通信原理課程設(shè)計(jì)--基于matlab的相移鍵控仿真設(shè)計(jì)

1、<p>　　通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　題 目 基于Matlab的相移鍵控仿真設(shè)計(jì)</p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 電子信息工程 </p><p><b>　　2015年6月</b></p><p>　　基于Matlab的2P

2、SK,2DPSK仿真</p><p>　　摘要：現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠(yuǎn)、通信容量大、傳輸質(zhì)量好，作為其關(guān)鍵技術(shù)之一的調(diào)制技術(shù)</p><p>　　一直是研究的一個(gè)重要方向。本設(shè)計(jì)主要敘述了數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，介紹了2PSK數(shù)字調(diào)制方式的</p><p>　　基本原理，功率譜密度，并運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)數(shù)字調(diào)制方式2PSK進(jìn)行了編程仿真實(shí)現(xiàn)，在MATLAB平&l

3、t;/p><p>　　臺(tái)上建立2PSK和2DPSK調(diào)制技術(shù)的仿真模型。進(jìn)一步學(xué)習(xí)了MATLAB編程軟件，將MATLAB與通信系統(tǒng)</p><p>　　中數(shù)字調(diào)制知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，為以后在通信領(lǐng)域?qū)W習(xí)和研究打下了基礎(chǔ)在計(jì)算機(jī)上，運(yùn)用MATLAB軟件</p><p>　　來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)調(diào)制技術(shù)的仿真。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字調(diào)制與解調(diào)；MAT

4、LAB；2PSK；2DPSK；</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 調(diào)制方式 </b></p><p>　　數(shù)字通信系統(tǒng), 按調(diào)制方式可以分為基帶傳輸和帶通傳輸。數(shù)字基帶信號(hào)的功率一般處于從零開(kāi)始到某一頻率（如0～6M）低頻段，因而在很多實(shí)際的通信（如無(wú)線信道）中就不能直接

5、進(jìn)行傳輸，需要借助載波調(diào)制進(jìn)行頻譜搬移，將數(shù)字基帶信號(hào)變換成適合信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號(hào)進(jìn)行傳輸，這種傳輸方式，稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸或調(diào)制傳輸、載波傳輸。所謂調(diào)制，是用基帶信號(hào)對(duì)載波波形的某參量進(jìn)行控制，使該參量隨基帶信號(hào)的規(guī)律變化從而攜帶消息。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制可以便于信號(hào)的傳輸；實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用；改變信號(hào)占據(jù)的帶寬；改善系統(tǒng)的性能。</p><p>　　數(shù)字基帶通信系統(tǒng)中四種基本的調(diào)制方式分別稱(chēng)為振幅鍵控（ASK

6、，Amplitude-Shift keying）、移頻鍵控（ FSK，F(xiàn)requency-Shift keying）、移相鍵控(PSK，Phase-Shift keying )和差分移相鍵（DPSK，Different Phase-Shift keying）。本次課程設(shè)計(jì)對(duì)PSK,DPSK這兩種調(diào)制方式進(jìn)行了仿真。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)要求</b></p>

7、<p>　　1.2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　用MATLAB完成對(duì)2PSK、2DPSK的調(diào)制與解調(diào)仿真電路設(shè)計(jì)，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，可編寫(xiě)程序，也可硬件設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　1.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)（參數(shù)可以自行設(shè)置）</p><p>　　1、傳輸基帶數(shù)字信號(hào)（15位） 碼元周期T=0.01S</p><p>　　2

8、、載波頻率：15KHz</p><p>　　1.2.3 設(shè)計(jì)儀器</p><p>　　計(jì)算機(jī)和MATLAB軟件</p><p>　　第2章 2PSK,2DPSK原理</p><p>　　2.1 2PSK原理</p><p>　　2.1.1 2PSK基本原理</p><p>　　二進(jìn)制移相鍵控，簡(jiǎn)

9、記為2PSK或BPSK。2PSK信號(hào)碼元的“0”和“1”分別用兩個(gè)不同的初始相位“0”和“”來(lái)表示，而其振幅和頻率保持不變.因此，2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為:</p><p>　　(t)=Acost+) </p><p>　　其中，表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位：</p><p>　　= </p><p>　　因此

10、，上式可以改寫(xiě)為:</p><p>　　這種以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式,稱(chēng)為二進(jìn)制移相鍵控方式。二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的典型時(shí)間波形如圖2-1。</p><p>　　圖2-1 二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的時(shí)間波形</p><p>　　2.1.2 2PSK調(diào)制原理</p><p>　　在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制

11、數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號(hào)。2PSK信號(hào)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(hào)載波的 0°和 180°分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的 1 和 0，模擬調(diào)制法用兩個(gè)反相的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。2PSK以載波的相位變化作為參考基準(zhǔn)的，當(dāng)基帶信號(hào)為0時(shí)相位相對(duì)于初始相位為0°，當(dāng)基帶信號(hào)為1時(shí)相對(duì)于初始相位為180°。</p><p>　

12、　鍵控法，是用載波的相位來(lái)攜帶二進(jìn)制信息的調(diào)制方式。通常用0°和180°來(lái)分別代表0和1。其時(shí)域表達(dá)式為：</p><p>　　其中，2PSK的調(diào)制中an必須為雙極性碼。兩種方法原理圖分別如圖2-2和圖2-3所示。</p><p>　　圖2-2 模擬調(diào)制原理圖</p><p>　　圖 2-3 鍵控法原理圖</p><p>

13、　　2.1.3 2PSK解調(diào)原理</p><p>　　由于2PSK的幅度是恒定的，必須進(jìn)行相干解調(diào)。經(jīng)過(guò)帶通濾波的信號(hào)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(jìn)行抽樣判決。判決器是按極性來(lái)判決的。即正抽樣值判為1，負(fù)抽樣值判為0。2PSK信號(hào)的相干解調(diào)原理圖如圖2-4所示，各點(diǎn)的波形如圖2-5所示。</p><p>　　由于2PSK信號(hào)的載波回復(fù)過(guò)程中存在著180

14、6;的相位模糊，即恢復(fù)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(guān)系的不確定性將會(huì)造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)與發(fā)送的基帶信號(hào)正好相反，即“1”變成“0”嗎“0”變成“1”，判決器輸出數(shù)字信號(hào)全部出錯(cuò)。這種現(xiàn)象稱(chēng)為2PSK方式的“倒π”現(xiàn)象或“反相工作”。</p><p>　　圖 2-4 2PSK的相干解調(diào)原理圖</p><p>　　圖 2-5 相干解調(diào)中各點(diǎn)波形圖</p&g

15、t;<p>　　2.2 2DPSK原理</p><p>　　2.2.1 2DPSK基本原理</p><p>　　二進(jìn)制差分相移鍵控常簡(jiǎn)稱(chēng)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。</p><p>　　傳輸系統(tǒng)中要保證信息的有效傳

16、輸就必須要有較高的傳輸速率和很低的誤碼率。在傳輸信號(hào)中，2PSK信號(hào)和2ASK及2FSK信號(hào)相比，具有較好的誤碼率性能，但是，在2PSK信號(hào)傳輸系統(tǒng)中存在相位不確定性，并將造成接收碼元“0”和“1”的顛倒，產(chǎn)生誤碼。為了保證2PSK的優(yōu)點(diǎn)，又不會(huì)產(chǎn)生誤碼，將2PSK體制改進(jìn)為二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK），及相對(duì)相移鍵控。</p><p>　　2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對(duì)相位值去表示數(shù)字信息的一種方

17、式?，F(xiàn)假設(shè)用Φ表示本碼元初相與前一碼元初相之差，并規(guī)定：Φ＝0表示0碼，Φ＝π表示1碼。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2PSK信號(hào)是用載波的不同相位直接去表示相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)而得出的，在接收端只能采用相干解調(diào)，它的時(shí)域波形圖見(jiàn)圖2-6。</p><p>　　圖2-6 2DPSK信號(hào)波形圖</p><p>　　2.2.2 2DPSK調(diào)制原理</p>&l

18、t;p>　　二進(jìn)制差分相移鍵控。2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化來(lái)表示數(shù)字信息。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為，可定義一種數(shù)字信息與之間的關(guān)系為：</p><p><b>　　</b></p><p><b>　　為前一碼元的相位。</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制差分相移鍵控的最常用的方法是

19、：先對(duì)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，然后對(duì)變換出的差分碼進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相即可。2DPSK調(diào)制原理圖如圖2-7所示。</p><p>　　圖2-7 2DPSK調(diào)制原理框圖</p><p>　　2.2.3 2DPSK解調(diào)原理</p><p>　　2DPSK信號(hào)解調(diào)有相干解調(diào)方式和差分相干解調(diào)。用差分相干解調(diào)這種方法解調(diào)時(shí)不需要恢復(fù)本地載波，只要將DPSK信號(hào)精確地延遲一個(gè)

20、碼元時(shí)間間隔，然后與DPSK信號(hào)相乘，相乘的結(jié)果就反映了前后碼元的相對(duì)相位關(guān)系，經(jīng)低通濾波后直接抽樣判決即可恢復(fù)出原始的數(shù)字信息，而不需要在進(jìn)行差分解碼。</p><p>　　相干解調(diào)碼變換法及相干解調(diào)法的解調(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(guò)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。</p><p>　　在解調(diào)過(guò)程中，若相干載波產(chǎn)生相位模糊，解調(diào)出

21、的相對(duì)碼將產(chǎn)生倒置現(xiàn)象，但是經(jīng)過(guò)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(wèn)題。本次設(shè)計(jì)采用相干解調(diào)。兩種解調(diào)方式的原理圖如圖2-8和圖2-9所示。</p><p>　　2DPSK相干解調(diào)各點(diǎn)波形圖如圖 2-10所示。</p><p>　　圖 2-8 2DPSK差分相干解調(diào)原理圖</p><p>　　圖 2-9 2DPSK相干解調(diào)原理圖

22、</p><p><b>　　第3章 實(shí)驗(yàn)過(guò)程</b></p><p>　　3.1 2PSK仿真部分</p><p>　　3.1.1 2PSK仿真圖</p><p>　　用MATLAB搭建好的2PSK仿真圖如下：</p><p>　　圖3-1PSK仿真圖</p><p>　

23、　3.1.2 2PSK模塊的參數(shù)設(shè)置：</p><p><b>　　1）相乘模塊</b></p><p>　　圖3-2 相乘器參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　2）低通濾波器模塊</b></p><p>　　圖3-3 濾波器其參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　

24、　3）抽樣判決模塊</b></p><p>　　圖3-4 pulse generator 參數(shù)設(shè)置</p><p>　　3.2 2DPSK仿真部分</p><p>　　3.2.1 2DPSK仿真圖</p><p>　　用MATLAB搭建好的2DPSK仿真圖如下：</p><p>　　圖3-5 2DPSK仿

25、真圖</p><p>　　2.2.2 2DPSK模塊的參數(shù)設(shè)置：</p><p><b>　　載波模塊</b></p><p>　　圖3-6 載波參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　2）乘法器模塊</b></p><p>　　圖3-7 乘法器參數(shù)設(shè)置</p>

26、<p><b>　　3）基帶模塊</b></p><p>　　圖3-8 基帶信號(hào)參數(shù)設(shè)置</p><p>　　4）Unipolar to Bipolar Converte模塊</p><p>　　圖3-9 Unipolar to Bipolar Converter參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　

27、　5）碼變換模塊</b></p><p>　　圖3-10 Logical Operator參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖3-11 Unit Delay參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖3-12 Data Type Conversion參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　6）濾波器模塊</b></

28、p><p>　　圖3-13 帶通濾波器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖3-14 低通濾波器參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　第4章 仿真結(jié)果</b></p><p>　　4.1 2PSK仿真結(jié)果</p><p>　　圖4-1 2PSK電路仿真波形</p><p>　　4

29、.2 2DPSK仿真結(jié)果</p><p>　　圖4-2 2DPSK電路仿真波形</p><p><b>　　附錄：</b></p><p>　　通過(guò)編寫(xiě)M文件程序：2PSK調(diào)制解調(diào)程序及注釋clear allclose alli=10;j=5000;fc=4;    &#

30、160;          %載波頻率fm=i/5;             %碼元速率B=2*fm;t=linspace(0,5,j);a=round(rand(1,i));  &

31、#160; %隨機(jī)序列,基帶信號(hào)figure(3);stem(a);st1=t;for n=1:10    if a(n)<1;        for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n      

32、;      st1(m)=0;        end    else        for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n  

33、60;         st1(m)=1;        end    endendfigure(1);</p><p>　　subplot(411);</p><p>　　

34、plot(t,st1);</p><p>　　title('基帶信號(hào)st1');</p><p>　　axis([0,5,-1,2]);</p><p>　　%由于PSK中的是雙極性信號(hào)，因此對(duì)上面所求單極性信號(hào)取反來(lái)與之一起構(gòu)成雙極性碼</p><p>　　st2=t; </p>&

35、lt;p>　　for k=1:j;</p><p>　　if st1(k)>=1;</p><p><b>　　st2(k)=0;</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　st2(k)=1;</b></p>&

36、lt;p><b>　　end</b></p><p><b>　　end;</b></p><p>　　subplot(412);</p><p>　　plot(t,st2);</p><p>　　title('基帶信號(hào)反碼st2');</p><p>

37、　　axis([0,5,-1,2]);</p><p>　　st3=st1-st2;</p><p>　　subplot(413);</p><p>　　plot(t,st3);</p><p>　　title('雙極性基帶信號(hào)st3');</p><p>　　axis([0,5,-2,2]);<

38、/p><p>　　s1=sin(2*pi*fc*t);</p><p>　　subplot(414);</p><p><b>　　plot(s1);</b></p><p>　　title('載波信號(hào)s1');</p><p>　　e_psk=st3.*s1;</p>

39、<p>　　figure(2);</p><p>　　subplot(511);</p><p>　　plot(t,e_psk);</p><p>　　title('e_2psk');</p><p>　　noise=rand(1,j);</p><p>　　psk=e_psk+noise;

40、 %加入噪聲</p><p>　　subplot(512);</p><p>　　plot(t,psk);</p><p>　　title('加噪后波形');</p><p>　　psk=psk.*s1; %與載波相乘</p><p>　　subplot

41、(513);</p><p>　　plot(t,psk);</p><p>　　title('與載波s1相乘后波形');</p><p>　　[f,af] = T2F(t,psk); %通過(guò)低通濾波器</p><p>　　[t,psk] = lpf(f,af,B);</p><p&

42、gt;　　subplot(514);</p><p>　　plot(t,psk);</p><p>　　title('低通濾波后波形');</p><p>　　for m=0:i-1;</p><p>　　if psk(1,m*500+250)<0;</p><p>　　for j=m*500+1

43、:(m+1)*500;</p><p>　　psk(1,j)=0;</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　for j=m*500+1:(m+1)*500;</p><p>　　psk(1,j)=1;<

44、;/p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　subplot(515);</p><p>　　plot(t,psk);</p><p

45、>　　axis([0,5,-1,2]);</p><p>　　title('抽樣判決后波形')</p><p>　　2DPSK調(diào)制解調(diào)程序及注釋clear allclose alli=10;j=5000;fc=4;          &#

46、160;          %載波頻率fm=i/5;                    %碼元速率B=2*fm;t=linspac

47、e(0,5,j);a=round(rand(1,i));figure(4);stem(a);st1=t;for n=1:10    if a(n)<1;        for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n    

48、60;       st1(m)=0;        end    else        for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n &

49、#160;          st1(m)=1;        end    endendfigure(1);subplot(321);plot(t,st1);title('絕對(duì)碼');a

50、xis([0,5,-1,2]);b=zeros(1,i);                 %全零矩陣b(1)=a(1);for n=2:10    i</p><p>　　title(&

51、#39;低通濾波后波形');</p><p>　　st=zeros(1,i); %全零矩陣</p><p>　　for m=0:i-1;</p><p>　　if dpsk(1,m*500+250)<0;</p><p>　　st(m+1)=0;</p><p&g

52、t;　　for j=m*500+1:(m+1)*500;</p><p>　　dpsk(1,j)=0;</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　for j=m*500+1:(m+1)*500;</p><p&g

53、t;　　st(m+1)=1;</p><p>　　dpsk(1,j)=1;</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　subplot(413);

54、</p><p>　　plot(t,dpsk);</p><p>　　axis([0,5,-1,2]);</p><p>　　title('抽樣判決后波形')</p><p>　　dt=zeros(1,i); %全零矩陣</p><p>　　dt(1)=st(1)

55、;</p><p>　　for n=2:10;</p><p>　　if (st(n)-st(n-1))<=0&&(st(n)-st(n-1))>-1;</p><p><b>　　dt(n)=0;</b></p><p><b>　　else</b></p>

56、<p><b>　　dt(n)=1;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　st=t;</b></p><p>　　for n=1:10</p>

57、<p>　　if dt(n)<1;</p><p>　　for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n</p><p><b>　　st(m)=0;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　else</b></p

58、><p>　　for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n</p><p><b>　　st(m)=1;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</