基于matlab的相移鍵控系統(tǒng)仿真

1、江西農業(yè)大學課程設計報告 江西農業(yè)大學通信原理課程設計報告課題名稱 基于Matlab的相移鍵控仿真設計班 級 信工1301 學 號 20133332 姓 名 權俊男 2O16 年 6 月基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真摘要：現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠、通信容量大、傳輸質量好，作為其關鍵技術之一的調制技術一直是研究的一個重要方向。本設計主要敘述了數(shù)字信號的調制方式，介紹了2PSK數(shù)字調制方式的基本原理，功率譜密度，并運用MATLAB軟件對數(shù)字調制方式2PSK進行了編程仿真實現(xiàn)，在MATLAB平臺上建立2PSK和2DPSK調制技術的仿真模型。進一步學習了MATLAB編程軟件，將MATLA

2、B與通信系統(tǒng)中數(shù)字調制知識聯(lián)系起來，為以后在通信領域學習和研究打下了基礎在計算機上，運用MATLAB軟件來實現(xiàn)對數(shù)字信號調制技術的仿真。關鍵詞：數(shù)字調制與解調；MATLAB；2PSK；2DPSK；第1章 緒論1.1 調制方式 數(shù)字通信系統(tǒng), 按調制方式可以分為基帶傳輸和帶通傳輸。數(shù)字基帶信號的功率一般處于從零開始到某一頻率（如06M）低頻段，因而在很多實際的通信（如無線信道）中就不能直接進行傳輸，需要借助載波調制進行頻譜搬移，將數(shù)字基帶信號變換成適合信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號進行傳輸，這種傳輸方式，稱為數(shù)字信號的頻帶傳輸或調制傳輸、載波傳輸。所謂調制，是用基帶信號對載波波形的某參量進行控制，使該參

3、量隨基帶信號的規(guī)律變化從而攜帶消息。對數(shù)字信號進行調制可以便于信號的傳輸；實現(xiàn)信道復用；改變信號占據(jù)的帶寬；改善系統(tǒng)的性能。數(shù)字基帶通信系統(tǒng)中四種基本的調制方式分別稱為振幅鍵控（ASK，Amplitude-Shift keying）、移頻鍵控（ FSK，F(xiàn)requency-Shift keying）、移相鍵控(PSK，Phase-Shift keying )和差分移相鍵（DPSK，Different Phase-Shift keying）。本次課程設計對PSK,DPSK這兩種調制方式進行了仿真。1.2 設計要求1.2.1 設計內容用MATLAB完成對2PSK、2DPSK的調制與解調仿真電路設計

4、，并對仿真結果進行分析，可編寫程序，也可硬件設計框圖1.2.2 設計參數(shù)（參數(shù)可以自行設置）1、傳輸基帶數(shù)字信號（15位） 碼元周期T=0.01S2、載波頻率：15KHz1.2.3 設計儀器計算機和MATLAB軟件第2章 2PSK,2DPSK原理2.1 2PSK原理2.1.1 2PSK基本原理二進制移相鍵控，簡記為2PSK或BPSK。2PSK信號碼元的“0”和“1”分別用兩個不同的初始相位“0”和“”來表示，而其振幅和頻率保持不變.因此，2PSK信號的時域表達式為:(t)=Acost+) 其中，表示第n個符號的絕對相位：= 因此，上式可以改寫為: 這種以載波的不同相位直接表示相應二進制數(shù)字信號

5、的調制方式,稱為二進制移相鍵控方式。二進制移相鍵控信號的典型時間波形如圖2-1。圖2-1 二進制相移鍵控信號的時間波形2.1.2 2PSK調制原理在二進制數(shù)字調制中，當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進制移相鍵控(2PSK)信號。2PSK信號調制有兩種方法，即模擬調制法和鍵控法。通常用已調信號載波的 0°和 180°分別表示二進制數(shù)字基帶信號的 1 和 0，模擬調制法用兩個反相的載波信號進行調制。2PSK以載波的相位變化作為參考基準的，當基帶信號為0時相位相對于初始相位為0°，當基帶信號為1時相對于初始相位為180°。鍵控法，是用載

6、波的相位來攜帶二進制信息的調制方式。通常用0°和180°來分別代表0和1。其時域表達式為：其中，2PSK的調制中an必須為雙極性碼。兩種方法原理圖分別如圖2-2和圖2-3所示。圖2-2 模擬調制原理圖圖 2-3 鍵控法原理圖2.1.3 2PSK解調原理由于2PSK的幅度是恒定的，必須進行相干解調。經(jīng)過帶通濾波的信號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，負抽樣值判為0。2PSK信號的相干解調原理圖如圖2-4所示，各點的波形如圖2-5所示。由于2PSK信號的載波回復過程中存在著180°的相位模

7、糊，即恢復的本地載波與所需相干載波可能相同，也可能相反，這種相位關系的不確定性將會造成解調出的數(shù)字基帶信號與發(fā)送的基帶信號正好相反，即“1”變成“0”嗎“0”變成“1”，判決器輸出數(shù)字信號全部出錯。這種現(xiàn)象稱為2PSK方式的“倒”現(xiàn)象或“反相工作”。 圖 2-4 2PSK的相干解調原理圖圖 2-5 相干解調中各點波形圖2.2 2DPSK原理2.2.1 2DPSK基本原理二進制差分相移鍵控常簡稱為二相相對調相，記為2DPSK。它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數(shù)字信息。所謂相對載波相位是只本碼元初相與前一碼元初相之差。傳輸系統(tǒng)中要保證信息的有效傳輸就必須

8、要有較高的傳輸速率和很低的誤碼率。在傳輸信號中，2PSK信號和2ASK及2FSK信號相比，具有較好的誤碼率性能，但是，在2PSK信號傳輸系統(tǒng)中存在相位不確定性，并將造成接收碼元“0”和“1”的顛倒，產(chǎn)生誤碼。為了保證2PSK的優(yōu)點，又不會產(chǎn)生誤碼，將2PSK體制改進為二進制差分相移鍵控（2DPSK），及相對相移鍵控。2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。現(xiàn)假設用表示本碼元初相與前一碼元初相之差，并規(guī)定：0表示0碼，表示1碼。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2PSK信號是用載波的不同相位直接去表示相應的數(shù)字信號而得出的，在接收端只能采用相

9、干解調，它的時域波形圖見圖2-6。圖2-6 2DPSK信號波形圖2.2.2 2DPSK調制原理二進制差分相移鍵控。2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表示數(shù)字信息。假設前后相鄰碼元的載波相位差為，可定義一種數(shù)字信息與之間的關系為：為前一碼元的相位。實現(xiàn)二進制差分相移鍵控的最常用的方法是：先對二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼，然后對變換出的差分碼進行絕對調相即可。2DPSK調制原理圖如圖2-7所示。 圖2-7 2DPSK調制原理框圖2.2.3 2DPSK解調原理2DPSK信號解調有相干解調方式和差分相干解調。用差分相干解調這種方法解調時不需要恢復本地載波，只要將DPSK信號精確地延遲

10、一個碼元時間間隔，然后與DPSK信號相乘，相乘的結果就反映了前后碼元的相對相位關系，經(jīng)低通濾波后直接抽樣判決即可恢復出原始的數(shù)字信息，而不需要在進行差分解碼。相干解調碼變換法及相干解調法的解調原理是，先對2DPSK信號進行相干解調，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。在解調過程中，若相干載波產(chǎn)生相位模糊，解調出的相對碼將產(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。本次設計采用相干解調。兩種解調方式的原理圖如圖2-8和圖2-9所示。2DPSK相干解調各點波形圖如圖 2-10所示。圖 2-8 2DPSK

11、差分相干解調原理圖圖 2-9 2DPSK相干解調原理圖第3章 實驗過程3.1 2PSK仿真部分3.1.1 2PSK仿真圖用MATLAB搭建好的2PSK仿真圖如下：圖3-12PSK仿真圖3.1.2 2PSK模塊的參數(shù)設置：1）相乘模塊圖3-2 相乘器參數(shù)設置2）低通濾波器模塊圖3-3 濾波器其參數(shù)設置3）抽樣判決模塊圖3-4 pulse generator 參數(shù)設置3.2 2DPSK仿真部分3.2.1 2DPSK仿真圖用MATLAB搭建好的2DPSK仿真圖如下：圖3-5 2DPSK仿真圖2.2.2 2DPSK模塊的參數(shù)設置：載波模塊圖3-6 載波參數(shù)設置2）乘法器模塊圖3-7 乘法器參數(shù)設置3）

12、基帶模塊圖3-8 基帶信號參數(shù)設置4）Unipolar to Bipolar Converte模塊圖3-9 Unipolar to Bipolar Converter參數(shù)設置5）碼變換模塊圖3-10 Logical Operator參數(shù)設置圖3-11 Unit Delay參數(shù)設置圖3-12 Data Type Conversion參數(shù)設置6）濾波器模塊圖3-13 帶通濾波器參數(shù)設置圖3-14 低通濾波器參數(shù)設置第4章 仿真結果4.1 2PSK仿真結果圖4-1 2PSK電路仿真波形4.2 2DPSK仿真結果圖4-2 2DPSK電路仿真波形附錄：通過編寫M文件程序：2PSK調制解調程序及注釋cle

13、ar allclose alli=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);    %隨機序列,

14、基帶信號figure(3);stem(a);st1=t;for n=1:10    if a(n)<1;        for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n            st1(m)=0;        end &

15、#160;  else        for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n            st1(m)=1;        end    endendfigure(1);subplot(411);plot(t,st1);title(

16、'基帶信號st1');axis(0,5,-1,2);%由于PSK中的是雙極性信號，因此對上面所求單極性信號取反來與之一起構成雙極性碼st2=t; for k=1:j; if st1(k)>=1; st2(k)=0; else st2(k)=1; endend;subplot(412);plot(t,st2);title('基帶信號反碼st2');axis(0,5,-1,2);st3=st1-st2;subplot(413);plot(t,st3);title('雙極性基帶信號st3');axis(0,5,-2,2);s1=sin(2*pi*

17、fc*t);subplot(414);plot(s1);title('載波信號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,ps

18、k); %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');for m=0:i-1; if psk(1,m*500+250)<0; for j=m*500+1:(m+1)*500; psk(1,j)=0; end else for j=m*500+1:(m+1)*500; psk(1,j)=1; end endendsubplot(515);plot(t,psk);axis(0,5,-1,2);title('抽樣判決后波形')2DPSK調制解調程序及注釋clear

19、60;allclose alli=10;j=5000;fc=4;                     %載波頻率fm=i/5;                    %碼元速率

20、B=2*fm;t=linspace(0,5,j);a=round(rand(1,i);figure(4);stem(a);st1=t;for n=1:10    if a(n)<1;        for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n            st1(m)=0;   &

21、#160;    end    else        for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n            st1(m)=1;        end    endendfi

22、gure(1);subplot(321);plot(t,st1);title('絕對碼');axis(0,5,-1,2);b=zeros(1,i);                 %全零矩陣b(1)=a(1);for n=2:10    if a(n)>=1;       &

23、#160;if b(n-1)>=1            b(n)=0;        else            b(n)=1;        end  &#

24、160; else        b(n)=b(n-1);    endendst1=t;for n=1:10    if b(n)<1;        for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n         

25、60;  st1(m)=0;        end    else        for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n            st1(m)=1;        end    endendsubplot(323);plot(t,st1);title('相對碼st1');axis(0,5,-1,2);st2=t;   for k=1:j;    if st1(k)>=1;        st2(k)=0;