采用2DPSK調(diào)制的數(shù)字通信系統(tǒng)仿真設計

1、采用 2DPSK 調(diào)制的數(shù)字通信系統(tǒng)仿真設計一、實驗原理差分編碼移相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),因而在實際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中得到廣泛的應用。采用 2DPSK 調(diào)制的數(shù)字通信系統(tǒng)系統(tǒng)整體框圖如圖1所示 圖1 系統(tǒng)整體框圖 1、信道編碼（漢明碼）漢明碼是一種能糾一位錯的線性分組碼，由于它的編譯碼簡單，在數(shù)據(jù)通信和計算機存儲系統(tǒng)中廣泛應用。設原代碼的碼長為 k比特，附加糾錯編碼部分為r比特，當碼字長度n = 2 r -1，r=n-k，r = 1 ，2 時就稱這種線性分組碼為漢明碼。其基本原理是，將信息碼元與監(jiān)督

2、碼元通過線性方程式聯(lián)系起來，每一個監(jiān)督位被編在傳輸碼字的特定比特位置上。 2、2DPSK信號的調(diào)制2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對載波相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。例如，假設相位值用相位偏移表示（定義為本碼元初相與前一碼元初相只差），并設=數(shù)字信息1=0數(shù)字信息0則數(shù)字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關系可舉例表示如如下：數(shù)字信息： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 12DPSK信號相位：0 0 0 0 0 0 或 0 0 0 0 0畫出的2PSK及DPSK信號的波形如圖2-1所示。圖2 2PSK及2DPSK信號的波形2DPSK的產(chǎn)生基本類似于2PSK，只是調(diào)制信號需要經(jīng)過碼型變

3、換，將絕對碼變?yōu)橄鄬Υa。2DPSK產(chǎn)生的原理框圖如圖2-2所示1，圖（a）為模擬調(diào)制法，圖（b）為鍵控法。（a）模擬調(diào)制法 （b）鍵控法圖3 2DPSK信號的調(diào)制原理圖3、信道噪聲信道噪聲能夠干擾通信效果，降低通信的可靠性。在通信系統(tǒng)的理論分析中常常用到的噪聲有：白噪聲，高斯噪聲，高斯型白噪聲，窄帶高斯噪聲，正弦信號加窄帶高斯噪聲。此次仿真中加入信道的噪聲為高斯白噪聲。所謂高斯白噪聲是指幅度分布服從高斯分布，且功率譜密度又是均勻分布的噪聲。4、2DPSK信號的解調(diào)2DPSK信號可以采用相干解調(diào)法（極性比較法）和差分相干解調(diào)法（相位比較法）。本次實驗采用相干解調(diào)法，圖4為相干解調(diào)法，解調(diào)器原理圖

4、和解調(diào)過程各點時間波形如圖4和5所示。其解調(diào)原理是：先對2DPSK信號進行相干解調(diào)，恢復出相對碼，再通過碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復出發(fā)送的二進制數(shù)字信息。在解調(diào)過程中，若相干載波產(chǎn)生180o相位模糊，解調(diào)出的相對碼將產(chǎn)生倒置現(xiàn)象，但是經(jīng)過碼反變換器后，輸出的絕對碼不會發(fā)生任何倒置現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊的問題。 圖4 相干解調(diào)法解調(diào)器原理圖 圖5 解調(diào)過程各點時間波形二、程序源代碼clear;t0=0.15;ts=0.001;fc=200;snr=10;fs=1/ts;df=0.2;t=ts:ts:t0;snr_lin=10(snr/10);y=;nm=length(t);%生成2D

5、PSKbn=;bn(1)=1;%bn是差分碼，設bn的第一個符號為1for i=1:10 x=rand; if x>=0.5 m(i)=1; else m(i)=0; end bn(i+1)=xor(m(i),bn(i); for j=1:15 l=(i-1)*15+j; c(l)=cos(2*pi*fc*t(l); c1(l)=cos(2*pi*fc*t(l)+pi); if m(i)=1; mi(l)=1; else mi(l)=0; end if bn(i+1)=1; bn1(l)=1; y(l)=c(l); else bn1(l)=0; y(l)=c1(l); end enden

6、d%加噪聲signal_power=spower(y(1:length(t); % power in modulated signalnoise_power=signal_power/snr_lin; % compute noise powernoise_std=sqrt(noise_power); % compute noise standard deviationnoise=noise_std*randn(1,length(y); % generate noiser=y+noise; % add noise to the modulated signal%時域頻域轉(zhuǎn)換m=mi;M,m,df

7、1=fftseq(m,ts,df);M=M*ts;BN1,bn1,df1=fftseq(bn1,ts,df);BN1=BN1*ts;f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2;Y,y,df1=fftseq(y,ts,df);Y=Y*ts;C,c,df1=fftseq(c,ts,df);C=C*ts;R,r,df1=fftseq(r,ts,df);R=R*ts;NOISE,noise,df1=fftseq(noise,ts,df);NOISE=NOISE*ts;%解調(diào)f_cutoff=70;n_cutoff=floor(70/df1);H=zeros(size(f);H(1:n

8、_cutoff)=2*ones(1,n_cutoff);H(length(f)-n_cutoff+1:length(f)=2*ones(1,n_cutoff);yy=r.*c;YY,yy,df1=fftseq(yy,ts,df);YY=YY*ts;DEM=H.*YY;%濾波dem=real(ifft(DEM)/fs;dem=dem(1:length(t);ytemp=dem;y1=ytemp;for i=(1:length(t);% 判決，得到解調(diào)結果 if y1(1,i)>0; y1(1,i)=1; else y1(1,i)=0; end;end;for i=(1:10);%碼反變換

9、k=y1(i-1)*15+1:i*15); if mean(k)>0.5; y2(i)=1; else y2(i)=0; end endy3(1)=xor(y2(1),1);for i=(2:10); y3(i)=xor(y2(i-1),y2(i);endfor i=(1:10); for j=(1:15); l=(i-1)*15+j; if y3(i)=1; yout(l)=1; else yout(l)=0; end end end Y1,y1,df1=fftseq(y1,ts,df);Y1=Y1*ts;YOUT,yout,df1=fftseq(yout,ts,df);YOUT=YO

10、UT*ts;pause;%仿真pause;figure(1);subplot(3,2,1);plot(t,mi(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel('Time');title('源信號波形');subplot(3,2,2);plot(f,abs(fftshift(M);xlabel('Frequency'); title('源信號頻譜');subplot(3,2,3);plot(t,bn1(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel('

11、Time');title('碼變換后波形');subplot(3,2,4);plot(f,abs(fftshift(BN1);xlabel('Frequency');title('碼變換后頻譜');subplot(3,2,5);plot(t,c(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel('Time');title('載波波形');subplot(3,2,6);plot(f,abs(fftshift(C);xlabel('Frequency');tit

12、le('載波頻譜');pause;figure(2);subplot(3,2,1);plot(t,noise(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel('Time');title('噪聲波形');subplot(3,2,2);plot(f,abs(fftshift(NOISE);xlabel('Frequency');title('噪聲頻譜');subplot(3,2,3);plot(t,y(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel

13、('Time');title('未加噪聲調(diào)制波形');subplot(3,2,4);plot(f,abs(fftshift(Y);xlabel('Frequency'); title('未加噪聲調(diào)制頻譜');subplot(3,2,5);plot(t,r(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel('Time');title('加噪聲調(diào)制波形');subplot(3,2,6);plot(f,abs(fftshift(R);xlabel('Frequen

14、cy'); title('加噪聲調(diào)制頻譜');pause;figure(3);subplot(3,2,1);plot(t,yy(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel('Time');title('相干解調(diào)后波形');subplot(3,2,2);plot(f,abs(fftshift(YY);xlabel('Frequency'); title('相干解調(diào)后頻譜');subplot(3,2,3);plot(t,dem(1:length(t);grid;xlabe

15、l('Time');title('低通后波形');subplot(3,2,4);plot(f,abs(fftshift(DEM);xlabel('Frequency'); title('低通后頻譜');subplot(3,2,5);plot(t,y1(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel('Time');title('抽樣判決后波形');subplot(3,2,6);plot(f,abs(fftshift(Y1);xlabel('Frequenc

16、y'); title('抽樣判決后頻譜');pause;figure(4);subplot(2,2,1);plot(t,yout(1:length(t);grid;axis(0 0.15 -2 2);xlabel('Time');title('碼反變換后波形');subplot(2,2,2);plot(f,abs(fftshift(YOUT);xlabel('Frequency'); title('碼反變換后頻譜');subplot(2,2,3);plot(t,mi(1:length(t);grid;axi

17、s(0 0.15 -2 2);xlabel('Time');title('源信號波形');subplot(2,2,4);plot(f,abs(fftshift(M);xlabel('Frequency'); title('源信號頻譜');fftseq.m程序function M,m,df=fftseq(m,ts,df) % M,m,df=fftseq(m,ts,df)% M,m,df=fftseq(m,ts)%FFTSEQ generates M, the FFT of the sequence m.% The sequence

18、is zero padded to meet the required frequency resolution df.% ts is the sampling interval. The output df is the final frequency resolution.% Output m is the zero padded version of input m. M is the FFT.fs=1/ts;if nargin = 2 n1=0;else n1=fs/df;endn2=length(m);n=2(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2);M=fft(m

19、,n);m=m,zeros(1,n-n2);df=fs/n;spower.m程序function p=spower(x)% p=spower(x)%SPOWER returns the power in signal xp=(norm(x)2)/length(x);3、 實驗結果（含仿真圖形輸出）及分析；2DPSK調(diào)制和解調(diào)各環(huán)節(jié)仿真波形如下各圖所示。 圖源信號、碼變換后、載波時間波形和頻譜源信號是隨機產(chǎn)生二進制碼元，載波頻為fc=200Hz，幅度為的余弦波，源信號經(jīng)過碼變換（差分編碼）產(chǎn)生碼變換后信號，各時間波形和頻譜如圖所示。 圖 噪聲、未加噪聲調(diào)制、加噪聲調(diào)制時間波形和頻譜源信號經(jīng)過2DPSK調(diào)制后產(chǎn)生調(diào)制波信號，從頻域上看是源信號中心頻率經(jīng)調(diào)制后搬移到了載波頻率上。調(diào)制后的信號時間波形由兩種相位不同的波形組成，當源信號為時，2DPSK信號相位反轉(zhuǎn)，當源信