MATLAB2psk通信系統(tǒng)仿真報(bào)告

實(shí)驗(yàn)一2PSK調(diào)制數(shù)字通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)題目設(shè)計(jì)一個(gè)采用2PSK調(diào)制的數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體框圖及數(shù)學(xué)模型;產(chǎn)生離散二進(jìn)制信源?進(jìn)行信道編碼（漢明碼）?產(chǎn)生BPS信號(hào);加入信道噪聲（高斯白噪聲）；BPSI信號(hào)相干解調(diào).信道解碼；系統(tǒng)性能分析（信號(hào)波形、頻譜?白噪聲的波形、頻譜?信道編解實(shí)驗(yàn)基本原理數(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)的過程稱為數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制技術(shù)的兩種方法：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)制方式。圖1相應(yīng)的信號(hào)波形的示例調(diào)制原理數(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)達(dá)到正最大值.同時(shí)達(dá)到零值.同時(shí)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(gè)開始得遲了一點(diǎn)?就可能不相同了。如果一個(gè)達(dá)到正最大值時(shí)?另一個(gè)達(dá)到負(fù)最大值.則稱為"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n分別表示二進(jìn)制“1”和“0”。因此.2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為三二：：_：(t)=Acos：［譏:t+'也J其中.；耳表示第n個(gè)符號(hào)的絕對相位：J0發(fā)送噸"時(shí)

磯In 發(fā)送T時(shí)因此.上式可以改寫為fAeosLJct概率為PC2PSkW一 題曲*TnAeos(Dct概率為1—P圖22PSK信號(hào)波形解調(diào)原理2PSK信號(hào)的解調(diào)方法是相干解調(diào)法。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)。下圖 2-3中給出了一種2PSK信號(hào)相干接收設(shè)備的原理框圖。 圖中經(jīng)過帶通濾波的信號(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。判決器是按極性來判決的。即正抽樣值判為 1.負(fù)抽樣值判為0.

2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形如圖3所示.當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180。倒相時(shí)，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反,解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)?1 1I0 1co-/V\AaA/y\aA/^-/wwww' \AAA/xajw-V -.―「一II―Ir圖32PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形這種現(xiàn)象通常稱為"倒n"現(xiàn)象.由于在2PSK信號(hào)的載波恢復(fù)過程中存在著180°的相位模糊,所以2PSK信號(hào)的相干解調(diào)存在隨機(jī)的"倒n"現(xiàn)象,從而使得2PSK方式在實(shí)際中很少采用.三仿真方真f \漢明碼

編碼f \漢明碼

編碼r信道k加性AWGN2PSK調(diào)制乂濾波丿 _調(diào)^四程序源代碼clearall;closeall;clc;max=15;s=randint(1,max);% 長度為max的隨機(jī)二進(jìn)制序列Sinput=[];forn=1:length(s);ifs(n)==0;A=zeros(1,2000);elses(n)==1;A=ones(1,2000);endSinput=[SinputA];endfigure(1);subplot(211);plot(Sinput);gridonaxis([02000*length(s)-22]);title(' 輸入信號(hào)波形');Sbianma=encode(s,7,4,'hamming');%漢明碼編碼后序列a仁[];b1=[];f=1000;t=0:2*pi/1999:2*pi;forn=1:length(Sbianma);ifSbianma(n)==0;

B=zeros(1,2000);%每個(gè)值2000個(gè)點(diǎn)elseSbianma(n)==1;B=ones(1,2000);enda1=[a1B];%s(t),碼元寬度2000c=cos(2*pi*f*t);%載波信號(hào)b1=[b1c];%與s(t)等長的載波信號(hào).變?yōu)榫仃囆问絜ndfigure(2);subplot(211)plot(a1);gridon;編碼后二進(jìn)制信號(hào)序列');編碼后二進(jìn)制信號(hào)序列');a2=[];b2=[];forn=1:length(Sbianma);ifSbianma(n)==0;C=ones(1,2000);%d=cos(2*pi*f*t);%elseSbianma(n)==1;C=ones(1,2000);d=cos(2*pi*f*t+pi);%enda2=[a2C];%s(t).b2=[b2d];%每個(gè)值2000點(diǎn)載波信號(hào)載波信號(hào)碼元寬度2000與s(t)等長的載波信號(hào)endtiaoz=a2.*b2;%e(t)調(diào)制figure(3);subplot(211);plot(tiaoz);gridon;axis([02000*length(Sbianma)-22]);title('2psk已調(diào)制信號(hào)');figure(2);subplot(212);plot(abs(fft(a1)));axis([02000*length(Sbianma)0400]);title(' 編碼后二進(jìn)制信號(hào)序列頻譜’)；figure(3);subplot(212);plot(abs(fft(tiaoz)));axis([02000*length(Sbianma)0400]);title('2psk 信號(hào)頻譜')% 帶有高斯白噪聲的信道 tz=awgn(tiaoz,10);% 信號(hào)tiaoz加入白噪聲.信噪比為10figure(4);subplot(211);plot(tz);gridonaxis([02000*length(Sbianma)-22]);title(' 通過高斯白噪聲后的信號(hào)');figure(4);subplot(212);plot(abs(fft(tz)));axis([O2000*length(Sbianma)0800]);title('加入白噪聲的2psk信號(hào)頻譜');% 同步解調(diào) jiet=2*b1.*tz;%同步解調(diào)figure(5);subplot(211);plot(jiet);gridonaxis([02000*length(Sbianma)-22]);title(' 相乘后的信號(hào)波形')figure(5);subplot(212);plot(abs(fft(jiet)));axis([02000*length(Sbianma)0800]);title(' 相乘后的信號(hào)頻率');% 低通濾波器 fp=500;fs=700;rp=3;rs=20;fn=11025;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);% 計(jì)算H(z)figure(6);freqz(b,a,1000,11025);subplot(211);axis([040000-1003])title('lpf頻譜圖');jt=filter(b,a,jiet);figure(7);subplot(211);plot(jt);gridonaxis([02000*length(Sbianma)-22]);title(' 經(jīng)低通濾波器后的信號(hào)波形 ');figure(7);subplot(212);plot(abs(fft(jt)));axis([02000*length(Sbianma)0800]);title(' 經(jīng)低通濾波器后的信號(hào)頻率');% 抽樣判決 form=1:2000*length(Sbianma);ifjt(m)<0;jt(m)=1;elsejt(m)>0;jt(m)=0;endendfigure(8);subplot(211);plot(jt)gridonaxis([02000*length(Sbianma)-22]);title(' 經(jīng)抽樣判決后信號(hào)jt(t)波形')

figure?subplot(212);plot(abs(fft(jt)));axis([02000*length(Sbianma)0800]);title(' 經(jīng)抽樣判決后的信號(hào)頻譜');gridon;n=500:2000:2000*length(Sbianma);a5=[];a5=[a5jt(n)];s仁decode(a5,7,4,'hamming');a6=[];forn=1:length(s1);ifs1(n)==0;G=zeros(1,2000);elses1(n)==1;G=ones(1,2000);enda6=[a6G];endfigure(1);subplot(212);plot(a6);gridonaxis([02000*length(s)-22]);title('漢明碼譯碼后的波形')gridon2psk誤碼率仿真snrdB_min=-10;snrdB_max=10;snrdB=snrdB_min:1:snrdB_max;Nsymbols=200;snr=10.A(snrdB/10);h=waitbar(0,'SNRIteration');len_snr=length(snrdB);forj=1:len_snrwaitbar(j/len_snr);sigma=sqrt(1/(2*snr(j)));error_count=0;隨即數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)化為隨即數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)化為加噪加噪后接收d=round(rand(1)); %x_d=2*d-1; %n_d=sigma*randn(1);%y_d=x_d+n_d;%ify_d>0d_est=1;elsed_est=0;endif(d_est~=d)error_count=error_count+1;endenderrors(j)=error_count;end

ber_sim=errors/Nsymbols;ber_theor=(erfc(sqrt(snr))).**erfc(sqrt(snr)));figure(9);semilogy(snrdB,ber_theor,'-',snrdB,ber_sim,'*');axis([snrdB_minsnrdB_max1]);xlabel('信噪比');ylabel('誤碼率');title('2psk 信噪比誤碼率關(guān)系圖’)；legend('理論值','實(shí)際值')、五實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析圖1.隨機(jī)產(chǎn)生的15位二進(jìn)制序列波形TZI±m(xù)rOT1| i[ZO1…二11IIZT111|丨 緬碼后二擔(dān)制信號(hào)序列0 1 2 3 4圖2.漢明碼編碼后的序列波形極其頻譜由圖2可看出輸入信號(hào)經(jīng)過漢明碼編碼后的波形與理論推出的序列相同圖3.經(jīng)過2psk調(diào)制后的信號(hào)波形及其頻譜圖3中顯示的2psk由于顯示幅度限制已疊在一起.放大看可得到以理論相同的正弦波波形.在變換出有n的相位變化.并且信號(hào)的頻譜圖符合信號(hào)頻率被載波搬移的解釋。圖4.信號(hào)通過信道加入白噪聲后的波形極其頻譜圖4所示是信號(hào)加入高斯白噪聲后的波形.其中信噪比可調(diào).實(shí)驗(yàn)中信噪比為10dB在頻譜圖下方可以看到高斯白噪聲的頻譜密度 .和理論

的高斯白噪聲頻譜密度相同■juiI.ziLLlh.ii.,iL業(yè)kjiaj)|kJLalLi汕ikl.luiLLJ|Ji.LiLliJ400200圖5.經(jīng)過相干解調(diào)后的信號(hào)波形及其頻譜經(jīng)過調(diào)制的2psk信號(hào)只能通過相干解調(diào)。實(shí)驗(yàn)中當(dāng)信號(hào)與載波相乘后與實(shí)驗(yàn)原理中的推導(dǎo)相符。經(jīng)低il濾滋眾姑的伯號(hào)■融能……一*一--if…卞|---ta.JN---■LiLi1H-圖6.經(jīng)過低通濾波器后的信號(hào)波形及其頻譜經(jīng)過低通濾波后.除去信號(hào)中的高頻成分和大部分高斯白噪聲

圖7.低通濾波器的傳輸函數(shù)的頻譜及相譜圖210-1經(jīng)抽桿判尿后信號(hào)和)磺形111i11■i■111■1iiII11 - | I11…(----i叫)12 3 4 6經(jīng)抽樣判決后的信號(hào)頻諸 K10CJLILIGOO400Iiiii111 II4■1<1iI>1iii■i」 1i >ii ii■i匚「ili i11 L -二￡)12 3 4 6疋10*圖8.經(jīng)過抽樣判