2PSK仿真課程設(shè)計(jì)--2PSK調(diào)制解調(diào)器的建模與仿真

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書題目 2PSK調(diào)制解調(diào)器的建模與仿真 姓 名 學(xué) 號(hào) 專業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師 時(shí) 間 2021 年 1 月 10 日 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書班 級(jí)姓 名題 目2PSK調(diào)制解調(diào)器的建模與仿真設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)要求課程設(shè)計(jì)的目的1.通過利用matlab 對(duì)數(shù)字通信相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，熟悉數(shù)字通信的相關(guān)理論；2.更好的了解數(shù)字通信的相關(guān)知識(shí)，提高分析問題、查閱資料、自主設(shè)計(jì)等各方面能力。課程設(shè)計(jì)的要求1.產(chǎn)生一組20位以上隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)雙極性；2.產(chǎn)生載波信號(hào)，載波周期與碼元寬度相同且均為1； 2PSK調(diào)制與解調(diào)；4.通過巴特沃斯低通濾波器，根據(jù)位同步信號(hào)進(jìn)行抽樣判決；、誤碼率并

2、給出仿真結(jié)果；設(shè)計(jì)進(jìn)度安排或工作方案2021.12.30 2021.12.31： 熟悉課題，查詢相關(guān)資料，完成方案選擇；2021.1.22021.1.6： 設(shè)計(jì)模塊劃分、實(shí)現(xiàn)及各模塊調(diào)試、驗(yàn)證；2021.1.72021.1.8：設(shè)計(jì)整體實(shí)現(xiàn)、調(diào)試及驗(yàn)證，并開始撰寫報(bào)告；2021.1.92021.1.10：設(shè)計(jì)完成，課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫并定稿，上交。其 它認(rèn)真閱讀數(shù)字通信課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫標(biāo)準(zhǔn)；課題小組經(jīng)協(xié)商好要指定組長并明確分工，形成良好團(tuán)隊(duì)工作氣氛；基于課題根本要求，各小組與指導(dǎo)老師討論，再將課題細(xì)化、增加要求；課題小組每個(gè)成員均需各自撰寫一份課程設(shè)計(jì)報(bào)告。2PSK調(diào)制解調(diào)器的建模與仿真摘 要數(shù)字

3、傳輸系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)對(duì)高頻載波進(jìn)行調(diào)制，變?yōu)轭l帶信號(hào)，通過信道傳輸，在接收端解調(diào)后恢復(fù)成數(shù)字信號(hào)，由于大多數(shù)實(shí)際信號(hào)都是帶通型的，所以必須先用數(shù)字頻帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，形成數(shù)字調(diào)制信號(hào)再進(jìn)行傳輸，因此，調(diào)制解調(diào)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代通信的重要手段。數(shù)字調(diào)制地實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)了通信的飛速開展。研究數(shù)字通信調(diào)制理論，提供有效調(diào)制方法有著重要意義。實(shí)現(xiàn)調(diào)試解調(diào)的方法有很多種，本文應(yīng)用了鍵控法產(chǎn)生調(diào)制與解調(diào)信號(hào)。數(shù)字相位調(diào)制又稱相移鍵控記作PSK(Phase Shift Keying)，二進(jìn)制相移鍵控記作2PSK，它們是利用載波振蕩相位的變化來傳送數(shù)字信號(hào)的，在二進(jìn)制數(shù)字解調(diào)中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信

4、號(hào)離散變化，那么就產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控2PSK信號(hào)。重點(diǎn)介紹了2PSK的調(diào)制與解調(diào)的工作原理，以及通過MATLAB進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，并且分析了各階段信號(hào)的頻譜及誤碼率。關(guān)鍵詞 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)；2PSK；MATLAB仿真目 錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書I摘 要II1 設(shè)計(jì)概述11.1 設(shè)計(jì)背景11.2 設(shè)計(jì)目的11.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求12 設(shè)計(jì)原理22.1 2PSK數(shù)字調(diào)制過程分析22.2 2PSK數(shù)字解調(diào)過程分析32.3 2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)性能分析43 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)53.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖53.2 M文件下仿真設(shè)計(jì)思路及過程53.2.1 2PSK調(diào)制局部53.2.2 2PSK解調(diào)局部63.3 Simulink下的

5、仿真63.3.1 仿真模型建立6參數(shù)的設(shè)置7仿真結(jié)果73.3.4 仿真結(jié)果分析84 M文件仿真結(jié)果94.1 2PSK調(diào)制、解調(diào)系統(tǒng)信號(hào)波形圖94.2 2PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)頻譜分析114.3 各階段功率譜密度分析及誤碼率13參考文獻(xiàn)15附錄161 設(shè)計(jì)概述1.1 設(shè)計(jì)背景當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)步入信息時(shí)代，在各種信息技術(shù)中，信息的傳輸及通信起著支撐作用。而對(duì)于信息的傳輸，數(shù)字通信已經(jīng)成為重要的手段。因此，數(shù)字信號(hào)的調(diào)制就顯得非常重要。 數(shù)字信號(hào)的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸，在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)信道具有帶通特性而不能直接傳輸基帶信號(hào)。為了使數(shù)字信號(hào)在帶通信道中傳輸，必須使用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，以

6、使信號(hào)與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)的過程稱為數(shù)字調(diào)制。通常使用鍵控法來實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，比方對(duì)載波的振幅、頻率和相位進(jìn)行鍵控。在這三種調(diào)制的根底上為了得到更高的效果也出現(xiàn)了很多其他的調(diào)制方式，如：DPSK，MASK，MFSK，MPSK，APK。它們其中有的一些是將根本的調(diào)制方式用在多進(jìn)制上或者引入了一些新的方式來解決根本調(diào)制的一些問題如相位模糊和無法提取位定時(shí)信號(hào)，另外一些是由多種根本的調(diào)制方式組合來到達(dá)更好的效果。數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)性能的好壞取決于傳輸信號(hào)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)送端所采用的調(diào)制方式有很大的關(guān)系。我們研

7、究的ASK，F(xiàn)SK，PSK等就主要是發(fā)送方的根本調(diào)制方式。本設(shè)計(jì)主要對(duì)2PSK信號(hào)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(duì)數(shù)字調(diào)制方式有一個(gè)更清楚的認(rèn)識(shí)。1.2 設(shè)計(jì)目的2PSK數(shù)字調(diào)相技術(shù)由于其抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)簡單，而被廣泛應(yīng)用于各種通信中。此題目要求學(xué)生進(jìn)行2PSK信號(hào)的產(chǎn)生及譜分析，到達(dá)以下目的：1.通過利用MATLAB對(duì)數(shù)字通信相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，熟悉數(shù)字通信的相關(guān)理論；2.更好的了解數(shù)字通信的相關(guān)知識(shí)，提高分析問題、查閱資料、自主設(shè)計(jì)等各方面能力。3.了解并掌握數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)2PSK的調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)，通過MATLAB來實(shí)現(xiàn)整個(gè)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加深對(duì)2PS

8、K系統(tǒng)的理解，并熟練掌握MATLAB語言。1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.產(chǎn)生一組20位以上隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)雙極性；2.產(chǎn)生載波信號(hào)，載波周期與碼元寬度相同且均為1； 3.實(shí)現(xiàn)基于MATLAB仿真2PSK調(diào)制與解調(diào)；4.通過巴特沃斯低通濾波器，根據(jù)位同步信號(hào)進(jìn)行抽樣判決；5.各階段信號(hào)頻譜分析、誤碼率并給出仿真結(jié)果。2 設(shè)計(jì)原理 2PSK數(shù)字調(diào)制過程分析數(shù)字信號(hào)的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸，在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)信道具有帶通特性而不能直接傳輸基帶信號(hào)。為了使數(shù)字信號(hào)在帶通信道中傳輸，必須使用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號(hào)與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換

9、為數(shù)字帶通信號(hào)的過程稱為數(shù)字調(diào)制。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(gè)特例，把數(shù)字基帶信號(hào)當(dāng)作模擬信號(hào)的特殊情況處理；利用數(shù)字信號(hào)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，比方對(duì)載波的相位進(jìn)行鍵控，便可獲得相移鍵控PSK根本的調(diào)制方式。 圖2-1模擬調(diào)制的方法 圖2-2相移方法數(shù)字調(diào)相：如果兩個(gè)頻率相同的載波同時(shí)開始振蕩，這兩個(gè)頻率同時(shí)到達(dá)正最大值，同時(shí)到達(dá)零值，同時(shí)到達(dá)負(fù)最大值，它們應(yīng)處于"同相"狀態(tài)；如果其中一個(gè)開始得遲了一點(diǎn)，就可能不相同了。如果一個(gè)到達(dá)正最大值時(shí)，另一個(gè)到達(dá)負(fù)最大

10、值，那么稱為"反相"。一般把信號(hào)振蕩一次一周作為360度。如果一個(gè)波比另一個(gè)波相差半個(gè)周期，我們說兩個(gè)波的相位差180度，也就是反相。當(dāng)傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，"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(dòng)，也就帶上了信息。相移鍵控：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。因此，2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 (2-1)其中，表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位1： 因此，上式可以改寫為由于表示信號(hào)的兩種碼元的波形相同極性相反，故2PSK信號(hào)一般可以表述為

11、一個(gè)雙極性全占空比矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波的相乘，即 (2-2)其中，g(t)是脈寬為的單個(gè)矩形脈沖，而的統(tǒng)計(jì)特性為=1(概率為P), =0(概率為1-P)。即發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)0時(shí)，取0 相位，發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)1時(shí)，取相位。這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為絕對(duì)相移方式。2.2 2PSK數(shù)字解調(diào)過程分析2PSK信號(hào)的解調(diào)方法是相干解調(diào)法2。由于PSK信號(hào)本身就是利用相位傳遞信息的，所以在接收端必須利用信號(hào)的相位信息來解調(diào)信號(hào)。圖中經(jīng)過帶通濾波(濾除信道噪聲)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，再進(jìn)行抽樣判決。判決器是按極性來判決的。即正抽樣

12、值判為1，負(fù)抽樣值判為0。圖2-3 2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)框圖圖2-4 2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形帶通濾波器的意義是讓有用信號(hào)已調(diào)信號(hào)通過，濾除一局部噪聲，所以有用信號(hào)在a處得到信號(hào)為 (2-3)假設(shè)相干載波的基準(zhǔn)相位與2PSK信號(hào)的調(diào)制載波的基準(zhǔn)相位一致通常默認(rèn)為0相位。所以得到下式 (2-4)通過低通濾波器后 (2-5)最后通過抽樣判決器恢復(fù)出數(shù)字信號(hào)?？梢?，2PSK信號(hào)相干解調(diào)的過程實(shí)際上是輸入已調(diào)信號(hào)與本地載波信號(hào)進(jìn)行極性比擬的過程，故常稱為極性比擬法解調(diào)。 由于2PSK信號(hào)實(shí)際上是以一個(gè)固定初相的末調(diào)載波為參考的，因此，解調(diào)時(shí)必須有與此同頻同相的同步載波。如果同步載波的相位發(fā)生變

13、化，如0相位變?yōu)橄辔换蛳辔蛔優(yōu)?相位，那么恢復(fù)的數(shù)字信息就會(huì)發(fā)生“0變“1或“1變“0，從而造成錯(cuò)誤的恢復(fù)。這種因?yàn)楸镜貐⒖驾d波倒相，而在接收端發(fā)生錯(cuò)誤恢復(fù)的現(xiàn)象稱為“倒現(xiàn)象或“反向工作現(xiàn)象。絕對(duì)移相的主要缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生相位模糊，造成反向工作。這也是它實(shí)際應(yīng)用較少的主要原因。 2.3 2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)性能分析圖2-5 2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)性能原理方框圖在實(shí)際通信系統(tǒng)中往往存在噪聲，噪聲會(huì)對(duì)判決值產(chǎn)生影響，即會(huì)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3： 在AWGN信道下BPSK信號(hào)相干解調(diào)的理論誤碼率為： (2-6)其中為信噪比。在大信噪

14、比條件下，上式可近似為： (2-7)3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖隨機(jī)產(chǎn)生20位二進(jìn)制單極性碼單極性碼轉(zhuǎn)換為雙極性碼2PSK調(diào)制信 道加性AWGN相 干解 調(diào)抽 樣判 決低 通濾 波頻 譜分 析輸 出2PSK誤碼率仿真圖3-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 M文件下仿真設(shè)計(jì)思路及過程本設(shè)計(jì)主要是通過MATLAB來實(shí)現(xiàn)整個(gè)2PSK系統(tǒng)，在用MATLAB語言編程的時(shí)候主要分為以下幾個(gè)局部。 2PSK調(diào)制局部1通過碼型變換產(chǎn)生雙極性數(shù)字基帶信號(hào)。首先調(diào)用MATLAB的rand函數(shù)產(chǎn)生一組隨機(jī)序列，然后將離散的隨機(jī)序列變換成單極性的二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)，將單極性信號(hào)乘以2然后減去1即可得到我們所需要的二進(jìn)制雙極性數(shù)字基帶信

15、號(hào)。其中單雙極性碼元寬度為1，每個(gè)碼元采樣250點(diǎn)即采樣間隔為1/250。2載波信號(hào)的產(chǎn)生。采用載頻為=1Hz的余弦載波信號(hào)，初始相位設(shè)為0，使得載波周期與碼元寬度相同且均為1。3通過隨機(jī)二進(jìn)制雙極性數(shù)字基帶信號(hào)與載波信號(hào)相乘得到2PSK信號(hào)0變1不變：psk=Bipolar_NRZ.*carrier_signal;4已調(diào)信號(hào)通過信道傳輸時(shí)會(huì)受到噪聲影響，我們通過MATLAB的awgn函數(shù)來模擬高斯白噪聲與已調(diào)信號(hào)相加的過程，在這里我們只考慮加性噪聲，不考慮乘型噪聲。其中添加的高斯白噪聲是由y1=awgn(psk,10)實(shí)現(xiàn)，其中awgn為加性高斯白噪聲信道模型，信道的信噪比為20。3.2.2

16、 2PSK解調(diào)局部1相干解調(diào)的實(shí)現(xiàn)過程是將接收機(jī)收到信號(hào)通過乘法器與載波信號(hào)相乘即y2=y1.*carrier_signal2用MATLAB來設(shè)計(jì)理想的巴特沃斯模擬低通濾波器，由于載波信號(hào)為1HZ，而要濾去的高頻信號(hào)為2HZ，故設(shè)通帶截止頻率1HZ，阻帶截止頻率2HZ。3進(jìn)行抽樣判決，對(duì)每一個(gè)碼元寬度中間值作判決抽樣，增加抽樣成功率。假設(shè)判決值大于0，那么輸出值置為1，否那么置為0。3求解誤碼率，利用公式2-6可以計(jì)算誤碼率的理論值，信噪比snrdB是從-10到10變化，將輸入的隨機(jī)二進(jìn)制信號(hào)與抽樣判決值進(jìn)行比擬，誤碼率即為誤碼數(shù)與碼元總數(shù)的比值。3.3 Simulink下的仿真3.3.1 仿

17、真模型建立2PSK調(diào)制與解調(diào)及誤碼分析的總體仿真模型方框圖如下所示，上半局部為調(diào)制局部，下半局部為解調(diào)局部4。圖3-2 Simulink仿真模型3.3.2參數(shù)的設(shè)置1正弦載波(Sine Wave2)參數(shù)設(shè)置：設(shè)置的振幅是1，頻率為1HZ，相位為0。2與載波反相正弦波(Sine Wave1)參數(shù)設(shè)置：設(shè)置的振幅是-1，頻率也是1hz，相位為0。3伯努利二進(jìn)制隨機(jī)序列產(chǎn)生器(Bemoulll Binary Generator)：0和1的出現(xiàn)概率為0.5，抽樣時(shí)間為1秒，采用是基于采樣的，其幅度設(shè)置為2，周期為3，占1比為2/3。4碼型變化器(Unipolar toBipolar Converter

18、)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“Positive。5多路選擇器(Switch)參數(shù)設(shè)置：當(dāng)二進(jìn)制序列大于0時(shí)，輸出第一路信號(hào)；當(dāng)二進(jìn)制序列小于0時(shí)，輸出第二路信號(hào)。6帶通濾波器(Digital Filter Design)參數(shù)：帶通范圍為12HZ，載波頻率為1HZ，而基帶號(hào)帶寬為1HZ，考濾到濾波器的邊沿緩降，故設(shè)置為12HZ。7低通濾波器(Digital Filter Design)參數(shù)設(shè)置：截止頻率為1HZ，二進(jìn)制序列的帶寬為1HZ，故取1HZ。8取樣判決器(Sign)參數(shù)設(shè)置：門限值取為，取樣時(shí)間為1，當(dāng)大于0.5時(shí)輸出0，當(dāng)小于0.5時(shí)輸出1，能到達(dá)在1變0不變的

19、取樣規(guī)那么下正確解碼的目的。3.3.3仿真結(jié)果調(diào)制波形：圖3-3 2PSK調(diào)制的波形圖中第一個(gè)圖為正相載波的波形，第二個(gè)圖為隨機(jī)產(chǎn)生的二進(jìn)制序列，第三個(gè)圖為通過碼型變換器后的波形，最后一個(gè)圖為調(diào)制后的2PSK信號(hào)。解調(diào)波形：圖3-4 參加高斯白噪聲后的解調(diào)波形圖中第一個(gè)圖為收到的2PSK波形參加了高斯噪聲，第二個(gè)圖為與同頻同向載波相乘后的波形，第三個(gè)圖為抽樣判決后的雙極性二進(jìn)制波形，最后一個(gè)圖是經(jīng)過極性變換后的波形。3.3.4 仿真結(jié)果分析在Simulink下能夠清晰的看到2PSK調(diào)制和解調(diào)的波形。2PSK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)采用的是雙極性矩形波，所以在基帶信號(hào)產(chǎn)生后要進(jìn)行極性變換。2PSK的調(diào)制是通

20、過鍵控法實(shí)現(xiàn)的，還可以采用模擬調(diào)制的方法。2PSK的解調(diào)只有相干解調(diào)一種方法。在參加高斯白噪聲后，依然可以得到解調(diào)的波形，但是存在一定的誤碼率。且信噪比越大，誤碼率越低。4 M文件仿真結(jié)果4.1 2PSK調(diào)制、解調(diào)系統(tǒng)信號(hào)波形圖圖4-1二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)與載波信號(hào)圖4-2 2PSK信號(hào)與接收機(jī)接收到的信號(hào)波形圖4-3 通過解調(diào)、低通輸出波形由公式2-4可知，通過低通濾波器以后，輸出波形近似于，即波形相似于雙極性基帶信號(hào)波形，且幅度減半。圖4-4 判決輸出波形將抽樣輸出的基帶信號(hào)波形與原信號(hào)相比擬可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)波形完全相同，說明整個(gè)2PSK的調(diào)制、解調(diào)系統(tǒng)是正確的。4.2 2PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

21、頻譜分析數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制非歸零碼，所以它的傅里葉變換應(yīng)該是門函數(shù)，信號(hào)帶寬為1/TS，其頻譜圖-10。載波信號(hào)為正弦信號(hào)，載頻為1Hz，其頻譜如下。圖4-5 數(shù)字基帶信號(hào)與載波信號(hào)頻譜2PSK信號(hào)的實(shí)質(zhì)為基帶信號(hào)與載波相乘的結(jié)果，所以2PSK的信號(hào)頻譜是基帶信號(hào)頻譜的線性搬移，中心頻率為fc.，帶寬為基帶信號(hào)帶寬的兩倍，如圖-11，2PSK信號(hào)通過信道后，加上了高斯白噪聲，其頻譜如下。圖4-6 2PSK信號(hào)與接收機(jī)接收的信號(hào)頻譜相干解調(diào)實(shí)質(zhì)是將已調(diào)信號(hào)與提取的載波信號(hào)相乘，所以解調(diào)輸出的信號(hào)的頻率成分包括基帶信號(hào)頻率和載頻信號(hào)和噪聲如圖-12，通過低通濾波器后，高頻成分被慮掉，剩下基帶信號(hào)

22、和局部噪聲。圖4-7 解調(diào)輸出與低通輸出的信號(hào)頻譜圖4-8 判決輸出信號(hào)頻譜與基帶信號(hào)頻譜通過比擬判決輸出信號(hào)的頻譜和基帶信號(hào)頻譜，得出結(jié)論，2PSK的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是正確的。4.3 各階段功率譜密度分析及誤碼率圖4-9 2PSK功率譜密度圖4-10 2PSK系統(tǒng)誤碼率由圖可以看出系統(tǒng)的誤碼率為0。5 總結(jié)通過在本次設(shè)計(jì)中的實(shí)踐明白了自己知識(shí)上的誤區(qū)，例如，在低通濾波的過程中，主要目的是濾去高頻分量，濾去載波成分，所以對(duì)于低通濾波器的截止頻率的設(shè)置較為關(guān)鍵。而在2PSK的調(diào)制與解調(diào)中所用信號(hào)為雙極性的信號(hào)，因此要將在本次設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的單極性信號(hào)經(jīng)過碼的變化形成雙極性碼來傳輸。本次設(shè)計(jì)只是按理論

23、上的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單地系統(tǒng)構(gòu)建，目的是明確數(shù)字基帶傳輸?shù)脑砑斑^程，而對(duì)于具體問題，例如，實(shí)際中信道噪聲一般為高斯白噪聲，本次設(shè)計(jì)為簡便并未采用而是用rand函數(shù)產(chǎn)生了隨機(jī)噪聲信號(hào)。此外，還有在2PSK實(shí)際傳輸系統(tǒng)中，在恢復(fù)載波的過程中會(huì)出現(xiàn)“倒現(xiàn)象即相位模糊現(xiàn)象，但是在本次設(shè)計(jì)中直接在解調(diào)時(shí)給其同頻同相的載波，所以不會(huì)出現(xiàn)此種現(xiàn)象，因此不必考慮。這是自己第一次利用Matlab編程功能實(shí)現(xiàn)通信原理中根底知識(shí)系統(tǒng)地構(gòu)建和利用Matlab中Simulink模塊搭建系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，通過自己親自去動(dòng)手和調(diào)試我明白了實(shí)踐的重要性，尤其是對(duì)程序的調(diào)試，更需要大量的時(shí)間反復(fù)上機(jī)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并改正，這樣也就加強(qiáng)

24、了自己對(duì)程序分析的能力，更深刻地明白了通信原理中的知識(shí)內(nèi)容，更進(jìn)一步懂得了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，同時(shí)提高了自己的思考能力，使得自己對(duì)課本里的內(nèi)容理解、記憶地更加透徹，這無論是在我以后的工作中或是學(xué)習(xí)中都是非常有用的。參考文獻(xiàn)1 郝建軍，桑林.數(shù)字通信M.北京：人民郵電出版社,2002(2)：206207.1 樊昌信，曹麗娜.通信原理M.北京：國防工業(yè)出版社，20216:188190.3 李明明，李白萍.電子信息類專業(yè)MATLAB實(shí)驗(yàn)教程M.北京：北京大學(xué)出版社，20211：102208.4 劉學(xué)勇.詳解MATLAB/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真M.北京：電子工業(yè)出版社，20211：1601

25、73.附錄代碼%數(shù)字通信課程設(shè)計(jì)_2PSK調(diào)制解調(diào)器的建模與仿真clear all;close all;i=20; j=5000; %i為隨機(jī)數(shù)個(gè)數(shù)，j為采樣點(diǎn)數(shù)t=linspace(0,20,5000);%在0到20之間等分成5000個(gè)點(diǎn),每個(gè)碼元250點(diǎn)% % 功能實(shí)現(xiàn)模塊一：產(chǎn)生隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào) %rem=round(rand(1,i);%調(diào)用函數(shù)產(chǎn)生0-1隨機(jī)序列,round按四舍五入取整Bipolar_NRZ=t;%將離散的的隨機(jī)序列轉(zhuǎn)變成連續(xù)的單極性二進(jìn)制碼元for n=1:20 %20個(gè)隨機(jī)數(shù) if rem(n)<1; %假設(shè)隨機(jī)數(shù)值小于1那么單極性信號(hào)賦值為0 fo

26、r m=j/i*(n-1)+1:j/i*n %m=250*(n-1):250*n Bipolar_NRZ(m)=-1; end else %假設(shè)隨機(jī)數(shù)值等于1那么單極性信號(hào)賦值為1 for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n Bipolar_NRZ(m)=1; end endendfigure(1);subplot(211);plot(t,Bipolar_NRZ);title('雙極性二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)');axis(0,20,-2,2);grid on;% 功能實(shí)現(xiàn)模塊二：產(chǎn)生載波信號(hào) % 載波周期與碼元寬度相同且均為1 %fc=1;%載波頻率為1Hzcarrier_si

27、gnal=cos(2*pi*fc*t); %載波周期與碼元寬度相同且均為1subplot(212);plot(t,carrier_signal);title('載波信號(hào)波形');axis(0 20 -2 2);grid on; % 功能實(shí)現(xiàn)模塊三：2psk調(diào)制局部:基帶信號(hào)與載波相乘 %psk=Bipolar_NRZ.*carrier_signal;%基帶信號(hào)與載波相乘figure(2);subplot(211);plot(t,psk);title('已調(diào)信號(hào)波形');axis(0,20,-2,2);grid on ;% 功能實(shí)現(xiàn)模塊四：調(diào)制信號(hào)通過信道傳輸產(chǎn)生

28、加性噪聲 %y1=awgn(psk,20);%信號(hào)psk中參加白噪聲，信噪比為10subplot(212);plot(t,y1);axis(0,20,-1,2);title('加噪后的波形');% 功能實(shí)現(xiàn)模塊六：相干解調(diào)實(shí)現(xiàn)過程 %y2=y1.*carrier_signal;%接收機(jī)收到信號(hào)輸入乘法器與載波信號(hào)相乘figure(3)subplot(211);plot(t,y2);title('解調(diào)輸出波形');grid;% 功能實(shí)現(xiàn)模塊六：通過巴特沃斯低通濾波器 %fp=1;fs=2;rp=1;rs=30;fn=300;%設(shè)計(jì)巴特沃斯低通濾波器的參數(shù)，通帶截止

29、頻率1HZ，阻帶截止頻率2HZ，采樣率400 ws=fs/(fn/2); wp=fp/(fn/2);%計(jì)算歸一化角頻率n,wn=buttord(wp,ws,rp,rs);%計(jì)算階數(shù)和截止頻率b,a=butter(n,wn);y3=filtfilt(b,a,y2);subplot(212);plot(t,y3);title('經(jīng)低通濾波器后的輸出信號(hào)波形');grid on;% 功能實(shí)現(xiàn)模塊七：根據(jù)位同步信號(hào)進(jìn)行抽樣判決 %y4=linspace(0,19);y4=0;for n=1:20; if y3(2*n-1)*125)>0;%對(duì)每一個(gè)碼元寬度中間值作判決抽樣，增加抽

30、樣成功率 y4(n)=1; else y4(n)=0; endendfigure(4)subplot(211);stem(y4);axis(0 20 -2 2);title('抽樣后得到的離散采樣值');grid on;xlabel('時(shí)間/s');y5=t;for n=1:20 if y4(n)=1; %假設(shè)當(dāng)前碼元的抽樣值為1，那么該碼元的所有值250點(diǎn)為1 for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n y5(m)=1; end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n y5(m)=-1; end endendsubplot(212);pl

31、ot(t,y5);axis(0 20 -2 2);grid on;title('抽樣判決輸出基帶信號(hào)');xlabel('采樣點(diǎn)數(shù)');% 功能實(shí)現(xiàn)模塊八：各階段信號(hào)頻譜分析 %fs=250;N=1024; %采樣頻率和數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)n=0:N-1;t=n/fs; %時(shí)間序列y=fft(Bipolar_NRZ,N);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT變換mag=abs(y);%求取Fourier變換的振幅f=n*fs/N;figure(5);subplot(211)plot(f(1:N/2),mag(1:N/2);axis(0 50 0 500);xlabel('頻率/Hz&

32、#39;);ylabel('振幅');title('基帶信號(hào)頻譜N=1024');grid on; fs=250;N=1024;n=0:N-1;t=n/fs;y=fft(carrier_signal,N);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT變換mag=abs(y);%求取Fourier變換的振幅f=n*fs/N;subplot(212)plot(f(1:N/2),mag(1:N/2);axis(0 50 0 500);xlabel('頻率/Hz');ylabel('振幅');title('載波信號(hào)頻譜N=1024)');grid

33、on; fs=256;N=1024;n=0:N-1;t=n/fs;y=fft(psk,N);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT變換mag=abs(y);%求取Fourier變換的振幅f=n*fs/N;figure(6)subplot(211)plot(f(1:N/2),mag(1:N/2);axis(0 50 0 500);xlabel('頻率/Hz');ylabel('振幅');title('2PSK信號(hào)頻譜N=1024)');grid on; fs=250;N=1024;n=0:N-1;t=n/fs;y=fft(y1,N);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT變換mag=ab

34、s(y);%求取Fourier變換的振幅f=n*fs/N;subplot(212)plot(f(1:N/2),mag(1:N/2);axis(0 50 0 500);xlabel('頻率/Hz');ylabel('振幅');title('接收機(jī)接收到的信號(hào)頻譜N=1024)');grid on; fs=250;N=1024;n=0:N-1;t=n/fs;y=fft(y2,N);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT變換mag=abs(y);%求取Fourier變換的振幅f=n*fs/N;figure(7)subplot(211)plot(f(1:N/2),mag(1

35、:N/2);axis(0 50 0 500);xlabel('頻率/Hz');ylabel('振幅');title('解調(diào)輸出信號(hào)頻譜N=1024)');grid on; fs=250;N=1024;n=0:N-1;t=n/fs;y=fft(y3,N);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT變換mag=abs(y);%求取Fourier變換的振幅f=n*fs/N;subplot(212)plot(f(1:N/2),mag(1:N/2);axis(0 50 0 500);xlabel('頻率/Hz');ylabel('振幅');titl

36、e('低通輸出信號(hào)頻譜N=1024)');grid on; fs=250;N=1024;n=0:N-1;t=n/fs;y=fft(y5,N);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT變換mag=abs(y);%求取Fourier變換的振幅f=n*fs/N;figure(8)plot(f(1:N/2),mag(1:N/2);axis(0 50 0 500);xlabel('頻率/Hz');ylabel('振幅');title('抽樣判決輸出信號(hào)頻譜N=1024)');grid on;% 功能實(shí)現(xiàn)模塊九：各階段信號(hào)功率譜密度分析 %Fs=1000; n=0:1/Fs:1; nfft=1024; window=hamming(100); %海明窗noverlap=20; %數(shù)據(jù)無重疊 range='half' %頻率間隔為0 Fs/2，只計(jì)算一半的頻率 Pxx1,f=pwelch(carrier_signal,window,noverlap,nfft,Fs,range); plot_Pxx1=10*log10(Pxx1);Pxx2,f=pwelch(psk,window,noverlap,nfft,Fs,range); plot_Pxx2=10*log10(Pxx2);Pxx3,f=pwelch(y1,w