基于MATLABSimulink的DPSK系统的仿真精品

1、- 39 - 通信工程专业通信原理课程设计题 目 dpsk 调 制 与 解 调 系 统 仿 真 学生姓名 刘 云 龙 学号 1113024113 所在院(系) 陕 西 理 工 学 院 物 理 与 电信工程学院 专业班级 通 信 工 程 专 业 1104 班 指导教师 候 宝 生 完成地点 陕 西 理 工 学 院 物 理 与 电信工程学院实验室2014年 3 月 13 日通信原理课程设计任务书院(系) 物 电 学 院 专业班级 通 信 1104 学生姓名 刘 云 龙 一、通信原理课程设计题目 基于matlab/simulink的dpsk系统的仿真 二、通信原理课程设计工作自2014年2月24日

2、起至2014年3月14日止三、通信原理课程设计进行地点: 物 电 学 院 实 验 室 四、通信原理课程设计的内容要求： 1.通过matlab/simulink软件仿真出dpsk信号。画出信号的波形、眼图，调制误码率，使得产生的信号误码率尽可能达到最小，得出信号的仿真图。 2.设计题目的详细建模仿真过程分析和说明，仿真的结果可以以时域波形，频谱图，星座图，误码率与信噪比曲线的形式给出。课程设计说明书中应附仿真结果图及仿真所用到的程序代码（matlab）或仿真模型图（simulink/systemview）。如提交仿真模型图，需提交相应模块的参数设置情况。 3.每人提交电子版和纸质的说明书及源程序

3、代码或仿仿真文件。 参考文献： 1邓华.matlab通信仿真及其应用实例详解m.人民邮电出版社.2003年 2郑智琴.simulink电子通信仿真与应用m.国防工业出版社.2002年 3赵鸿图.通信原理matlab仿真教程m.人民邮电出版社.2010年 4刘学勇.详解matlab/simulink通信系统建模与仿真m.电子工业出版社.2011年 5达新宇.通信原理实验与课程设计m.北京邮电大学出版社.2005年 6邵玉斌.matlab/simulink通信系统建模与仿真实例分析m.清华大学出版社.2008年 指 导 教 师 候 宝 生 系(教 研 室) 通 信 工 程 系 接受论文 (设计)任

4、务开始执行日期 2014年3月13 学 生 签 名 摘要基于matlab/simulink的dpsk系统的仿真 刘云龙（陕西理工学院物理与电信工程学院通信1104班，陕西 汉中 723003）指导教师：侯宝生 摘 要 matlab集成环境下的simulink仿真平台,设计一个2dpsk调制与解调系统.用示波器观察调制前后的信号波形;用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化;画出信号的波形、眼图，调制误码率，使得产生的信号误码率尽可能达到最小，得出信号的仿真图。加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。仿真的结果可以以时域波形，频谱图，星座图，误码率与信噪

5、比曲线的形式给出。 关 键 词 tlab；simulink；2dpsk；相干解调 中图分类号 tn702 文献标志码 asimulation of dpsk system based on matlab/simulinkliuyunlong(grade11,class1,major of communication engineering，school of physics and telecommunication engineering of shaanxi university of technology, hanzhong 723003,china)tutor:houbaoshenga

6、bstract the simulation platform of simulink matlab integrated environment, the design of a 2dpsk modulation and demodulation system. to observe the signalwaveform modulation and use oscilloscope; analysis of the change of signal spectrum and modulation spectrum using module observation; various sour

7、ces of noise and bit error test module, with measurement error rate; finally, according to the operation results and waveform to analyze the performance of the systemkey words tlab; simulink; 2dpsk; coherent demodulation目 录任务书1摘要2引言41课题设计内容 .41.1 课程设计目的.41.2设计平台.52 基本原理.52.1 simulink工作环境.5 2.2 dpsk调

8、制与解调.73 系统框图设计.93.1 dpsk调制与解调.9 3.1.1 dpsk调制.10 3.1.2 dpsk解调.14 3.2 dpsk调制与频谱分析.173.3dpsk解调与频谱分析.203.4 加有噪声源的调制与解调电路.214 系统程序设计.27 4.1程序见附录.27 4.2 运行后结果.275 仿真电路分析与总结.28 5.1 出现的问题.28 5.2 解决方法.28致 谢 语.29参 考 文 献.30附 录.31 引言 随着科学技术的不断发展，人类已经进入了信息时代。通信技术经过多年的发展，以微电子、通信和计算机为代表的信息产业的发展引起了社会经济乃至人们生活方式的深刻变化

9、。而数字通信的发展，使时分复用数字通信系统得到了广泛的应用。由于数字信号传输一般为二进制码，所以可以使用计算机对数字信号进行处理。为了提高信道利用率，数字信号在传输过程中一般都采用时分复用（tdm）方式。时分复用是将传输时间划分为若干个互不重叠的时隙，互相独立的多路信号顺序地占用各自合路成为一个复用信号，在信道中传输，接受端则按相同的规律将其分开。 本课程设计主要是学会matlab的运用，在matlab集成环境下的simulink仿真平台下，实现dpsk与ssb复合调制与解调通信系统，且对其进行性能分析。用示波器对调制前与解调后的波形进行比较，并加入频谱分析模块，分析调制前后信号频谱的变化，再

10、分别加入高斯噪声、瑞利噪声、莱斯噪声，并分析系统接受信号的性能。1课程设计内容利用matlab集成环境下的simulink仿真平台,设计一个2dpsk调制与解调系统.用示波器观察调制前后的信号波形;用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化;加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。 1.1课程设计的目的通信原理是通信工程专业的一门骨干的专业课，是通信工程专业后续专业课的基础。掌握通信原理课程的知识可使学生打下一个坚实的专业基础，可提高处理通信系统问题能力和素质。由于通信工程专业理论深、实践性强，做好课程设计，对学生掌握本专业的知识、提高其基本能力是非常重

11、要的。 课程设计的要求 要求能够熟练地用matlab语言编写基本的通信系统的的应用程序，进行模拟调制系统，数字基带信号的传输系统的建模、设计与仿真。 系统经过的信道都假设为高斯白噪声信道。模拟调制出调制信号，载波，已调信号、解调信号的波形。 通信课程设计的目的是为了学生加深对所学的通信原理知识理解，培养学生专业素质，提高利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后的专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。使学生能比较扎实地掌握本专业的基础知识和基本理论，掌握数字通信系统及有关设备的分析、开发等基本技能，受到必要工程训练和初步的科学研究方法和实践训练，增强分析和解决问题的能力，了解本通信

12、专业的新发展。1.2设计平台 matlab是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如c、fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 simulink是matlab中的一种可视化仿真工具， 是一种基于matlab的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛

13、应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(gui) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。simulik是matlab软件的扩展，它与matlab语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非

14、语言的编程上。所谓模型化图形输入是指simulik提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。2基本原理2.1 simulink工作环境（1）模型库在matlab命令窗口输入“simulink”并回车，就可进入simulink模型库单击工具栏上的 按钮也可进入simulik模块库按功能进行分为以下8类子库：continuous（连续模块）discrete（离散模块）function&tables（函数和平台模块）math（数学模块）n

15、onlinear（非线性模块）signals&systems（信号和系统模块）sinks（接收器模块）sources（输入源模块）用户可以根据需要混合使用歌库中的模块来组合系统，也可以封装自己的模块，自定义模块库、从而实现全图形化仿真。simulink模型库中的仿真模块组织成三级树结构simulink子模型库中包含了continous、discontinus等下一级模型库continous模型库中又包含了若干模块，可直接加入仿真模型。 图2-1 simulink工具箱（2）设计仿真模型在matlab子窗口或simulink模型库的菜单栏依次选择“file” | “new” | “model”，

16、即可生成空白仿真模型窗口。 图2-2 新建窗口（3）运行仿真两种方式分别是菜单方式和命令行方式，菜单方式：在菜单栏中依次选择simulation | start 或在工具栏上单击。命令行方式：输入“sim”启动仿真进程比较这两种不同的运行方式：菜单方式的优点在于交互性，通过设置示波器或显示模块即可在仿真过程中观察输出信号。命令行方式启动模型后，不能观察仿真进程，但仍可通过显示模块观察输出，适用于批处理方式。22dpsk调制与解调 二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记为2dpsk。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是只本码

17、元初相与前一码元初相之差。1调制2dpsk方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。例如，假设相位值用相位偏移表示（定义为本码元初相与前一码元初相只差），并设=数字信息1=0数字信息0则数字信息序列与2dpsk信号的码元相位关系可举例表示如如下：数字信息： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 12dpsk信号相位：0 0 0 0 0 0 或 0 0 0 0 0画出的2psk及dpsk信号的波形如图2-1所示。图2-3 2psk及2dpsk信号的波形2dpsk的产生基本类似于2psk，只是调制信号需要经过码型变换，将绝对码变为相对码。2dpsk产生的原理框图如图2-2所示

18、1，图（a）为模拟调制法，图（b）为键控法。（a）模拟调制法 （b）键控法图2-4 2dpsk信号的调制原理图从上面分析可见，无论接收信号是2dpsk还是2psk信号，单从接收端看是区分不开的。因此2dpsk信号的功率谱密度和2psk信号的功率谱密度是完全一样的。2解调2dpsk信号可以采用相干解调法（极性比较法）和差分相干解调法（相位比较法）。本课程设计采用相干解调法，图2-3为相干解调法，解调器原理图和解调过程各点时间波形如图2-3（a）和（b）所示2。其解调原理是：先对2dpsk信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，若

19、相干载波产生180o相位模糊，解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。（a）（b）图2-5 2dpsk的相干解调3系统框图设计31 dpsk调制与解调1 dpsk调制与解调电路如图3-1所示 图3-1 2dpsk调制与解调电路图3.1.1dpsk调制2dpsk的调制采用模拟调制法。调制电路的主要模块是码型变换模块，它主要是完成绝对码波形转换为相对码波形，在实际的仿真中要先经过差分编码，再进行极性双变换，得到的信号与载波一起通过相乘器，就完成了调制过程。其中要注意的是在进行差分编码之后再进行极性变换之前要有一个数据类型转

20、换的单元，前后数据类型一致才不会出错。在dpsk调制中，载波频率应比基带信号的频率大，故将载波的频率参数设置为2000*pi，抽样时间为0，其参数图如图3-2所示。将基带信号的抽样时间改成.001，其参数图如图3-3所示。图3-2 载波参数设置图3-3 基带信号参数设置在单极性到双极性变换中，m-ary number设置为2，极性为positive，如图3-4所示。图3-4 差分编码器unipolar to bipolar converter参数设置乘法器参数设置如图3-5所示图3-5 乘法器参数设置码变换部分参数设置如图3-6、3-7、3-8所示图3-6 logical operator参数

21、设置图3-7 unit delay参数设置图3-8 data type conversion参数设置 3.1.2 dpsk解调仿真中我们采用相干解调法进行2dpsk解调，解调电路中有带通滤波器、相乘器、低通滤波器、抽样判决器及码反变换组成。2dpsk相干解调原理是：对2dpsk信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。载波的参数设置同2dpsk调制的载波参数设置一致，可见图3-2。带通滤波器参数设置如图3-9所示。低通滤波器参数设置如图3-10所示。抽样判决器的参数设置如图3-11所示， 图3-9 带通滤波器参数设置图3-10 低通滤波器参数设置图

22、3-11 抽样判决器参数设置2dpsk解调电路仿真波形如图3-12所示图3-12 2dpsk解调电路仿真波形误码率模块参数设置如图3-13所示：图3-13 误码率计算模块设置图3-14 误码显示模块由图3-14得 误码率为0.49953.2 dpsk调制电路频谱分析调制频谱分析电路图如图3-15所示图3-15 调制频谱分析电路图将频谱分析模块加入电路中，两个模块zero-order hold、spectrum scope参数设置分别如图3-16、3-17所示。图3-16 zero-order hold参数设置图3-17 spectrum scope参数设置将频谱分析模块加入到基带信号处，其频谱

23、如图3-18所示，加入到经dpsk调制后的信号处，其频谱如图3-19所示。图3-18基带信号频谱分析图图3-19 psk调制电路输出端频谱分析图3.3 dpsk解调电路频谱分析解调频谱分析电路图如图3-20所示图3-20 解调频谱分析电路图将频谱分析模块（其参数设置同调制电路相同）加入到解调电路输入端，其频谱如图3-22所示，加入到经2dpsk解调后的信号处，其频谱如图3-23所示。图3-21解调电路输入端频谱分析图图3-22 2dpsk解调信号频谱分析图3.4加有噪声源的调制解调电路在调制与解调电路间加上噪声源，模拟信号在不同信道中的传输：a用高斯白噪声模拟有线信道，b用瑞利噪声模拟有直射分

24、量的无线信道，c用莱斯噪声模拟无直射分量的无线信道。a信道中加入高斯噪声电路图如图3-23所示图3-23 加入高斯噪声后的2dpsk调制解调电路高斯噪声发生器参数设置如图3-24所示图3-24 高斯噪声发生器参数设置加入高斯噪声后的仿真波形如图3-25所示图3-25 加入高斯噪声后的2dpsk仿真波形由图3-26得误码率为0.5064根据上面波形可知高斯噪声对信道产生了一定的影响，小部分产生了译码错误。b信道中加入瑞利噪声电路图如图3-27所示图3-27 加瑞利噪声的调制解调仿真电路图瑞利噪声发生器参数设置如图3-28所示图3-28 瑞利噪声发生器参数设置加入瑞利噪声后的仿真波形如图3-29所

25、示图3-29加入瑞利噪声后的2dpsk仿真波形根据上面波形可知瑞利噪声对信道产生了一定的影响，小部分产生了译码错误。由图3-27得误码率为0.4983c信道中加入莱斯噪声的电路图如图3-31所示图3-31 加莱斯噪声的调制解调仿真电路图莱斯噪声发生器参数设置如图3-32所示图3-32 莱斯噪声发生器参数设置加入莱斯噪声后的仿真波形如图3-33所示图3-33加入莱斯噪声后的2dpsk仿真波形根据上面波形可知莱斯噪声对信道产生了一定的影响，小部分产生了译码错误。由图3-31得误码率为0.5013由实验结果可知，信道中加入高斯噪声，瑞利噪声，莱斯噪声后,随着噪声幅度的增加，误码率越来越大。4 系统程

26、序设计4.1程序见附录4.2 运行后结果5仿真电路分析与总结5.1 出现的问题（1）示波器的图像出现不完整。（2）在没有加入噪声时解调出现误码率（3）一些模块经常有错误的提示。5.2 解决方法（1）在示波器图中修改data history中的limit data points to last参数，将其改大，再运行simulink，即可从示波器中观察到准确图形。（2）在没有加入噪声时出现误码率，是由于误码器参数设置错误的原因。将基带信号与解调信号进行对比，可发现信号经传输后有2个单位的延迟，故将误码率计算模块中receive delay中应设置为2，再次运行simulink，误码率显示模块中显示

27、误码率为零。（3）通过修改载波参数、带通滤波器和低通滤波器的参数使得经过滤波器后的信号衰减很小.千万要注意，整个过程中的仿真时间应该统一。 计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。在整个电路设计过程中，由于理论知识的不足，关键是基带信号与载波频率的设置及带通滤波器、低通滤波器的参数设置。下面我对整个课程设计过程做一下简单的总结。第一，查资料室做课程设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半，到图书馆或上网找相关资料虽说是比较原始的方式，但也有可取之处。不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。第二，通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所给的

28、课程也大概有了一些了解，这一步就在这样的基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。第三，有了研究方向，就该动手实现了。其实以前的两步都是为这一步作的铺垫。本次课程设计主要涉及到了通信原理和matlab的相关知识与运用，主要有基带信号的调制原理及方法、低通和带通滤波器等等，加深了对上述相关知识的了解，使自己更深刻理解了调制与解调的原理和实现方法，以及基本掌握了matlab的基本应用。因为是以所学理论为基础，所以在课程设计的过程中，我又重温2fsk的调制与解调等知识，更加熟悉了matlab里面的simulink工具箱，学会了独立建立模型，分析调制与解调结果，和加入噪声之后的情况，通过自己不断的调试

29、，更好的理解加入噪声对信道的影响。 这次课程设计对我的自身能力有了进一步了解。第一点，这进一步端正了我的学习态度，学会了实事求是、严谨的作风，提高了动手能力。也要对自己严格要求，不能够一知半解，要力求明明白白。浮躁的性格对于搞设计来说或者学习是致命的，一定要静下心来，踏实的做事。第二点，我觉得动手之前，头脑里必须清楚应该怎么做，这一点是很重要的，所谓三思而后行。在这次课程设计中我们遇到了许多的困难，由于粗心大意出了一些简单的错误，浪费了许多时间去改正。还好在同学和老师的帮组下，给我指出了错误的原因以及改正的方法，我们组才顺利的完成了本次课程设计。通过这次课程设计，我学到了很多书本上没有的知识。

30、锻炼了我们独立思考问题、分析问题、解决问题的能力。而且本次设计有自己和本组成员共同完成。加强了和别人沟通的能力以及团队精神，对我们走向社会是个很好的锻炼。 这个课程设计完成仓促，在编程过程中，我发现自己还有很多地方可以完善，其中若有不足之前，请老师指出，我将及时改正。 6致谢语课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程. 在这三周的时间里我切切实实的学到了许多知识，尤其是提高了用 matlab集成环境下的simulink仿真平台的实际操作能力。 回顾起此次通信原理课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到

31、定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对实验平台很不熟悉，动手能力比较欠缺，这是我必须在以后的学习中需要加以改进的地方，在不断学习中完善自我。这两周，我学会

32、了用simulink仿真平台完成实际的仿真过程，在仿真过程中，参数的选择尤其重要，它将影响仿真的准确度。在设计过程中，电路应经过不断的修改和重复，不断的仿真，我们不应急躁，要保持认真的态度和谨慎的学习作风，这样我们才能真正的学到知识。对于以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。 这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在蔡春娥老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在蔡春娥老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！预祝大家新学年快乐！参考文献 1

33、邓华.matlab通信仿真及其应用实例详解m.人民邮电出版社.2003年 2 通信原理实验指导书 3郑智琴.simulink电子通信仿真与应用m.国防工业出版社.2002年 4赵鸿图.通信原理matlab仿真教程m.人民邮电出版社.2010年5 atlab基础教程 6 通信原理课本 7刘学勇.详解matlab/simulink通信系统建模与仿真m.电子工业出版社.2011年 8达新宇.通信原理实验与课程设计m.北京邮电大学出版社.2005年 9matlab/simulink通信系统建模与仿真实例分析m.清华大学出版社.2008年 附录close all clear alli=10; %j=50

34、00;fc=4;fm=i/5;b=2*fm;t=linspace(0,5,j); % 0-5j % %a =round(rand(1,i); %10ast1=t;for n=1:10 if a(n)=1; if b(n-1)=1 b(n)=0; else b(n)=1; end else b(n)=b(n-1); endendst1=t;for n=1:10 if b(n)=1; st2(k)=0; else st2(k)=1; endend;subplot(413)plot(t,st2)title()axis(0 5 -1 2)% %s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(414

35、);plot(s1);title();% %d1=st1.*s1;d2=st2.*(-s1);%180figure(2);subplot(4,1,1);plot(t,d1);title(st1*s1);subplot(4,1,2);plot(t,d2);title(st2*s2);e_dpsk=d1+d2;subplot(4,1,3);plot(t,e_dpsk);title();noise=rand(1,j);dpsk=e_dpsk+0.5*noise;%subplot(4,1,4);plot(t,dpsk);title();% %dpsk=dpsk.*sin(2*pi*fc*t);%fig

36、uresubplot(4,1,1);plot(t,dpsk);title();% %f,af = t2f(t,dpsk);%t,dpsk = lpf(f,af,b);subplot(4,1,2);plot(t,dpsk);title();% %st=zeros(1,i);for m=0:i-1;if dpsk(1,m*500+250)0; st(m+1)=0; for j=m*500+1:(m+1)*500; dpsk(1,j)=0; endelse for j=m*500+1:(m+1)*500; st(m+1)=1; dpsk(1,j)=1; endendendsubplot(4,1,3);plot(t,dpsk);axis(0,5,-1,2);title()% %dt=zeros(1,i);dt(1)=st(1);for n=2:10; if (st(n)-st(n-1)-1; dt(n)=0; else dt(n)=1; endendst=t;for n=1:10 if dt(n)1; for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=0; end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=1; end endendsubplot(4,1,4);plot(t,st);ti