基于simulink通信建模課程設(shè)計(jì)邢浴勔

通信系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計(jì)2023級(jí)通信工程專業(yè)0813073班級(jí)題目基于SIMULINK的2DPSK頻帶傳輸系統(tǒng)的仿真姓名邢玉磊學(xué)號(hào)081307331指導(dǎo)教師胡娟、閆利超201目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一、任務(wù)書1二、二進(jìn)制差分相移鍵控〔2DPSK〕的理論分析1、調(diào)制原理1、解調(diào)原理2三、DPSK頻帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3四、SIMULINK下2DPSK系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3五、仿真結(jié)果分析7六、遇到的問題及解決的方法12七、結(jié)束語12八、指導(dǎo)教師評(píng)語12一、任務(wù)書試建立一個(gè)2DPSK頻帶傳輸模型，產(chǎn)生一段隨機(jī)的二進(jìn)制非歸零碼的基帶信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行2DPSK調(diào)制后再送入加性高斯白噪聲〔AWGN〕信道傳輸，在接收端對(duì)其進(jìn)行2DPSK解調(diào)以恢復(fù)原信號(hào)，觀察復(fù)原是否成功，改變AWGN信道的信噪比，計(jì)算傳輸前后的誤碼率，繪制信噪比-誤碼率曲線，并與理論曲線進(jìn)行比擬說明。另外，對(duì)發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)的功率譜進(jìn)行估計(jì)。二、二進(jìn)制差分相移鍵控〔2DPSK〕的理論分析2PSK信號(hào)中，相位變化是以未調(diào)載波的相位作為參考基準(zhǔn)的。由于載波恢復(fù)中相位有0、π模糊性，導(dǎo)致解調(diào)過程中出現(xiàn)“反相工作〞現(xiàn)象，恢復(fù)出的數(shù)字信號(hào)“1〞和“0〞的位置倒置，從而使2PSK難以實(shí)際應(yīng)用。為了克服此缺點(diǎn)，提出了二進(jìn)制差分相移鍵控〔2DPSK〕方式。2.1、調(diào)制原理2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化傳遞數(shù)字信息，所以又稱為相對(duì)相移鍵控。假設(shè)用表示本碼元與前一碼元的載波相位差，可以規(guī)定一種對(duì)應(yīng)關(guān)系：=0表示數(shù)字信息0=π表示數(shù)字信息1那么可以將一組二進(jìn)制數(shù)字信息序列表示成其對(duì)應(yīng)的2DPSK信號(hào)。例如：二進(jìn)制數(shù)字信息： 1 1 0 1 1 0 0 1 1 12DPSK信號(hào)或相位：〔0〕π 0 0 π 0 0 0 π 0 π或 〔π〕0 ππ 0 π 0 0 π 0 π其中括號(hào)里面的為參考相位。相應(yīng)的波形如圖〔1〕所示圖〔1〕2DPSK產(chǎn)生的方法：先對(duì)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，即把表示數(shù)字信息序列的絕對(duì)編碼變成相對(duì)碼〔差分碼〕，然后根據(jù)相對(duì)碼進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相，從而產(chǎn)生二進(jìn)制差分相移鍵控信號(hào)。2DPSK調(diào)制器原理框圖：開關(guān)電路Coswt Coswt 180°相移碼變換πS(t)圖〔2〕2DPSK信號(hào)調(diào)制原理框圖設(shè)絕對(duì)碼為{an}，相對(duì)碼為{bn}，那么二相差分編碼的邏輯關(guān)系為:2.2、解調(diào)原理2DPSK信號(hào)的解調(diào)方法有兩種：一種是相干解調(diào)〔極性比擬法〕，另一種是差分相干解調(diào)〔相位比擬法〕。①相干解調(diào)原理圖帶通濾波器相乘器帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器碼反變換器Coswt 定時(shí)脈沖圖〔3〕2DPSK相干解調(diào)原理圖帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器延遲ts帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器延遲ts輸入 a c d e 輸出b 定時(shí)脈沖圖〔4〕2DPSK差分相干解調(diào)原理圖③說明：本設(shè)計(jì)方案采取相干解調(diào)法。三、DPSK頻帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案由于實(shí)驗(yàn)要求產(chǎn)生一段隨機(jī)的二進(jìn)制非歸零碼的基帶信號(hào)，因此我們需要一個(gè)能產(chǎn)生二進(jìn)制基帶信號(hào)的信源進(jìn)行差分編碼，即把數(shù)字信息序列的絕對(duì)碼變成相對(duì)碼〔差分碼〕；調(diào)制方式我們選擇的是模擬調(diào)制法，因?yàn)檫@種方式在Matlab下的模塊尋找比擬方便，而且其實(shí)現(xiàn)相對(duì)于鍵控法較簡(jiǎn)單；解調(diào)方式我們選擇的是相干解調(diào)〔極性比擬法〕加碼反變換法，沒有選擇另外一種解調(diào)方法——差分相干解調(diào)〔相位比擬法〕是它的解調(diào)原理的不需要乘法器，只需要由收到的2DPSK信號(hào)延時(shí)一個(gè)碼元的間隔T,然后與2DPSK的信號(hào)本身相乘；信道我們用AWGNChannel信道，它只需通過一個(gè)加法器把噪聲與輸入信號(hào)共同在通過期間作用，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的加噪；抽樣判決器用TriggeredSubsystem和Relay這兩種器件來代替。四、SIMULINK下2DPSK系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇了BernoulliBinaryGenerator這個(gè)信號(hào)產(chǎn)生器，它能產(chǎn)生二進(jìn)制的數(shù)字基帶信號(hào)。然后用LogicalOperator和UnitDelay共同作用實(shí)現(xiàn)把二進(jìn)制基帶信號(hào)變成單極性傳號(hào)差分碼，然后再通過DataTypeConversion這個(gè)器件實(shí)現(xiàn)是由單極性傳號(hào)差分碼變成單極性不歸零碼。接著器件UnipolartoBipolarConverter把單極性不歸零碼變?yōu)殡p極性不歸零碼。這是我們已經(jīng)把信息序列的絕對(duì)碼變成了相對(duì)碼。然后產(chǎn)生的信號(hào)與由SineWave產(chǎn)生的載波信號(hào)在乘法器Product的共同作用下輸出信號(hào)，這就是我們要找的2DSPK調(diào)制信號(hào)。同時(shí)為了得到2DPSK信號(hào)的調(diào)制波形與其頻譜波形，我們把其輸出終端分別接到Scope和頻譜分析模塊。接著對(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，為了方便之后我們參加加性高斯白信道噪聲，因此把輸出段和Sum這個(gè)器件相連接，然后再經(jīng)過一個(gè)帶通濾波器的濾波作用，把冗余的波濾除，然后在乘法器中與由SineWave產(chǎn)生的載波相互作用，其之后產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過低通濾波器的處理，然后再經(jīng)過抽樣判決器。同時(shí)在這樣過程中，我們要對(duì)抽樣判決器輸入一個(gè)定時(shí)脈沖，其由器件PulseGenerator產(chǎn)生，然后我們對(duì)通過這個(gè)組合器件產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行反向編碼，也就是通常所說的“解碼〞，同樣要用LogicalOperator和UnitDelay實(shí)現(xiàn)，其編排的順序和進(jìn)行調(diào)制時(shí)編碼的順序正好相反，然后對(duì)進(jìn)行反向編碼后的信號(hào)用器件DataTypeConversion進(jìn)行處理，使其為雙極性不歸零碼，這樣整個(gè)相調(diào)的過程就根本上告一段落了，為了和調(diào)制前的信號(hào)相比擬，也要把輸出的信號(hào)連接到Scope上已顯示其波形并和調(diào)制前波形進(jìn)行比照。為了驗(yàn)證在給電路通入加性高斯白信道噪聲后，對(duì)于波形的解調(diào)是不是成功，在通過Sum把調(diào)制信號(hào)接入帶通濾波器的同時(shí)，我們?cè)诖颂庉斎胗蒅aussianNoiseGenerator產(chǎn)生的高斯白噪聲，以觀察其對(duì)于信號(hào)解調(diào)的影響，為了對(duì)由此造成的誤碼率有一個(gè)比擬直觀的視覺效果，在經(jīng)過解碼器的反向解碼后，再把輸出的波形經(jīng)過Zero-OrderHold的處理，這時(shí)把不經(jīng)調(diào)制由BernoulliBinaryGenerator產(chǎn)生的二進(jìn)制基帶信號(hào)同時(shí)輸入到器件ErrorRateCalculation當(dāng)中，最后在再把處理過的信號(hào)通過Display顯示出來。通過這個(gè)器件我們可以讀出在參加了加性高斯白信道噪聲后由復(fù)原出的信號(hào)的誤碼率。在UnipolartoBipolarConverter中，為了得到二進(jìn)制的雙極性不歸零碼，需要對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如圖〔5〕所示：圖〔5〕把M-arynumber一欄中的數(shù)字改為2，極性設(shè)置為Positive，便得到我們需要的二進(jìn)制碼，然后點(diǎn)擊OK保存。在LogicalOperator中對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如圖〔6〕所示：圖〔６〕對(duì)于DataTypeConversion的設(shè)置如圖〔７〕所示：圖〔７〕帶通濾波器的參數(shù)設(shè)置如圖〔８〕所示：圖〔８〕低通濾波器的參數(shù)設(shè)置如圖〔９〕所示：圖〔9〕脈沖定時(shí)器的參數(shù)如圖〔10〕所示：圖〔10〕系統(tǒng)模塊圖〔11〕如下：圖〔11〕五、仿真結(jié)果分析在沒有參加加性高斯白噪聲之前的波形圖如圖〔12〕所示：圖〔12〕在參加高斯白噪聲之后波形圖如〔13〕圖所示：圖〔13〕以上兩圖，由上至下分別為載波反射器Sivewave產(chǎn)生的波形，伯努利二進(jìn)制信號(hào)發(fā)生器BernoulliBinaryGenerator產(chǎn)生的波形，調(diào)制后輸出不加噪〔加噪〕的輸出波形，加噪〔不加噪〕后通過低通濾波器的輸出波形，加噪〔不加噪〕解調(diào)后的輸出波形。誤碼率通過Display直觀的顯示出來，如圖〔14〕所示：圖〔14〕產(chǎn)生誤碼的原因：由于參加了加性高斯白噪聲，對(duì)于信道產(chǎn)生了一定的影響，使信號(hào)在傳輸?shù)倪^程產(chǎn)生了一定的譯碼偏差，從而使得結(jié)果出現(xiàn)了局部錯(cuò)碼。將頻譜分析模塊加到電路中，然后對(duì)器件進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。器件Zero-OrderHold參數(shù)設(shè)置如圖〔15〕所示：圖〔15〕器件SpectrumScope的參數(shù)如圖〔16〕所示：圖〔16〕由BernoulliBinaryGenerator產(chǎn)生的伯努利二進(jìn)制基帶信號(hào)的功率譜如圖〔17〕所示：圖〔17〕將頻譜分析模塊〔其參數(shù)設(shè)置同上〕參加到解調(diào)電路輸入端，其頻譜如下列圖〔18〕所示：圖〔18〕把頻譜分析模塊〔其參數(shù)設(shè)置同上〕參加到經(jīng)2DPSK解調(diào)后的信號(hào)處，其頻譜圖如下列圖〔19〕所示：圖〔19〕信噪比-誤碼率的理論曲線如下列圖〔20〕所示：圖〔20〕信噪比-誤碼率的實(shí)際波形曲線如下列圖〔21〕所示：圖〔21〕六、遇到的問題及解決的方法問題一：在尋找抽樣判決器時(shí)，一直未找到，后來才覺察器件庫中沒有能直接實(shí)現(xiàn)抽樣判決的器件。解決方法：找到了TriggeredSubsystem和Relay這兩個(gè)器件的組合作用可以實(shí)現(xiàn)抽樣判決的功能。問題二：在完成對(duì)器件圖的構(gòu)造后，運(yùn)行發(fā)現(xiàn)誤碼率始終無法顯示。解決方法：重新調(diào)出一些需要設(shè)置參數(shù)的器件，觀察其參數(shù)設(shè)置不合理，改之，使其Sampletime皆為1e-3，最后Display出現(xiàn)讀數(shù)。問題三：在沒有參加加性高斯白噪聲時(shí)誤碼率不為0.解決方法：沒有參加噪聲時(shí)出現(xiàn)誤碼率，是由于誤碼器參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤的原因。將基帶信號(hào)與解調(diào)信號(hào)進(jìn)行比照，可發(fā)現(xiàn)信號(hào)經(jīng)傳輸后有2個(gè)單位的延遲，故將誤碼率計(jì)算模塊中Receivedelay中應(yīng)設(shè)置為2，再次運(yùn)行simulink，誤碼率顯示模塊中顯示誤碼率為零。問題四：把頻譜分析模塊加到電路中觀察信號(hào)的頻譜圖，得到結(jié)果與實(shí)際差距過大。解決方法：頻譜分析模塊中SpectrumScope參數(shù)設(shè)置不合理，把AxisProperties下的Frequencyrange改為[-Fs/2…Fs/2]。七、結(jié)束語通過一周的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，作出了這次課程設(shè)計(jì)。開始的時(shí)候做的還算順利，到仿真系統(tǒng)的時(shí)候，就亂了手腳。面對(duì)simulink這個(gè)不太熟悉的工具，要做出系統(tǒng)的仿真，真是一件難事。于是通過努力學(xué)習(xí)simulink，終于做出本設(shè)計(jì)的仿真，總是達(dá)不到差分編碼的效果，各局部出錯(cuò)。當(dāng)各種錯(cuò)誤被糾正后，終于到達(dá)了理想的差分碼，同時(shí)也熟悉了simulink的根本功能模塊。做出差分碼，后面的仿