2PSK仿真課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目2PSK 調(diào)制解調(diào)器的建模與仿真姓名學(xué)號專業(yè)班級指導(dǎo)教師時(shí)間2015年1月10日1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書班級姓名題目2PSK 調(diào)制解調(diào)器的建模與仿真課程設(shè)計(jì)的目的1. 通過利用 matlab 對數(shù)字通信相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)， 熟悉數(shù)字通信的相關(guān)理論；設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)要求2. 更好的了解數(shù)字通信的相關(guān)知識，提高分析問題、查閱資料、自主設(shè)計(jì)等各方面能力。課程設(shè)計(jì)的要求1. 產(chǎn)生一組 20 位以上隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號（雙極性） ；2. 產(chǎn)生載波信號，載波周期與碼元寬度相同且均為1；3. 實(shí)現(xiàn)基于 MATLAB仿真 2PSK調(diào)制與解調(diào)；4. 通過巴特沃斯低通濾波器，根據(jù)位同步信號進(jìn)行抽樣判決

2、；5. 各階段信號頻譜分析、誤碼率并給出仿真結(jié)果；設(shè)計(jì)進(jìn)度安排或工作計(jì)劃其它2014.12.30 2014.12.31： 熟悉課題，查詢相關(guān)資料，完成方案選擇；2015.1.22015.1.6： 設(shè)計(jì)模塊劃分、實(shí)現(xiàn)及各模塊調(diào)試、驗(yàn)證；2015.1.72015.1.8：設(shè)計(jì)整體實(shí)現(xiàn)、調(diào)試及驗(yàn)證，并開始撰寫報(bào)告；2015.1.92015.1.10：設(shè)計(jì)完成，課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫并定稿，上交。認(rèn)真閱讀數(shù)字通信課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫規(guī)范；課題小組經(jīng)協(xié)商好要指定組長并明確分工，形成良好團(tuán)隊(duì)工作氛圍；基于課題基本要求，各小組與指導(dǎo)老師討論，再將課題細(xì)化、增加要求；課題小組每個(gè)成員均需各自撰寫一份課程設(shè)計(jì)報(bào)告。I2P

3、SK調(diào)制解調(diào)器的建模與仿真摘要數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，數(shù)字信號對高頻載波進(jìn)行調(diào)制，變?yōu)轭l帶信號，通過信道傳輸，在接收端解調(diào)后恢復(fù)成數(shù)字信號，由于大多數(shù)實(shí)際信號都是帶通型的，所以必須先用數(shù)字頻帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，形成數(shù)字調(diào)制信號再進(jìn)行傳輸，因此，調(diào)制解調(diào)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代通信的重要手段。數(shù)字調(diào)制地實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)了通信的飛速發(fā)展。研究數(shù)字通信調(diào)制理論，提供有效調(diào)制方法有著重要意義。實(shí)現(xiàn)調(diào)試解調(diào)的方法有很多種，本文應(yīng)用了鍵控法產(chǎn)生調(diào)制與解調(diào)信號。數(shù)字相位調(diào)制又稱相移鍵控記作 PSK(Phase Shift Keying)，二進(jìn)制相移鍵控記作 2PSK，它們是利用載波振蕩相位的變化來傳送數(shù)字信號的，在二進(jìn)制數(shù)字解調(diào)

4、中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號離散變化， 則就產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控 2PSK 信號。重點(diǎn)介紹了 2PSK 的調(diào)制與解調(diào)的工作原理， 以及通過 MATLAB 進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真， 并且分析了各階段信號的頻譜及誤碼率。關(guān)鍵詞數(shù)字調(diào)制與解調(diào)； 2PSK；MATLAB仿真II目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 .I摘要 .II1 設(shè)計(jì)概述 .11.1設(shè)計(jì)背景 .11.2設(shè)計(jì)目的 .11.3設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 .12 設(shè)計(jì)原理 .22.12PSK 數(shù)字調(diào)制過程分析 .22.22PSK 數(shù)字解調(diào)過程分析 .32.32PSK 相干解調(diào)系統(tǒng)性能分析 .43 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) .53.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 .53.2 M 文件下仿真設(shè)計(jì)思路

5、及過程 .53.2.1 2PSK 調(diào)制部分 .53.2.2 2PSK 解調(diào)部分 .63.3Simulink 下的仿真 .63.3.1 仿真模型建立 .63.3.2 參數(shù)的設(shè)置 .73.3.3 仿真結(jié)果 .73.3.4 仿真結(jié)果分析 .84M 文件仿真結(jié)果 .94.12PSK 調(diào)制、解調(diào)系統(tǒng)信號波形圖 .94.22PSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)頻譜分析 .114.3各階段功率譜密度分析及誤碼率 .13參考文獻(xiàn) .15附錄 .161 設(shè)計(jì)概述1.1 設(shè)計(jì)背景當(dāng)今社會已經(jīng)步入信息時(shí)代，在各種信息技術(shù)中，信息的傳輸及通信起著支撐作用。而對于信息的傳輸，數(shù)字通信已經(jīng)成為重要的手段。因此，數(shù)字信號的調(diào)制就顯得非常重

6、要。數(shù)字信號的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸，在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)信道具有帶通特性而不能直接傳輸基帶信號。 為了使數(shù)字信號在帶通信道中傳輸， 必須使用數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號控制載波，把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制。通常使用鍵控法來實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，比如對載波的振幅、 頻率和相位進(jìn)行鍵控。 在這三種調(diào)制的基礎(chǔ)上為了得到更高的效果也出現(xiàn)了很多其他的調(diào)制方式，如： DPSK，MASK ，MFSK ，MPSK ，APK 。它們其中有的一些是將基本的調(diào)制方式用在多進(jìn)制上或者引入了一些新的方式來解決基本調(diào)制的一些問題如相位模糊和無法提取位

7、定時(shí)信號， 另外一些是由多種基本的調(diào)制方式組合來達(dá)到更好的效果。數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)性能的好壞取決于傳輸信號的誤碼率，而誤碼率不僅僅與信道、接收方法有關(guān)還和發(fā)送端所采用的調(diào)制方式有很大的關(guān)系。我們研究的 ASK ，F(xiàn)SK，PSK等就主要是發(fā)送方的基本調(diào)制方式。本設(shè)計(jì)主要對 2PSK 信號的原理及其相干解調(diào)系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析和仿真，這樣能讓我們對數(shù)字調(diào)制方式有一個(gè)更清楚的認(rèn)識。1.2 設(shè)計(jì)目的2PSK 數(shù)字調(diào)相技術(shù)由于其抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)簡單，而被廣泛應(yīng)用于各種通信中。本題目要求學(xué)生進(jìn)行2PSK 信號的產(chǎn)生及譜分析，達(dá)到以下目的：1.通過利用 MATLAB 對數(shù)字通信相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，熟悉數(shù)字

8、通信的相關(guān)理論；2.更好的了解數(shù)字通信的相關(guān)知識，提高分析問題、查閱資料、自主設(shè)計(jì)等各方面能力。3.了解并掌握數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)2PSK 的調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)， 通過 MATLAB 來實(shí)現(xiàn)整個(gè)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加深對2PSK 系統(tǒng)的理解，并熟練掌握MATLAB 語言。1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.產(chǎn)生一組 20 位以上隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號（雙極性）；2.產(chǎn)生載波信號，載波周期與碼元寬度相同且均為1；3.實(shí)現(xiàn)基于 MATLAB 仿真 2PSK 調(diào)制與解調(diào)；4.通過巴特沃斯低通濾波器，根據(jù)位同步信號進(jìn)行抽樣判決；5.各階段信號頻譜分析、誤碼率并給出仿真結(jié)果。12 設(shè)計(jì)原理2.1 2PSK 數(shù)字調(diào)制過程

9、分析數(shù)字信號的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸， 在實(shí)際應(yīng)用中， 大多數(shù)信道具有帶通特性而不能直接傳輸基帶信號。 為了使數(shù)字信號在帶通信道中傳輸， 必須使用數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號控制載波，把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制技術(shù)的兩種方法： 利用模擬調(diào)制的方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制， 即把數(shù)字調(diào)制看成是模擬調(diào)制的一個(gè)特例， 把數(shù)字基帶信號當(dāng)作模擬信號的特殊情況處理； 利用數(shù)字信號的離散取值特點(diǎn)通過開關(guān)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。這種方法通常稱為鍵控法，比如對載波的相位進(jìn)行鍵控，便可獲得相移鍵控（ PSK）基本的調(diào)制方式。雙極性

10、e2PSK (t)s(t)不歸零碼型變換乘法器cos ct圖 2-1 模擬調(diào)制的方法圖 2-2 相移方法數(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，我們說兩個(gè)波的相位差 180 度，也就是反相。當(dāng)傳輸數(shù)字信號時(shí)， "1" 碼控制發(fā) 0 度相位， "0"

11、 碼控制發(fā) 180 度相位。載波的初始相位就有了移動，也就帶上了信息。相移鍵控：利用載波的相位變化來傳遞數(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?！币虼?， 2PSK 信號的時(shí)域表達(dá)式為e2 psk (t)A cos( ctn )(2-1)其中，n 表示第 n 個(gè)符號的絕對相位 1 ：0發(fā)送“ ”時(shí)0n發(fā)送“ ”時(shí)1因此，上式可以改寫為2Acos ct發(fā)送 “0” 時(shí)e2 psk (t)A cos ct 發(fā)送 “”1 時(shí)由于表示信號的兩種碼元的波形相同極性相反，故 2PSK 信號一般可以表述為一個(gè)雙極性全占空比矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波的相

12、乘，即e2 psk (t) S(t ) cos c t(2-2)其中 S(t )an g(tnTs ) ，g(t)是脈寬為 Ts 的單個(gè)矩形脈沖，而 an 的統(tǒng)計(jì)特性為nan =1(概率為 P),an =0(概率為 1-P)。即發(fā)送二進(jìn)制符號0 時(shí)， e2 psk (t ) 取 0 相位，發(fā)送二進(jìn)制符號 1 時(shí)， e2 psk (t) 取相位。這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號的調(diào)制方式，稱為絕對相移方式。2.2 2PSK 數(shù)字解調(diào)過程分析2PSK 信號的解調(diào)方法是相干解調(diào)法2 。由于 PSK 信號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的相位信息來解調(diào)信號。圖中經(jīng)過

13、帶通濾波(濾除信道噪聲 )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，再進(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。帶通e2 PSK (t)濾波器a相乘器c低通濾波器cos c tbd抽樣e判決器輸出定時(shí)脈沖圖 2-3 2PSK 相干解調(diào)系統(tǒng)框圖圖 2-4 2PSK 信號相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形帶通濾波器的意義是讓有用信號（已調(diào)信號）通過，濾除一部分噪聲，所以有用信號3在 a 處得到信號為a( t)s t c o st(2-3)c假設(shè)相干載波的基準(zhǔn)相位與2PSK 信號的調(diào)制載波的基準(zhǔn)相位一致（通常默認(rèn)為0 相位）。所以得到下式c(t ) e2 PK

14、S (t)cos cts(t)cos 2ct1 s(t )1 s(t )cos 2ct(2-4)22通過低通濾波器后d (t)1 s2 (t )(2-5)2最后通過抽樣判決器恢復(fù)出數(shù)字信號。可見， 2PSK 信號相干解調(diào)的過程實(shí)際上是輸入已調(diào)信號與本地載波信號進(jìn)行極性比較的過程，故常稱為極性比較法解調(diào)。 由于 2PSK 信號實(shí)際上是以一個(gè)固定初相的末調(diào)載波為參考的，因此，解調(diào)時(shí)必須有與此同頻同相的同步載波。如果同步載波的相位發(fā)生變化，如 0 相位變?yōu)?相位或 相位變?yōu)?0 相位，則恢復(fù)的數(shù)字信息就會發(fā)生“0變”“1或”“ 1變”“ 0，”從而造成錯(cuò)誤的恢復(fù)。這種因?yàn)楸镜貐⒖驾d波倒相，而在接收端

15、發(fā)生錯(cuò)誤恢復(fù)的現(xiàn)象稱為 “倒 ”現(xiàn)象或 “反向工作 ”現(xiàn)象。絕對移相的主要缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生相位模糊，造成反向工作。這也是它實(shí)際應(yīng)用較少的主要原因。2.3 2PSK 相干解調(diào)系統(tǒng)性能分析帶通低通抽樣輸出發(fā)送端信道相乘器濾波器濾波器判決器PesT (t)yi (t)y(t)x(t )ni (t )2 cos ct定時(shí)脈沖圖 2-5 2PSK 相干解調(diào)系統(tǒng)性能原理方框圖在實(shí)際通信系統(tǒng)中往往存在噪聲，噪聲會對判決值產(chǎn)生影響，即會產(chǎn)生誤碼率，一般3假設(shè)信道的噪聲為高斯白噪聲，下面討論2PSK解調(diào)器在高斯白噪聲干擾下的誤碼率：Pe1(2-6)erfc( r )2其中 r 為信噪比 ra22 。2n在大信噪比

16、 (r1) 條件下，上式可近似為：Pe1e r(2-7)2r43 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖隨機(jī)產(chǎn)生單極性碼2PSK20 位二進(jìn)轉(zhuǎn)換為雙信道制單極性碼極性碼調(diào)制輸出2PSK加性AWGN誤碼率仿真頻譜抽樣低通相干分析判決濾波解調(diào)圖 3-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖3.2 M 文件下仿真設(shè)計(jì)思路及過程本設(shè)計(jì)主要是通過MATLAB 來實(shí)現(xiàn)整個(gè) 2PSK 系統(tǒng)，在用 MATLAB 語言編程的時(shí)候主要分為以下幾個(gè)部分。3.2.1 2PSK調(diào)制部分（1）通過碼型變換產(chǎn)生雙極性數(shù)字基帶信號。首先調(diào)用MATLAB的 rand 函數(shù)產(chǎn)生一組隨機(jī)序列，然后將離散的隨機(jī)序列變換成單極性的二進(jìn)制數(shù)字基帶信號，將單極性信號乘以

17、2 然后減去 1 即可得到我們所需要的二進(jìn)制雙極性數(shù)字基帶信號。其中單（雙）極性碼元寬度為 1，每個(gè)碼元采樣 250 點(diǎn)即采樣間隔為 1/250。（2）載波信號的產(chǎn)生。采用載頻為f c =1Hz 的余弦載波信號 cos(2fct) ，初始相位設(shè)為 0，使得載波周期與碼元寬度相同且均為1。（3）通過隨機(jī)二進(jìn)制雙極性數(shù)字基帶信號與載波信號相乘得到2PSK 信號（ 0 變 1 不變）：psk=Bipolar_NRZ.*carrier_signal;（4）已調(diào)信號通過信道傳輸時(shí)會受到噪聲影響，我們通過MATLAB 的 awgn 函數(shù)來模擬5高斯白噪聲與已調(diào)信號相加的過程，在這里我們只考慮加性噪聲，不考

18、慮乘型噪聲。其中添加的高斯白噪聲是由y1=awgn(psk,10)實(shí)現(xiàn)，其中 awgn 為加性高斯白噪聲信道模型，信道的信噪比為 20。3.2.2 2PSK解調(diào)部分（1）相干解調(diào)的實(shí)現(xiàn)過程是將接收機(jī)收到信號通過乘法器與載波信號相乘即y2=y1.*carrier_signal（2）用 MATLAB 來設(shè)計(jì)理想的巴特沃斯模擬低通濾波器， 由于載波信號為 1HZ，而要濾去的高頻信號為 2HZ ，故設(shè)通帶截止頻率 1HZ，阻帶截止頻率 2HZ。（3）進(jìn)行抽樣判決，對每一個(gè)碼元寬度中間值作判決抽樣，增加抽樣成功率。若判決值大于 0，則輸出值置為1，否則置為 0。（3）求解誤碼率，利用公式（2-6）可以計(jì)

19、算誤碼率的理論值，信噪比snrdB 是從 -10 到10 變化，將輸入的隨機(jī)二進(jìn)制信號與抽樣判決值進(jìn)行比較，誤碼率即為誤碼數(shù)與碼元總數(shù)的比值。3.3 Simulink下的仿真3.3.1仿真模型建立2PSK 調(diào)制與解調(diào)及誤碼分析的總體仿真模型方框圖如下所示， 上半部分為調(diào)制部分，下半部分為解調(diào)部分 4 。圖 3-2 Simulink仿真模型63.3.2 參數(shù)的設(shè)置（1）正弦載波 (Sine Wave2)參數(shù)設(shè)置：設(shè)置的振幅是1，頻率為 1HZ ，相位為 0。（2）與載波反相正弦波 (Sine Wave1)參數(shù)設(shè)置：設(shè)置的振幅是 -1，頻率也是 1hz，相位為 0。（3）伯努利二進(jìn)制隨機(jī)序列產(chǎn)生器

20、 (Bemoulll Binary Generator)：0 和 1 的出現(xiàn)概率為 0.5，抽樣時(shí)間為 1 秒，采用是基于采樣的，其幅度設(shè)置為2，周期為 3，占 1 比為 2/3。（4）碼型變化器 (Unipolar toBipolar Converter) 參數(shù)設(shè)置：設(shè)置依據(jù)：采用 1 變 0 不變調(diào)制，故極性設(shè)為“ Positive”。（5）多路選擇器 (Switch) 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；當(dāng)二進(jìn)制序列小于 0時(shí)，輸出第二路信號。（6）帶通濾波器(Digital Filter Design) 參數(shù)：帶通范圍為 12HZ，載波頻率為 1HZ，而基帶號帶寬為1HZ

21、，考濾到濾波器的邊沿緩降，故設(shè)置為12HZ。（7）低通濾波器(Digital Filter Design) 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。（8）取樣判決器 (Sign)參數(shù)設(shè)置：門限值取為0.5，取樣時(shí)間為 1，當(dāng)大于 0.5 時(shí)輸出 0，當(dāng)小于 0.5 時(shí)輸出 1，能達(dá)到在 1 變 0 不變的取樣規(guī)則下正確解碼的目的。 3.3.3 仿真結(jié)果調(diào)制波形：圖 3-3 2PSK 調(diào)制的波形圖中第一個(gè)圖為正相載波的波形，第二個(gè)圖為隨機(jī)產(chǎn)生的二進(jìn)制序列，第三個(gè)圖為通7過碼型變換器后的波形，最后一個(gè)圖為調(diào)制后的2PSK 信號。解調(diào)波形：圖 3-4 加入高斯白噪聲后的解

22、調(diào)波形圖中第一個(gè)圖為收到的 2PSK 波形（加入了高斯噪聲），第二個(gè)圖為與同頻同向載波相乘后的波形， 第三個(gè)圖為抽樣判決后的雙極性二進(jìn)制波形， 最后一個(gè)圖是經(jīng)過極性變換后的波形。3.3.4仿真結(jié)果分析在 Simulink 下能夠清晰的看到2PSK 調(diào)制和解調(diào)的波形。 2PSK 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)采用的是雙極性矩形波，所以在基帶信號產(chǎn)生后要進(jìn)行極性變換。2PSK 的調(diào)制是通過鍵控法實(shí)現(xiàn)的，還可以采用模擬調(diào)制的方法。2PSK 的解調(diào)只有相干解調(diào)一種辦法。在加入高斯白噪聲后，依然可以得到解調(diào)的波形， 但是存在一定的誤碼率。 且信噪比越大， 誤碼率越低。84 M 文件仿真結(jié)果4.1 2PSK 調(diào)制、解調(diào)系統(tǒng)

23、信號波形圖雙極性二進(jìn)制數(shù)字基帶信號210-1-202468101214161820載波信號波形210-1-202468101214161820圖 4-1 二進(jìn)制數(shù)字基帶信號與載波信號已 調(diào)信號波形210-1-202468101214161820加噪后的波形210-102468101214161820圖 4-2 2PSK 信號與接收機(jī)接收到的信號波形9解調(diào)輸出波形210-1-202468101214161820經(jīng)低通濾波器后的輸出信號波形10.50-0.5-124681012141618200圖 4-3通過解調(diào)、低通輸出波形由公式（ 2-4）可知，通過低通濾波器以后，輸出波形近似于1 s(t )

24、 ，即波形相似于雙2極性基帶信號波形，且幅度減半。抽樣后得到的離散采樣值210-1-202468101214161820時(shí) 間 /s抽樣判決輸出基帶信號210-1-202468101214161820采樣點(diǎn)數(shù)圖 4-4 判決輸出波形10將抽樣輸出的基帶信號波形與原信號相比較可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)信號波形完全相同，說明整個(gè) 2PSK 的調(diào)制、解調(diào)系統(tǒng)是正確的。4.2 2PSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)頻譜分析數(shù)字基帶信號為二進(jìn)制非歸零碼，所以它的傅里葉變換應(yīng)該是門函數(shù)，信號帶寬為1/TS，其頻譜圖 -10。載波信號為正弦信號，載頻為1Hz，其頻譜如下?；鶐盘栴l譜（N=1024）500400幅 300振 200100

25、005101520253035404550頻 率 /Hz載波信號頻譜（N=1024)500400幅300振200100051015202530354045500頻 率 /Hz圖 4-5數(shù)字基帶信號與載波信號頻譜2PSK 信號的實(shí)質(zhì)為基帶信號與載波相乘的結(jié)果，所以 2PSK 的信號頻譜是基帶信號頻譜的線性搬移，中心頻率為 fc.，帶寬為基帶信號帶寬的兩倍，如圖 -11，2PSK 信號通過信道后，加上了高斯白噪聲，其頻譜如下。2PSK信號頻譜（N=1024)500400幅 300振 200100005101520253035404550頻率 /Hz接 收機(jī) 接 收到 的信 號頻 譜 （ N=102

26、4)500400幅 300振 200100005101520253035404550頻率/Hz圖 4-6 2PSK 信號與接收機(jī)接收的信號頻譜11相干解調(diào)實(shí)質(zhì)是將已調(diào)信號與提取的載波信號相乘，所以解調(diào)輸出的信號的頻率成分包括基帶信號頻率和載頻信號和噪聲如圖-12，通過低通濾波器后，高頻成分被慮掉，剩下基帶信號和部分噪聲。解調(diào)輸出信號頻譜（N=1024)500400幅 300振 200100005101520253035404550頻 率 /Hz低通輸出信號頻譜（N=1024)500400幅 300振 200100005101520253035404550頻 率 /Hz圖 4-7 解調(diào)輸出與低通

27、輸出的信號頻譜抽 樣判決輸出信號頻譜（N=1024)500450400350300幅振25020015010050005101520253035404550頻率/Hz圖 4-8判決輸出信號頻譜與基帶信號頻譜通過比較判決輸出信號的頻譜和基帶信號頻譜，得出結(jié)論，2PSK 的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是正確的。124.3 各階段功率譜密度分析及誤碼率0載波信號功率譜密度02PSK信號功率譜密度-50-50-100200400600-10020040060000接收機(jī)接收信號功率譜密度解調(diào)輸出信號功率譜密度00-20-50-400200400600-1002004006000低通信號功率譜密度判決信號功率譜密度

28、00-50-50-100200400600-10020040060000圖 4-9 2PSK功率譜密度0102PSK信噪比誤碼率關(guān)系圖理 論 值實(shí) 際 值10率碼 10誤10-1-2-3-410-10-8-6-4-20246810信 噪 比圖 4-10 2PSK 系統(tǒng)誤碼率由圖可以看出系統(tǒng)的誤碼率為0。135 總結(jié)通過在本次設(shè)計(jì)中的實(shí)踐明白了自己知識上的誤區(qū)，例如，在低通濾波的過程中，主要目的是濾去高頻分量， 濾去載波成分，所以對于低通濾波器的截止頻率的設(shè)置較為關(guān)鍵。而在 2PSK 的調(diào)制與解調(diào)中所用信號為雙極性的信號，因此要將在本次設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的單極性信號經(jīng)過碼的變化形成雙極性碼來傳輸。 本次

29、設(shè)計(jì)只是按理論上的知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單地系統(tǒng)構(gòu)建，目的是明確數(shù)字基帶傳輸?shù)脑砑斑^程，而對于具體問題，例如，實(shí)際中信道噪聲一般為高斯白噪聲，本次設(shè)計(jì)為簡便并未采用而是用rand 函數(shù)產(chǎn)生了隨機(jī)噪聲信號。此外，還有在 2PSK 實(shí)際傳輸系統(tǒng)中，在恢復(fù)載波的過程中會出現(xiàn)“倒 現(xiàn)象”即相位模糊現(xiàn)象，但是在本次設(shè)計(jì)中直接在解調(diào)時(shí)給其同頻同相的載波， 所以不會出現(xiàn)此種現(xiàn)象，因此不必考慮。這是自己第一次利用 Matlab 編程功能實(shí)現(xiàn)通信原理中基礎(chǔ)知識系統(tǒng)地構(gòu)建和利用 Matlab 中 Simulink 模塊搭建系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，通過自己親自去動手和調(diào)試我明白了實(shí)踐的重要性，尤其是對程序的調(diào)試，更需要大量的時(shí)間反復(fù)

30、上機(jī)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并改正，這樣也就加強(qiáng)了自己對程序分析的能力，更深刻地明白了通信原理中的知識內(nèi)容，更進(jìn)一步懂得了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，同時(shí)提高了自己的思考能力，使得自己對課本里的內(nèi)容理解、記憶地更加透徹，這無論是在我以后的工作中或是學(xué)習(xí)中都是非常有用的。14參考文獻(xiàn)1 郝建軍，桑林 .數(shù)字通信 M. 北京：人民郵電出版社 ,2002(2) ： 206207.1樊昌信，曹麗娜.通信原理 M. 北京：國防工業(yè)出版社，2013（ 6） :188190.3 李明明，李白萍 .電子信息類專業(yè) MA TLAB 實(shí)驗(yàn)教程 M. 北京：北京大學(xué)出版社， 2011（ 1）：102208.4 劉學(xué)勇 .詳解 MAT

31、LAB/Simulink 通信系統(tǒng)建模與仿真 M. 北京：電子工業(yè)出版社，2011（ 1 ）：160173.15附錄代碼%數(shù)字通信課程設(shè)計(jì) _2PSK 調(diào)制解調(diào)器的建模與仿真clear all;close all;i=20;j=5000; %i 為隨機(jī)數(shù)個(gè)數(shù)， j 為采樣點(diǎn)數(shù)t=linspace(0,20,5000);%在 0 到 20 之間等分成 5000 個(gè)點(diǎn) ,每個(gè)碼元 250 點(diǎn)%功能實(shí)現(xiàn)模塊一：產(chǎn)生隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號% rem=round(rand(1,i);%調(diào)用函數(shù)產(chǎn)生 0-1 隨機(jī)序列 ,round 按四舍五入取整 Bipolar_NRZ=t;%將離散的的隨機(jī)序列轉(zhuǎn)變成連續(xù)

32、的單極性二進(jìn)制碼元 for n=1:20 %20 個(gè)隨機(jī)數(shù)if rem(n)<1;%若隨機(jī)數(shù)值小于 1 則單極性信號賦值為0for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n%m=250*(n-1):250*nBipolar_NRZ(m)=-1;endelse%若隨機(jī)數(shù)值等于1 則單極性信號賦值為1for m=j/i*(n-1)+1:j/i*nBipolar_NRZ(m)=1;endendendfigure(1);subplot(211);plot(t,Bipolar_NRZ);title('雙極性二進(jìn)制數(shù)字基帶信號');axis(0,20,-2,2);grid on;%功能

33、實(shí)現(xiàn)模塊二：產(chǎn)生載波信號% 載波周期與碼元寬度相同且均為 1 %fc=1;%載波頻率為 1Hzcarrier_signal=cos(2*pi*fc*t); % 載波周期與碼元寬度相同且均為 116subplot(212);plot(t,carrier_signal);title('載波信號波形 ');axis(0 20 -2 2);grid on;% 功能實(shí)現(xiàn)模塊三： 2psk 調(diào)制部分 :基帶信號與載波相乘%psk=Bipolar_NRZ.*carrier_signal;% 基帶信號與載波相乘figure(2);subplot(211);plot(t,psk);title('已調(diào)信號波形 ');axis(0,20,-2,2);grid on ;%功能實(shí)現(xiàn)模塊四：調(diào)制信號通過信道傳輸產(chǎn)生加性