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文檔簡介
1、基于MATLA激字彳t號2PS領制與解調及其仿真本論文將對2PSK(二進制移相鍵控)波形的產生和仿真過程進行詳細的介紹。利用MATLAB實驗平臺實現對數字信號二進制移相鍵控(2PSK)的調制與解調的模擬。具體是使用鍵控法來產生信號的調制和解調。這對2PSK信號波形的調制可以有一個更好的理解。同時也將會加深對數字信號調制與解調的認知。1 .引言12 .設計依據及框圖22.1 設計任務22.2 設計平臺22.3 設計原理23 .基于MATLAB勺2PSK系統(tǒng)仿真53.1 MATLAB仿真代碼63.2 仿真波形圖84 .結論115 .心得體會111 .引言隨著社會經濟的進步電子技術產業(yè)有了飛快的發(fā)展
2、,同時通信技術也從原先的模擬通信朝向數字化、寬帶化、網絡化、和智能化的方向發(fā)展;隨著高科技的研發(fā)電子產品的不斷更新,人們在對各種通信的要求將會變得更高,也會有越來越多的新技術將不斷地運用到通信領域之中,一些更先進的通信業(yè)務將會不斷地被開發(fā)出來1。在數字基帶的傳輸系統(tǒng)中,由于數字基帶信號不能夠在帶通傳輸信道正常傳輸,為了讓數字基帶信號可以在信道中有效的傳輸,所以信道傳輸特性應該為低通形式。但在實際的信道傳輸中,絕大部分的信道有著帶通傳輸特性。而在帶通傳輸特性的信道中數字基帶信號不可以直接傳輸。為了能夠得到信號同信道相匹配的特性,數字基帶信號要對載波信號進行相關的調制。2利用數字基帶信號來控制信號
3、的載波,數字調制過程是:把數字基帶信號轉換成數字帶通信號。而數字解調的過程是:在信號接收端,利用解調器把帶通信號恢復成數字基帶信號3。一般情況下人們把調制與解調過程的數字的傳輸系統(tǒng)稱之為數字頻帶的傳輸系統(tǒng)。頻帶傳輸也稱為帶通傳輸(band-passtransmission)載波傳輸(carriertransmission)1。其中數字調制的基本結構如下圖:圖1-1數字調制系統(tǒng)基本結構圖1數字和模擬調制有著一樣的原理,通常數字調制信號可以利用模擬的調制方法來實現。利用數字鍵控法來實現數字的調制信號稱之為鍵控法??梢詫d波信號的相位、振幅還有頻率進行鍵控。可獲得振幅鍵控(Amplitudeshif
4、tkeying,ASK)、頻移鍵控(Frequencyshiftkeying,FSK)和相移鍵控(Phaseshiftkeying,PSK)4°數字調制的方法有兩種,一種是多進制調制法;另一種是二進制調制法。在二進制調制中,信號參量取值僅僅只有兩個可能性,分別代表二進制數中的0和15。本文采用二進制調制即對2PSK信號的主要原理與及2PSK相干解調系統(tǒng)的性能進行了仿真和分析,因此我們可以更清晰的認識數字調制的方式。2 .設計依據及框圖2.1 設計任務利用MATLAB編程實現2PSK調制與解調過程,輸出其調制及解調過程中的波形,與及加入噪聲后的波形,討論其調制和解調效果。2.2 設計平
5、臺Matlab是由美國MATHWORKS公司推出的一款以科學計算和工程仿真的軟件,它的名稱源自矩陣實驗室(MatrixLaboratory),是一款專門以矩陣的形式處理數據的軟件冏。MATLAB把高性能的編程、科學計算和結果可視化集中在一個容易操作的環(huán)境當中,還提供了許多內置函數,具有著強大的繪圖功能和矩陣計算,對信息處理、科學計算、控制系統(tǒng)等領域的分析、仿真和設計工作非常的適用7。目前,世界范圍內的科研工作者、工程技術人員和院校師生都有著廣泛的應用I8。它主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。其中矩陣是MATLAB基本的數據單位,數學、工程中常用的形式和它的指令表達式非常類似,和C
6、,FORTRAN等語言來比利用MATLA瞇完成相同的事情要來得方便很多9。目前版本的MATLAB軟件可以直接進行調用,用戶可以把自己編寫好的實用程序導入到Matlab函數庫中為自己日后的調用提供方便,除此之外也有很多的Matlab喜好者已經寫好了許多經典程序,用戶要用時可以直接對其進行下載10。2.3 設計原理數字信號傳輸方式有兩種,分另是基帶傳輸與帶通傳輸.利用數字傳輸基帶信號來控制載波,把數字傳輸基帶的信號變成數字傳輸帶通信號的過程叫數字調制11。數字調制技術的方法有兩種:其中一種是用模擬信號調制的方法來實現數字基帶信號的調制。而另一種方法是由于數字信號具有離散的取值特點,從而利用數字信號
7、的這個特點通過開關鍵來控制載波,從而實現數字調制。通常叫這種方法鍵控法,比如說對載波的相位進行鍵控,就能夠得到相移鍵控的基本調制方式12。2PSK的基本原理:相移鍵控是信號振幅和頻率保持不變,而利用載波的相位發(fā)生的變化來傳遞數字信號信息13。在二進制移相鍵控中,一般是利用初始相位兀和0來表示二進制0”和1”。因此,2PSK信號的時域表達式為e>psktAcosJn其中,出表示第n個符號的絕對相位:0發(fā)送“0”時n發(fā)送“1”時因此,式(2.3-1)也可寫為(Acostu.t概率為P,時期,口叫t概率為1-P(2.3-1)(2.3-2)(2.3-3)典型的2PSK時間波形如圖2-1所示。因為
8、信號碼元的兩種表示為相同的波形,相反的極性,所以二進制移相鍵控信號可以看作是一個雙極性全占空矩形脈沖序列與一個正弦載波信號的積,即e2psktstcosct(2.3-4)其中stangtnTs脈寬為Ts的單位矩形脈沖為g(t),而an的統(tǒng)計特性表示為1概率為Pan-1概率為1-P(2.3-5)圖2-12PSK信號的時間波形142PSK信號的主要產生方法有兩種如2N圖。第一種方法是相乘法也叫模擬調制方法,只要數字基帶信號為雙極性,并不含直流分量,就可以用這種方法產生;第二種方法是方法是相位選擇法(開關選通法、鍵控法)。用基帶信號所代表的數值來選擇這些相位,也可以利用被控制的延遲提供所需載波相移量
9、,再由基帶信號通過開關陣列去控制相移量大小15。雙極性不歸春(a)模擬調制方法開美屯貶(b)鍵控法圖2-22PSK信號鍵控法調制原理框圖142PSK信號是DSB信號,它的解調不能采用包絡檢測法,通常只能采用相干解調法,解調器原理如圖2-3所示:圖232PSK信號的解調14二進制移相鍵控(2PSK)信號解調簡要的工作原理分析如下。在不考慮噪聲的情況下,帶通濾波器的輸出表達式為:ytcosctn(2.3-6)式中:如為2PSK信號其中之一碼元的初相。加=0時,即看作是數字“0;”加=兀時,即看作是數字1。與同步載波信號COSwct相乘后,輸出為:(2.3-7)ztcosctncosct1/2cos
10、n1/2cos2ctcncnc信號通過低通濾波器過濾高頻分量之后,得到解調器的輸出為:xt1/2cosn1/2-1/2(2.3-8)根據發(fā)送端產生2PSK信號日n(0或兀)看作是數字信息(收端x(t)與少n的關系的特性,抽樣判決器的判決準則為:x0判為0x0判為1“1”或“0”)的規(guī)定,以及接(2.3-9)二進制移相鍵控(2PSK)的基準相位與二進制移相鍵控(其中x為x(t)在抽樣時刻的值。信號中的相干解調各點的時間波形如2-4圖。假設相干載波2PSK)信號的基準相同。因為二進制移相鍵控信號的載波恢復過程中存在著180。的模糊相位,恢復的本地載波信號與所要求的相干載波信號相同或相反,這樣的相位
11、關系中不確定性將導致解調出的數字基帶信號與發(fā)送端的基帶信號相反,從而把“1轉換成了“0;把”0轉換成了“1;通過判決器輸出的數字基帶信號也全部出錯。通常把這種現象叫作二進制移相鍵控(2PSK)方式的“反相工作”或倒?,F象14。這也是致使二進制移相鍵控(2PSK)在實際生活中較為少使用的最質要的原因。圖2-42PSK信號相干解調各點的時間波形143.基于MATLAB的2PSK系統(tǒng)仿真3.1 MATLAB仿真代碼clearall;closeall;clc;max=20g=zeros(1,max);g=randint(1,max);%長度為max的隨機二進制序列f=6;t=0:2*pi/99:2*p
12、i;%初始定義cp=;mod=;bit=;forn=1:length(g);%調制過程ifg(n)=0;cp1=ones(1,100);bit1=zeros(1,100);elseg(n)=1;cp1=-ones(1,100);bit1=ones(1,100);endc=sin(f*t);cp=cpcp1;mod=modc;bit=bitbit1;endpsk=cp.*mod;figure(1)subplot(1,1,1);plot(bit,'Linewidth',1.5);%線型繪制gridon;%顯示坐標網格title('二進制信號序列');%標題顯示Xlabel('時間/S');Ylabel('幅度/V');axis(0100*length(g)-22);figure(2)subplot(1,1,1);plot(psk,'Linewidth',1.5);%線型繪制gridon;%顯示坐標網格title(&
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