2PSK數(shù)字信號(hào)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第頁(yè)摘要數(shù)字信號(hào)的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸。然而，實(shí)際中的大多數(shù)信道（如無(wú)線信道）因具有帶通特性而不能直接傳送系帶信號(hào)，這是因?yàn)閿?shù)字基帶信號(hào)往往含有豐富的低頻分量。為了使數(shù)字信號(hào)在帶通信道中傳輸，必須用數(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)變換為數(shù)字帶通信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字調(diào)制。在接收端通過(guò)解調(diào)器把貸通信號(hào)還原成數(shù)字基帶信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字解調(diào)。通常把調(diào)制和解調(diào)過(guò)程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)叫做數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制的原理基本相同，但是數(shù)字信號(hào)有離散取值的特點(diǎn)。因此數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：①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)做模擬信號(hào)的特殊情況處理；②利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過(guò)開(kāi)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，對(duì)載波的振幅、頻率和相位進(jìn)行鍵控，即可獲得ASK、FSK、PSk三種基本數(shù)字調(diào)制方式。本次課程設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)一個(gè)2PSK數(shù)字信號(hào)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)采用的是鍵控法進(jìn)行調(diào)制。關(guān)鍵字：MatlabSimulink2P目錄一、課程設(shè)計(jì)目的 4二、課程設(shè)計(jì)時(shí)間安排 4三、課程設(shè)計(jì)及要求 41.基本工作原理 41）數(shù)字通信系統(tǒng) 42）調(diào)制方法：鍵控法 53）解調(diào)方法：相干解調(diào)法 52、設(shè)計(jì)系統(tǒng) 51）Simulink仿真框圖 52）工作原理 63）設(shè)定參數(shù) 73.MATLAB仿真 121）波形仿真圖 124）分析基帶信號(hào)和已調(diào)信號(hào)的功率譜密度 155）誤碼率分析 17四、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) 20五、參考文獻(xiàn) 21

一、課程設(shè)計(jì)目的通過(guò)課程設(shè)計(jì)，鞏固已經(jīng)學(xué)過(guò)的有關(guān)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用，學(xué)會(huì)應(yīng)用MatlabSimulink工具對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真。二、課程設(shè)計(jì)時(shí)間安排課程設(shè)計(jì)時(shí)間為第一周。首先查找資料，掌握系統(tǒng)原理，熟悉仿真軟件，然后編寫程序或構(gòu)建仿真結(jié)構(gòu)模型，最后調(diào)試運(yùn)行并分析仿真結(jié)果。三、課程設(shè)計(jì)及要求設(shè)計(jì)一個(gè)采用不同調(diào)制方式的數(shù)字通信系統(tǒng)，其中單號(hào)同學(xué)完成2FSK（或MFSK）系統(tǒng)，雙號(hào)同學(xué)完成2PSK或2DPSK(或QPSK)系統(tǒng)。選擇2PSK進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真。1.基本工作原理1）數(shù)字通信系統(tǒng)信息源信息源信道編碼器加密器信源編碼器調(diào)制器信道解調(diào)器解密器信源譯碼器噪聲受信者信道譯碼器數(shù)字通信系統(tǒng)較模擬通信系統(tǒng)而言，具有抗干擾能力強(qiáng)、便于加密、易于實(shí)現(xiàn)集成化、便于與計(jì)算機(jī)連接等優(yōu)點(diǎn)。因而，數(shù)字通信更能適應(yīng)對(duì)通信技術(shù)的越來(lái)越高的要求。近二十年來(lái)，數(shù)字通信發(fā)展十分迅速，在整個(gè)通信領(lǐng)域中所占比重日益增長(zhǎng)，在大多數(shù)通信系統(tǒng)中已代替模擬通信，成為當(dāng)代通信系統(tǒng)的主流。2）調(diào)制方法：鍵控法3）解調(diào)方法：相干解調(diào)法由于2PSK是利用載波的相位變化來(lái)傳遞數(shù)字信息而振幅和頻率保持不變。故采用相干解調(diào)法。2、設(shè)計(jì)系統(tǒng)1）Simulink仿真框圖2）工作原理在二進(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).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0.二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為e2PSK(t)=g(t-nTs)]cosωct(2-1)其中,an與2ASK和2FSK時(shí)的不同,在2PSK調(diào)制中,an應(yīng)選擇雙極性,即

（2-2）（2–3）若g(t)是脈寬為Ts,高度為1的矩形脈沖時(shí),則有

e2PSK(t)=cosωct,發(fā)送概率為P

-cosωct,發(fā)送概率為1-P

由式(2-3)可看出,當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)1時(shí),已調(diào)信號(hào)e2PSK(t)取0°相位,發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)0時(shí),e2PSK(t)取180°相位.若用φn表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位,則有

φn=0°,發(fā)送1符號(hào)

180°發(fā)送0符號(hào)

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,稱為二進(jìn)制絕對(duì)移相方式.二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的典型時(shí)間波形如圖2.4所示.二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)間波形3）設(shè)定參數(shù)建立好模型之后就要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，以達(dá)到系統(tǒng)的最佳仿真。正弦載波參數(shù)設(shè)置正弦波：8HZ，幅度+2設(shè)置依據(jù)：載波頻率本來(lái)應(yīng)該很高，但是為了波形觀察方便，故頻率設(shè)為8HZ。反相正弦波：8HZ，幅度-2設(shè)置依據(jù)：載波頻率本來(lái)應(yīng)該很高，但是為了波形觀察方便，故頻率設(shè)為8HZ;又要求與載波反相，故幅度設(shè)為-2.伯努利二進(jìn)制隨機(jī)序列產(chǎn)生器BernoulliRandomBinaryGenerator(伯努利二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器)是基于采樣的，其幅度設(shè)置為2，周期為3，占1比為2/3。碼型變化器參數(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“Negative”.多路選擇器參數(shù)設(shè)置：參數(shù)設(shè)置依據(jù)：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)。帶通濾波器參數(shù)設(shè)置：帶通濾波器參數(shù)：帶通范圍為2~7HZ設(shè)置依據(jù)：載波頻率為4HZ，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2~7HZ。低通濾波器參數(shù)設(shè)置：低通濾波器參數(shù)設(shè)置：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。取樣判決器參數(shù)設(shè)置：取樣判決器參數(shù)設(shè)置：門限值取為0.5，取樣時(shí)間為1設(shè)置依據(jù)：當(dāng)大于0.5時(shí)輸出0，當(dāng)小于0.5時(shí)輸出1，能達(dá)到在1變0不變的取樣規(guī)則下正確解碼的目的。3.MATLAB仿真1）波形仿真圖調(diào)制部分解調(diào)部分2）系統(tǒng)不同部分的信號(hào)波形3）眼圖理想信道眼圖高斯信道的眼圖4）分析基帶信號(hào)和已調(diào)信號(hào)的功率譜密度若二進(jìn)制基帶信號(hào)s(t)的功率譜密度Ps(f)為則二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的功率譜密度為整理后可得二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的功率譜密度如圖2.8所示，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。續(xù)譜兩部分組成。離散譜由載波分量確定，連續(xù)譜由基帶信號(hào)波形g(t)確定，二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的帶寬B2PSK是基帶信號(hào)波形帶寬B的兩倍,即B2PSK=2B。5）誤碼率分析本次采用的調(diào)制規(guī)則為‘1’變‘0’不變所以解調(diào)規(guī)則也用‘1’變‘0’不變。即為取樣值大于門限時(shí)判為‘0’，當(dāng)取樣值小于門限值時(shí)判為‘1’。但在實(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：發(fā)端發(fā)‘1’時(shí)受到的2PSK信號(hào)為帶通濾波器的輸出時(shí)信號(hào)加窄帶噪聲：上式與本地載波相乘后：經(jīng)低通濾波后：所以x(t)的取樣判決值的概率密度函數(shù)為：發(fā)端發(fā)‘0’時(shí)，收到的2PSK信號(hào)：帶通濾波器的輸出時(shí)信號(hào)加窄帶噪聲：上式與本地載波相乘后：經(jīng)低通濾波后：所以x(t)的取樣判決值的概率密度函數(shù)為：綜上所述可畫出概率密度函數(shù)曲線：取樣值概率密度函數(shù)示意圖當(dāng)P(0)=P(1)時(shí)，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(cuò)判‘0’概率為：發(fā)‘0’錯(cuò)判‘1’的概率等于發(fā)‘1’錯(cuò)判‘0’概率根據(jù)圖4-3-3及上式可得2PSK相干解調(diào)器的誤碼率公式為式中由Simulink仿真圖中display輸出的誤碼率可見(jiàn)：隨著信噪比的降低，誤碼率是急劇上升的。信噪比為10誤碼率：信噪比為50誤碼率：四、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)通過(guò)理論學(xué)習(xí)，我了解到2PSK相移鍵控是利用載波的相位變化來(lái)傳遞數(shù)字信息的，而振幅和頻率保持不變。并且通過(guò)對(duì)2PSK功率譜密度的分析和仿真，我更深刻的理解了二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的頻譜特性與2ASK的十分相似，帶寬也為基帶信號(hào)帶寬的2倍。區(qū)別僅在于當(dāng)P=1/2時(shí)，其譜中無(wú)離散譜（即載波分量），聯(lián)系通信電子電路中所學(xué)可以知道，此時(shí)2PSK信號(hào)實(shí)際上相當(dāng)于抑制載波的雙邊帶信號(hào)。因此，它可以看作是雙極性基帶信號(hào)作用下的調(diào)幅信號(hào)。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干擾，會(huì)影響調(diào)制系統(tǒng)的性能，及存在一定的誤碼率，誤碼率與信噪比相關(guān)，當(dāng)信噪比提高時(shí)。誤碼率下降。此次課程設(shè)計(jì)，讓我感受到了MATLAB中Simulink工作環(huán)境的強(qiáng)大功能和便利。在我為繪制并仿真出和理論吻合的波形高興的同時(shí)也激發(fā)了我對(duì)這款仿真軟件的興趣。Simulik模塊庫(kù)按功能進(jìn)行分為以下8類子庫(kù)：Continuous（連續(xù)模塊）Discrete（離散模塊）Function&Tables（函數(shù)和平臺(tái)模塊）Math（數(shù)學(xué)模塊）Nonlinear（非線性模塊）Signals&Systems（信號(hào)和系統(tǒng)模塊）Sinks（接收器模塊）Sources（輸入源模塊）用戶可以根據(jù)需要混合使用歌庫(kù)中的模塊來(lái)組合系統(tǒng)，也可以封裝自己的模塊，自定義模塊庫(kù)、從而實(shí)現(xiàn)全圖形化仿真。Simulink模型庫(kù)中的仿真模塊組織成三級(jí)樹(shù)結(jié)構(gòu)Simulink子模型庫(kù)中包含了Continous、Discontinus等下一級(jí)模型庫(kù)Continous模型庫(kù)中又包含了若干模塊，可直接加入仿真模型。對(duì)我來(lái)說(shuō)，收獲的最大的是加深了我對(duì)所學(xué)理論知識(shí)更加直觀、深刻的理解，并且激發(fā)了我對(duì)所學(xué)知識(shí)極大的興趣。在課設(shè)過(guò)程中，也讓我更加注重能力的培養(yǎng)和方法的總結(jié)。通信原理這門課可以說(shuō)是大學(xué)三年以來(lái)遇到的最難的課程，但是在陳老師的理論授課和楊老師的實(shí)踐指引下，我漸漸對(duì)所學(xué)內(nèi)容清晰明了起來(lái)，在腦海中能夠慢慢描繪出架構(gòu)，并且了解了Simulink這樣一個(gè)功能齊全，靈活好用的仿真環(huán)境。這次課設(shè)可能只是我更加深入學(xué)習(xí)專業(yè)課路上的一次小小起步，但卻為我打開(kāi)了一扇門，呈現(xiàn)了一片前所未有的風(fēng)景。當(dāng)然，在課設(shè)過(guò)程中還遇到過(guò)一些問(wèn)題。尤其是誤碼率居高不下，在通過(guò)對(duì)采樣頻率，濾波器特性等等因素的綜合考慮和不斷調(diào)整中，誤碼率總算有所降低。也讓我更加直觀地認(rèn)識(shí)到影響誤碼率的因素和設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)所應(yīng)該做的考慮和選擇?？傊?，希望以后有更多相關(guān)方面的引導(dǎo)和學(xué)習(xí)。其實(shí)在最初通信原理的學(xué)習(xí)過(guò)程中，我們就應(yīng)該去嘗試用Simulink搭建框圖，進(jìn)行一些系統(tǒng)的仿真和調(diào)試，定會(huì)對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)更深一步。收獲了學(xué)習(xí)方法和能力，在今后的學(xué)習(xí)過(guò)