通信原理課程設(shè)計(jì)(基于MATLAB的PSKDPSK仿真)

1、 通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目 基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真學(xué) 院 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 年級(jí) 指導(dǎo)教師 職稱 講 師 2013年12月20日設(shè)計(jì)報(bào)告成績 （按照優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師（簽名） 年 月 日說明：指導(dǎo)教師評分后，設(shè)計(jì)報(bào)告交院實(shí)驗(yàn)室保存。基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真專 業(yè)： 學(xué) 號(hào)：學(xué) 生： 指導(dǎo)老師：摘要：現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠(yuǎn)、通信容量大、傳輸質(zhì)量好，作為其關(guān)鍵技術(shù)之一的調(diào)制技術(shù)一直是研究的一個(gè)重要方向。本設(shè)計(jì)主要敘述了數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，介紹了2PSK數(shù)字調(diào)制方式的基本原理，功率譜密度，并運(yùn)用M

2、ATLAB軟件對數(shù)字調(diào)制方式2PSK進(jìn)行了編程仿真實(shí)現(xiàn)，在MATLAB平臺(tái)上建立2PSK和2DPSK調(diào)制技術(shù)的仿真模型。進(jìn)一步學(xué)習(xí)了MATLAB編程軟件，將MATLAB與通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制知識(shí)聯(lián)系起來，為以后在通信領(lǐng)域?qū)W習(xí)和研究打下了基礎(chǔ)在計(jì)算機(jī)上，運(yùn)用MATLAB軟件來實(shí)現(xiàn)對數(shù)字信號(hào)調(diào)制技術(shù)的仿真。關(guān)鍵詞：數(shù)字調(diào)制與解調(diào)；MATLAB；2PSK；2DPSK；目 錄第1章 緒論11.1 調(diào)制方式11.2 設(shè)計(jì)要求11.2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容11.2.3 設(shè)計(jì)儀器1第2章 2PSK,2DPSK原理22.1 2PSK原理22.1.1 2PSK基本原理22.1.2 2PSK調(diào)制原理22.1.3 2PSK解

3、調(diào)原理32.2 2DPSK原理42.2.1 2DPSK基本原理42.2.2 2DPSK調(diào)制原理52.2.3 2DPSK解調(diào)原理6第3章 實(shí)驗(yàn)過程83.1 2PSK仿真部分83.1.1 2PSK仿真圖83.1.2 2PSK模塊的參數(shù)設(shè)置：83.2 2DPSK仿真部分93.2.1 2DPSK仿真圖92.2.2 2DPSK模塊的參數(shù)設(shè)置：10第4章 仿真結(jié)果154.1 2PSK仿真結(jié)果154.2 2DPSK仿真結(jié)果15總結(jié)16參考文獻(xiàn)17致謝18第1章 緒論1.1 調(diào)制方式 數(shù)字通信系統(tǒng), 按調(diào)制方式可以分為基帶傳輸和帶通傳輸。數(shù)字基帶信號(hào)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

4、多實(shí)際的通信（如無線信道）中就不能直接進(jìn)行傳輸，需要借助載波調(diào)制進(jìn)行頻譜搬移，將數(shù)字基帶信號(hào)變換成適合信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號(hào)進(jìn)行傳輸，這種傳輸方式，稱為數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸或調(diào)制傳輸、載波傳輸。所謂調(diào)制，是用基帶信號(hào)對載波波形的某參量進(jìn)行控制，使該參量隨基帶信號(hào)的規(guī)律變化從而攜帶消息。對數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制可以便于信號(hào)的傳輸；實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用；改變信號(hào)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(diào)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 keyi

5、ng )和差分移相鍵（DPSK，Different Phase-Shift keying）。本次課程設(shè)計(jì)對PSK,DPSK這兩種調(diào)制方式進(jìn)行了仿真。1.2 設(shè)計(jì)要求1.2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容用MATLAB完成對2PSK、2DPSK的調(diào)制與解調(diào)仿真電路設(shè)計(jì)，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，可編寫程序，也可硬件設(shè)計(jì)框圖1.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)（參數(shù)可以自行設(shè)置）1、傳輸基帶數(shù)字信號(hào)（15位） 碼元周期T=0.01S2、載波頻率：15KHz1.2.3 設(shè)計(jì)儀器計(jì)算機(jī)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(jìn)制移相鍵控，簡記為2PSK或BPSK。2PSK信號(hào)碼元

6、的“0”和“1”分別用兩個(gè)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(hào)的時(shí)域表達(dá)式為:(t)=Acost+) 其中，表示第n個(gè)符號(hào)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(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式,稱為二進(jìn)制移相鍵控方式。二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的典型時(shí)間波形如圖2-1。圖2-1 二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的時(shí)間波形2.1.2 2PSK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)

7、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)相位相對于初始相位為0，當(dāng)基帶信號(hào)為1時(shí)相對于初始相位為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。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)制原理圖圖 2-3 鍵控法原理圖2.1.3 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

8、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”現(xiàn)象或“反相工作”。 圖 2-4 2PSK的相干解調(diào)原理圖圖 2-5 相干解調(diào)中各點(diǎn)波形圖2.2 2DPSK原理2.2.1 2DPSK基本原理二進(jìn)制差分相移鍵控常簡稱為二相相對調(diào)相，記為2DPSK。它不是利

9、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要有較高的傳輸速率和很低的誤碼率。在傳輸信號(hào)中，2PSK信號(hào)和2ASK及2FSK信號(hào)相比，具有較好的誤碼率性能，但是，在2PSK信號(hào)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(diǎn)，又不會(huì)產(chǎn)生誤碼，將2PSK體制改進(jìn)為二進(jìn)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?，F(xiàn)假設(shè)用表示本碼元初相與前一碼元初相之差，并規(guī)

10、定：0表示0碼，表示1碼。則數(shù)字信息序列與2DPSK信號(hào)的碼元相位關(guān)系可舉例表示如2PSK信號(hào)是用載波的不同相位直接去表示相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)而得出的，在接收端只能采用相干解調(diào)，它的時(shí)域波形圖見圖2-6。圖2-6 2DPSK信號(hào)波形圖2.2.2 2DPSK調(diào)制原理二進(jìn)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(shè)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(guān)系為：為前一碼元的相位。實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制差分相移鍵控的最常用的方法是：先對二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，然后對變換出的差分碼進(jìn)行絕對調(diào)相即可。2DPSK調(diào)制原理圖如圖2-7所示。 圖2-7 2DPSK調(diào)

11、制原理框圖2.2.3 2DPSK解調(diào)原理2DPSK信號(hào)解調(diào)有相干解調(diào)方式和差分相干解調(diào)。用差分相干解調(diào)這種方法解調(diào)時(shí)不需要恢復(fù)本地載波，只要將DPSK信號(hào)精確地延遲一個(gè)碼元時(shí)間間隔，然后與DPSK信號(hào)相乘，相乘的結(jié)果就反映了前后碼元的相對相位關(guān)系，經(jīng)低通濾波后直接抽樣判決即可恢復(fù)出原始的數(shù)字信息，而不需要在進(jìn)行差分解碼。相干解調(diào)碼變換法及相干解調(diào)法的解調(diào)原理是，先對2DPSK信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對碼，再通過碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。在解調(diào)過程中，若相干載波產(chǎn)生相位模糊，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(huì)發(fā)生任何倒置現(xiàn)象，從而

12、解決了載波相位模糊的問題。本次設(shè)計(jì)采用相干解調(diào)。兩種解調(diào)方式的原理圖如圖2-8和圖2-9所示。2DPSK相干解調(diào)各點(diǎn)波形圖如圖 2-10所示。圖 2-8 2DPSK差分相干解調(diào)原理圖圖 2-9 2DPSK相干解調(diào)原理圖圖 2-10 2DPSK相干解調(diào)各點(diǎn)波形圖第3章 實(shí)驗(yàn)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3-1PSK仿真圖3.1.2 2PSK模塊的參數(shù)設(shè)置：1）相乘模塊圖3-2 相乘器參數(shù)設(shè)置2）低通濾波器模塊圖3-3 濾波器其參數(shù)設(shè)置3）抽樣判決模塊圖3-4 pulse generator 參數(shù)設(shè)置3.2 2DPSK仿真部分3.

13、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(shè)置：1） 載波模塊圖3-6 載波參數(shù)設(shè)置2）乘法器模塊圖3-7 乘法器參數(shù)設(shè)置3）基帶模塊圖3-8 基帶信號(hào)參數(shù)設(shè)置4）Unipolar to Bipolar Converte模塊圖3-9 Unipolar to Bipolar Converter參數(shù)設(shè)置5）碼變換模塊圖3-10 Logical Operator參數(shù)設(shè)置圖3-11 Unit Delay參數(shù)設(shè)置圖3-12 Data Type Conversion參數(shù)設(shè)置6）濾波器模塊圖3-13 帶通濾波器參數(shù)設(shè)置圖3-

14、14 低通濾波器參數(shù)設(shè)置第4章 仿真結(jié)果4.1 2PSK仿真結(jié)果圖4-1 2PSK電路仿真波形4.2 2DPSK仿真結(jié)果圖4-2 2DPSK電路仿真波形總結(jié)從以上對比可以看出，對同一調(diào)制方式，采用相干解調(diào)方式的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式淡定誤碼率。若采用相同的解調(diào)方式，2PSK的信噪比比較低。反過來，若信噪比r一定，2PSK誤碼率比較低。由此看來，在抗加性高斯白噪聲方面，相干2PSK性能最好。首先要進(jìn)行電路設(shè)計(jì)：先構(gòu)思電路的實(shí)現(xiàn)過程，選擇合適器件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。仿真模擬：在硬件實(shí)現(xiàn)之前要先進(jìn)行仿真，確定可以實(shí)現(xiàn)所要求的功能時(shí)才能進(jìn)行實(shí)際操作。調(diào)試：要求能熟練地使用示波器。出現(xiàn)問題是要能夠進(jìn)行

15、合理的分析。耐心的檢察錯(cuò)誤。整個(gè)過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)出現(xiàn)問題，在不斷的請教老師和同學(xué)的過程中不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。最終收獲的不僅是知識(shí)還有解決問題的方法和技巧！ 通過這次課程設(shè)計(jì)還讓我知道了，我們平時(shí)所學(xué)的知識(shí)如果不加以實(shí)踐的話等于紙上談兵。課程設(shè)計(jì)主要是我們理論知識(shí)的延伸，它的目的主要是要在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)問題，并且自己要能找到解決問題的方案，形成一種獨(dú)立的意識(shí)。我們還能從設(shè)計(jì)中檢驗(yàn)我們所學(xué)的理論知識(shí)到底有多少，鞏固我們已經(jīng)學(xué)會(huì)的，不斷學(xué)習(xí)我們所遺漏的新知識(shí)，把這門課學(xué)的扎實(shí)。當(dāng)然在做課程設(shè)計(jì)的過程中總會(huì)出現(xiàn)各種問題，在這種情況下我們都會(huì)努力尋求最佳路徑解決問題，無形間提高了我們的動(dòng)手，動(dòng)腦能力，并且同學(xué)之間還能相互探討問題，研究解決方案，增進(jìn)大家的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。在這一周的課程設(shè)計(jì)中，讓我們體會(huì)最深刻的就是對各種器件的了解不夠深刻，使得在使用的過程中出現(xiàn)很多誤區(qū)，無法得到理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以我們應(yīng)該在今后的學(xué)習(xí)中珍惜每一次的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)，積累經(jīng)驗(yàn)，為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這次實(shí)習(xí)我們受益匪淺。通過本次的課程設(shè)計(jì)，我在學(xué)習(xí)方法、邏輯思維、分析和解決問題的能力等各個(gè)方面都有了長足的進(jìn)步。在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我們的設(shè)計(jì)思維，增加了實(shí)際操作能力。在讓我們體會(huì)到了設(shè)計(jì)電路的