基于matlab的2PSK的系統(tǒng)仿真

..基于matlab的2PSK的系統(tǒng)仿真摘要：Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平臺的著名仿真環(huán)境Simulin作為一種專業(yè)和功能強大且操作簡單的仿真工具,目前已被越來越多的工程技術人員所青睞,它搭建積木式的建模仿真方式既簡單又直觀,而且已經(jīng)在各個領域得到了廣泛的應用。本次課程設計是基于MATLAB的2PSK和2DPSK仿真,通過系統(tǒng)分析,步驟來完成本次設計任務。通過課程設計從理論學習的軌道逐步引向?qū)嶋H應用,把理論上熟悉的定性分析、定量計算逐步和工程估算、實驗調(diào)整等手段結合起來,掌握工程設計的步驟和方法,了解科學實驗的程序和實施方法,為以后畢業(yè)設計和從事信息處理技術的實際工作打下基礎。關鍵詞：MATLAB；2PSK,2DPSK；仿真1.二進制相移鍵控設計流程圖如圖2-1所示。圖2-12PSK調(diào)制解調(diào)框圖1.1PSK調(diào)制原理在二進制數(shù)字調(diào)制中,當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時,則產(chǎn)生二進制移相鍵控<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°分別表示二進制數(shù)字基帶信號的1和0,模擬調(diào)制法用兩個反相的載波信號進行調(diào)制。2PSK以載波的相位變化作為參考基準的,當基帶信號為0時相位相對于初始相位為0°,當基帶信號為1時相對于初始相位為180°。鍵控法,是用載波的相位來攜帶二進制信息的調(diào)制方式。通常用0°和180°來分別代表0和1。其時域表達式為：其中,2PSK的調(diào)制中an必須為雙極性碼。本次設計中采用模擬調(diào)制法。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)制法原理圖圖2-3鍵控法原理圖2PSK信號的時間波形1.2PSK解調(diào)原理由于2PSK的幅度是恒定的,必須進行相干解調(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,負抽樣值判為0。2PSK信號的相干解調(diào)原理圖如圖2-4所示,各點的波形如圖2-5所示。由于2PSK信號的載波回復過程中存在著180°的相位模糊,即恢復的本地載波與所需相干載波可能相同,也可能相反,這種相位關系的不確定性將會造成解調(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。這種現(xiàn)象稱為2PSK方式的"倒π"現(xiàn)象或"反相工作"。但在本次仿真中是直接給其同頻同相的載波信號,所以不存在此問題。圖2-42PSK的相干解調(diào)原理圖圖2-5相干解調(diào)中各點波形圖圖中,假設相干載波的基準相位與2PSK信號的基準一致〔通常默認為0相位。但是由于2PSK信號的載波回復過程中存在著180°的相位模糊,即恢復的本地載波與所需相干載波可能相同,也可能相反,這種相位關系的不確定性將會造成解調(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。這種現(xiàn)象稱為2PSK方式的"倒π"現(xiàn)象或"反相工作"。2PSK信號在一個碼元的持續(xù)時間Ts內(nèi)可以表示為u1T<t>發(fā)送"1"時ST<t>=uoT<t>=-u1T<t>發(fā)送"0"時期中Acosωct0<t<Tsu1T<t>=0其他設發(fā)送端發(fā)出的信號如上式所示,則接收端帶通濾波器輸出波形y<t>為[a+nc<t>]cosωct-ns<t>sinωct發(fā)送"1"時y<t>=[-a+nc<t>]cosωct-ns<t>sinωct發(fā)送"0"時y<t>經(jīng)過想干解調(diào)〔相乘—低通后,送入抽樣判決器的輸入波形為a+nc<t>發(fā)送"1"時x<t>=-a+nc<t>發(fā)送"0"時由于nc<t>是均值為0,方差為σ2的高斯噪聲,所以x<t>的一維概率密度函數(shù)為由最佳判決門限分析可知,在發(fā)送"1"和"0"概率相等時,即P<1>=P<0>時,最佳門限b*=0.此時,發(fā)"1"而錯判為"0"的概率為P<0/1>=P<x≦0>=∫0-∞f1<x>dx=1/2erfc<>式中：r=a2/2σ2n同理,發(fā)"0而錯判為"1"的概率為P<1/0>=P<x＞0>=∫0-∞f0<x>dx=1/2erfc<>故2PSK信號相干解調(diào)系統(tǒng)的總誤碼率為Pe=P<1>P<0/1>+P<0>P<0/1>=1/2erfc<>在大信噪比<r>>1>的條件下,上式可近似為Pe≈e-r/22.基于matlab的2PSK的系統(tǒng)仿真通過編寫M文件程序：2PSK調(diào)制解調(diào)程序及注釋clearallclosealli=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>>;%隨機序列,基帶信號figure<3>;stem<a>;st1=t;forn=1:10ifa<n><1;form=j/i*<n-1>+1:j/i*nst1<m>=0;endelseform=j/i*<n-1>+1:j/i*nst1<m>=1;endendendfigure<1>;subplot<411>;plot<t,st1>;title<'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成雙極性碼st2=t;fork=1:j;ifst1<k>>=1;st2<k>=0;elsest2<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*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,psk>;%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'>;form=0:i-1;ifpsk<1,m*500+250><0;forj=m*500+1:<m+1>*500;psk<1,j>=0;endelseforj=m*500+1:<m+1>*500;psk<1,j>=1;endendendsubplot<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clearallclosealli=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>>;figure<4>;stem<a>;st1=t;forn=1:10ifa<n><1;form=j/i*<n-1>+1:j/i*nst1<m>=0;endelseform=j/i*<n-1>+1:j/i*nst1<m>=1;endendendfigure<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>;forn=2:10ifa<n>>=1;ifb<n-1>>=1b<n>=0;elseb<n>=1;endelseb<n>=b<n-1>;endendst1=t;forn=1:10ifb<n><1;form=j/i*<n-1>+1:j/i*nst1<m>=0;endelseform=j/i*<n-1>+1:j/i*nst1<m>=1;endendendsubplot<323>;plot<t,st1>;title<'相對碼st1'>;axis<[0,5,-1,2]>;st2=t;fork=1:j;ifst1<k>>=1;st2<k>=0;elsest2<k>=1;endend;subplot<324>;plot<t,st2>;title<'相對碼反碼st2'>;axis<[0,5,-1,2]>;s1=sin<2*pi*fc*t>;subplot<325>;plot<s1>;title<'載波信號s1'>;s2=sin<2*pi*fc*t+pi>;subplot<326>;plot<s2>;title<'載波信號s2'>;d1=st1.*s1;d2=st2.*s2;figure<2>;subplot<411>;plot<t,d1>;title<'st1*s1'>;subplot<412>;plot<t,d2>;title<'st2*s2'>;e_dpsk=d1+d2;subplot<413>;plot<t,e_dpsk>;title<'調(diào)制后波形'>;noise=rand<1,j>;dpsk=e_dpsk+noise;%加入噪聲subplot<414>;plot<t,dpsk>;title<'加噪聲后信號'>;dpsk=dpsk.*s1;%與載波s1相乘figure<3>;subplot<411>;plot<t,dpsk>;title<'與載波相乘后波形'>;[f,af]=T2F<t,dpsk>;%通過低通濾波器[t,dpsk]=lpf<f,af,B>;subplot<412>;plot<t,dpsk>;title<'低通濾波后波形'>;st=zeros<1,i>;%全零矩陣form=0:i-1;ifdpsk<1,m*500+250><0;st<m+1>=0;forj=m*500+1:<m+1>*500;dpsk<1,j>=0;endelseforj=m*500+1:<m+1>*500;st<m+1>=1;dpsk<1,j>=1;endendendsubplot<413>;plot<t,dpsk>;axis<[0,5,-1,2]>;title<'抽樣判決后波形'>dt=zeros<1,i>;%全零矩陣dt<1>=st<1>;forn=2:10;if<st<n>-st<n-1>><=0&&<st<n>-st<n-1>>>-1;dt<n>=0;elsedt<n>=1;endendst=t;forn=1:10ifdt<n><1;form=j/i*<n-1>+1:j/i*nst<m>=0;endelseform=j/i*<n-1>+1:j/i*nst<m>=1;endendendsubplot<414>;plot<t,st>;axis<[0,5,-1,2]>;title<'碼反變換后波形'>;%利用FFT計算信號的頻譜并與信號的真實頻譜的抽樣比較。%腳本文件T2F.m定義了函數(shù)T2F,計算信號的傅立葉變換。function[f,sf]=T2F<t,st>%ThisisafunctionusingtheFFTfunctiontocalculateasignal'sFourier%Translation%Inputisthetimeandthesignalvectors,thelengthoftimemustgreater%than2%Outputisthefrequencyandthesignalspectrumdt=t<2>-t<1>;T=t<end>;df=1/T;N=length<st>;f=-N/2*df:df:N/2*df-df;sf=fft<st>;sf=T/N*fftshift<s；用到的低通濾波器函數(shù)function[t,st]=lpf<f,sf,B>%Thisfunctionfilteraninputdatausingalowpassfilter%Inputs:f:frequencysamples%sf:inputdataspectrumsamples%B:lowpass'sbandwidthwitharectanglelowpass%Outputs:t:timesamples%st:outputdata'stimesamplesdf=f<2>-f<1>;T=1/df;hf=ze