DPSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的MATLAB實(shí)現(xiàn)及性能分析

學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：摘要：MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái),設(shè)計(jì)一個(gè)2DPSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng).用示波器觀察調(diào)制前后的信號(hào)波形;用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后信號(hào)頻譜的變化;加上各種噪聲源,用誤碼測(cè)試模塊測(cè)量誤碼率;最后根據(jù)運(yùn)行結(jié)果和波形來(lái)分析該系統(tǒng)性能。關(guān)鍵詞：TLAB；Simulink；2DPSK；相干解調(diào)1引言本課程設(shè)計(jì)主要是學(xué)會(huì)MATLAB的運(yùn)用，在MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái)下，實(shí)現(xiàn)DPSK與SSB復(fù)合調(diào)制與解調(diào)通信系統(tǒng)，且對(duì)其進(jìn)行性能分析。用示波器對(duì)調(diào)制前與解調(diào)后的波形進(jìn)行比較，并加入頻譜分析模塊，分析調(diào)制前后信號(hào)頻譜的變化，再分別加入高斯噪聲、瑞利噪聲、萊斯噪聲，并分析系統(tǒng)接受信號(hào)的性能。1.1課程設(shè)計(jì)目的通過本課程的學(xué)習(xí)我們不僅能加深理解和鞏固理論課上所學(xué)的有關(guān)DPCM編碼和解碼的基本概念、基本理論和基本方法，而且能鍛煉我們分析問題和解決問題的能力；同時(shí)對(duì)我們進(jìn)行良好的獨(dú)立工作習(xí)慣和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，為今后參加科學(xué)工作打下良好的基礎(chǔ)。1.2課程設(shè)計(jì)內(nèi)容利用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái),設(shè)計(jì)一個(gè)2DPSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng).用示波器觀察調(diào)制前后的信號(hào)波形;用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后信號(hào)頻譜的變化;加上各種噪聲源,用誤碼測(cè)試模塊測(cè)量誤碼率;最后根據(jù)運(yùn)行結(jié)果和波形來(lái)分析該系統(tǒng)性能。2基本原理2．12DPSK調(diào)制與解調(diào)二進(jìn)制差分相移鍵控常簡(jiǎn)稱為二相相對(duì)調(diào)相，記為2DPSK。它不是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對(duì)載波相位值傳送數(shù)字信息。所謂相對(duì)載波相位是只本碼元初相與前一碼元初相之差。1調(diào)制2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對(duì)載波相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。例如，假設(shè)相位值用相位偏移△φ表示（△φ定義為本碼元初相與前一碼元初相只差），并設(shè)△φ=π→數(shù)字信息1△φ=0→數(shù)字信息0則數(shù)字信息序列與2DPSK信號(hào)的碼元相位關(guān)系可舉例表示如如下：數(shù)字信息：00111001012DPSK信號(hào)相位：000π0πππ00π或πππ0π000ππ0畫出的2PSK及DPSK信號(hào)的波形如圖2-1所示。圖2-12PSK及2DPSK信號(hào)的波形2DPSK的產(chǎn)生基本類似于2PSK，只是調(diào)制信號(hào)需要經(jīng)過碼型變換，將絕對(duì)碼變?yōu)橄鄬?duì)碼。2DPSK產(chǎn)生的原理框圖如圖2-2所示[1]，圖（a）為模擬調(diào)制法，圖（b）為鍵控法。（a）模擬調(diào)制法（b）鍵控法圖2-22DPSK信號(hào)的調(diào)制原理圖從上面分析可見，無(wú)論接收信號(hào)是2DPSK還是2PSK信號(hào)，單從接收端看是區(qū)分不開的。因此2DPSK信號(hào)的功率譜密度和2PSK信號(hào)的功率譜密度是完全一樣的。2解調(diào)2DPSK信號(hào)可以采用相干解調(diào)法（極性比較法）和差分相干解調(diào)法（相位比較法）。本課程設(shè)計(jì)采用相干解調(diào)法，圖2-3為相干解調(diào)法，解調(diào)器原理圖和解調(diào)過程各點(diǎn)時(shí)間波形如圖2-3（a）和（b）所示[2]。其解調(diào)原理是：先對(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對(duì)碼，再通過碼反變換器變換為絕對(duì)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180o相位模糊，解調(diào)出的相對(duì)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(duì)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。（a）（b）圖2-32DPSK的相干解調(diào)3系統(tǒng)設(shè)計(jì)3．12DPSK調(diào)制與解調(diào)12DPSK調(diào)制與解調(diào)電路如圖3-1所示圖3-12DPSK調(diào)制與解調(diào)電路圖22DPSK調(diào)制部分2DPSK的調(diào)制采用模擬調(diào)制法。調(diào)制電路的主要模塊是碼型變換模塊，它主要是完成絕對(duì)碼波形轉(zhuǎn)換為相對(duì)碼波形，在實(shí)際的仿真中要先經(jīng)過差分編碼，再進(jìn)行極性雙變換，得到的信號(hào)與載波一起通過相乘器，就完成了調(diào)制過程。其中要注意的是在進(jìn)行差分編碼之后再進(jìn)行極性變換之前要有一個(gè)數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的單元，前后數(shù)據(jù)類型一致才不會(huì)出錯(cuò)。在DPSK調(diào)制中，載波頻率應(yīng)比基帶信號(hào)的頻率大，故將載波的頻率參數(shù)設(shè)置為2000*pi，抽樣時(shí)間為0，其參數(shù)圖如圖3-2所示。將基帶信號(hào)的抽樣時(shí)間改成.001，其參數(shù)圖如圖3-3所示。圖3-2載波參數(shù)設(shè)置圖3-3基帶信號(hào)參數(shù)設(shè)置在單極性到雙極性變換中，M-arynumber設(shè)置為2，極性為positive，如圖3-4所示。圖3-4UnipolartoBipolarConverter參數(shù)設(shè)置乘法器參數(shù)設(shè)置如圖3-5所示圖3-5乘法器參數(shù)設(shè)置碼變換部分參數(shù)設(shè)置如圖3-6、3-7、3-8所示圖3-6LogicalOperator參數(shù)設(shè)置圖3-7UnitDelay參數(shù)設(shè)置圖3-8DataTypeConversion參數(shù)設(shè)置3、2DPSK解調(diào)仿真中我們采用相干解調(diào)法進(jìn)行2DPSK解調(diào)，解調(diào)電路中有帶通濾波器、相乘器、低通濾波器、抽樣判決器及碼反變換組成。2DPSK相干解調(diào)原理是：對(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對(duì)碼，再通過碼反變換為絕對(duì)碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。載波的參數(shù)設(shè)置同2DPSK調(diào)制的載波參數(shù)設(shè)置一致，可見圖3-2。帶通濾波器參數(shù)設(shè)置如圖3-9所示。低通濾波器參數(shù)設(shè)置如圖3-10所示。抽樣判決器的參數(shù)設(shè)置如圖3-11所示，圖3-9帶通濾波器參數(shù)設(shè)置圖3-10低通濾波器參數(shù)設(shè)置圖3-11抽樣判決器參數(shù)設(shè)置2DPSK解調(diào)電路仿真波形如圖3-12所示圖3-122DPSK解調(diào)電路仿真波形誤碼率模塊參數(shù)設(shè)置如圖3-13所示：圖3-13誤碼率計(jì)算模塊設(shè)置圖3-14誤碼顯示模塊由圖3-142DPSK調(diào)制電路頻譜分析調(diào)制頻譜分析電路圖如圖3-15所示圖3-15調(diào)制頻譜分析電路圖將頻譜分析模塊加入電路中，兩個(gè)模塊Zero-OrderHold、SpectrumScope參數(shù)設(shè)置分別如圖3-16、3-17所示。圖3-16Zero-OrderHold參數(shù)設(shè)置圖3-17SpectrumScope參數(shù)設(shè)置將頻譜分析模塊加入到基帶信號(hào)處，其頻譜如圖3-18所示，加入到經(jīng)DPSK調(diào)制后的信號(hào)處，其頻譜如圖3-19所示。圖3-18基帶信號(hào)頻譜分析圖圖3-19PSK調(diào)制電路輸出端頻譜分析圖3.32DPSK解調(diào)電路頻譜分析解調(diào)頻譜分析電路圖如圖3-20所示圖3-20解調(diào)頻譜分析電路圖將頻譜分析模塊（其參數(shù)設(shè)置同調(diào)制電路相同）加入到解調(diào)電路輸入端，其頻譜如圖3-22所示，加入到經(jīng)2DPSK解調(diào)后的信號(hào)處，其頻譜如圖3-23所示。圖3-21解調(diào)電路輸入端頻譜分析圖圖3-222DPSK解調(diào)信號(hào)頻譜分析圖在調(diào)制與解調(diào)電路間加上噪聲源，模擬信號(hào)在不同信道中的傳輸：a用高斯白噪聲模擬有線信道，b用瑞利噪聲模擬有直射分量的無(wú)線信道，c用萊斯噪聲模擬無(wú)直射分量的無(wú)線信道。a信道中加入高斯噪聲電路圖如圖3-23所示圖3-23加入高斯噪聲后的2DPSK調(diào)制解調(diào)電路高斯噪聲發(fā)生器參數(shù)設(shè)置如圖3-24所示圖3-24高斯噪聲發(fā)生器參數(shù)設(shè)置加入高斯噪聲后的仿真波形如圖3-25所示圖3-25加入高斯噪聲后的2DPSK仿真波形圖3-26高斯噪聲解調(diào)誤碼率根據(jù)上面波形可知高斯噪聲對(duì)信道產(chǎn)生了一定的影響，小部分產(chǎn)生了譯碼錯(cuò)誤。b信道中加入瑞利噪聲電路圖如圖3-27所示圖3-27加瑞利噪聲的調(diào)制解調(diào)仿真電路圖瑞利噪聲發(fā)生器參數(shù)設(shè)置如圖3-28所示圖3-28瑞利噪聲發(fā)生器參數(shù)設(shè)置加入瑞利噪聲后的仿真波形如圖3-29所示圖3-29加入瑞利噪聲后的2DPSK仿真波形圖3-30瑞利噪聲解調(diào)誤碼率由圖3-302根據(jù)上面波形可知瑞利噪聲對(duì)信道產(chǎn)生了一定的影響，小部分產(chǎn)生了譯碼錯(cuò)誤。c信道中加入萊斯噪聲的電路圖如圖3-31所示圖3-31加萊斯噪聲的調(diào)制解調(diào)仿真電路圖萊斯噪聲發(fā)生器參數(shù)設(shè)置如圖3-32所示圖3-32萊斯噪聲發(fā)生器參數(shù)設(shè)置加入萊斯噪聲后的仿真波形如圖3-33所示圖3-33加入萊斯噪聲后的2DPSK仿真波形圖3-34萊斯噪聲解調(diào)誤碼率由圖3-346根據(jù)上面波形可知萊斯噪聲對(duì)信道產(chǎn)生了一定的影響，小部分產(chǎn)生了譯碼錯(cuò)誤由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，信道中加入高斯噪聲，瑞利噪聲，萊斯噪聲后,隨著噪聲幅度的增加，誤碼率越來(lái)越大。4仿真電路分析與總結(jié)4.1出現(xiàn)的問題（1）示波器的圖像出現(xiàn)不完整。（2）在沒有加入噪聲時(shí)解調(diào)出現(xiàn)誤碼率4.2解決方法（1）在示波器圖中修改datahistory中的limitdatapointstolast參數(shù)，將其改大，再運(yùn)行simulink，即可從示波器中觀察到準(zhǔn)確圖形。（2）在沒有加入噪聲時(shí)出現(xiàn)誤碼率，是由于誤碼器參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤的原因。將基帶信號(hào)與解調(diào)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，可發(fā)現(xiàn)信號(hào)經(jīng)傳輸后有2個(gè)單位的延遲，故將誤碼率計(jì)算模塊中Receivedelay中應(yīng)設(shè)置為2，再次運(yùn)行simulink，誤碼率顯示模塊中顯示誤碼率為零。在整個(gè)電路設(shè)計(jì)過程中，關(guān)鍵是基帶信號(hào)與載波頻率的設(shè)置及帶通濾波器、低通濾波器的參數(shù)設(shè)置。應(yīng)在掌握電路原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。5結(jié)束語(yǔ)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.在這兩周的時(shí)間里我切切實(shí)實(shí)的學(xué)到了許多知識(shí)，尤其是提高了用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái)的實(shí)際操作能力?；仡櫰鸫舜瓮ㄐ旁碚n程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整兩星期的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)很不熟悉，動(dòng)手能力比較欠缺，這是我必須在以后的學(xué)習(xí)中需要加以改進(jìn)的地方，在不斷學(xué)習(xí)中完善自我。這兩周，我學(xué)會(huì)了用simulink仿真平臺(tái)完成實(shí)際的仿真過程，在仿真過程中，參數(shù)的選擇尤其重要，它將影響仿真的準(zhǔn)確度。在設(shè)計(jì)過程中，電路應(yīng)經(jīng)過不斷的修改和重復(fù)，不斷的仿真，我們不應(yīng)急躁，要保持認(rèn)真的態(tài)度和謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)作風(fēng)，這樣我們才能真正的學(xué)到知識(shí)。對(duì)于以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。

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