通信原理課設

1、沈陽理工大學通信系統(tǒng)課程設計成 績 評 定 表學生姓名楊麗圓班級學號1103030204專 業(yè)電子信息工程課程設計題目2PSK系統(tǒng)仿真評語組長簽字：成績?nèi)掌?2014 年 3月 19日 課程設計任務書學 院信息科學與工程專 業(yè)電子信息工程學生姓名楊麗圓班級學號 1103030204課程設計題目2PSK系統(tǒng)仿真實踐教學要求與任務:利用MATLAB/Simulink進行編程和仿真，仿真的內(nèi)容可以是關于信源、信源編碼、模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制、多元調(diào)制、差錯控制、多址技術、信道仿真及具體通信電路的仿真實現(xiàn)。也可以用MATLAB編程對通信的某一具體環(huán)節(jié)進行仿真。工作計劃與進度安排:2014年 03月8 日

2、選題目查閱資料2014年 03月9 日 編寫軟件源程序或建立仿真模塊圖2014年 03月10 日 調(diào)試程序或仿真模型2014年 03月11 日 性能分析及驗收2014年 03月12 日 撰寫課程設計報告、答辯指導教師： 2014年 3月8日專業(yè)負責人：2014年 3月8日學院教學副院長：2014年 3月8日摘 要在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，數(shù)字信號對高頻載波進行調(diào)制，變?yōu)轭l帶信號，通過信道傳輸，在接收端解調(diào)后恢復成數(shù)字信號，由于大多數(shù)實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行調(diào)制，形成數(shù)字調(diào)制信號再進行傳輸，因此，調(diào)制解調(diào)技術是實現(xiàn)現(xiàn)代通信的重要手段。實現(xiàn)調(diào)試解調(diào)的方法有很多種，本文應用了

3、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，在二進制數(shù)字解調(diào)中，當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化，則就產(chǎn)生二進制移相鍵控2PSK信號。鍵控法，如對載波的相位進行鍵控，便可獲得相移鍵控（PSK）基本的調(diào)制方式。由于PSK在生活中有著廣泛的應用，本論文詳細介紹了2PSK波形的產(chǎn)生和仿真過程。我們可以系統(tǒng)的了解基本原理，以及得到數(shù)字調(diào)制波形的方法。利用MATLAB仿真可更好的認識2PSK信號波形的調(diào)制過程。關鍵詞: 數(shù)字調(diào)制 2PSK 調(diào)制與解調(diào) MATLA

4、B仿真I 目 錄1 課程設計目的12 課程設計要求13 相關知識14 課程設計分析95 仿真 136結果分析167心得體會178參考文獻172PSK系統(tǒng)仿真程序設計1.課程設計目的（1）加深對二進制相移鍵控（2PSK）基本理論知識的理解。（2）培養(yǎng)獨立開展科研的能力和編程能力。（3）掌握用MATLAB實現(xiàn)信號的2PSK調(diào)制。（4）掌握MATLAB軟件的使用。2.課程設計要求（1）掌握二進制相移鍵控（2PSK）的相關知識、概念清晰。（2）掌握MATLAB使用方法，利用軟件繪制圖像。（3）程序設計合理、能夠正確運行。3.相關知識3.1二進制數(shù)字調(diào)制原理用數(shù)字基帶信號控制載波，把數(shù)字基帶信號變換成數(shù)

5、字帶通信號（已調(diào)信號）的過程稱為數(shù)字調(diào)制（digital modulation）。一般來說，數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制的基本原理相同，但是數(shù)字信號有離散取值的特點。因此數(shù)字調(diào)制有兩種方法：把數(shù)字信號看成模擬信號的特殊情況，利用模擬調(diào)制的方法去實現(xiàn)數(shù)字信號的調(diào)制；利用數(shù)字信號離散取值的特點通過開關鍵控載波，從而實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。這種方法通常稱為鍵控法，比如對載波的振幅、頻率和相位進行鍵控，便可獲得振幅鍵控（Amplitude Shift Keying，ASK）、頻移鍵控（Frequency Shift Keying，F(xiàn)SK）和相移鍵控（Phase Shift Keying，PSK）三種基本數(shù)字調(diào)制方式。數(shù)字

6、信息有二進制和多進制之分，因此，數(shù)字調(diào)制分為二進制調(diào)制和多進制調(diào)制。在二進制調(diào)制中，信號參量只有兩種可能的取值，這兩種取值分別代表二進制信息中的0和1。13.2 2PSK基本原理相移鍵控是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和分別表示二進制“1”和“0”。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 圖2-2 2PSK信號波形 這種現(xiàn)象通常稱為"倒"現(xiàn)象.由于在2PSK信號的載波恢復過程中存在著180°的相位模糊,所以2PSK信號的相干解調(diào)存在隨機的

7、"倒"現(xiàn)象,從而使得2PSK方式在實際中很少采用. 圖 2 -32PSK信號相干解調(diào)各點時間波形 圖2.1是產(chǎn)生2PSK信號的模擬調(diào)制法框圖；圖2.2是2PSK信號的相干解調(diào)法框圖。碼型變換基帶信號載波2PSK信號雙極性不歸零圖2.1 2PSK調(diào)制原理框圖2PSK信號的解調(diào)方法是相干解調(diào)法。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。下圖2-3中給出了一種2PSK信號相干接收設備的原理框圖。圖中經(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

8、值判為0.2PSK信號相干解調(diào)各點時間波形如圖 2 - 14 所示. 當恢復的相干載波產(chǎn)生180°倒相時,解調(diào)出的數(shù)字基帶信號將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好是相反,解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號全部出錯.帶通濾波器低通濾波器抽樣判決器載波定時脈沖圖2.2 2PSK信號的解調(diào)原理框圖3.3 MATLAB 簡介MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用

9、程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進行以下各種工作： (1) 數(shù)值分析; (2)數(shù)值和符號計算; (3)工程與科學繪圖; (4)控制系統(tǒng)的設計與仿真; (5)數(shù)字信號處理技術; (6)通訊系統(tǒng)設計與仿真 . MATLAB 特點(1)此高級語言可用于技術計算 (2)此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進行管理 (3)交互式工具可以按迭代的方式探查、設計及求解問題 (4)二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù) (5)各種工具可用于構建自定義的圖形用戶界面 MATLAB系列工具優(yōu)勢（1）

10、友好的工作平臺和編程環(huán)境（2）簡單易用的程序語言（3）強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力3.4 SIMULINK簡介SIMULINK是MATLAB軟件的擴展，它是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件包，它與MATLAB語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構建，而非語言的編程上。在simulink環(huán)境中，利用鼠標就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進行仿真。它為用戶提供了方框圖進行建模的圖形接口，采用這種結構畫模型就像你用手和紙來畫一樣容易。4.課程設計分析4.1仿真電路圖熟悉Simulink的工作環(huán)境，并

11、建立2PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。2PSK調(diào)制解調(diào)仿真電路圖如4-1所示：4.1 2PSK調(diào)制解調(diào)原理圖4.2參數(shù)設置從圖4-2到4-8是調(diào)制解調(diào)的參數(shù)設置。圖4.2 隨機整數(shù)發(fā)生器圖4.3 基帶BPSK調(diào)制器圖4.4 加性高斯白噪聲圖4.5 頻譜儀圖4.6 頻譜儀圖4.7 離散時間星座圖儀圖4.8 誤碼率計算5. 仿真2PSK基于MATLAB的程序代碼：clear allclose allfs=2000;%采樣率dt=1/2000;%采樣時間T=1;%碼元寬度f=50;%信號頻率a=round(rand(1,10);%原始數(shù)字信號g1=a;g2=a; %取a的反碼g11=(ones(1,2000)&

12、#39;*g1;%進行抽樣 g1a=g11(:)'g21=(ones(1,2000)'*g2;g2a=g21(:)'t=0:dt:10-dt;t1=length(t);psk1=g1a.*cos(2*pi*f*t);%碼元0用零相位psk2=g2a.*cos(2*pi*f*t+pi);%碼元1用pi相位sig_psk=psk1+psk2;%產(chǎn)生2psk信號no=0.01*randn(1,t1);%產(chǎn)生噪聲sn=sig_psk+no;%經(jīng)過信道后的信號figure(1)subplot(3,1,1);plot(t,no);title('噪聲波形');ylab

13、el('幅度');subplot(3,1,2);plot(t,sig_psk);title('psk信號波形');ylabel('幅度');subplot(3,1,3);plot(t,sn);title('經(jīng)過信道后的信號');ylabel('幅度');bpf=fir1(101,48/1000,52/1000);%帶通濾波器設置H=filter(bpf,1,sn);%經(jīng)過帶通濾波后的信號sw=H.*cos(2*pi*f*t);%經(jīng)過乘法器lpf=fir1(101,2/1000,52/1000);%低通濾波器設置st

14、=filter(lpf,1,sw);%經(jīng)過低通濾波器后的信號figure(2)subplot(2,1,1);plot(t,sw);title('乘法器輸出信號');ylabel('幅度');subplot(2,1,2);plot(t,st);title('低通濾波后輸出信號');ylabel('幅度');%-%抽樣判決for i=1:length(t) if(st(i)>0) sig(i)=0; else sig(i)=1; endend figure(3)subplot(2,1,1);plot(sig);axis(0 20

15、000 0 2);title('抽樣判決后的波形');ylabel('幅度');subplot(2,1,2);plot(g1a);axis(0 20000 0 2);title('原始信號');ylabel('幅度');6.結果分析通過理論與編程實踐，其運行結果如圖所示： 圖6.1 BPSK（二進制移相鍵控）基帶調(diào)制信號的星座圖 圖6.2 BPSK（二進制移相鍵控）基帶調(diào)制信號的調(diào)制頻譜圖7.心得體會 一周的基于MATLAB的數(shù)字調(diào)制信號仿真分析課程設計讓我獲益頗深。更加深入的掌握了MATLAB軟件的使用，了解了數(shù)字調(diào)制的基本原理和主要過程，進一步學習了信號的傳輸?shù)挠嘘P內(nèi)容。在這一周的時間內(nèi)我經(jīng)常往返于圖書館，查閱相關資料，發(fā)現(xiàn)自己的知識水平有限，需要學習的東西還有很多很多。另外，在這次課程設計中，我充分利用了網(wǎng)絡資源，終于讓其發(fā)揮了有用的一面。設計過程中老師主要鍛煉我們的自主能力，我們查閱資料的