2PSK數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

第頁摘要數(shù)字信號的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸。然而，實際中的大多數(shù)信道（如無線信道）因具有帶通特性而不能直接傳送系帶信號，這是因為數(shù)字基帶信號往往含有豐富的低頻分量。為了使數(shù)字信號在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，以使信號與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號控制載波，把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制。在接收端通過解調(diào)器把貸通信號還原成數(shù)字基帶信號的過程稱為數(shù)字解調(diào)。通常把調(diào)制和解調(diào)過程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)叫做數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)。一般來說，數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制的原理基本相同，但是數(shù)字信號有離散取值的特點。因此數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：①利用模擬調(diào)制的方法去實現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制，即把數(shù)字調(diào)制看成是模擬調(diào)制的一個特例，把數(shù)字基帶信號當做模擬信號的特殊情況處理；②利用數(shù)字信號的離散取值特點通過開關(guān)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，對載波的振幅、頻率和相位進行鍵控，即可獲得ASK、FSK、PSk三種基本數(shù)字調(diào)制方式。本次課程設(shè)計主要是運用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺設(shè)計一個2PSK數(shù)字信號調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。設(shè)計采用的是鍵控法進行調(diào)制。關(guān)鍵字：MatlabSimulink2P目錄一、課程設(shè)計目的 4二、課程設(shè)計時間安排 4三、課程設(shè)計及要求 41.基本工作原理 41）數(shù)字通信系統(tǒng) 42）調(diào)制方法：鍵控法 53）解調(diào)方法：相干解調(diào)法 52、設(shè)計系統(tǒng) 51）Simulink仿真框圖 52）工作原理 63）設(shè)定參數(shù) 73.MATLAB仿真 121）波形仿真圖 124）分析基帶信號和已調(diào)信號的功率譜密度 155）誤碼率分析 17四、課程設(shè)計心得體會 20五、參考文獻 21

一、課程設(shè)計目的通過課程設(shè)計，鞏固已經(jīng)學(xué)過的有關(guān)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的知識，加深對知識的理解和應(yīng)用，學(xué)會應(yīng)用MatlabSimulink工具對通信系統(tǒng)進行仿真。二、課程設(shè)計時間安排課程設(shè)計時間為第一周。首先查找資料，掌握系統(tǒng)原理，熟悉仿真軟件，然后編寫程序或構(gòu)建仿真結(jié)構(gòu)模型，最后調(diào)試運行并分析仿真結(jié)果。三、課程設(shè)計及要求設(shè)計一個采用不同調(diào)制方式的數(shù)字通信系統(tǒng)，其中單號同學(xué)完成2FSK（或MFSK）系統(tǒng)，雙號同學(xué)完成2PSK或2DPSK(或QPSK)系統(tǒng)。選擇2PSK進行設(shè)計及仿真。1.基本工作原理1）數(shù)字通信系統(tǒng)信息源信息源信道編碼器加密器信源編碼器調(diào)制器信道解調(diào)器解密器信源譯碼器噪聲受信者信道譯碼器數(shù)字通信系統(tǒng)較模擬通信系統(tǒng)而言，具有抗干擾能力強、便于加密、易于實現(xiàn)集成化、便于與計算機連接等優(yōu)點。因而，數(shù)字通信更能適應(yīng)對通信技術(shù)的越來越高的要求。近二十年來，數(shù)字通信發(fā)展十分迅速，在整個通信領(lǐng)域中所占比重日益增長，在大多數(shù)通信系統(tǒng)中已代替模擬通信，成為當代通信系統(tǒng)的主流。2）調(diào)制方法：鍵控法3）解調(diào)方法：相干解調(diào)法由于2PSK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。故采用相干解調(diào)法。2、設(shè)計系統(tǒng)1）Simulink仿真框圖2）工作原理在二進制數(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.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0.二進制移相鍵控信號的時域表達式為e2PSK(t)=g(t-nTs)]cosωct(2-1)其中,an與2ASK和2FSK時的不同,在2PSK調(diào)制中,an應(yīng)選擇雙極性,即

（2-2）（2–3）若g(t)是脈寬為Ts,高度為1的矩形脈沖時,則有

e2PSK(t)=cosωct,發(fā)送概率為P

-cosωct,發(fā)送概率為1-P

由式(2-3)可看出,當發(fā)送二進制符號1時,已調(diào)信號e2PSK(t)取0°相位,發(fā)送二進制符號0時,e2PSK(t)取180°相位.若用φn表示第n個符號的絕對相位,則有

φn=0°,發(fā)送1符號

180°發(fā)送0符號

這種以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進制數(shù)字信號的調(diào)制方式,稱為二進制絕對移相方式.二進制移相鍵控信號的典型時間波形如圖2.4所示.二進制移相鍵控信號的時間波形3）設(shè)定參數(shù)建立好模型之后就要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，以達到系統(tǒng)的最佳仿真。正弦載波參數(shù)設(shè)置正弦波：8HZ，幅度+2設(shè)置依據(jù)：載波頻率本來應(yīng)該很高，但是為了波形觀察方便，故頻率設(shè)為8HZ。反相正弦波：8HZ，幅度-2設(shè)置依據(jù)：載波頻率本來應(yīng)該很高，但是為了波形觀察方便，故頻率設(shè)為8HZ;又要求與載波反相，故幅度設(shè)為-2.伯努利二進制隨機序列產(chǎn)生器BernoulliRandomBinaryGenerator(伯努利二進制隨機數(shù)產(chǎn)生器)是基于采樣的，其幅度設(shè)置為2，周期為3，占1比為2/3。碼型變化器參數(shù)設(shè)置：設(shè)置依據(jù)：采用1變0不變調(diào)制，故極性設(shè)為“Negative”.多路選擇器參數(shù)設(shè)置：參數(shù)設(shè)置依據(jù)：當二進制序列大于0時，輸出第一路信號；當二進制序列小于0時，輸出第二路信號。帶通濾波器參數(shù)設(shè)置：帶通濾波器參數(shù)：帶通范圍為2~7HZ設(shè)置依據(jù)：載波頻率為4HZ，而基帶號帶寬為1HZ，考濾到濾波器的邊沿緩降，故設(shè)置為2~7HZ。低通濾波器參數(shù)設(shè)置：低通濾波器參數(shù)設(shè)置：截止頻率為1HZ設(shè)置依據(jù)：二進制序列的帶寬為1HZ，故取1HZ。取樣判決器參數(shù)設(shè)置：取樣判決器參數(shù)設(shè)置：門限值取為0.5，取樣時間為1設(shè)置依據(jù)：當大于0.5時輸出0，當小于0.5時輸出1，能達到在1變0不變的取樣規(guī)則下正確解碼的目的。3.MATLAB仿真1）波形仿真圖調(diào)制部分解調(diào)部分2）系統(tǒng)不同部分的信號波形3）眼圖理想信道眼圖高斯信道的眼圖4）分析基帶信號和已調(diào)信號的功率譜密度若二進制基帶信號s(t)的功率譜密度Ps(f)為則二進制相移鍵控信號的功率譜密度為整理后可得二進制相移鍵控信號的功率譜密度如圖2.8所示，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。續(xù)譜兩部分組成。離散譜由載波分量確定，連續(xù)譜由基帶信號波形g(t)確定，二進制相移鍵控信號的帶寬B2PSK是基帶信號波形帶寬B的兩倍,即B2PSK=2B。5）誤碼率分析本次采用的調(diào)制規(guī)則為‘1’變‘0’不變所以解調(diào)規(guī)則也用‘1’變‘0’不變。即為取樣值大于門限時判為‘0’，當取樣值小于門限值時判為‘1’。但在實際通信系統(tǒng)中往往存在噪聲，噪聲會對判決值產(chǎn)生影響，即會產(chǎn)生誤碼率，一般假設(shè)信道的噪聲為高斯白噪聲，下面討論2PSK解調(diào)器在高斯白噪聲干擾下的誤碼率：發(fā)端發(fā)‘1’時受到的2PSK信號為帶通濾波器的輸出時信號加窄帶噪聲：上式與本地載波相乘后：經(jīng)低通濾波后：所以x(t)的取樣判決值的概率密度函數(shù)為：發(fā)端發(fā)‘0’時，收到的2PSK信號：帶通濾波器的輸出時信號加窄帶噪聲：上式與本地載波相乘后：經(jīng)低通濾波后：所以x(t)的取樣判決值的概率密度函數(shù)為：綜上所述可畫出概率密度函數(shù)曲線：取樣值概率密度函數(shù)示意圖當P(0)=P(1)時，最佳門限應(yīng)選在兩條曲線的交點處。即從圖可看出最佳判決門效應(yīng)為0.所以發(fā)‘1’錯判‘0’概率為：發(fā)‘0’錯判‘1’的概率等于發(fā)‘1’錯判‘0’概率根據(jù)圖4-3-3及上式可得2PSK相干解調(diào)器的誤碼率公式為式中由Simulink仿真圖中display輸出的誤碼率可見：隨著信噪比的降低，誤碼率是急劇上升的。信噪比為10誤碼率：信噪比為50誤碼率：四、課程設(shè)計心得體會通過理論學(xué)習，我了解到2PSK相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息的，而振幅和頻率保持不變。并且通過對2PSK功率譜密度的分析和仿真，我更深刻的理解了二進制相移鍵控信號的頻譜特性與2ASK的十分相似，帶寬也為基帶信號帶寬的2倍。區(qū)別僅在于當P=1/2時，其譜中無離散譜（即載波分量），聯(lián)系通信電子電路中所學(xué)可以知道，此時2PSK信號實際上相當于抑制載波的雙邊帶信號。因此，它可以看作是雙極性基帶信號作用下的調(diào)幅信號。從仿真中可以看出在2PSK調(diào)制系統(tǒng)中由于存在信道干擾和碼間干擾，會影響調(diào)制系統(tǒng)的性能，及存在一定的誤碼率，誤碼率與信噪比相關(guān)，當信噪比提高時。誤碼率下降。此次課程設(shè)計，讓我感受到了MATLAB中Simulink工作環(huán)境的強大功能和便利。在我為繪制并仿真出和理論吻合的波形高興的同時也激發(fā)了我對這款仿真軟件的興趣。Simulik模塊庫按功能進行分為以下8類子庫：Continuous（連續(xù)模塊）Discrete（離散模塊）Function&Tables（函數(shù)和平臺模塊）Math（數(shù)學(xué)模塊）Nonlinear（非線性模塊）Signals&Systems（信號和系統(tǒng)模塊）Sinks（接收器模塊）Sources（輸入源模塊）用戶可以根據(jù)需要混合使用歌庫中的模塊來組合系統(tǒng)，也可以封裝自己的模塊，自定義模塊庫、從而實現(xiàn)全圖形化仿真。Simulink模型庫中的仿真模塊組織成三級樹結(jié)構(gòu)Simulink子模型庫中包含了Continous、Discontinus等下一級模型庫Continous模型庫中又包含了若干模塊，可直接加入仿真模型。對我來說，收獲的最大的是加深了我對所學(xué)理論知識更加直觀、深刻的理解，并且激發(fā)了我對所學(xué)知識極大的興趣。在課設(shè)過程中，也讓我更加注重能力的培養(yǎng)和方法的總結(jié)。通信原理這門課可以說是大學(xué)三年以來遇到的最難的課程，但是在陳老師的理論授課和楊老師的實踐指引下，我漸漸對所學(xué)內(nèi)容清晰明了起來，在腦海中能夠慢慢描繪出架構(gòu)，并且了解了Simulink這樣一個功能齊全，靈活好用的仿真環(huán)境。這次課設(shè)可能只是我更加深入學(xué)習專業(yè)課路上的一次小小起步，但卻為我打開了一扇門，呈現(xiàn)了一片前所未有的風景。當然，在課設(shè)過程中還遇到過一些問題。尤其是誤碼率居高不下，在通過對采樣頻率，濾波器特性等等因素的綜合考慮和不斷調(diào)整中，誤碼率總算有所降低。也讓我更加直觀地認識到影響誤碼率的因素和設(shè)計系統(tǒng)時所應(yīng)該做的考慮和選擇?？傊?，希望以后有更多相關(guān)方面的引導(dǎo)和學(xué)習。其實在最初通信原理的學(xué)習過程中，我們就應(yīng)該去嘗試用Simulink搭建框圖，進行一些系統(tǒng)的仿真和調(diào)試，定會對理論知識的學(xué)習更深一步。收獲了學(xué)習方法和能力，在今后的學(xué)習過