通信原理課程設(shè)計 (基于MATLAB的 2PSK,2DPSK仿真)

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1、 通信原理 課程設(shè)計報告 題 目 基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真 學 院 電子信息工程學院 專 業(yè) 學生姓名 學 號 年級 指導教師 職稱 講 師 2013年12月20日 設(shè)計報告成績 （按照優(yōu)、良、中、及格、不及格評定） 指導教師評語：

2、 指導教師（簽名） 年 月 日 說明：指導教師評分后，設(shè)計報告交院實驗室保存。 基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真 專 業(yè)： 學 號： 學 生： 指導老師： 摘要：現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠、通信容量大、傳輸質(zhì)量好，作為其關(guān)鍵技術(shù)之一的調(diào)制技術(shù)一直是研究的一個重要方向。本設(shè)計主要敘述了數(shù)字信號的調(diào)制方式，介紹了2PSK數(shù)字調(diào)制方式的基本原理，功率譜密度，并運

3、用MATLAB軟件對數(shù)字調(diào)制方式2PSK進行了編程仿真實現(xiàn)，在MATLAB平臺上建立2PSK和2DPSK調(diào)制技術(shù)的仿真模型。進一步學習了MATLAB編程軟件，將MATLAB與通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制知識聯(lián)系起來，為以后在通信領(lǐng)域?qū)W習和研究打下了基礎(chǔ)在計算機上，運用MATLAB軟件來實現(xiàn)對數(shù)字信號調(diào)制技術(shù)的仿真。 關(guān)鍵詞：數(shù)字調(diào)制與解調(diào)；MATLAB；2PSK；2DPSK； 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 調(diào)制方式 1 1.2 設(shè)計要求 1 1.2.1 設(shè)計內(nèi)容 1 1.2.3 設(shè)計儀器 1 第2章 2PSK,2

4、DPSK原理 2 2.1 2PSK原理 2 2.1.1 2PSK基本原理 2 2.1.2 2PSK調(diào)制原理 2 2.1.3 2PSK解調(diào)原理 3 2.2 2DPSK原理 4 2.2.1 2DPSK基本原理 4 2.2.2 2DPSK調(diào)制原理 5 2.2.3 2DPSK解調(diào)原理 6 第3章 實驗過程 8 3.1 2PSK仿真部分 8 3.1.1 2PSK仿真圖 8 3.1.2 2PSK模塊的參數(shù)設(shè)置： 8 3.2 2DPSK仿真部分 9 3.2.1 2DPSK仿真圖 9 2.2.2 2DPSK模塊的參數(shù)設(shè)置： 10 第4章 仿真結(jié)果 15 4.1 2PSK仿真

5、結(jié)果 15 4.2 2DPSK仿真結(jié)果 15 總結(jié) 16 參考文獻 17 致謝 18 19 成都學院（成都大學）課程設(shè)計報告 第1章 緒論 1.1 調(diào)制方式 數(shù)字通信系統(tǒng), 按調(diào)制方式可以分為基帶傳輸和帶通傳輸。數(shù)字基帶信號的功率一般處于從零開始到某一頻率（如0～6M）低頻段，因而在很多實際的通信（如無線信道）中就不能直接進行傳輸，需要借助載波調(diào)制進行頻譜搬移，將數(shù)字基帶信號變換成適合信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號進行傳輸，這種傳輸方式，稱為數(shù)字信號的頻帶傳輸或調(diào)制傳輸、載波傳輸。所謂調(diào)制，是用基帶信號對載波波形的某參量進行控制，使該參量隨基帶信號的規(guī)律變化從而攜帶消息

6、。對數(shù)字信號進行調(diào)制可以便于信號的傳輸；實現(xiàn)信道復用；改變信號占據(jù)的帶寬；改善系統(tǒng)的性能。 數(shù)字基帶通信系統(tǒng)中四種基本的調(diào)制方式分別稱為振幅鍵控（ASK，Amplitude-Shift keying）、移頻鍵控（ FSK，F(xiàn)requency-Shift keying）、移相鍵控(PSK，Phase-Shift keying )和差分移相鍵（DPSK，Different Phase-Shift keying）。本次課程設(shè)計對PSK,DPSK這兩種調(diào)制方式進行了仿真。 1.2 設(shè)計要求 1.2.1 設(shè)計內(nèi)容 用MATLAB完成對2PSK、2DPSK的調(diào)制與解調(diào)仿真電路設(shè)計，并對仿真結(jié)果進行

7、分析，可編寫程序，也可硬件設(shè)計框圖 1.2.2 設(shè)計參數(shù)（參數(shù)可以自行設(shè)置） 1、傳輸基帶數(shù)字信號（15位） 碼元周期T=0.01S 2、載波頻率：15KHz 1.2.3 設(shè)計儀器 計算機和MATLAB軟件 第2章 2PSK,2DPSK原理 2.1 2PSK原理 2.1.1 2PSK基本原理 二進制移相鍵控，簡記為2PSK或BPSK。2PSK信號碼元的“0”和“1”分別用兩個不同的初始相位“0”和“”來表示，而其振幅和頻率保持不變.因此，2PSK信號的時域表達式為: (t)=Acost+) 其中，表示第n個符號的絕對相位： =

8、 因此，上式可以改寫為: 這種以載波的不同相位直接表示相應二進制數(shù)字信號的調(diào)制方式,稱為二進制移相鍵控方式。二進制移相鍵控信號的典型時間波形如圖2-1。 圖2-1 二進制相移鍵控信號的時間波形 2.1.2 2PSK調(diào)制原理 在二進制數(shù)字調(diào)制中，當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進制移相鍵控(2PSK)信號。2PSK信號調(diào)制有兩種方法，即模擬調(diào)制法和鍵控法。通常用已調(diào)信號載波的 0°和 180°分別表示二進制數(shù)字基帶信號的 1 和 0，模擬調(diào)制法用兩個反相的載波信號進行調(diào)制。2PSK以載

9、波的相位變化作為參考基準的，當基帶信號為0時相位相對于初始相位為0°，當基帶信號為1時相對于初始相位為180°。 鍵控法，是用載波的相位來攜帶二進制信息的調(diào)制方式。通常用0°和180°來分別代表0和1。其時域表達式為： 其中，2PSK的調(diào)制中an必須為雙極性碼。兩種方法原理圖分別如圖2-2和圖2-3所示。 圖2-2 模擬調(diào)制原理圖 圖 2-3 鍵控法原理圖 2.1.3 2PSK解調(diào)原理 由于2PSK的幅度是恒定的，必須進行相干解調(diào)。經(jīng)過帶通濾波的信號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，在進行抽樣判決。判

10、決器是按極性來判決的。即正抽樣值判為1，負抽樣值判為0。2PSK信號的相干解調(diào)原理圖如圖2-4所示，各點的波形如圖2-5所示。 由于2PSK信號的載波回復過程中存在著180°的相位模糊，即恢復的本地載波與所需相干載波可能相同，也可能相反，這種相位關(guān)系的不確定性將會造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號與發(fā)送的基帶信號正好相反，即“1”變成“0”嗎“0”變成“1”，判決器輸出數(shù)字信號全部出錯。這種現(xiàn)象稱為2PSK方式的“倒π”現(xiàn)象或“反相工作”。 圖 2-4 2PSK的相干解調(diào)原理圖 圖 2-5 相干解調(diào)中各點波形圖 2.2

11、 2DPSK原理 2.2.1 2DPSK基本原理 二進制差分相移鍵控常簡稱為二相相對調(diào)相，記為2DPSK。它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數(shù)字信息。所謂相對載波相位是只本碼元初相與前一碼元初相之差。 傳輸系統(tǒng)中要保證信息的有效傳輸就必須要有較高的傳輸速率和很低的誤碼率。在傳輸信號中，2PSK信號和2ASK及2FSK信號相比，具有較好的誤碼率性能，但是，在2PSK信號傳輸系統(tǒng)中存在相位不確定性，并將造成接收碼元“0”和“1”的顛倒，產(chǎn)生誤碼。為了保證2PSK的優(yōu)點，又不會產(chǎn)生誤碼，將2PSK體制改進為二進制差分相移鍵控（2DPSK），及相對相移鍵

12、控。 2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。現(xiàn)假設(shè)用Φ表示本碼元初相與前一碼元初相之差，并規(guī)定：Φ＝0表示0碼，Φ＝π表示1碼。則數(shù)字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關(guān)系可舉例表示如2PSK信號是用載波的不同相位直接去表示相應的數(shù)字信號而得出的，在接收端只能采用相干解調(diào)，它的時域波形圖見圖2-6。 圖2-6 2DPSK信號波形圖 2.2.2 2DPSK調(diào)制原理 二進制差分相移鍵控。2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表示數(shù)字信息。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為，可定義一種數(shù)字信息與之間的關(guān)系為：  為前

13、一碼元的相位。 實現(xiàn)二進制差分相移鍵控的最常用的方法是：先對二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼，然后對變換出的差分碼進行絕對調(diào)相即可。2DPSK調(diào)制原理圖如圖2-7所示。 圖2-7 2DPSK調(diào)制原理框圖 2.2.3 2DPSK解調(diào)原理 2DPSK信號解調(diào)有相干解調(diào)方式和差分相干解調(diào)。用差分相干解調(diào)這種方法解調(diào)時不需要恢復本地載波，只要將DPSK信號精確地延遲一個碼元時間間隔，然后與DPSK信號相乘，相乘的結(jié)果就反映了前后碼元的相對相位關(guān)系，經(jīng)低通濾波后直接抽樣判決即可恢復出原始的數(shù)字信息，而不需要在進行差分解碼。 相干解調(diào)碼變換法及相干解調(diào)法的解調(diào)原理是，先對2DPSK信號進行

14、相干解調(diào)，恢復出相對碼，再通過碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復出發(fā)送的二進制數(shù)字信息。 在解調(diào)過程中，若相干載波產(chǎn)生相位模糊，解調(diào)出的相對碼將產(chǎn)生倒置現(xiàn)象，但是經(jīng)過碼反變換器后，輸出的絕對碼不會發(fā)生任何倒置現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊的問題。本次設(shè)計采用相干解調(diào)。兩種解調(diào)方式的原理圖如圖2-8和圖2-9所示。 2DPSK相干解調(diào)各點波形圖如圖 2-10所示。 圖 2-8 2DPSK差分相干解調(diào)原理圖 圖 2-9 2DPSK相干解調(diào)原理圖 圖 2-10 2DPSK相干解調(diào)各點波形圖

15、 第3章 實驗過程 3.1 2PSK仿真部分 3.1.1 2PSK仿真圖 用MATLAB搭建好的2PSK仿真圖如下： 圖3-1PSK仿真圖 3.1.2 2PSK模塊的參數(shù)設(shè)置： 1）相乘模塊 圖3-2 相乘器參數(shù)設(shè)置 2）低通濾波器模塊 圖3-3 濾波器其參數(shù)設(shè)置 3）抽樣判決模塊 圖3-4 pulse generator 參數(shù)設(shè)置 3.2 2DPSK仿真部分 3.2.1 2DPSK仿真圖 用MATLAB搭建好的2DPSK仿真圖如下： 圖3-5 2DPSK仿真圖 2.2.2 2DPSK模塊的參數(shù)設(shè)置： 1） 載波模塊

16、圖3-6 載波參數(shù)設(shè)置 2）乘法器模塊 圖3-7 乘法器參數(shù)設(shè)置 3）基帶模塊 圖3-8 基帶信號參數(shù)設(shè)置 4）Unipolar to Bipolar Converte模塊 圖3-9 Unipolar to Bipolar Converter參數(shù)設(shè)置 5）碼變換模塊 圖3-10 Logical Operator參數(shù)設(shè)置 圖3-11 Unit Delay參數(shù)設(shè)置 圖3-12 Data Type Conversion參數(shù)設(shè)置 6）濾波器模塊 圖3-13 帶通濾波器參數(shù)設(shè)置 圖3-14 低通濾波器參數(shù)設(shè)置

17、 第4章 仿真結(jié)果 4.1 2PSK仿真結(jié)果 圖4-1 2PSK電路仿真波形 4.2 2DPSK仿真結(jié)果 圖4-2 2DPSK電路仿真波形 總結(jié) 從以上對比可以看出，對同一調(diào)制方式，采用相干解調(diào)方式的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式淡定誤碼率。若采用相同的解調(diào)方式，2PSK的信噪比比較低。反過來，若信噪比r一定，2PSK誤碼率比較低。由此看來，在抗加性高斯白噪聲方面，相干2PSK性能最好。 首先要進行電路設(shè)計：先構(gòu)思電路的實現(xiàn)過程，選擇合適器件實現(xiàn)相應的功能。仿真模擬：在硬件實現(xiàn)之前要先進行仿真，確定可以實現(xiàn)所要求的功能時才能進行實際操作

18、。調(diào)試：要求能熟練地使用示波器。出現(xiàn)問題是要能夠進行合理的分析。耐心的檢察錯誤。整個過程中的每個環(huán)節(jié)都會出現(xiàn)問題，在不斷的請教老師和同學的過程中不斷地總結(jié)經(jīng)驗教訓。最終收獲的不僅是知識還有解決問題的方法和技巧！ 通過這次課程設(shè)計還讓我知道了，我們平時所學的知識如果不加以實踐的話等于紙上談兵。課程設(shè)計主要是我們理論知識的延伸，它的目的主要是要在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)問題，并且自己要能找到解決問題的方案，形成一種獨立的意識。我們還能從設(shè)計中檢驗我們所學的理論知識到底有多少，鞏固我們已經(jīng)學會的，不斷學習我們所遺漏的新知識，把這門課學的扎實。 當然在做課程設(shè)計的過程中總會出現(xiàn)各種問題，

19、在這種情況下我們都會努力尋求最佳路徑解決問題，無形間提高了我們的動手，動腦能力，并且同學之間還能相互探討問題，研究解決方案，增進大家的團隊意識。 在這一周的課程設(shè)計中，讓我們體會最深刻的就是對各種器件的了解不夠深刻，使得在使用的過程中出現(xiàn)很多誤區(qū)，無法得到理想的實驗結(jié)果，所以我們應該在今后的學習中珍惜每一次的動手實踐機會，積累經(jīng)驗，為以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。 這次實習我們受益匪淺。通過本次的課程設(shè)計，我在學習方法、邏輯思維、分析和解決問題的能力等各個方面都有了長足的進步。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我們的設(shè)計思維，增加了實際操作能力。在讓我們體會到了設(shè)計

20、電路的艱辛的同時，更讓我們體會到成功的喜悅和快樂。 參考文獻 [1] 樊昌信,曹麗娜. 通信原理（第6版）.北京：國防工業(yè)出版社，2006 [2] 趙鴻圖,茅艷. 通信原理MATLAB仿真教程.北京：人民郵電出版社，2010 [3] 趙靜,張瑾,高新科. 基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真.北京：北京航空航天大學出版社,2 [4] 趙培功，李雷.集成電路應用.成都：電子科技大學出版社，1997 [5] 曹弋.MATLAB教程及實訓.北京：機械工業(yè)出版社，2008 [6] 韋崗，季飛，傅娟.通信系統(tǒng)建模與仿真.北京：電子工業(yè)出版社，2007 致謝