數(shù)字通信作業(yè)(4psk,2PSK分析)有完整程序

DigitalCommunicationProject————2PSKand4PSKRequirements：PleaseuseMatlabprogrammingtoimplementsomedigitalbasebandcommunicationsystemsandplottheBER(biterrorprobability)versus(from-5dBto20dB)curvesfor2PSKand4PSK

目錄：DigitalCommunicationProject 1————2PSKand4PSK 1一、 基本理論 31. 二進(jìn)制移相鍵控（2PSK）的基本原理 31.12PSK信號(hào)的產(chǎn)生 31.22PSK的解調(diào)系統(tǒng) 31.32PSK誤碼率分析 42. 四進(jìn)制移相鍵控（4PSK）的基本原理 42.1 4PSK信號(hào)的產(chǎn)生 52.24PSK的解調(diào)系統(tǒng) 62.34PSK誤碼率分析 7二、 源程序及仿真分析 71. 2PSK源程序及仿真分析 72. 4PSK源程序及仿真分析 93. 2PSK和4PSK誤碼率分析 10基本理論二進(jìn)制移相鍵控（2PSK）的基本原理2PSK信號(hào)的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制法和鍵控法。一般的模擬幅度調(diào)制的方法，用乘法器實(shí)現(xiàn)；數(shù)字鍵控法的開(kāi)關(guān)電路受s(t)控制。2PSK信號(hào)基本的解調(diào)方法是相干解調(diào)。

2PSK,二進(jìn)制移相鍵控方式，是鍵控的載波相位按基帶脈沖序列的規(guī)律而改變的一種數(shù)字調(diào)制方式。就是根據(jù)數(shù)字基帶信號(hào)的兩個(gè)電平(或符號(hào))使載波相位在兩個(gè)不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法。兩個(gè)載波相位通常相差180度，此時(shí)稱為反向鍵控(PSK),也稱為絕對(duì)相移方式。1.12PSK信號(hào)的產(chǎn)生

2PSK的產(chǎn)生：模擬法和數(shù)字鍵控法。就模擬調(diào)制法而言，與產(chǎn)生2ASK信號(hào)的方法比較，只是對(duì)s(t)要求不同，因此2PSK信號(hào)可以看作是雙極性基帶信號(hào)作用下的DSB調(diào)幅信號(hào)。模擬調(diào)制法如圖1.1所示。而就鍵控法來(lái)說(shuō)，用數(shù)字基帶信號(hào)s(t)控制開(kāi)關(guān)電路，選擇不同相位的載波輸出，這時(shí)s(t)為單極性NRZ或雙極性NRZ脈沖序列信號(hào)均可。數(shù)字鍵控法如圖1.2所示。圖1.1模擬法圖1.2數(shù)字法1.22PSK的解調(diào)系統(tǒng)2PSK信號(hào)屬于DSB信號(hào),它的解調(diào),不再能采用包絡(luò)檢測(cè)的方法,只能進(jìn)行相干解調(diào)。

解調(diào)可分為載波提取法和直接解調(diào)。2PSK信號(hào)的解調(diào)大多都采用相干解調(diào)方式，在碼源時(shí)間間隔為T(mén)s的區(qū)間內(nèi)，發(fā)送端的2PSK信號(hào)可表示2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)框圖及個(gè)測(cè)試行波形如圖1.3所示。圖1.32PSK相干解調(diào)系統(tǒng)框圖及個(gè)測(cè)試點(diǎn)波形1.32PSK誤碼率分析通信系統(tǒng)的抗噪聲性能是指系統(tǒng)克服加性噪聲影響的能力。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信道噪聲有可能使傳輸碼元產(chǎn)生錯(cuò)誤，錯(cuò)誤程度通常用誤碼率來(lái)衡量。因此，與分析數(shù)字基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能一樣，分析數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的噪聲性能，也就是求系統(tǒng)在信道噪聲干擾下的總誤碼率。誤碼率（BER：biterrorratio）是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標(biāo)。誤碼率是指錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說(shuō)，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，即誤碼率=錯(cuò)誤碼元數(shù)/傳輸總碼元數(shù)。如果有誤碼就有誤碼率。誤碼的產(chǎn)生是由于在信號(hào)傳輸中，衰變改變了信號(hào)的電壓,致使信號(hào)在傳輸中遭到破壞，產(chǎn)生誤碼。噪音、交流電或閃電造成的脈沖、傳輸設(shè)備故障及其他因素都會(huì)導(dǎo)致誤碼（比如傳送的信號(hào)是1，而接收到的是0；反之亦然）。誤碼率是最常用的數(shù)據(jù)通信傳輸質(zhì)量指標(biāo)。它表示數(shù)字系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的式是“在多少位數(shù)據(jù)中出現(xiàn)一位差錯(cuò)”。誤信率，又稱誤比特率，是指錯(cuò)誤接收的比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例，即誤比特率=錯(cuò)誤比特?cái)?shù)/傳輸總比特?cái)?shù)。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，可靠性用誤碼率和誤比特率表示。2PSK的誤碼率計(jì)算公式為：（公式1）2PSK誤比特率計(jì)算公式為：（公式2）四進(jìn)制移相鍵控（4PSK）的基本原理四相相移調(diào)制是利用載波的四種不同相位差來(lái)表征輸入的數(shù)字信息，是四進(jìn)制移相鍵控。4PSK是在M=4時(shí)的調(diào)相技術(shù)，它規(guī)定了四種載波相位，分別為45°，135°，225°，275°，調(diào)制器輸入的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制數(shù)字序列，為了能和四進(jìn)制的載波相位配合起來(lái)，則需要把二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換為四進(jìn)制數(shù)據(jù)，這就是說(shuō)需要把二進(jìn)制數(shù)字序列中每?jī)蓚€(gè)比特分成一組，共有四種組合，即00，01，10，11，其中每一組稱為雙比特碼元。每一個(gè)雙比特碼元是由兩位二進(jìn)制信息比特組成，它們分別代表四進(jìn)制四個(gè)符號(hào)中的一個(gè)符號(hào)。4PSK中每次調(diào)制可傳輸2個(gè)信息比特，這些信息比特是通過(guò)載波的四種相位來(lái)傳遞的。解調(diào)器根據(jù)星座圖及接收到的載波信號(hào)的相位來(lái)判斷發(fā)送端發(fā)送的信息比特。數(shù)字調(diào)制用“星座圖”來(lái)描述，星座圖中定義了一種調(diào)制技術(shù)的兩個(gè)基本參數(shù)：（1）信號(hào)分布；（2）與調(diào)制數(shù)字比特之間的映射關(guān)系。星座圖中規(guī)定了星座點(diǎn)與傳輸比特間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系稱為“映射”，一種調(diào)制技術(shù)的特性可由信號(hào)分布和映射完全定義，即可由星座圖來(lái)完全定義。首先將輸入的串行二進(jìn)制信息序列經(jīng)串－并變換，變成m=log2M個(gè)并行數(shù)據(jù)流，每一路的數(shù)據(jù)率是R/m，R是串行輸入碼的數(shù)據(jù)率。I/Q信號(hào)發(fā)生器將每一個(gè)m比特的字節(jié)轉(zhuǎn)換成一對(duì)（pn，qn）數(shù)字，分成兩路速率減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號(hào)I(t)和Q(t)，然后對(duì)coswct和sinwct進(jìn)行調(diào)制，相加后即得到4PSK信號(hào)。4PSK是一種頻譜利用率高、抗干擾性強(qiáng)的數(shù)調(diào)制方式,它被廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中.適合衛(wèi)星廣播。例如，數(shù)字衛(wèi)星電視DVB2S標(biāo)準(zhǔn)中，信道噪聲門(mén)限低至4.5dB，傳輸碼率達(dá)到45Mb/s，采用4PSK調(diào)制方式，同時(shí)保證了信號(hào)傳輸?shù)男屎驼`碼性能。四進(jìn)制絕對(duì)相移鍵控(4PSK)直接利用載波的四種不同相位來(lái)表示數(shù)字信息。如下：圖1.44PSK信號(hào)相位矢量圖由于每一種相位代表兩個(gè)比特信息，因此每個(gè)四進(jìn)制碼元可以用兩個(gè)二進(jìn)制碼元的組合來(lái)表示。兩個(gè)二進(jìn)制碼元中的前一比特用a來(lái)表示，后一比特用b表示，則雙比特ab與載波相位的關(guān)系入下表：表1雙比特ab與載波相位的關(guān)系雙比特碼元載波相位（φn）abA方式B方式011000110o90o180o270o225o315o45o135o四進(jìn)制信號(hào)可等效為兩個(gè)正交載波進(jìn)行雙邊帶調(diào)制所得信號(hào)之和。這樣，就把數(shù)字調(diào)相和線性調(diào)制聯(lián)系起來(lái)，為四相波形的產(chǎn)生提供依據(jù)。4PSK信號(hào)的產(chǎn)生4PSK的調(diào)制方法有正交調(diào)制方式（雙路二相調(diào)制合成法或直接調(diào)相法）、相位選擇法、插入脈沖法等。這里我們采用正交調(diào)制方式。4PSK的正交調(diào)制原理如圖：圖1.54PSK正交調(diào)制原理方框圖它可以看成是由兩個(gè)載波正交的2PSK調(diào)制器構(gòu)成的。圖中串/并變換器將輸入的二進(jìn)制序列分為速度減半的兩個(gè)并行雙極性序列a和b（a,b碼元在事件上是對(duì)齊的），再分別進(jìn)行極性變換，把極性碼變?yōu)殡p極性碼（0→-1，1→+1）然后分別調(diào)制到cosωct和sinωct兩個(gè)載波上，兩路相乘器輸出的信號(hào)是相互正交的抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）信號(hào)，其相位與各路碼元的極性有關(guān)，分別由a和b碼元決定。經(jīng)相加電路后輸出兩路的合成波形，即是4PSK信號(hào)。圖中兩個(gè)乘法器，其中一個(gè)用于產(chǎn)生與兩種相位狀態(tài)，另一個(gè)用于產(chǎn)生與兩種相位狀態(tài)，相加后就可以得到，，，和四種相位。2.24PSK的解調(diào)系統(tǒng)4PSK信號(hào)是兩個(gè)載波正交的2PSK信號(hào)的合成。所以，可以仿照2PSK相干檢測(cè)法，用兩個(gè)正交的相干載波分別檢測(cè)兩個(gè)分量a和b，然后還原成二進(jìn)制雙比特串行數(shù)字信號(hào)。此法稱作極性比較法（相干解調(diào)加碼反變換器方式或相干正交解調(diào)發(fā)）圖1.64PSK信號(hào)解調(diào)器原理方框圖在不考慮噪聲及傳輸畸變時(shí)，接收機(jī)輸入的4PSK信號(hào)碼元可表示為：表1.2抽樣判決器的判決準(zhǔn)則輸入相位φncosφn的極性sinφn的極性判決器輸出ab45o135o225o315o+--+++--10011100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。兩路抽樣判決器輸出a、b，經(jīng)并/串變換器就可將并行數(shù)據(jù)恢復(fù)成串行數(shù)據(jù)。2.34PSK誤碼率分析4PSK的誤碼率計(jì)算公式為：4PSK誤比特率計(jì)算公式為：源程序及仿真分析2PSK源程序及仿真分析clcclearallM=2;%TheorderformodulateofPSKnPacket=5000;%Thesignallengthx=randint(nPacket,1,M);%Signalformodulateh=modem.pskmod(M);%CreatanobjectofPSKmodulationy=modulate(h,x);%modulatexgetyscatterplot(y);yn=awgn(y,15,'measured');%PassthegausschannelwithSNR=15dBscatterplot(yn);reset(h);h=modem.pskdemod(M);z=demodulate(h,yn);[num,rt]=symerr(x,z)%%ProcessrectanglarpulseshapingNsamp=4;%Oversamplingrateypulse=rectpulse(y,Nsamp);ynoisy=awgn(ypulse,15,'measured');ydownsamp=intdump(ynoisy,Nsamp);scatterplot(ydownsamp);reset(h);h=modem.pskdemod(M);z=demodulate(h,ydownsamp);[num,rt]=symerr(x,z)圖2.1沒(méi)有噪聲時(shí)的星座圖圖2.2有噪聲時(shí)的星座圖圖2.3矩形脈沖整形后的有噪聲時(shí)的星座圖4PSK源程序及仿真分析M=4;%TheorderformodulateofPSKnPacket=5000;%Thesignallengthx=randint(nPacket,1,M);%Signalformodulateh=modem.pskmod(M);%CreatanobjectofPSKmodulationy=modulate(h,x);%modulatexgetyscatterplot(y);yn=awgn(y,15,'measured');%PassthegausschannelwithSNR=15dBscatterplot(yn);reset(h);h=modem.pskdemod(M);z=demodulate(h,yn);[num,rt]=symerr(x,z)圖2.4沒(méi)有噪聲時(shí)的星座圖圖2.5有噪聲時(shí)的星座圖2PSK和4PSK誤碼率分析clc;clearall;closeall;nsymbol=100000;%每種信噪比下的發(fā)送符號(hào)數(shù)M=2;%2-PSKN=4;%4-PSKEbN0=-5:20;%信噪比的范圍snr1=10.^(EbN0/10);%將dB值轉(zhuǎn)化成線性值msg=randint(1,nsymbol,M);%由0-1的整數(shù)值組成的均勻隨機(jī)數(shù)msgmod=pskmod(msg,M);%2-PSK調(diào)制spow=norm(msgmod).^2/nsymbol;%求出每個(gè)符號(hào)的平均功率nsg=randint(1,nsymbol,N);%由0-4的整數(shù)值組成的均勻隨機(jī)數(shù)nsgmod=pskmod(nsg,N);%4-PSK調(diào)制