软件报告(江海奇)

1、通信原理实验班级：姓名： 指导教师实验时间： 设计一个采用2PSK调制的数字通信系统一、实验要求1，设计系统整体框图及数字模型2，产生离散二进制信源，进行信道编码（汉明码），产生bpsk信号。3，加入信道噪声（高斯白噪声）。4，BPSK信号相干解调，信道解码。5，系统性能分析（信号波形，频谱，白噪声的波形，频谱，信道编解码带来的系统误码率性能增益，误码率与曲线对比）。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

2、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：1) 模拟相乘法。利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理。2) 键控法。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，比如本实验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。1.BPSK 的调制原理：二进制移相键控是用二进制数字信号0和1去控制载波的两个相位0和的方法。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： （1）式中，jn表示第n个符号的绝对相位： （2

3、）因此，上式可以改写为 （3）由于两种码元的波形相同，极性相反，故BPSK信号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的相乘： （4）式中 （5）这里s(t)为双极性全占空(非归零)矩形脉冲序列，g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而an的统计特性： （6） 图1 BPSK信号的波形示例2.BPSK 的解调原理：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采用相干解调法来解调信号。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，再进行抽样判

4、决，判决器是按极性进行判决，得到最终的二进制信息。具体波形如下图：图3 BPSK各点时间波形 三、BPSK调制解调的MATLAB仿真2. BPSK调制的数学模型及框图：由于BPSK的两种码元的波形相同，极性相反，故BPSK信号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的相乘： 其中，即s(t)为双极性全占空(非归零)矩形脉冲序列。 2PSK信号的调制器原理方框图模拟调制的方法 键控法 3.BPSK解调的原理及框图：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采用相干解调法来解调信号。4实验程序：主程序:clear allnum=10; tnum=200

5、;N=num*tnum;F=7;K=4; msg=randint(200,4,2); a=encode(msg,F,K) %汉明编码fc=0.5; t=0:0.05:9.99;%t从0到9.99，间隔为0.05s=;c=;for i=1:num %i从1到10循环 if(a(i)=0) A=zeros(1,tnum); %i=0时，产生一个码元长度为tnum（200）的0码元 else A=ones(1,tnum); %i=1时，产生一个码元长度为tnum（200）的1码元 end s=s A; %s为随机基带信号 cs=sin(2*pi*fc*t); c=c cs; %c为载波信号end%采

6、用模拟调制方法得到调制信号s_NRZ=;for i=1:num %i从1到num（10）循环 if(a(i)=0) A=ones(1,tnum); %i=0时，产生一个码元长度为tnum（200）的1码元 else A=-1*ones(1,tnum); %i非0时，产生一个码元长度为tnum（200）的-1码元 end s_NRZ=s_NRZ,A; %s_NRZ为双极性非归零码ende=s_NRZ.*c; %e为BPSK调制信号figure(1); %图1plot(s); %作s（基带信号）的波形图grid on;axis(0 N -2 2); %横轴长度为0到N，纵轴范围为-2到+2xlab

7、el(基带信号s(t); %x轴的注释ylabel(基带信号幅值); %y轴的注释 figure(10);plot(c);grid on;axis(0 1000 -2 2);xlabel(BPSK载波信号);ylabel(BPSK载波信号幅值); %作c（BPSK载波信号）的波形图figure(13);plot(e);grid on;axis(0 1000 -2 2);xlabel(BPSK调制信号);ylabel(BPSK调制信号幅值); %作e（BPSK调制信号）的波形图%信号的频谱Fs=200; %采样频率n=length(s); %基带信号长度f=0:Fs/n:Fs-Fs/n-Fs/2

8、; %修正频率f的范围 S=fft(s); %基带信号s的快速傅里叶变换E=fft(e); %基带信号e的快速傅里叶变换C=fft(c); %基带信号c的快速傅里叶变换 figure(8);plot(f,abs(fftshift(S); %基带信号的频谱title(基带信号频谱);xlabel(f/hz);ylabel(S(w); grid on;figure(7);plot(f,abs(fftshift(C); %载波信号的频谱title(载波信号频谱);xlabel(f/hz);ylabel(C(w); grid on;figure(6);plot(f,abs(fftshift(E); %

9、调制信号的频谱title(调制信号频谱);xlabel(f/hz);ylabel(E(w); grid on; %加高斯噪声am=0.7; %输入信号经信道后振幅由1衰减为0.7SNR=5; %输入信噪比snr=10(SNR/10);N0=(am*am)/2/snr; %计算噪声功率N0_db=10*log10(N0); %将噪声功率转换为dBWni=wgn(1,N,N0_db); % 产生1行N列的高斯噪声yi=e+ni; %BSK已调信号中加入白噪声，输入信噪比为SNRfigure(2);subplot(2,1,1);plot(yi);grid on;xlabel(加入高斯白噪声的已调信号

10、yi(t); %带通滤波器b1,a1 = BUTTER(3,2*pi*0.0001,2*pi*0.01); %计算带通滤波器的H(z)系数y=filter(b1,a1,yi); %对信号yi进行滤波，得到信号yfigure(2);subplot(2,1,2);plot(y);grid on;xlabel(经带通滤波器后信号); %与恢复载波相乘x1=2*c.*y;figure(3);subplot(2,1,1);plot(x1);grid onxlabel(与恢复载波相乘后的信号x1(t); %低通滤波器b2,a2=butter(2,0.005); %计算H(z)系数 ，频率为(1/200)x

11、=filter(b2,a2,x1); %对信号x1滤波，得到信号xfigure(3);subplot(2,1,2);plot(x);grid onaxis(0 N -2 2);xlabel(经低通滤波器后信号波形) %抽样判决x=fun_panjue(x);%调用函数，进行抽样判决figure(4);subplot(2,1,1);plot(x);grid on;xlabel(加噪后解调信号x(t);axis(0 N -2 2); %消除延迟x=fun_yanc(x); %调用函数，进行消除延迟figure(4);subplot(2,1,2);plot(x);grid on;xlabel(加噪后

12、去掉延迟的解调信号x(t);axis(0 N -2 2); %误码率计算Err_geshu=length(find(x=s) %计算解调信号中错误码元个数Pe_fact=Err1/N %计算实际误码率Pe_reality=(1/2)*erfc(sqrt(snr) %计算系统理论误码率 % 理论误码率曲线Pe=;for SNR=1:10 am=0.7; %输入信号经信道后振幅由1衰减为0.7 E=am*am/2; snr=10(SNR/10); N0=(am*am)/(2*snr); no=N0/(2*200); %计算噪声功率 N0_db=10*log10(N0);%将噪声功率转换为dBW n

13、i=wgn(1,N,N0_db);% 产生1行N列的高斯噪声 yi=e+ni; %BSK已调信号中加入白噪声，输入信噪比为SNR y=filter(b1,a1,yi);%对yi进行滤波(带通滤波器)，得到信号y x1=2*c.*y; %与恢复载波相乘 xx=filter(b2,a2,x1); %经低通滤波器滤波 xx=fun_panjue(xx);%抽样判决 xx=fun_yanc(xx); %消除延迟 snr=10(SNR/10); Pe=Pe,(1/2)*erfc(sqrt(snr); %计算理论误码率endPe;figure;SNR=1:10;semilogy(SNR,Pe,b-);ho

14、ld on %以log10(Pe)为纵坐标画图grid on抽样判决函数（由于存在“倒pi”现象，故以0为基准进行判决，大于0，判为0；小于0，判为1）function w=fun_panjue(w)N=length(w);if w(100)0 w(1:100)=0;else w(1:100)=1;endfor i=101:N if w(i)0; w(i)=0; else w(i)=1; endend消除延迟函数（由于抽样判决后会产生延迟，故认为对解调信号进行时移，以减小甚至消除延迟，便于与基带信号进行比较，计算实际误码率）function m=fun_yanc(m)N=length(m);l

15、eng=0;if m(1)=0 for i=1:N if m(i)=1 leng=i; break; end endelse for i=1:N if m(i)=0 leng=i; break; end endendleng1=leng-(floor(leng/200)*200;for i=1:(N-leng1) m(i)=m(i+leng1);endfor i=(N-leng1):N m(i)=m(N-200+10);end5.仿真波形图：基带信号为（7，4）汉明码。载波为高频正弦波，如图所示调制后的2psk信号，如图所示。三种信号的频谱如图所示。对系统仿真结果做整体分析Err_geshu=

16、 /在系统仿真过程中由于调制和解调带来的发生错误的码元个数 1945Pe_fact= /在系统仿真过程中由于调制和解调带来的实际误码率 0.9725Pe_reality= /在系统仿真过程中由于调制和解调带来的理论误码率0.0060当信号码元宽度为Ts时，2psk系统的频带宽度近似为2/Ts，频带利用率较高。在2psk系统中，当发送不同符号的概率相等时，判决器的最佳判决门限为零，与接收机输入信号的幅度无关。因此，判决门限不随信道特性的变化而变化，接收机总能保持工作在最佳判决门限状态。在抗加性高斯白噪声方面，2psk性能很好。心得体会通过在本次设计中的实践明白了自己知识上的误区，例如，在低通滤波

17、的过程中，主要目的是滤去高频分量，滤去载波成分，所以对于低通滤波器的截止频率的设置较为关键。而在2PSK的调制与解调中所用信号为双极性的信号，因此要将在本次设计中产生的单极性信号经过码的变化形成双极性码来传输。本次设计只是按理论上的知识结构进行简单地系统构建，目的是明确数字基带传输的原理及过程，而对于具体问题，例如，实际中信道噪声一般为高斯白噪声，本次设计为简便并未采用而是用rand函数产生了随机噪声信号。此外，还有在2PSK实际传输系统中，在恢复载波的过程中会出现“倒现象”即相位模糊现象，但是在本次设计中直接在解调时给其同频同相的载波，所以不会出现此种现象，因为不必考虑。这是自己第一次利用Matlab编程功能实现通信原理中基础知识系统地构建，通过自己亲自去动手和调试我明白了实践的重要性，尤其是对程序的调试，更需要大量的时间反复上机运行，发现错误并改正，这样也就加强了自己对