2PSK通信系统设计与仿真设计

1、目录 1 技术要求 1 2 基本原理 1 2.1 2PSK 调制的基本原理 1 2.2 SystemView 原理介绍 2 2.3 SIMULINK 原理简介 3 3 建立模型描述 3 3.1 方案一 3 3.2 方案二 5 4 模块功能分析或源程序代码 6 4.1 SIMULINK 实现 2PSK的调制与解调 6 4.2 SysteamView 实现 2PSK的调制与解调 11 5 调试过程及结论 13 5.1 使用 SIMULINK实现的调制解调结果 13 5.2 使用 SystemView 实现的调制解调结果 17 5.3 结论 22 6 心得体会 22 7 参考文献 23 .专业资料

2、. 2PSK通信系统设计 1 技术要求 设计一个 2PSK通信系统，要求： （1）设计出 2PSK通信系统的结构； （2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）； （ 3）用 Matlab 或 SystemView 实现该数字通信系统； （4）观察仿真并进行波形分析； （5）系统的性能评价 2 基本原理 2.1 2PSK 调制的基本原理 2PSK,二进制移相键控方式，是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的一种 数字调制方式。就是根据数字基带信号的两个电平 （ 或符号 ）使载波相位在两个不同的数值 之间切换的一种相位调制方法。两个载波相位通常相差 180 度，

3、此时称为反向键控 （PSK）, 也称为绝对相移方式。 2PSK信号的解调 ,不再能采用包络检测的方法 , 只能进行相干解调。 调制框图如图 1、图 2 所示，解调框图如图 3 所示 图 1 模拟相乘法 .专业资料 . 图2 键控法 图 3 2PSK 解调原理框图 2.2 SystemView 原理介绍 SystemView 基于 Windows 环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使 用功能模块 (Token) 去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完 成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。 利用 SystemView ，

4、可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统， 因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计时，只需 从 SystemView 配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后 运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。 .专业资料 . 2.3 SIMULINK 原理简介 Simulink 是 MATLAB 中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模和仿真 等方面应用最广泛的工具之一 。确切的说， Simulink 是一个用来对动态系统进行建模、 仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时

5、间模型，或者是两者的混 合。系统还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。它的主要特点在于： 1、建模方便、快捷； 2、易于进行模型分析； 3、优越的仿真性能。它与传统的仿真软件 包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。 Simulink 模块库（或 函数库）包含有 Sinks （输出方式） 、Sources（输入源） 、Linear （线性环节） 、Nonlinear （非线性环节）、 Connection （连接与接口）和 Extra （其他环节）等具有不同功能或函 数运算的 Simulink 库模块（或库函数），而且每个子模型库中包含有相应的功能模块， 用户

6、还可以根据需要定制和创建自己的模块。 3 建立模型描述 3.1 方案一 使用 SIMULINK进行仿真，采用键控法进行调制，相干解调法进行解调。信号源生成 二进制 NRZ码，两个波形发生器产生相位相反的两个载波。当 NRZ码为 1 时，接入载波 1； NRZ码为 0 时，接入载波 2。通过加法器将高斯噪声与已调信号相加，得到带有噪声额已 调信号。通过低通滤波器滤除相乘检波引入的高频分量，把滤波输出的信号进行抽样，根 据输出信号情况对判决部分进行设计， 得到解调输出。 2PSK调制与解调系统模型如图 4 所 示。 .专业资料 . 图 4 SIMULINK 2PSK调制与解调系统模型图 示波器所显

7、示的系统各点波形如图 5 所示，自上而下依次为原始信号，调制输出，相 乘输出，滤波输出，解调输出。 图 5 各示波器波形图 .专业资料 . 3.2 方案二 使用 SystemView 进行仿真，采用模拟调制法产生 2PSK信号，相干解调法进行解调 解调原理与方案一基本相同。 2PSK调制与解调系统模型如图 6 所示。 图6 SystemView 2PSK 调制与解调系统模型图 示波器所显示的系统各点波形如图 7 所示，自上而下、自左向右依次为原始信号，调 制信号，带通滤波器输出，相乘输出，滤波输出，解调输出。 .专业资料 . 图 7 各示波器波形 4 模块功能分析或源程序代码 4.1 SIMU

8、LINK 实现 2PSK的调制与解调 4.1.1 调制模块 在二进制数字调制中 , 当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时 , 则产生 二进制移相键控 (2PSK)信号 . 在此用已调信号载波的 0和 180分别表示二进制数字 基带信号的 1 和 0. 用两个反相的载波信号进行调制。 调制模块模型如图 8 所示。 .专业资料 . Sine Wave：功能：提供正弦波信号；模块如图 9 所示。 图 9 Sine Wave 模块 Random Integer Generator ：功能：提供随机整数序列，即原始信号；模块如图10 所示。 图 10 Random Integer Genera

9、tor 模块 .专业资料 . Switch ；功能：根据信号的不同选择相应的载波；模块如图 11 所示 图 11 Switch 模块 4.1.2 噪声模块 噪声模块模型如图 12 示 图 12 噪声模块 Gaussian Noise Generator ：功能：加入高斯噪声；模块如图 13 示。 图 13 高斯噪声产生器 Sum：功能：进行加法运算；模块如图 14 示 .专业资料 . 图 14sum 模块 4.1.3 解调模块 所示。 图 16 Analog Filter Design 乘法器：功能：进行乘运算；模块如图 17 所示。 图 17 乘法器 Analog Filter Design

10、 ：功能：除掉相乘检波引入的高频分量；模块如图 18 所示。 图 18 低通滤波器 .专业资料 . 抽样判决模块：功能：对滤波输出的信号进行抽样判决；模块如图 19 所示。 图 19 抽样判决模块 4.1.4 误码率模块 误码率模块如图 20 所示 Error Rate Calculation 图 20 误码率模块 ：功能：计算误码率；模块如图 21 所示 图 21 误码率计算器 .专业资料 . 4.2 SysteamView 实现 2PSK的调制与解调 4.2.1 调制模块 模拟相乘法即通过载波和双极性非归零码的相乘得到 2psk 信号，解调方法和方案一 基本相同。调制模块模型如图 22 所

11、示 图 22 解调模块 Token0：功能：产生随机序列； Token3、Token4：功能：示波器 Token1：功能：乘法器 Token2：功能：提供正弦信号 4.2.2 噪声模块 噪声模块模型如图 23 所示 .专业资料 . 图 23 噪音模块 Token5：功能：加法器 Token16：功能：提供高斯噪声 4.2.3 解调模块 解调模块如图 24 所示。 图 24 解调模块 Token17：功能：带通滤波器，滤除有效信道以外的噪声 Token10：功能：乘法器 Token5：功能：低通滤波器，滤除相乘检波引入的高频成分 Token6：功能：比较器，进行判决 Token8、Token13

12、、Token18：功能：示波器 Token7、Token12：功能：提供和载波一样的正弦信号 .专业资料 . 5 调试过程及结论 5.1 使用 SIMULINK实现的调制解调结果 根据原理设计 2PSK调制解调系统模型如图 25 所示 图 25 调制解调系统模型 对各个模块进行参数设置 Random Integer Generator 参数设置如图 26 所示。 图 26 Random Integer Generator 参数 .专业资料 . Sine Wave 参数设置如图 27 所示 图 27 Sine Wave 参数 Gaussian Noise Generator 参数设置如图 28

13、所示。 图 28 Gaussian Noise Generator 参数 Analog Filter Design1 参数设置如图 29 所示。 .专业资料 . 图 29 Analog Filter Design1参数 Analog Filter Design 参数设置如图 30 所示。 图 30 Analog Filter Design参数 Pulse Generator 参数设置如图 31 所示。 .专业资料 . 图 31 Pulse Generator 参数 Relay 参数设置如图 32 所示 图 32 Relay 参数 33 所示。 将参数设置好后，进行仿真，得到各部分输出的波形图如

14、图 .专业资料 . 图 33 各部分输出波形 系统的误码率如图 34 所示。 图 34 误码率 5.2 使用 SystemView 实现的调制解调结果 两种方案的调试过程类似，均为按照原理框图设计系统模型图，然后进行参数设置， 最后进行仿真。 SystemView实现 2PSK的调制解调系统模型如图 35 所示。 .专业资料 . 图 35 调制解调系统模型 各部分参数设置如下 Token0参数设置如图 36 所示 图 36 Token0 参数 Token2参数设置如图 37 所示。 图 37 Token2 参数 .专业资料 . Token16参数设置如图 38 所示 图 38 Token36

15、参数 Token17参数设置如图 39 所示 图 39 Token17 参数 Token12参数设置如图 40 所示。 图 40 Token12 参数 Token5参数设置如图 41 所示 .专业资料 . Token6参数设置如图 Token7参数设置如图 Token3、4、8、13、 .专业资料 . 图 41 Token5 参数 42 所示。 图 42 Token6 参数 43 所示。 图 43 Token7 参数 图 44 Token3、4、8、13、14、18 参数 参数设置完成后进行仿真，各部分输出波形如图 45 所示 图 45 各部分输出波形 眼图如图 46 所示。 图 46 眼图

16、.专业资料 . 功率谱如图 47 所示 图 47 功率谱 5.3 结论 最终调试过后， 2PSK通信系统的各个模块工作正常，解调后的波形与初始信号波形完 全相同，但是会有时延。而且可以观察功率谱、眼图和误码率。说明该方案可以满足任务 要求的功能。但是使用 SystemView 进行仿真实现的方案，眼图偶尔会出现很奇怪的图案， 使用 matlab 实现的方案无法观察眼图和功率谱。这是本次实验的遗憾。 6 心得体会 这次课程设计过程中，既使用了以前学习过基本使用方法的 SIMULINK，也使用了通过 查找资料，自学使用方法的 SystemView。开始设计时，我根据原理框图设想了模拟相乘法 和键控

17、法两种模型。方案一是用 SIMULINK 软件进行设计，因为以前曾经使用过，所以在 搭建的过程中比较顺利，很快就搭建好了。按照我设想的参数设置好参数后，仿真后的结 .专业资料 . 果和我预计的结果有些差距，波形非常的丑，而且解调输出后与原始波形不是完全一样。 于是我开始调整参数，参数的调整是最费时的部分。经过很多次调试，解调波形和原始波 形终于一样了， 但是会出现时延的现象。 这是本次课设中的一个遗憾。 有了方案一的经验， 设计仿真方案二就快了很多。方案二使用 SystemView 软件进行仿真。 SystemView 由于以 前没有接触过，所以上网查阅有关资料花费了较多时间。了解了使用方法后，发现事实上 比 SIMULINK还要简单，因为他的原件不像 SIMULINK那么多。但是在参数设置上与 SIMULINK 的参数设置感觉上有所差别，所以选择了不同的参数。而且SystemView 比 SIMULINK使用 方便，波形输出后，可以直接查看眼图和功率谱，没有找到查看误码率的方法，这也是本 次课设中的一个遗憾。 通过这次课设，我不仅加深了对课堂知识的理解，增加了实践经验，还提高了独立