實(shí)驗(yàn)四--基于simulink的2PSK、2DPSK數(shù)字調(diào)制與解調(diào)的仿真

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)河北北方學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院2014-2015第一學(xué)期數(shù)據(jù)通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目： 基于simulink的2PSK/2DPSK數(shù)字調(diào)制與解調(diào)仿真 專業(yè)班級(jí)： 信息工程2班 姓名學(xué)號(hào)： 趙星敏351 李明陽(yáng)300 指導(dǎo)教師： 劉鈺 實(shí)驗(yàn)四 基于simulink的2PSK/2DPSK數(shù)字調(diào)制與解調(diào)仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜?PSK、2DPSK系統(tǒng)的調(diào)制、解調(diào)原理進(jìn)一步熟悉MATLAB環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái)鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力實(shí)驗(yàn)原理1.1 2PSK調(diào)制原理

2、數(shù)字調(diào)相：如果兩個(gè)頻率相同的載波同時(shí)開始振蕩，這兩個(gè)頻率同時(shí)達(dá)到正最大值，同時(shí)達(dá)到零值，同時(shí)達(dá)到負(fù)最大值，它們應(yīng)處于同相狀態(tài)；如果其中一個(gè)開始得遲了一點(diǎn)，就可能不相同了。如果一個(gè)達(dá)到正最大值時(shí)，另一個(gè)達(dá)到負(fù)最大值，則稱為反相。一般把信號(hào)振蕩一次（一周）作為360度。如果一個(gè)波比另一個(gè)波相差半個(gè)周期，我們說(shuō)兩個(gè)波的相位差180度，也就是反相。當(dāng)傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，1碼控制發(fā)0度相位，0碼控制發(fā)180度相位。載波的初始相位就有了移動(dòng)，也就帶上了信息。相移鍵控是利用載波的相位變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在2PSK中，通常用初始相位0和分別表示二進(jìn)制“1”和“0”。因此，2PSK信號(hào)的時(shí)域表

3、達(dá)式為 QUOTE (t)=Acos QUOTE t+ QUOTE ) 其中， QUOTE 表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位： QUOTE = QUOTE 因此，上式可以改寫為 QUOTE 2PSK信號(hào)波形為 2PSK調(diào)制方法主要有兩種：模擬調(diào)相法和鍵控法（相位選擇法）。模擬調(diào)相法原理方框圖如下圖所示，極性變器將輸入的二進(jìn)制單極性碼轉(zhuǎn)換成雙極性不歸零碼，然后與載波直接相乘，以實(shí)現(xiàn)2PSK模擬調(diào)相法鍵控法原理方框圖如下圖所示，用數(shù)字基帶信號(hào)s（t）控制開關(guān)電路，以選擇不同相位的載波輸出。此時(shí)s（t）通常是單極性的，當(dāng)s（t）=0時(shí)，輸出e2PSK（t）=cosct；當(dāng) s（t）=1時(shí)，輸出e2PSK（t

4、）=-cosct。鍵控法1.2 2PSK解調(diào)原理2PSK信號(hào)的解調(diào)方法是相干解調(diào)法。由于PSK信號(hào)本身就是利用相位傳遞信息的，所以在接收端必須利用信號(hào)的相位信息來(lái)解調(diào)信號(hào)。下圖2-3中給出了一種2PSK信號(hào)相干接收設(shè)備的原理框圖。圖中經(jīng)過(guò)帶通濾波的信號(hào)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(lái)判決的。即正抽樣值判為1，負(fù)抽樣值判為0.2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形如圖 2 - 14 所示. 當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180倒相時(shí),解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反,解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò).圖 2 -32PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)

5、間波形 這種現(xiàn)象通常稱為倒現(xiàn)象.由于在2PSK信號(hào)的載波恢復(fù)過(guò)程中存在著180的相位模糊,所以2PSK信號(hào)的相干解調(diào)存在隨機(jī)的倒現(xiàn)象,從而使得2PSK方式在實(shí)際中很少采用. 2PSK信號(hào)的解調(diào)原理方框圖如下帶通濾波相乘低通濾波抽樣判決本地載波提取V（t）定時(shí)脈沖cost2PSK解調(diào)器2PSK信號(hào)的解調(diào)原理框圖2.1 2DPSK的調(diào)制原理眾所周知2PSK調(diào)制是將傳輸?shù)臄?shù)字碼元“1”用初始相位為180的正弦波表示，而數(shù)字碼元“0”用初始相位為0的正弦波表示。若設(shè)是傳輸數(shù)字碼元的絕對(duì)碼，則2PSK已調(diào)信號(hào)在任一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)的表達(dá)式為 （1）若將傳輸數(shù)字碼元的絕對(duì)碼先進(jìn)行差分編碼得相對(duì)碼，其差分編譯碼

6、如下：差分編碼為 （2）差分譯碼為 （3）再將相對(duì)碼進(jìn)行2PSK調(diào)制，則所得到的即是2DPSK已調(diào)信號(hào)，其在任一碼元時(shí)間內(nèi)的表達(dá)式為 （4）差分編碼移相2DPSK在數(shù)字通信系統(tǒng)中是一種重要的調(diào)制方式，其抗噪性能和信道頻帶利用率均優(yōu)于移幅鍵控(ASK)和移頻鍵控(FSK)，因而在實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的原理框圖如圖差分編碼低通濾波調(diào)相帶通濾波相乘抽樣判決差分解碼分頻晶振+數(shù)字信號(hào)輸入數(shù)字信號(hào)輸出噪聲 2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)原理框圖2DPSK調(diào)制原理是指載波的相位受數(shù)字信號(hào)的控制而改變，通常用相位0來(lái)表示“1”，而用180來(lái)表示“0”。差分移相鍵控2DPSK信號(hào)

7、的參考相位不是未調(diào)波的相位，而是相鄰的前一位碼元的載波相位。2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生只需要在2PSK調(diào)制前加一套相對(duì)碼變換電路就可以實(shí)現(xiàn)，2DPSK 的調(diào)制方框圖見圖 載波移相差分編碼器開關(guān)Eo(t)S(t)鍵控法2.2 2DPSK的解調(diào)原理基于DFT 的2DPSK 解調(diào)算法：實(shí)際中接收到的2DPSK 信號(hào)在經(jīng)過(guò)帶通濾波后，由于碼元跳變處的高頻分量被過(guò)濾掉，濾波后的2DPSK信號(hào)波形分為穩(wěn)定區(qū)和過(guò)渡區(qū)，碼元中間部分是穩(wěn)定區(qū)，前、后部分為過(guò)渡區(qū)。穩(wěn)定區(qū)內(nèi)的信號(hào)基本無(wú)損失，波形近似為正弦波，而過(guò)渡區(qū)內(nèi)的波形則不是正弦波，并且幅度明顯降低。調(diào)制信息基本上只存在于碼元穩(wěn)定區(qū)。從上述分析出發(fā)，可以得到基于D

8、FT的數(shù)字解調(diào)方案。具體解調(diào)方法：對(duì)每個(gè)碼元穩(wěn)定區(qū)內(nèi)的采樣點(diǎn)按照公式（5）做DFT： （5）其中，代表每個(gè)載波周期的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，代表做DFT時(shí)使用的穩(wěn)定區(qū)內(nèi)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)(通常取多個(gè)載波整周期)。然后，提取出前后碼元的相位跳變信息來(lái)進(jìn)行解調(diào)判決：計(jì)算， 并根據(jù)和的正負(fù)情況確定的取值范圍。把本碼元的相位記為，前一碼元的相位記為，則 （6）其中是進(jìn)行了位同步點(diǎn)調(diào)整時(shí)附加的相位?？梢?，在每個(gè)碼元周期只需要計(jì)算一次相位值即本碼元的相位，然后相減得到跳變相位，就可以依據(jù)判決條件恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，而不需要像文獻(xiàn)中所提到的對(duì)每個(gè)碼元要隨著窗函數(shù)的移動(dòng)多次計(jì)算譜值，因而大大減輕了計(jì)算量，非常適合于軟件無(wú)線電的數(shù)字化

9、實(shí)時(shí)解調(diào)。當(dāng)調(diào)頻信號(hào)不包括載波分量時(shí)，必須采用相干解調(diào)，2DPSK的解調(diào)可采用兩種方法。其一是極性比較法，然后再用碼變換器變?yōu)榻^對(duì)碼。另外還有一種實(shí)用的方法叫做差分相干解調(diào)法，二者的原理框圖分別如下：帶通濾波器本地振蕩乘法器抽樣判決器低通濾波器差分譯碼器2DPSK數(shù)據(jù)輸出極性比較法解調(diào)帶通濾波器抽樣判決器乘法器低通濾波器碼元延遲2DPSK數(shù)據(jù)輸出差分相干解調(diào)法相干解調(diào)：信號(hào)可以采用相干解調(diào)方式(極性比較法)，其原理框圖見圖2.4。其解調(diào)原理是：對(duì)2DPSK 信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對(duì)碼，再通過(guò)碼反變換器變換為絕對(duì)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(guò)程中，若相干載波產(chǎn)生180相位模糊，

10、解調(diào)出的相對(duì)碼將產(chǎn)生倒置現(xiàn)象，但是經(jīng)過(guò)碼反變換器后，輸出的絕對(duì)碼不會(huì)發(fā)生任何倒置現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊度的問(wèn)題。差分相干解調(diào)：2DPSK信號(hào)也可以采用差分相干解調(diào)方式(相位比較法)，其原理框圖見圖2.5。其解調(diào)原理是：直接比較前、后碼元的相位差，從而恢復(fù)發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。由于解調(diào)的同時(shí)完成了碼反變換作用，故解調(diào)器中不需要碼反變換器。由于差分相干解調(diào)方式不需要專門的相干載波，因此是一種非相干解調(diào)方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.1 2PSK數(shù)字調(diào)制與解調(diào)仿真設(shè)計(jì)框圖1.2參數(shù)設(shè)置正弦波：4HZ，幅度+2設(shè)置依據(jù)：載波頻率本來(lái)應(yīng)該很高，但是為了波形觀察方便，故頻率設(shè)為4HZ。反相正弦波：4HZ，幅度-2

11、設(shè)置依據(jù)：載波頻率本來(lái)應(yīng)該很高，但是為了波形觀察方便，故頻率設(shè)為4HZ;又要求與載波反相，故幅度設(shè)為-2.伯努利二進(jìn)制隨機(jī)序列產(chǎn)生器：碼型變化器參數(shù)設(shè)置：采用1變0不變調(diào)制，故極性設(shè)為“Negative”.多路選擇器參數(shù)設(shè)置：當(dāng)二進(jìn)制序列大于0時(shí)，輸出第一路信號(hào)；當(dāng)二進(jìn)制序列小于0時(shí)，輸出第二路信號(hào)。高斯噪聲的設(shè)置：信噪比90帶通濾波器參數(shù)：載波頻率為4HZ，而基帶號(hào)帶寬為1HZ，考濾到濾波器的邊沿緩降，故設(shè)置為27HZ。低通濾波器參數(shù)設(shè)置：截止頻率為1HZ，二進(jìn)制序列的帶寬為1HZ，故取1HZ。延時(shí)器設(shè)置：1.3 結(jié)果分析仿真波形：調(diào)制部分通過(guò)仿真分析結(jié)果可以看出，雙極性基帶脈沖信號(hào)與相干載

12、波相乘后，得到 2PSK 波形。從圖中 波形可以看出傳送“1”和“0”時(shí)，周期沒(méi)有改變，幅度沒(méi)有改變，只是相位相差了 180 度。 該圖 充分證實(shí)了 2PSK 的調(diào)制原理以及 2PSK 的產(chǎn)生過(guò)程，通過(guò)分析該圖能夠清楚的分析出，基帶信號(hào)和 載波的關(guān)系，基帶信號(hào)只是用于改變信號(hào)的相位，最終 2PSK 波形形狀取決于相干載波。解調(diào)部分從 2PSK 的解調(diào)仿真分析結(jié)果可以看出，帶通濾波器后的波形與 2PSK 的波形一樣，帶通濾波器 的作用只是濾除噪聲。 沒(méi)有噪聲的情況下，原圖保持不變。經(jīng)過(guò)相干載波，相位沒(méi)有發(fā)生變化，只 是向后延遲了半個(gè)周期，周期，幅度和相位都沒(méi)有發(fā)生變化。這個(gè)波形完全符合 2PSK

13、 的解調(diào)原理。 經(jīng)過(guò)低通濾波器，圖形發(fā)生了變化，類似于整流器的作用。 如果頻率越高，經(jīng)過(guò)低通濾波器的波形 越接近矩形。最終經(jīng)過(guò)判決器，圖形從雙極性波形變?yōu)榱藛螛O性波形，恢復(fù)成了完全的矩形基帶信 號(hào)。與解調(diào)原理完全一致。1.2 2DPSK數(shù)字調(diào)制與解調(diào)仿真設(shè)計(jì)框圖2.2 參數(shù)設(shè)置 載波的頻率參數(shù)設(shè)置 基帶信號(hào)參數(shù)設(shè)置 Unipolar to Bipolar Converter參數(shù)設(shè)置 乘法器參數(shù)設(shè)置 Logical Operator參數(shù)設(shè)置 Unit Delay參數(shù)設(shè)置 Data Type Conversion參數(shù)設(shè)置2.3 結(jié)果分析 加入高斯噪聲后的2DPSK仿真波形 根據(jù)上面波形可知高斯噪聲對(duì)信道產(chǎn)生了一定的影響，小部分產(chǎn)生了譯碼錯(cuò)誤試驗(yàn)總結(jié)通過(guò)這次科研訓(xùn)練，充分的了解了有關(guān) 2PSK和2DPSK 的調(diào)制與解調(diào)，而且加深了該過(guò)程的理解程度，同時(shí)對(duì)于Simulink的使用方法有了一定的知識(shí)概念。并為以后的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。對(duì)于我來(lái)說(shuō)，收獲最大的是方法和能力；那些分析和解決問(wèn)題的能力。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)我們學(xué)生在經(jīng)驗(yàn)方面十分缺乏，空