǔn)相位與二進(jìn)制移相鍵控（其中x為x（t）在抽樣時(shí)刻的值。信號(hào)中的相干解調(diào)各點(diǎn)的時(shí)間波形如2-4圖。假設(shè)相干載波2PSK）信號(hào)的基準(zhǔn)相同。因?yàn)槎M(jìn)制移相鍵控信號(hào)的載波恢復(fù)過(guò)程中存在著180。的模糊相位，恢復(fù)的本地載波信號(hào)與所要求的相干載波信號(hào)相同或相反，這樣的相位

11、關(guān)系中不確定性將導(dǎo)致解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)與發(fā)送端的基帶信號(hào)相反，從而把“1轉(zhuǎn)換成了“0；把”0轉(zhuǎn)換成了“1；通過(guò)判決器輸出的數(shù)字基帶信號(hào)也全部出錯(cuò)。通常把這種現(xiàn)象叫作二進(jìn)制移相鍵控（2PSK）方式的“反相工作”或倒?，F(xiàn)象14。這也是致使二進(jìn)制移相鍵控（2PSK）在實(shí)際生活中較為少使用的最質(zhì)要的原因。圖2-42PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)的時(shí)間波形143.基于MATLAB的2PSK系統(tǒng)仿真3.1 MATLAB仿真代碼clearall;closeall;clc;max=20g=zeros(1,max);g=randint(1,max);%長(zhǎng)度為max的隨機(jī)二進(jìn)制序列f=6;t=0:2*pi/99:2*p

12、i;%初始定義cp=;mod=;bit=;forn=1:length(g);%調(diào)制過(guò)程ifg(n)=0;cp1=ones(1,100);bit1=zeros(1,100);elseg(n)=1;cp1=-ones(1,100);bit1=ones(1,100);endc=sin(f*t);cp=cpcp1;mod=modc;bit=bitbit1;endpsk=cp.*mod;figure(1)subplot(1,1,1);plot(bit,'Linewidth',1.5);%線型繪制gridon;%顯示坐標(biāo)網(wǎng)格title('二進(jìn)制信號(hào)序列');%標(biāo)題顯示Xlabel('時(shí)間/S');Ylabel('幅度/V');axis(0100*length(g)-22);figure(2)subplot(1,1,1);plot(psk,'Linewidth',1.5);%線型繪制gridon;%顯示坐標(biāo)網(wǎng)格title(&