DPSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的MATLAB實現(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,設(shè)計一個2DPSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng).用示波器觀察調(diào)制前后的信號波形;用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后信號頻譜的變化;加上各種噪聲源,用誤碼測試模塊測量誤碼率;最后根據(jù)運行結(jié)果和波形來分析該系統(tǒng)性能。關(guān)鍵詞：TLAB；Simulink；2DPSK；相干解調(diào)1引言本課程設(shè)計主要是學(xué)會MATLAB的運用，在MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺下，實現(xiàn)DPSK與SSB復(fù)合調(diào)制與解調(diào)通信系統(tǒng)，且對其進行性能分析。用示波器對調(diào)制前與解調(diào)后的波形進行比較，并加入頻譜分析模塊，分析調(diào)制前后信號頻譜的變化，再分別加入高斯噪聲、瑞利噪聲、萊斯噪聲，并分析系統(tǒng)接受信號的性能。1.1課程設(shè)計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；同時對我們進行良好的獨立工作習(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)計內(nèi)容利用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺,設(shè)計一個2DPSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng).用示波器觀察調(diào)制前后的信號波形;用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后信號頻譜的變化;加上各種噪聲源,用誤碼測試模塊測量誤碼率;最后根據(jù)運行結(jié)果和波形來分析該系統(tǒng)性能。2基本原理2．12DPSK調(diào)制與解調(diào)二進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。1調(diào)制2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對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信號的碼元相位關(guān)系可舉例表示如如下：數(shù)字信息：00111001012DPSK信號相位：000π0πππ00π或πππ0π000ππ0畫出的2PSK及DPSK信號的波形如圖2-1所示。圖2-12PSK及2DPSK信號的波形2DPSK的產(chǎn)生基本類似于2PSK，只是調(diào)制信號需要經(jīng)過碼型變換，將絕對碼變?yōu)橄鄬Υa。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信號的調(diào)制原理圖從上面分析可見，無論接收信號是2DPSK還是2PSK信號，單從接收端看是區(qū)分不開的。因此2DPSK信號的功率譜密度和2PSK信號的功率譜密度是完全一樣的。2解調(diào)2DPSK信號可以采用相干解調(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)過程各點時間波形如圖2-3（a）和（b）所示[2]。其解調(diào)原理是：先對2DPSK信號進行相干解調(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，它主要是完成絕對碼波形轉(zhuǎn)換為相對碼波形，在實際的仿真中要先經(jīng)過差分編碼，再進行極性雙變換，得到的信號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行差分編碼之后再進行極性變換之前要有一個數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的單元，前后數(shù)據(jù)類型一致才不會出錯。在DPSK調(diào)制中，載波頻率應(yīng)比基帶信號的頻率大，故將載波的頻率參數(shù)設(shè)置為2000*pi，抽樣時間為0，其參數(shù)圖如圖3-2所示。將基帶信號的抽樣時間改成.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2DPSK信號進行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對碼，再通過碼反變換為絕對碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進制數(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處，其頻譜如圖3-18所示，加入到經(jīng)DPSK調(diào)制后的信號處，其頻譜如圖3-19所示。圖3-18基帶信號頻譜分析圖圖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線信道，c用萊斯噪聲模擬無直射分量的無線信道。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信道產(chǎn)生了一定的影響，小部分產(chǎn)生了譯碼錯誤。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信道產(chǎn)生了一定的影響，小部分產(chǎn)生了譯碼錯誤。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信道產(chǎn)生了一定的影響，小部分產(chǎn)生了譯碼錯誤由實驗結(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）在沒有加入噪聲時出現(xiàn)誤碼率，是由于誤碼器參數(shù)設(shè)置錯誤的原因。將基帶信號與解調(diào)信號進行對比，可發(fā)現(xiàn)信號經(jīng)傳輸后有2個單位的延遲，故將誤碼率計算模塊中Receivedelay中應(yīng)設(shè)置為2，再次運行simulink，誤碼率顯示模塊中顯示誤碼率為零。在整個電路設(shè)計過程中，關(guān)鍵是基帶信號與載波頻率的設(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)上進行設(shè)計。5結(jié)束語課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.在這兩周的時間里我切切實實的學(xué)到了許多知識，尤其是提高了用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺的實際操作能力?；仡櫰鸫舜瓮ㄐ旁碚n程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對實驗平臺很不熟悉，動手能力比較欠缺，這是我必須在以后的學(xué)習(xí)中需要加以改進的地方，在不斷學(xué)習(xí)中完善自我。這兩周，我學(xué)會了用simulink仿真平臺完成實際的仿真過程，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，要保持認真的態(tài)度和謹慎的學(xué)習(xí)作風(fēng)，這樣我們才能真正的學(xué)到知識。對于以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計之后，一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。

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