基于matlab的相移鍵控系統(tǒng)仿真

1、江西農(nóng)業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱 基于Matlab的相移鍵控仿真設(shè)計(jì)班 級 信工1301 學(xué) 號 20133332 姓 名 權(quán)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(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MATLAB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MATLA

2、B與通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制知識聯(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；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(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)字基帶信號變換成適合信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號進(jìn)行傳輸，這種傳輸方式，稱為數(shù)字信號的頻帶傳輸或調(diào)制傳輸、載波傳輸。所謂調(diào)制，是用基帶信號對載波波形的某參量進(jìn)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(jìn)行調(diào)制可以便于信號的傳輸；實(shí)現(xiàn)信道復(fù)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(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 keying )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)

4、，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（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信號碼元的“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信號的時(shí)域表達(dá)式為:(t)=Acost+) 其中，表示第n個(gè)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(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號

5、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)字基帶信號離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號。2PSK信號調(diào)制有兩種方法，即模擬調(diào)制法和鍵控法。通常用已調(diào)信號載波的 0°和 180°分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號的 1 和 0，模擬調(diào)制法用兩個(gè)反相的載波信號進(jìn)行調(diào)制。2PSK以載波的相位變化作為參考基準(zhǔn)的，當(dāng)基帶信號為0時(shí)相位相對于初始相位為0°，當(dāng)基帶信號為1時(shí)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(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。判決器是按極性來判決的。即正抽樣值判為1，負(fù)抽樣值判為0。2PSK信號的相干解調(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信號的載波回復(fù)過程中存在著180°的相位模

7、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(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(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)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(guān)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(yīng)的數(shù)字信號而得出的，在接收端只能采用相

9、干解調(diào)，它的時(shí)域波形圖見圖2-6。圖2-6 2DPSK信號波形圖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)制原理框圖2.2.3 2DPSK解調(diào)原理2DPSK信號解調(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信號精確地延遲

10、一個(gè)碼元時(shí)間間隔，然后與DPSK信號相乘，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

11、差分相干解調(diào)原理圖圖 2-9 2DPSK相干解調(diào)原理圖第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3-12PSK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3.2.1 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：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）

12、基帶模塊圖3-8 基帶信號參數(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 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電路仿真波形附錄：通過編寫M文件程序：2PSK調(diào)制解調(diào)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(jī)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(gòu)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(diào)制解調(diào)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;