基于matlab的2PSK的系統(tǒng)仿真

..基于matlab的2PSK的系統(tǒng)仿真摘要：Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平臺(tái)的著名仿真環(huán)境Simulin作為一種專業(yè)和功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)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(jiǎn)單又直觀,而且已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本次課程設(shè)計(jì)是基于MATLAB的2PSK和2DPSK仿真,通過系統(tǒng)分析,步驟來完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。通過課程設(shè)計(jì)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(jì)算逐步和工程估算、實(shí)驗(yàn)調(diào)整等手段結(jié)合起來,掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法,了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法,為以后畢業(yè)設(shè)計(jì)和從事信息處理技術(shù)的實(shí)際工作打下基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：MATLAB；2PSK,2DPSK；仿真1.二進(jìn)制相移鍵控設(shè)計(jì)流程圖如圖2-1所示。圖2-12PSK調(diào)制解調(diào)框圖1.1PSK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(hào)離散變化時(shí),則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控<2PSK>信號(hào)。2PSK信號(hào)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(hào)載波的0°和180°分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的1和0,模擬調(diào)制法用兩個(gè)反相的載波信號(hào)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(hào)為0時(shí)相位相對(duì)于初始相位為0°,當(dāng)基帶信號(hào)為1時(shí)相對(duì)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(shí)域表達(dá)式為：其中,2PSK的調(diào)制中an必須為雙極性碼。本次設(shè)計(jì)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。圖2-2模擬調(diào)制法原理圖圖2-3鍵控法原理圖2PSK信號(hào)的時(shí)間波形1.2PSK解調(diào)原理由于2PSK的幅度是恒定的,必須進(jìn)行相干解調(diào)。經(jīng)過帶通濾波的信號(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。判決器是按極性來判決的。即正抽樣值判為1,負(fù)抽樣值判為0。2PSK信號(hào)的相干解調(diào)原理圖如圖2-4所示,各點(diǎn)的波形如圖2-5所示。由于2PSK信號(hào)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(huì)造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)與發(fā)送的基帶信號(hào)正好相反,即"1"變成"0"嗎"0"變成"1",判決器輸出數(shù)字信號(hào)全部出錯(cuò)。這種現(xiàn)象稱為2PSK方式的"倒π"現(xiàn)象或"反相工作"。但在本次仿真中是直接給其同頻同相的載波信號(hào),所以不存在此問題。圖2-42PSK的相干解調(diào)原理圖圖2-5相干解調(diào)中各點(diǎn)波形圖圖中,假設(shè)相干載波的基準(zhǔn)相位與2PSK信號(hào)的基準(zhǔn)一致〔通常默認(rèn)為0相位。但是由于2PSK信號(hào)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(huì)造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)與發(fā)送的基帶信號(hào)正好相反,即"1"變成"0"嗎"0"變成"1",判決器輸出數(shù)字信號(hào)全部出錯(cuò)。這種現(xiàn)象稱為2PSK方式的"倒π"現(xiàn)象或"反相工作"。2PSK信號(hào)在一個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間Ts內(nèi)可以表示為u1T<t>發(fā)送"1"時(shí)ST<t>=uoT<t>=-u1T<t>發(fā)送"0"時(shí)期中Acosωct0<t<Tsu1T<t>=0其他設(shè)發(fā)送端發(fā)出的信號(hào)如上式所示,則接收端帶通濾波器輸出波形y<t>為[a+nc<t>]cosωct-ns<t>sinωct發(fā)送"1"時(shí)y<t>=[-a+nc<t>]cosωct-ns<t>sinωct發(fā)送"0"時(shí)y<t>經(jīng)過想干解調(diào)〔相乘—低通后,送入抽樣判決器的輸入波形為a+nc<t>發(fā)送"1"時(shí)x<t>=-a+nc<t>發(fā)送"0"時(shí)由于nc<t>是均值為0,方差為σ2的高斯噪聲,所以x<t>的一維概率密度函數(shù)為由最佳判決門限分析可知,在發(fā)送"1"和"0"概率相等時(shí),即P<1>=P<0>時(shí),最佳門限b*=0.此時(shí),發(fā)"1"而錯(cuò)判為"0"的概率為P<0/1>=P<x≦0>=∫0-∞f1<x>dx=1/2erfc<>式中：r=a2/2σ2n同理,發(fā)"0而錯(cuò)判為"1"的概率為P<1/0>=P<x＞0>=∫0-∞f0<x>dx=1/2erfc<>故2PSK信號(hào)相干解調(diào)系統(tǒng)的總誤碼率為Pe=P<1>P<0/1>+P<0>P<0/1>=1/2erfc<>在大信噪比<r>>1>的條件下,上式可近似為Pe≈e-r/22.基于matlab的2PSK的系統(tǒng)仿真通過編寫M文件程序：2PSK調(diào)制解調(diào)程序及注釋clearallclosealli=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(jī)序列,基帶信號(hào)figure<3>;stem<a>;st1=t;forn=1:10ifa<n><1;form=j/i*<n-1>+1:j/i*nst1<m>=0;endelseform=j/i*<n-1>+1:j/i*nst1<m>=1;endendendfigure<1>;subplot<411>;plot<t,st1>;title<'基帶信號(hào)st1'>;axis<[0,5,-1,2]>;%由于PSK中的是雙極性信號(hào),因此對(duì)上面所求單極性信號(hào)取反來與之一起構(gòu)成雙極性碼st2=t;fork=1:j;ifst1<k>>=1;st2<k>=0;elsest2<k>=1;endend;subplot<412>;plot<t,st2>;title<'基帶信號(hào)反碼st2'>;axis<[0,5,-1,2]>;st3=st1-st2;subplot<413>;plot<t,st3>;title<'雙極性基帶信號(hào)st3'>;axis<[0,5,-2,2]>;s1=sin<2*pi*fc*t>;subplot<414>;plot<s1>;title<'載波信號(hào)s1'>;e_psk=st3.*s1;figure<2>;subplot<511>;plot<t,e_psk>;title<'e_2psk'>;noise=rand<1,j>;psk=e_psk+noise;%加入噪聲subplot<512>;plot<t,psk>;title<'加噪后波形'>;psk=psk.*s1;%與載波相乘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'>;form=0:i-1;ifpsk<1,m*500+250><0;forj=m*500+1:<m+1>*500;psk<1,j>=0;endelseforj=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'>2DPSK調(diào)制解調(diào)程序及注釋clearallclosealli=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;forn=1:10ifa<n><1;form=j/i*<n-1>+1:j/i*nst1<m>=0;endelseform=j/i*<n-1>+1:j/i*nst1<m>=1;endendendfigure<1>;subplot<321>;plot<t,st1>;title<'絕對(duì)碼'>;axis<[0,5,-1,2]>;b=zeros<1,i>;%全零矩陣b<1>=a<1>;forn=2:10ifa<n>>=1;ifb<n-1>>=1b<n>=0;elseb<n>=1;endelseb<n>=b<n-1>;endendst1=t;forn=1:10ifb<n><1;form=j/i*<n-1>+1:j/i*nst1<m>=0;endelseform=j/i*<n-1>+1:j/i*nst1<m>=1;endendendsubplot<323>;plot<t,st1>;title<'相對(duì)碼st1'>;axis<[0,5,-1,2]>;st2=t;fork=1:j;ifst1<k>>=1;st2<k>=0;elsest2<k>=1;endend;subplot<324>;plot<t,st2>;title<'相對(duì)碼反碼st2'>;axis<[0,5,-1,2]>;s1=sin<2*pi*fc*t>;subplot<325>;plot<s1>;title<'載波信號(hào)s1'>;s2=sin<2*pi*fc*t+pi>;subplot<326>;plot<s2>;title<'載波信號(hào)s2'>;d1=st1.*s1;d2=st2.*s2;figure<2>;subplot<411>;plot<t,d1>;title<'st1*s1'>;subplot<412>;plot<t,d2>;title<'st2*s2'>;e_dpsk=d1+d2;subplot<413>;plot<t,e_dpsk>;title<'調(diào)制后波形'>;noise=rand<1,j>;dpsk=e_dpsk+noise;%加入噪聲subplot<414>;plot<t,dpsk>;title<'加噪聲后信號(hào)'>;dpsk=dpsk.*s1;%與載波s1相乘figure<3>;subplot<411>;plot<t,dpsk>;title<'與載波相乘后波形'>;[f,af]=T2F<t,dpsk>;%通過低通濾波器[t,dpsk]=lpf<f,af,B>;subplot<412>;plot<t,dpsk>;title<'低通濾波后波形'>;st=zeros<1,i>;%全零矩陣form=0:i-1;ifdpsk<1,m*500+250><0;st<m+1>=0;forj=m*500+1:<m+1>*500;dpsk<1,j>=0;endelseforj=m*500+1:<m+1>*500;st<m+1>=1;dpsk<1,j>=1;endendendsubplot<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>;forn=2:10;if<st<n>-st<n-1>><=0&&<st<n>-st<n-1>>>-1;dt<n>=0;elsedt<n>=1;endendst=t;forn=1:10ifdt<n><1;form=j/i*<n-1>+1:j/i*nst<m>=0;endelseform=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'>;%利用FFT計(jì)算信號(hào)的頻譜并與信號(hào)的真實(shí)頻譜的抽樣比較。%腳本文件T2F.m定義了函數(shù)T2F,計(jì)算信號(hào)的傅立葉變換。function[f,sf]=T2F<t,st>%ThisisafunctionusingtheFFTfunctiontocalculateasignal'sFourier%Translation%Inputisthetimeandthesignalvectors,thelengthoftimemustgreater%than2%Outputisthefrequencyandthesignalspectrumdt=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>%Thisfunctionfilteraninputdatausingalowpassfilter%Inputs:f:frequencysamples%sf:inputdataspectrumsamples%B:lowpass'sbandwidthwitharectanglelowpass%Outputs:t:timesamples%st:outputdata'stimesamplesdf=f<2>-f<1>;T=1/df;hf=ze