2PSK数字信号的调制与解调-分享版.doc

。信息对抗大作业一、 实验目的。使用MATLAB构成一个加性高斯白噪声情况下的2psk调制解系统，仿真分析使用信道编码纠错和不使用信道编码时，不同信道噪声比情况下的系统误码率。二、 实验原理。数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。数字调制技术的两种方法：利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法，比如对载波的相位进行键控，便可获得相移键控（PSK）基本的调制方式。 图1 相应的信号波形的示例1 0 1数字调相：如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，它们应处于同相状态；如果其中一个开始得迟了一点，就可能不相同了。如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为反相。一般把信号振荡一次（一周）作为360度。如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180度，也就是反相。当传输数字信号时，1码控制发0度相位，0码控制发180度相位。载波的初始相位就有了移动，也就带上了信息。相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为(t)=Acost+) 其中，表示第n个符号的绝对相位：= 因此，上式可以改写为 图2 2PSK信号波形解调原理2PSK信号的解调方法是相干解调法。由于PSK信号本身就是利用相位传递信息的，所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。下图2-3中给出了一种2PSK信号相干接收设备的原理框图。图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0.2PSK信号相干解调各点时间波形如图 3 所示. 当恢复的相干载波产生180倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调器输出数字基带信号全部出错.图 32PSK信号相干解调各点时间波形这种现象通常称为倒现象.由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180的相位模糊,所以2PSK信号的相干解调存在随机的倒现象,从而使得2PSK方式在实际中很少采用。2PSK的基本原理：相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位为0和表示二进制的“1”和“0”。因此2PSK的信号的时域表达式为：2psk(t)=Acos(ct+n)其中，n表示第n个符号的绝对相位： 0 发送“0”时 n= 发送“1”时因此，上式可改写为 Acosct 概率为P2psk(t)= - Acosct 概率为1-P图 4 2PSK信号的时间波形由于表示信号的两种码元的波形相同，记性相反，鼓2PSK信号一般可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波相乘，即 2psk(t)=s(t)cosct 其中 s(t)= ang(t-nTs)这里，g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而an得统计特性为 1 概率为P an= -1 概率为1-P即发送二进制符号“0”时（an取+1），2psk(t)取0相位；发送二进制符号“1”时（an取-1），2psk(t)取相位。 2PSK相干解调系统但是由于2PSK信号的载波回复过程中存在着180的相位模糊，即恢复的本地载波与所需相干载波可能相同，也可能相反，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的基带信号正好相反，即“1”变成“0”吗“0”变成“1”，判决器输出数字信号全部出错。这种现象称为2PSK方式的“倒”现象或“反相工作”。 图 5 2PSK信号的解调器波形图2PSK信号在一个码元的持续时间Ts内可以表示为 u1T(t) 发送“1”时 ST(t)= uoT(t)=- u1T(t) 发送“0”时期中 Acosct 0 t Ts u1T(t)= 0 其他 设发送端发出的信号如上式所示，则接收端带通滤波器输出波形y(t)为 a+nc(t)cosct-ns(t)sinct 发送“1”时 y(t)= -a+nc(t)cosct-ns(t)sinct 发送“0”时y(t)经过想干解调（相乘低通）后，送入抽样判决器的输入波形为 a+nc(t) 发送“1”时 x(t)= -a+nc(t) 发送“0”时由于nc(t)是均值为0，方差为2的高斯噪声，所以x(t)的一维概率密度函数为-（x-a）2 1 f1(x)= exp 发送“1”时22n n-（x+a）2 1 n f2(x)= exp 发送“0”时22n 由最佳判决门限分析可知，在发送“1”和“0”概率相等时，即P(1)=P(0)时，最佳门限b*=0.此时，发“1”而错判为“0”的概率为 P(0/1)=P(x0)=0-f1(x)dx=1/2erfc() 式中：r=a2/22n 同理，发“0而错判为“1”的概率为P(1/0)=P(x0)=0-f0(x)dx=1/2erfc() 2PSK信号的调制器键控法原理方框图如图：图 6 2PSK信号的调制器原理方框图说明：2psk调制器可以采用相乘器，也可以采用相位选择器就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。 2PSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能进行相干解调。2PSK信号的解调通常采用相干解调法原理框图如图：图 7 2PSK信号的相干解调原理方框图图中，假设相干载波的基准相位与2PSK信号的基准一致（通常默认为0相位）。说明：由于PSK信号的功率谱中五载波分量，所以必须采用相干解调的方式。在相干解调中，如何得到同频同相的本地载波是个关键问题。只有对PSK信号进行非线性变换，才能产生载波分量。2PSK信号经过带通滤波器得到有用信号，经相乘器与本地载波相乘再经过低通滤波器得到低频信号v(t)，再经抽样判决得到基带信号。2PSK相干解调系统性能原理框图 如图：图 8 2PSK相干解调系统性能原理方框图由最佳判决门限分析可知，在发送“1”符号和发送“0”符号概率相等时，最佳判决门限b* = 0。此时，发“1”而错判为“0”的概率为同理，发送“0”而错判为“1”的概率为 故2PSK信号相干解调时系统的总误码率为在大信噪比条件下，上式可近似为三、 实验过程。根据代码即可实现全部过程，图形如下： 代码如下：clc;clear all; close all; max=15;s=randint(1,max);%长度为max的随机二进制序列?Sinput=;for n=1:length(s); if s(n)=0;A=zeros(1,2000); else s(n)=1;A=ones(1,2000); endSinput=Sinput A;endfigure(1);subplot(211);plot(Sinput);grid onaxis(0 2000*length(s) -2 2);title(输入信号波形);Sbianma=encode(s,7,4,hamming);%汉明码编码后序列?a1=;b1=;f=1000;t=0:2*pi/1999:2*pi;for n=1:length(Sbianma); if Sbianma(n)=0;B=zeros(1,2000);%每个值2000个点? else Sbianma(n)=1; B=ones(1,2000); enda1=a1 B;%s(t),码元宽度2000?c=cos(2*pi*f*t);%载波信号?b1=b1 c;%与s(t)等长的载波信号，变为矩阵形式?endfigure(2);subplot(211)plot(a1);grid on;axis(0 2000*length(Sbianma) -2 2);title(编码后二进制信号序列);a2=;b2=;for n=1:length(Sbianma); if Sbianma(n)=0;C=ones(1,2000);%每个值2000点?d=cos(2*pi*f*t);%载波信号? else Sbianma(n)=1; C=ones(1,2000);d=cos(2*pi*f*t+pi);%载波信号? enda2=a2 C;%s(t)，码元宽度2000?b2=b2 d;%与s(t)等长的载波信号?endtiaoz=a2.*b2;%e(t)调制?figure(3);subplot(211);plot(tiaoz);grid on;axis(0 2000*length(Sbianma) -2 2);title(2psk已调制信号);figure(2);subplot(212);plot(abs(fft(a1);axis(0 2000*length(Sbianma) 0 400);title(编码后二进制信号序列频谱);figure(3);subplot(212);plot(abs(fft(tiaoz);axis(0 2000*length(Sbianma) 0 400);title(2psk信号频谱)%-带有高斯白噪声的信道-?tz=awgn(tiaoz,10);%信号tiaoz加入白噪声，信噪比为10?figure(4);subplot(211);plot(tz);grid onaxis(0 2000*length(Sbianma) -2 2);title(通过高斯白噪声后的信号);figure(4);subplot(212);plot(abs(fft(tz);axis(0 2000*length(Sbianma) 0 800);title(加入白噪声的2psk信号频谱);%-同步解调-?jiet=2*b1.*tz;%同步解调?figure(5);subplot(211);plot(jiet);grid onaxis(0 2000*length(Sbianma) -2 2);title(相乘后的信号波形)figure(5);subplot(212);plot(abs(fft(jiet);axis(0 2000*length(Sbianma) 0 800);title(相乘后的信号频率);%-低通滤波器- fp=500;fs=700;rp=3;rs=20;fn=11025;ws=fs/(fn/2);wp=fp/(fn/2);%计算归一化角频率?n,wn=buttord(wp,ws,rp,rs);%计算阶数和截止频率?b,a=butter(n,wn);%计算H（z）?figure(6);freqz(b,a,1000,11025);subplot(211);axis(0 40000 -100 3)title(lpf频谱图);jt=filter(b,a,jiet);figure(7);subplot(211);plot(jt);grid onaxis(0 2000*length(Sbianma) -2 2 );title(经低通滤波器后的信号波形);figure(7);subplot(212);plot(abs(fft(jt);axis(0 2000*length(Sbianma) 0 800); title(经低通滤波器后的信号频率);%-抽样判决-?for m=1:2000*length(Sbianma); if jt(m)0; jt(m)=0; endendfigure(8);subplot(211);plot(jt)grid onaxis(0 2000*length(Sbianma) -2 2);title(经抽样判决后信号jt(t)波形)figure(8);subplot(212);plot(abs(fft(jt);axis(0 2000*length(Sbianma) 0 800);title(经抽样判决后的信号频谱);grid on;n=500:2000:2000*length(Sbianma);a5=;a5=a5 jt(n);s1=decode(a5,7,4,hamming);a6=;for n=1:length(s1); if s1(n)=0; G=zeros(1,2000); else s1(n)=1; G=ones(1,2000); end a6=a6 G;endfigure(1);subplot(212);plot(a6);grid onaxis(0 2000*length(s) -2 2);title(汉明码译码后的波形)grid on%-2psk误码率仿真-?snrdB_min=-10;snrdB_max=10;snrdB=snrdB_min:1:snrdB_max;Nsymbols=200;snr=10.(snrdB/10);h=waitbar(0