基于simulink仿真實(shí)現(xiàn)的2PSK數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 設(shè)計(jì)報(bào)告

1、通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 用simulink仿真實(shí)現(xiàn)一個2psk數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 摘 要simulink是mathworks公司推出的基于matlab平臺的著名仿真環(huán)境，simulink作為一種專業(yè)和功能強(qiáng)大且操作簡單的仿真工具，目前已被越來越多的工程技術(shù)人員所青睞，它搭建的積木式建模仿真方式既簡單又直觀，而且已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)主要是以simulink為基礎(chǔ)平臺，對2psk信號進(jìn)行仿真。介紹了2psk信號，及其調(diào)制和解調(diào)的基本原理，并運(yùn)用simulink搭建仿真電路，分析在混入噪聲及碼間串?dāng)_的環(huán)境下的誤碼率，以及使用matlab生成界面。本設(shè)計(jì)的主要目的是對matlab的熟悉

2、和對數(shù)字通信理論的更加深化、理解。關(guān)鍵詞：simulink；2psk；誤碼率目錄1.引言- 1 -2.設(shè)計(jì)要求- 1 -3.設(shè)計(jì)思路- 1 -3.1 數(shù)字調(diào)制概述- 1 -3.1.1數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)分析- 1 -3.1.2 數(shù)字調(diào)制的意義- 2 -3.2二進(jìn)制移相鍵控(2psk)- 2 -3.3 誤碼率分析- 3 -3.4總體設(shè)計(jì)思路- 3 -4.設(shè)計(jì)原理以及方案- 3 -5.設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)- 5 -5.1模擬調(diào)制- 5 -5.1.1模型建立- 5 -5.1.2原件的選取及參數(shù)設(shè)置- 5 -5.2數(shù)字鍵控調(diào)制- 9 -5.2.1模型建立- 9 -5.2.2原件的選取及參數(shù)設(shè)置- 10 -5.3

3、不同信噪比下的誤碼率- 11 -6.總 結(jié)- 12 -7.致 謝- 13 -8.參考文獻(xiàn)- 13 -1.引言基帶信號的調(diào)制主要分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制，線性調(diào)制是指已調(diào)信號的頻譜結(jié)構(gòu)與原基帶信號的頻譜結(jié)構(gòu)基本相同，只是占用的頻率位置搬移了。而非線性調(diào)制則是指它們的結(jié)構(gòu)完全不同不僅僅是頻譜搬移，在接收方會出現(xiàn)很多新的頻譜分量。在三種基本的調(diào)制中，ask屬于線性調(diào)制，而fsk和psk屬于非線性調(diào)制。已調(diào)信號會在接收方通過各種方式通過解調(diào)得到，但是由于噪聲和碼間串?dāng)_，總會有一定的失真。所以人們總是在尋找不同的接收方式來降低誤碼率，其中的接收方式主要有相干接收和非相干接收。在接收方通過載波的相位信號去

4、檢測信號的方法稱為相干檢測，反之若不利用就稱為非相干檢測，而對于一些特別的調(diào)制有特別的解調(diào)方式，如過零檢測法。系統(tǒng)的性能好壞取決于傳輸信號的誤碼率，而誤碼率不僅僅與信道、接收方法有關(guān)還和發(fā)送端采用的調(diào)制方式有很大的關(guān)系。我們研究的ask，fsk，psk等就主要是發(fā)送方的調(diào)制方式。本文主要對2psk信號的原理及其相干解調(diào)系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析和仿真，這樣能讓我們對數(shù)字調(diào)制方式有一個更清楚的認(rèn)識。2.設(shè)計(jì)要求 1）信源：產(chǎn)生二進(jìn)制隨機(jī)比特流，數(shù)字基帶信號任選，例如單極性、雙極性數(shù)字信號，可以是矩形波、三角波等數(shù)字基帶信號波形。2）調(diào)制：可以選擇簡單的二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式，例如二進(jìn)制振幅鍵控(2ask)、

5、二進(jìn)制相移鍵控(2psk)、二進(jìn)制頻移鍵控(2fsk)，也可以選擇其它高效的調(diào)制方式，例如多進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控等。3）信道：假定信道屬于加性高斯信道。4）結(jié)果：仿真出該數(shù)字傳輸系統(tǒng)的性能指標(biāo)，即該系統(tǒng)的誤碼率，并畫出snr（信噪比）和誤碼率的曲線圖。3.設(shè)計(jì)思路3.1 數(shù)字調(diào)制概述3.1.1數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)分析典型的數(shù)字通信系統(tǒng)由信源、編碼解碼、調(diào)制解調(diào)、信道及信宿等環(huán)節(jié)構(gòu)成，其框圖如圖3.1所示，數(shù)字調(diào)制是數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分，數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的輸入端是經(jīng)編碼器編碼后適合在信道中傳輸?shù)幕鶐盘?。對?shù)字調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真時，我們并不關(guān)心基帶信號的碼型，因此，我們在仿真的時候可以給數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

6、直接輸入數(shù)字基帶信號，不用在經(jīng)過編碼器。圖3.1數(shù)字調(diào)制模型3.1.2 數(shù)字調(diào)制的意義數(shù)字調(diào)制是指用數(shù)字基帶信號對載波的某些參量進(jìn)行控制，使載波的這些參量隨基帶信號的變化而變化。根據(jù)控制的載波參量的不同，數(shù)字調(diào)制有調(diào)幅、調(diào)相和調(diào)頻三種基本形式，并可以派生出多種其他形式。由于傳輸失真、傳輸損耗以及保證帶內(nèi)特性的原因，基帶信號不適合在各種信道上進(jìn)行長距離傳輸。為了進(jìn)行長途傳輸，必須對數(shù)字信號進(jìn)行載波調(diào)制，將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。因此，大部分現(xiàn)代通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)。另外，由于數(shù)字通信具有建網(wǎng)靈活，容易采用數(shù)字差錯控制技術(shù)和數(shù)字加密，便于集成化，并能夠進(jìn)入綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（isd

7、n網(wǎng)），所以通信系統(tǒng)都有由模擬方式向數(shù)字方式過渡的趨勢。因此，對數(shù)字通信系統(tǒng)的分析與研究越來越重要，數(shù)字調(diào)制作為數(shù)字通信系統(tǒng)的重要部分之一，對它的研究也是有必要的。通過對調(diào)制系統(tǒng)的仿真，我們可以更加直觀的了解數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能及影響性能的因素，從而便于改進(jìn)系統(tǒng)，獲得更佳的傳輸性能。3.2二進(jìn)制移相鍵控(2psk)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的兩種方法：利用模擬調(diào)制的方法去實(shí)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(dāng)做模擬信號的特殊情況處理；利用數(shù)字信號的離散取值特點(diǎn)通過開關(guān)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。這種方法通常稱為鍵控法，比如對載波的相位進(jìn)行鍵控，便可獲得相移鍵控（psk）基本的調(diào)

8、制方式。 數(shù)字調(diào)相：如果兩個頻率相同的載波同時開始振蕩，這兩個頻率同時達(dá)到正最大值，同時達(dá)到零值，同時達(dá)到負(fù)最大值，它們應(yīng)處于同相狀態(tài)；如果其中一個開始得遲了一點(diǎn)，就可能不相同了。如果一個達(dá)到正最大值時，另一個達(dá)到負(fù)最大值，則稱為反相。一般把信號振蕩一次（一周）作為360度。如果一個波比另一個波相差半個周期，我們說兩個波的相位差180度，也就是反相。當(dāng)傳輸數(shù)字信號時，1碼控制發(fā)0度相位，0碼控制發(fā)180度相位。載波的初始相位就有了移動，也就帶上了信息。相移鍵控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。在2psk中，通常用初始相位0和分別表示二進(jìn)制“1”和“0”。3.3 誤碼率分

9、析在實(shí)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： 圖3.1 取樣值概率密度函數(shù)示意圖當(dāng)p(0)=p(1)時，最佳門限應(yīng)選在兩條曲線的交點(diǎn)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： (2.1)發(fā)0錯判1的概率等于發(fā)1錯判0概率 (2.2) 根據(jù)圖2-5及上式可得2psk相干解調(diào)器的誤碼率公式為 (2.3)3.4總體設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)采用正弦波為載波、伯努利數(shù)字信號為基帶信號，采用2psk調(diào)制，最后采用相干解調(diào)技術(shù)恢復(fù)基帶信號，與原基帶信號比較，得到其誤碼率關(guān)系。4

10、.設(shè)計(jì)原理以及方案二進(jìn)制移相鍵控信號的調(diào)制原理圖如圖 4.1 所示. 其中圖(a)是采用模擬調(diào)制的方法產(chǎn)生2psk信號，圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生2psk信號。圖 4.12psk信號的調(diào)制原理圖2psk信號的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào), 解調(diào)器原理圖如圖 4.2 所示.在相干解調(diào)過程中需要用到與接收的2psk信號同頻同相的相干載波。 圖 4.22psk信號的解調(diào)原理圖2psk信號相干解調(diào)各點(diǎn)時間波形如圖4.3所示，當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180倒相時，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號全部出錯。 圖 4.32psk信號相干解調(diào)各點(diǎn)時間波形圖4.3是2p

11、sk解調(diào)器在無噪聲情況下能對2psk信號的正確解調(diào)。（a）是收到的2psk信號；(b)是本地載波提取電路提取的同頻同相載波信號；（c）是接收的2psk信號與本地載波相乘得到的波形示意圖，此波形經(jīng)過低通濾波器濾波后得到低通信號；(d)是取樣判決器在位定時信號；（e）是對(d)波形取樣，再與門限進(jìn)行比較，做出相應(yīng)的判決得到恢復(fù)的信號；需要注意的是判決規(guī)則應(yīng)與調(diào)制規(guī)則一致。5.設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)5.1模擬調(diào)制5.1.1模型建立圖5.1.1模擬調(diào)制模型5.1.2原件的選取及參數(shù)設(shè)置伯努利二進(jìn)制隨機(jī)序列產(chǎn)生器（bernoulli binary generator）參數(shù)設(shè)置：圖5.1.2伯努利二進(jìn)制隨機(jī)序列產(chǎn)生器

12、參數(shù)設(shè)置伯努利二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器：幅度為2，周期為3，占0比為1/2。正相載波（sine wave function2）參數(shù)設(shè)置：圖5.1.3載波參數(shù)設(shè)置載波：4hz，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4hz。碼型變化器（unipolar to bipolar converter）參數(shù)設(shè)置極性為“positive”設(shè)置依據(jù)：采用0變1不變調(diào)制。帶通濾波器（digital filter design）參數(shù)設(shè)置：圖5.1.5帶通濾波器參數(shù)設(shè)置帶通濾波器參數(shù)：帶通范圍為27hz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27

13、hz。低通濾波器（digital filter design1）參數(shù)設(shè)置：圖5.1.6低通濾波器參數(shù)設(shè)置低通濾波器參數(shù)：截止頻率為1hz設(shè)置依據(jù)：二進(jìn)制序列的帶寬為1hz，故取1hz取樣判決器（sign）參數(shù)設(shè)置圖5.1.7取樣判決器參數(shù)設(shè)置取樣判決器設(shè)置：門限值取為0.5，取樣時間為1設(shè)置依據(jù)：當(dāng)大于0.5時輸出1，當(dāng)小于0.5時輸出0，能達(dá)到在0變1不變的取樣規(guī)則下正確解碼的目的。調(diào)制波形：圖5.1.8調(diào)制波形圖中第一個圖為載波的波形，第二個圖為隨機(jī)產(chǎn)生的二進(jìn)制序列，第三個圖為通過碼型變換器后的波形，最后一個圖為調(diào)制后的2psk信號。解調(diào)波形（信噪比為30%）：圖5.1.9解調(diào)波形圖中第一

14、個圖為收到的2psk波形，第二個圖為通過帶通濾波器后的波形，第三個圖為與同頻同向載波相乘后的波形，第四個圖為通過低通濾波器后的波形，最后一個圖為解調(diào)后的二進(jìn)制序列。5.2數(shù)字鍵控調(diào)制5.2.1模型建立圖5.2.1鍵控調(diào)制模型5.2.2原件的選取及參數(shù)設(shè)置脈沖序列發(fā)生器：圖5.2.2脈沖序列發(fā)生器多路選擇器（switch）參數(shù)設(shè)置：圖5.2.3多路選擇器參數(shù)設(shè)置設(shè)置依據(jù)：當(dāng)二進(jìn)制序列大于0時，輸出第一路信號；當(dāng)二進(jìn)制序列小于0時，輸出第二路信號。反相載波（sine wave function1）參數(shù)設(shè)置只需將正相載波參數(shù)幅值取為負(fù)值，其他的參數(shù)設(shè)置同模擬調(diào)制。調(diào)制波形：圖5.2.4解調(diào)波形圖中第

15、一個圖為正相載波的波形，第二個反相載波的波形，第三個圖為隨機(jī)的波形，最后一個圖為調(diào)制后的2psk信號。解調(diào)波形（信噪比為70%）：圖5.2.5解調(diào)波形圖中第一個圖為收到的2psk波形，第二個圖為通過帶通濾波器后的波形，第三個圖為與同頻同向載波相乘后的波形，第四個圖為通過低通濾波器后的波形，最后一個圖為解調(diào)后的二進(jìn)制序列。5.3不同信噪比下的誤碼率采用模擬調(diào)制時，不同信噪比下，誤碼率恒為：采用數(shù)字鍵控調(diào)制時，信噪比為10%，誤碼率為0.8182；信噪比為20%，誤碼率為07273；信噪比為30%及以上時，誤碼率為0.5455.得到的信噪比和誤碼率對應(yīng)關(guān)系曲線為：圖5.3.1關(guān)系曲線6.總 結(jié)在老

16、師和同學(xué)的幫助下我順利的完成了這次課程設(shè)計(jì)，在這次課程設(shè)計(jì)中，我使用了matlab的simulink功能對2psk系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真及分析，使我對數(shù)字調(diào)制有了更進(jìn)一步的認(rèn)識，也對matlab中的simulink有了一定的了解，熟悉了它的一些操作。通過理論指導(dǎo)，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串?dāng)_，會影響調(diào)制系統(tǒng)的性能，即存在一定的誤碼率，誤碼率與信噪比相關(guān)，當(dāng)信噪比提高時，誤碼率下降。對于我來說，收獲最大的是方法和能力那些分析和解決問題的能力。在整個課程設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)我們在經(jīng)驗(yàn)方面十分缺乏，空有理論知識，而沒有實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)，有些東西可能與實(shí)際脫節(jié)?？傮w來說，我覺得像課程設(shè)計(jì)這種類型的課程對我們的幫助還是很大的，它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識系統(tǒng)地聯(lián)系起