2PSK和2DPSK调制解调仿真系统设计(总47页)

1、西安科技大学移动通信课程设计报告2PSK和2DPSK调制解调仿真系统设计专 业： 通信工程 班 级： 姓 名： 学 号： 成 绩： 姓 名： 学 号： 成 绩： 姓 名： 学 号： 成 绩： 姓 名： 学 号： 成 绩： 姓 名： 学 号： 成 绩： 设计时间： 审阅教师： 西安科技大学通信通信学院目 录1前言21.1 设计提示21.2 设计要求21.3 时间安排21.4 基本原理与论证222PSK调制解调原理及系统设计42.1 2PSK基本原理42.2 2PSK调制原理42.3 2PSK调制系统设计52.4 2PSK解调原理142.5 2PSK解调系统设计152.6 2PSK系统设计1732

2、DPSK调制解调原理及系统设计 233.1 2DPSK的基本原理 233.2 2DPSK调制原理 233.3 2DPSK调制系统设计 253.4 2DPSK解调原理 313.5 2DPSK解调系统设计 343.6 2DPSK系统设计 394. 总结 424.1 各个组员总结 424.2 组长评价 44参考文献 451前言1.1设计提示1.根据2PSK和2DPSK信号的产生与解调方法，利用Matlab/Simulink软件进行系统设计。2.利用Simulink专业库Communications Blockset中的Modulation模块库所提供的实现数字信号调制解调的模块，完成系统设计，并输出

3、误码率，信道中的噪声为高斯白噪声。1.2 设计要求1.输出已调制信号的波形图及其频谱图；2.将输入的基带信号波形和解调后的数字基带信号波形进行比较；3.由三人按提示一完成系统设计，由两人按提示二完成系统设计；4.设计报告中必须有详细的设计过程，即模块选取、参数设置、图形输出等，由组长签字，评价所有成员在设计组中的作用和表现等。5.书写及设计方案均用A4纸打印以便统一装订成册，上交电子文本。1.3 时间安排1. 7.8：上午领取设计任务，下午去图书馆查阅相关资料。2. 7.9：上午整理有关2ASK和2FSK调制解调的基本原理，下午整理其调制解调所需的框图、波形图等。3. 7.10：上午学习有关S

4、imulink的相关知识，并向老师了解了更多的内容，下午进行对两种方式的调制解调仿真的初步设计。4. 7.11：上午完成对两种方式中仿真的所以设计，下午每个人写各自所负责的部分的原理以及对设计后的感想心得等。1.4 基本原理与论证数字通信系统，按调制方式可以分为基带传输和带通传输，数字基带信号的功率一般处于从零开始到某一频率的低频段，因而在很多实际的通信（如无线通信）中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移，将数字基带信号变换成适合于信道传输的数字频谱信号进行传输，这种传输方式，称为数字信号的频带传输或调制传输、载波传输。所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使该参量随基

5、带信号的规律变化，从而携带信息。对数字信号进行调制可以便于信号的传输；实现信道复用；改变信号占据的带宽；改善系统的性能。和模拟调制不同的是，由于数字基带信号具有离散取值的特点，所以调制后的载波参数只有有限的几个数值，因而数字调制在实现的过程中常采用键控的方法，就像用数字信号去控制开关一样，从几个不同参量的独立振荡源中选参量，由此产生的三种基本调制方式分别称为振幅键控ASK、移频键控FSK和移相键控PSK或者是差分移相键控DPSK。数字调制系统的基本结构如图：数字调制系统的基本结构本次课程设计，我们小组主要运用2PSK和2DPSK信号的产生于解调方法，利用matlab/simulink软件进行系

6、统设计，接着利用simulink专业库communication blockset中的modulation模块库所提供的实现数字信号调制解调的模块，完成系统设计。22PSK调制解调原理及系统设计2.1 2PSK基本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

7、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。 相应的信号波形的示例 1 0 12.2 2PSK调制原理数字调相：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

8、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 2PSK信号波形为 2PSK调制方法主要有两种：模拟调相法和键控法（相位选择法）。模拟调相法原理方框图如下图所示，极性变器将输入的二进制单极性码转换成双极性不归零码，然后与载波直接相乘，以实现2PSK模拟调相法键控法原理方框图如下图所示，用数字基带信号s（t）控制

9、开关电路，以选择不同相位的载波输出。此时s（t）通常是单极性的，当s（t）=0时，输出e2PSK（t）=cosct；当 s（t）=1时，输出e2PSK（t）=-cosct。键控法2PSK信号的调制原理框图2.3 2PSK调制系统设计在Matlab/Simulink中实现2PSK调制。2.3.1 模拟调相法系统设计模型框图如下：参数设置如下：示波器的波形图已调制信号的频谱图：2.3.2 键控法系统设计，模型框图如下：参数设置如下：示波器的波形图如下图所示：已调制信号的频谱图：2.4 2PSK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

10、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 2 - 14 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 2 -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2P

11、SK方式在实际中很少采用. 2PSK信号的解调原理方框图如下带通滤波相乘低通滤波抽样判决本地载波提取V（t）定时脉冲cost2PSK解调器2PSK信号的解调原理框图2.5 2PSK解调系统设计在Matlab/Simulink中实现2PSK解调，只能采用相干解调的方法。模型框图如下：参数设置如下：示波器的波形图如图所示：2.6 2PSK系统设计模型框图如下：参数设计如下：示波器的波形图如下：频谱图如图所示：32DPSK调制解调原理及系统设计3.1 2DPSK的基本原理说到2DPSK，就不得不说一下二进制移相键控（2PSK）。所谓二进制移相键控（2PSK）方式是指受键控的载波相位按基带脉冲而改变的

12、一种数字调制方式。即若发送二进制符号0则载波初始相位取0，若发送二进制符号1 则载波初始相位取，如图1所示（假设一个码元用一个周期的正弦波表示）。这种移相通常被称为绝对移相方式，如果采用绝对移相方式，由于发送端是以某一个相位作基准的，因而在接收系统中也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化（0相位变相位或相位变0相位），则恢复的数字信息就会由0变为1或由1变为0，从而造成错误。这种现象常称为2PSK 方式的“倒”现象或“反向工作”现象。为此实际中一般采用一种所谓的差分移相键控（2DPSK）方式。2DPSK方式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，

13、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之差），设编码结果如图2.1所示。这样就避免了2PSK中的倒现象。产生2DPSK信号时，先将输入的绝对码转换成相对码，然后再用相对码用二进制绝对移相方式对载波进行调相。2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。即本码元初相与前一码元初相之差。假设前后相邻码元的载波相位差为，可定义一种数字信息与之间的关系为：2DPS K波形图1 相对移相示例3.2 2DPSK的调制原理众所周知2PSK调制是将传输的数字码元“1”用初始相位为180的正弦波表示，而数字码元“0”用初始相位为0的正弦波表示。若设是传输数字码元的绝对码，则2

14、PSK已调信号在任一个码元时间内的表达式为 （1）若将传输数字码元的绝对码先进行差分编码得相对码，其差分编译码如下：差分编码为 （2）差分译码为 （3）再将相对码进行2PSK调制，则所得到的即是2DPSK已调信号，其在任一码元时间内的表达式为 （4）差分编码移相2DPSK在数字通信系统中是一种重要的调制方式，其抗噪性能和信道频带利用率均优于移幅键控(ASK)和移频键控(FSK)，因而在实际的数据传输系统中得到广泛的应用。2DPSK调制解调系统的原理框图如图差分编码低通滤波调相带通滤波相乘抽样判决差分解码分频晶振+数字信号输入数字信号输出噪声 2DPSK调制解调系统原理框图2DPSK调制原理是指

15、载波的相位受数字信号的控制而改变，通常用相位0来表示“1”，而用180来表示“0”。差分移相键控2DPSK信号的参考相位不是未调波的相位，而是相邻的前一位码元的载波相位。2DPSK信号的产生只需要在2PSK调制前加一套相对码变换电路就可以实现，2DPSK 的调制方框图见图 载波移相差分编码器开关Eo(t)S(t)键控法3.3 2DPSK调制系统设计在Matlab/Simulink中实现2DPSK调制。3.3.1模拟调相法系统设计模型框图如下：参数设计如下：示波器的波形图如图所示：已调信号波的频谱图：3.3.2键控法系统设计，模型框图如下：参数设置如下：示波器的波形图如下图所示：输出调制波的频谱

16、图如下：3.4 2DPSK的解调原理基于DFT 的2DPSK 解调算法：实际中接收到的2DPSK 信号在经过带通滤波后，由于码元跳变处的高频分量被过滤掉，滤波后的2DPSK信号波形分为稳定区和过渡区，码元中间部分是稳定区，前、后部分为过渡区。稳定区内的信号基本无损失，波形近似为正弦波，而过渡区内的波形则不是正弦波，并且幅度明显降低。调制信息基本上只存在于码元稳定区。从上述分析出发，可以得到基于DFT的数字解调方案。具体解调方法：对每个码元稳定区内的采样点按照公式（5）做DFT： （5）其中，代表每个载波周期的采样点个数，代表做DFT时使用的稳定区内的采样点个数(通常取多个载波整周期)。然后，提

17、取出前后码元的相位跳变信息来进行解调判决：计算， 并根据和的正负情况确定的取值范围。把本码元的相位记为，前一码元的相位记为，则 （6）其中是进行了位同步点调整时附加的相位。可见，在每个码元周期只需要计算一次相位值即本码元的相位，然后相减得到跳变相位，就可以依据判决条件恢复原始数据，而不需要像文献中所提到的对每个码元要随着窗函数的移动多次计算谱值，因而大大减轻了计算量，非常适合于软件无线电的数字化实时解调。当调频信号不包括载波分量时，必须采用相干解调，2DPSK的解调可采用两种方法。其一是极性比较法，然后再用码变换器变为绝对码。另外还有一种实用的方法叫做差分相干解调法，二者的原理框图分别如下：带

18、通滤波器本地振荡乘法器抽样判决器低通滤波器差分译码器2DPSK数据输出极性比较法解调带通滤波器抽样判决器乘法器低通滤波器码元延迟2DPSK数据输出差分相干解调法相干解调：信号可以采用相干解调方式(极性比较法)，其原理框图见图2.4。其解调原理是：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，若相干载波产生180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度的问题。差分相干解调：2DPSK信号也可以采用差分相干解调方式(相位比较法)，其原理框图见图

19、2.5。其解调原理是：直接比较前、后码元的相位差，从而恢复发送的二进制数字信息。由于解调的同时完成了码反变换作用，故解调器中不需要码反变换器。由于差分相干解调方式不需要专门的相干载波，因此是一种非相干解调方法。2DPSK解调系统设计3.5 2DPSK解调系统设计3.5.1相干解调的系统设计模型框图如下：主要模块的参数设置如下：示波器的波形图如下：3.5.2 差分相干解调的系统设计：模型框图如下：主要参数设计如下图所示：示波器的波形如图所示：3.6 2DPSK系统设计模型框图如下：主要参数设置如下：示波器波形图如图所示：频谱图如图所示：4. 总结4.1 各个组员总结：同学总结：一周的移动通信课程

20、设计已经结束了,通过本次课程设计，我收获颇多,对二进制数字调制和解调系统有了更深入的了解，尤其是对2DPSK系统学到了很多的东西，例如如何产生2DPSK信号，以及它的调制与解调，明白了两种解调方式的特点及其它们的区别,也学会了对matlab软件的使用和试验中参数的设计. 当然在做课程设计的过程中总会出现各种问题，如进行差分编码和差分译码。当时自己在做时出现了错误，在经过不断的修改数据下，终于完成实验。通过小组合作，无形间提高了我们的动手、动脑能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识,在有不懂得地方,积极询问老师,都得到了很好的解决方法。同时我也充分认识到了理论与实践

21、相结合的重要性，平时我们只是一味地学习理论知识，很少有自己动手设计的时候，但这次课程设计为我们提供了一个好的机会，不仅锻炼了我的动手能力，还使我对通信系统有了感性的认识。 通过此次课程设计我也再一次复习了一遍基础知识，并且把书本上的理论知识和实际动手联系起来让我懂得了在学习的过程中要带着问题去学习，这样才能提高学习的效率。我们必须要联系实际去解决问题，因为我们的知识水平有限，在学习与实践的过程中难免会出现一些问题。 这次课程设计使我把以往所学的很多基础知识都联系了起来，在这期间我深刻的体会到了以前所学的每一样知识都是有用的。只有把基础知识一样样地学扎实了才能在现代技术的基础上不断拓展，不断创新

22、。才能在专业领域上赢得自己的一席之地。在这一次实验中,我也出现了很多问题,如通信基础知识掌握不够,参数设置不对等.但在组员和老师的帮助下都一一解决了,在此衷心的感谢他们, 希望今后能继续这样相互合作,共同学习. 总的来说，这次课程设计让我获益匪浅，不仅让我更深一步理解书本的知识，提高我们分析问题和解决问题的能力，而且让我体会到知识的重要性。同时我也认识到了在学习过程中的薄弱知识点，在以后的学习中，我一定更加努力学习，查缺补漏，争取将专业知识学好同学总结：数字移动课程设计结束了，在整个设计过程中，我对Simulink和Matlab软件有了一定的了解，也加深了对2ASK和2FSK的理解。在课程设计

23、的过程中遇到了很多问题，但都通过自己的学习和查阅资料以及老师的指导和同学间的讨论都得到了完美的解答。经过大三这一学期对数字移动原理的学习，我对通信系统有了更进一步的认识，开始学习2ASK和2FSK的数字调制解调系统。仔细看了设计要求后我和我的同学一起查找了相关的资料，然后动手设计起来。首先我们学习了Matlab软件和Simulink软件，在学习的过程中遇到了很多问题，但经过老师的指导和我们查阅相关资料都得到了解答。我们首先理解了2ASK和2FSK调制解调原理，在确定设计思路后在软件中搭建模块进行系统仿真。在仿真过程中叶出现了许多问题，比如调试不成功，参数设置不对等，但后来都解决了。这次课程设计

24、花了我们很多心血，同时也学到了不少的新知识，巩固了基础知识，增强了自己独立动手能力、独立思考问题能力，培养了团队合作精神，同时不懂的及时向老师虚心请教。当仿真设计成功时大家都很高兴，体会到了一分耕耘一分收获。一个课程设计看着很简单，但做起来却会有各种各样的问题，我们要把理论同实践相结合，要不断的去尝试，体验失败，最终获得成功。这次课程设计很有意义，提高了我们的能力，为我们以后工作打下了良好的基础，希望以后有更多的机会可以有类似于这样的设计来增强我们的实力和水平。同学总结：两周的课程设计在忙忙碌碌中一晃而过。经历了一次次的困惑，却积累了一定的知识。在整个课程设计中的过程中遇到的问题主要有以下三点

25、：第一，基础知识的不牢固，主要表现在对书本上的内容理解不够透彻；第二，对一些常用的应用软件缺少应用，体现在构建电路图和系统仿真的时候，对这些软件操作的不熟练，浪费了很多时间。第三，相关知识掌握不够全面，缺少系统设计额仿真的经验,对参数的设置不合理。 这次课程设计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。对自己要严格要求，不能够一知半解要力求明明白白。急于求成是不好的，不仅会浪费时间还会适得其反。在我看来，懂得少并不可怕，可怕的是不向别人虚心学习。没有人生下就知道什么，也没有人生下来就很聪明。即使是天才，也要通过后天的努力，才获得成功的。我觉得动手之前，头脑里必须清楚

26、怎么做，通过我的不懈努力，在这方面我总会得到提高，这一点我坚信。因为别人能做到的，我也一定能做到。在这一次课程设计中我是小组组长,我发现通过小组合作，无形间提高了我们的动手、动脑能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。同时我也充分认识到了理论与实践相结合的重要性，平时我们只是一味地学习理论知识，很少有自己动手设计的时候，但这次课程设计为我们提供了一个好的机会，不仅锻炼了我的动手能力，还使我对通信系统有了感性的认识 总而言之，在此次课程设计让我学到了好多平时在课堂上学不到得东西，增加了我的知识运用能力，为我走向社会奠定了一个号的基础。 通过对matlab这个软件的学

27、习，使我对通信原理又有了进一步的认识。在以往的学习中我多是注重理论知识没注重实践，这次实践使我对课本知识有了新的理解。 同学总结：在这一周的课程设计中，我学到了很多知识。首先我对数字移动中关于2ASK和2FSK调制和解调的知识有了更深的理解，同时也对Matlab和Simulink软件有了基本的理解，它们对于通信系统中的各种仿真很重要，很实用。在设计的过程中，让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高，学会将知识运用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力。在仿真过程中叶出现了许多问题，比如调试不成功，参数设置不对等，但后来都通

28、过自己的学习和查阅资料以及老师的指导和同学间的讨论解决了。通过这次课程设计，不仅使我学到了很多新知识，也巩固了以前学到的知识，让我在对课程设计这门课上有了新的认识，它不仅需要你扎实的理论知识，还需要与实践相结合，而且团队意识很重要，只有大家齐心合力，就能找到解决问题的办法。在这个设计过程中，也提高了我的个人操作能力和思考问题、解决问题的能力，这对我以后的生活、学习和工作都有很大的帮助。同学总结：数字移动作为我们的主要专业之一，虽然在大三开学初对这门课并没有什么兴趣，觉得那些程序枯燥乏味，但在这次课程设计后我发现自己在一点一点的努力中对数字移动通信的兴趣也在逐渐增加。这次课程设计我们历时一个星期

29、，经过这一个星期的时间和体验，我们学到的不仅是知识，更多的是团队和合作。现在想来，也许学校的安排的课程设计有着它更深层的意义吧。它不仅让我们让我们综合那些理论知识来应用到设计和创新，还让我们知道了一个团队凝聚在一起时所能发挥出的巨大潜力。选定2ASK和2FSK课题后，在我们五个人的齐心协力和张老师的耐心分析，指导下完成了课程设计。课程设计过程中，出现的问题远比我们想象的要困难得多。没想到这项看起来不需要多少技术的工作却是非常需要耐心和精力。在这一星期的设计之后，我明白课程设计对我来说的意义，它不仅仅是让我们把所学的知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的是同学间的团结。虽然我们这次花去了好多的时间，但我相信我们得到更多。对Simulink和Matlab软件有了一定的了解，对2ASK和2FSK调制解调原理有了更深的掌握。在模块搭建过程中，遇到不少的问题，但最后通过老师的指导，我们小组内一起的讨论，那些问题都得以解决。总之，此次课程设计后，我受益匪浅。4.2 组长评价组长评价：作为组长，首先我在此向各位组员在这次实习中的表现作出表扬，我们各位组员在这周的实习中完满的完成了自己的任务，最后大家共同协作完成实习报告。在此我对每个组员在这次实习过程中的表现进行评价：组员：在这次实习中她主要完成2PSK的系统设计，能够