2PSK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析

1、2psk调制与解调系统的matlab实现及性能分析学生姓名：指导老师：摘要：在数字传输系统屮，数字信号对高频载波进行调制，变为频带信号，通过信道 传输，在接收端解调后恢复成数字信号，由于大多数实际信号都是带通型的，所以必须 先用数字频带信号对载波进行调制，形成数字调制信号再进行传输，因此，调制解调技 术是实现现代通信的重耍手段。数字调制地实现，促进了通信的飞速发展。研宄数字通 信调制理论，提供有效调制方法有着重要意义。实现调试解调的方法有很多种，本文应 用了键控法产生调制与解调信号。数字相位调制又称相移键控记作psk(phase shift keying),二进制相移键控记作2psk,它们是利

2、用载波振荡相位的变化来传送数字信号 的，在二进制数字解调中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，则就产 生二进制移相键控2psk信号。重点介绍了 2psk的调制与解调的工作原理，以及simulink 进行设计和仿真。关键词:调制与解调;2psk； simulink； matlab;1引言本课程设计主要是学会运用matlab巾的simulink来实现数字基带信号的模拟传 输。在知道其传输原理的情况下，将仿真电路到simulink之中。并且对正交振幅调制、 解调过程的频谱和波形的分析，同时在无噪声和有噪声的进行分析，加入高斯白噪声， 瑞利噪声，莱斯噪声分析调制解调后的频谱、波形，观察其误

3、码率。1.1课程设计的目的首先丫解和掌握matlab屮simulink平台的使用；其次了解正交振幅基本电路的调制与解调的仿真，加入噪声后观察其频谱和波形的变化，同吋检测其误码率。1.2课程设计的要求熟悉matlab环境下的simulink仿真平台，熟悉2psk系统的调制解原理，构建 2psk调制解调电路图.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的频谱的变 化。并观察解调前后频谱有何变化以加深对该信号调制解调原理的理解。在调制与解调电路间加上各种噪声源，用误码测试模块测量误码率，并给出仿真波 形，改变信噪比并比较解调后波形，分析噪声对系统造成的影响。在老师的指导下，独立完

4、成课程设计的全部内容。2设计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，通常利用初始相位0和k分别表示二进制“1”和“0”。因此，2psk信号的时域 表达式为：c2psk=acos( o c+ ll)n)(式 2.1)就模拟调制法而言，与产生2ask信号的方法比较，只是对基带信号要求不同，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 数字基带信号控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时基带信号为单极性nrz 或双极性nrz脉冲序列信号均可。且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

5、行相干解调。图2.1是产生2psk信号的模拟调制法框图；图2.2是2psk信号的相干解调法框图。基带信气码型变换双极件信,二归零波2-1 2psk调制原理框图2psk信号2-2 2psk信号的解调原理框3设计步骤3.1正交振幅调制电路分析熟悉simulink的工作环境，并建立2psk调制解调系统，用功率谱密度分析仪观察 k基带频谱，示波器观察调制信号前后的波形。2psk调制解调仿真电路图如3-1所不：density3-1 2psk调制解调原理从图3-2到3-8是调制解调的参数设置。sour ce block parers : sine wavesin* to<v <out pxt

6、«l sin* miv « :o c t )= ami>* s i rt cf r e q* t pixsl s e) + s i ss i zte type dlet ermiztes t ixe conruxit e. t i orva. 1 t ecluxi q.ie xise dl. tlxe re.m e t ex s i rt t ixe t types ql ire rela. t edl throueh:selmples e r period =2*r» i / cf e qulertct- * sample time)hwnlx r o 3

7、t o 3t 3f s t s<mp 1 «s = pk< s« * s<mp 1 x r period /(2 本 pi)use t lie sa.mx> 1 eb色 s e <1 s 1 zxe type i t zxxifn e r 1 ea. 1 problems due t o rvirurll ner1a.xreetimes ( e. e. overflow irt «li> so 1 it e time) occvix*.p 色 x-a.m e t e r samp lit xdl« :okcancelh

8、elptim(ct):usesimvxla.t i ort timeilsi rte type :i m e b 色 s e d.图3-2载波参数3-3基带参数3-4 analog filter design 参数function block parameters: analog filter designl analoe filter desi en (mask) (link)desi en one of several standard analoc filters implemented in stat espace form.paramet ers3-5 analog filter d

9、esignl 参数elfunct ion block par：et ers1janpedlquantizer encodesa.mp led qxa.zxt i z e r exico de cma. sk) c 1 i nlc?jqxan.t i ze :an a.rta 1 oe si erta 1 to (1 di ei t a. 1 si erta 1 z c3) distortion a. t every sample time point.(2 qxxalxtt i za.t ion va. 1ndlthe injput cart be ei tker a. sea. 1 a.a.

10、 sa.mpl e""based vector or a.baiserd rowvector. this block processes ea. clx vector el ement i xidep endextt ly.pa. ra.me t e r sq-ua.ixt i zat ion part i t ion:qubaxit i zgl t i ort co debook :|0 1input s i ezra 1 vector 1 erte t hsamp1e time0. 2okca.nc e 1jlhelpajpplt"3-6 sampled qu

11、antizer encode 参数powe r sp e c t ra. 1 d ens i t y (ma. sk) plot the psd of t ke input.c1 i rdc)pa. ram e t e r sl enc t lx of biif f e r :1 2shiamb e r o f point s for f ft :51 2plot a. f t e r tvow many points: &4sa.mp 1 e time:0. 001applxqkj help图 3-7 power spectral density 参数po we r sp e c t

12、 ra 1 density cma. sk) c 1 i rlk) plot the psd of the injpxit .elpa ra.m e t e r slertetlx of t>ulf f er :1 2skruri'b e r o f points f o r f f t :51 2plot after ixow ma.ny i>o i rtt&4s&mp1e time:okca.nc e 1helpajpplx图 3-8 power spectral densityl 参数图3-9和图3-10是带信号和解调信号功率谱密度图。图3-9基带信号

13、功率谱密度图power回 istime historyfrequency (rads/sec)-2000-4000-6000-8000-10000-12000-14000图3-10解调信号功率谱密度图图3-11是示波器显示图，分别显示：载波信号，基带信号，2psk信号。sco peb回e阁3-11 scope波形3.2误码率分析在原先的电路图加入误码率分析仪观察无噪声时的误码率无噪声时2psk调制解调 仿真电路阁如阁3-2-1所示：error ratecjloulitionoispijy图3-12无噪声误码率2psk调制解调原理阁3-13无噪声2psk调制解调误码率图 3-14 error r

14、ate 参数图345 2psk无噪声波形3.3有噪声的2psk调制解调电路及误码率分析在上面的电路图调制之后的信号中通过加入高斯白噪声，并同时观察噪声对频谱的 干扰和波形的影响。之后分析误码率，来确定qam对抗高斯白噪声的性能。图3-16加入高斯噪声2psk调制解调误码率原理0.02083图3-17高斯噪声误码率图3-18高斯噪声参数iscope|备舀p涔势典es® e3 a亏11t a' a" * 'aa"' a' a ' !rt h yl a n a a n a a a a a fr a -a k ?11 iii a.

15、6 ' ' a ' * lx 'ia a a a /1 a a a fa *1 jl ll / i l fl八 k a a*/i ll m jii i i j i i 1 i ia "a h* a' * h aa ft a ll a fla a a * a.a a. m 八a a a amn04/u u u hwin mriyt/ vr11 ? 1 i i ri/vuv/iii i 1 ilfljv v/vf u ilvfwuv/v/w /v i v/ i 117 1 j i / .ii/v/hv/ln .l/v/hi if , i ii i1

16、 i l il/ l| / ir ifij lz if |i111 1j 1 a 1 lr v ii l 1/ iiif 11 ll l/ 1/ i1 l k f uif li )n1.v. .v. v.va vv v vi.v.m .v|. v. .v v. '.v. !/ .v. .vc . .u . v. v|. y. v.v. v . vj. .v. v. r. v. jq. .v. wjlija05图3-19加高斯噪声2psk显示波形图3-20加入瑞利噪声2psk调制解调误码率原理阁3-21瑞利误码率图3-22瑞利噪声参数scope0110 5 0202ww1/ u r. 1

17、/ l1ihb攀««着參0«攀嚳參壽 11i1ii.w/wvx/wwvwvvwwf fzv rzi zaza/vvv/vvvxv/r /*/ *v, v/a / v/ax/a / *z.j j y f1 b /* f <1 f 1 /i j f cjr fi i1>x / . j1iw v v v -v v v vv viiiv vv v. v v v v v *vvi1.一ai1.；xaa；.11.a fr. j1 i | maa lt'a/vwj.kvvv.vj a ju jf vvv1v a v1aaaj wv v v vvzvvvwww

18、l a/v*1<iyv uf|a/vv1012024 go-o.-o.-o10.5 000511 522.533.544 55time offset: 5图3-23加瑞利噪声2psk显示波形sine wavebernoullibinaryunipolar to bipolir converterproductanalog filter designproducttanalogfitter designlsampled quantizer encodescopebernoulli binarygeneratorunipolar tobipolarconverterricianrician

19、noiseerror rate calculationdisplayvenerator图3-24加入莱斯噪声2psk调制解调误码率原理0.020833-25莱斯误码率阁3-26莱斯噪声参数图3-27加莱斯噪声2psk显示波形4结束语在还没有开始做课程设计时，由于所用电脑安装的matlab中没有simulixk模块， 所以和同学要丫 7.4版本的。第一次点进模块时，根本不知道如何使用，看丫老师给的 课件，一边看一边操作才慢慢知道怎么做。在网上查阅了 2psk相关资料，但并没有完 整的方案。在老师来讲解课程设计以及给了资料后，原木十分迷惑的原理图所需的一些 模块完全确定了下来。我所使用的版本没有抽

20、样判决器，只好找有的同学耍了抽样判决 器模块。连接和设置参数时，设置参数较难，由于不知道该如何设置才合适，就参照了 老师给的资料上的设置，在7. 4的matlab版本屮，单双极性转换模块还有抽样判决屮 有一参数设置为0.2,做出来的波形误差较小，但是在后来由同学帮忙检查吋，发现由 于版木过高，而在其他人的电脑上打不开，我怕老师检查时也同样的打不开，于是乂重 装了 matlab7. 1版本的重新做。做的时候改变了单双极性转换器和抽样判决器的参数设 置，误码率增大了，但并不是很明白在无噪声的情况下误码率为0,由于误码率的增大， 波形的变化也很大，而导致结果的出错。后来在老师的指导之卜*，我渐渐的明白y如何 正确判断波形，如何降低误码率，还知道了每个模块在原理中的正确运用原来