基于simulink2psk调制

1、通信系统仿真-1-1. 项目的目的、要求1.1 目的7掌握课程设计涉汲到的相关知识、概念及原理。(2 )仿真图设计合理、能够正确运行。(3 )按照要求撰写课程设计报告。1.2 要求(1 )通过利用 matlab simulink ，熟悉 matlab simulink仿真工具。8通过课程设计来更好的掌握课本相关知识，熟悉2PSK 的调制与解调。9更好的了解通信原理的相关知识，磨练自己分析问题、查阅资料、巩固知识、创新等各方面能力。2. 项目设计正文2.1 2PSK2.1.1 2PSK 的基本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,通常用初始相位为

2、 0 和 n 表示二进制的“ 1 ”和“ 0”。因此 2PSK 的信号的时域表达式为：e2psk(t)=ACOS( COct+ $n)(2-1)其中，0 n 表示第 n 个符号的绝对相位：发送“ 0”时(2-2)发送“ 1”时因此，上式可改写为(2-3)7tAcosOct概率为 P通信系统仿真-2-e2psk(t) =-AcosOct概率为 1-P通信系统仿真-3-这里，g(t)是脉宽为 Ts 的单个矩形脉冲，而 an 得统计特性为概率为 P(2-6)概率为 1-P即发送二进制符号“ 0”时(an 取+1), e 2psk(t)取 0 相位；发送二进制符号“1”时(an 取-1 ), e 2p

3、sk(t)取 n 相位。2.1.2 2PSK 的产生二进制相位调制就是用二进制数字信息控制正弦载波的相位，使正弦载波的相位随着二进制数字信息的变化而变化。二进制绝对调相就是用数字信息直接控制载波的相位。例如，当数由于表示信号的两种码元的波形相同，极性相反，故极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波相乘，即2PSK 信号一般可以表述为一个双其中C2psk(t)=S(t)C0SCOct(2-4)s(t)=刀 ang(t-nTs)(2-5)通信系统仿真-4-字信息为 1时，使载波反相；当数字信息为0时，载波相位不变。图 2-2 为 2PSK 波形图(为方便作图，在一个码元周期内画两个周期的载波)。1UI

4、I001w II i_f图2-2 2PSK信号波形图从图中可以看出，2PSK 信号可以看成是双极性基带信号乘以载波而产生的。必须强调的是：2PSK 波形相位是相对于载波相位而言的。因此，画2PSK 波形时必须先把载波画好，然后根据数字信息与载波相位的对应关系，画出2PSK 波形。2.1.3 2PSK 的调制（1）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

5、制方式。（2 ）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。（3） 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

6、n 分别表示二进制“ 1 ”和“ 0 ”。通信系统仿真-5-（4） 二进制移相键控信号的调制原理图如图2-3 所示.其中图是采用模拟调制的方法通信系统仿真-6-产生 2PSK 信号，图(b)是采用数字键控的方法产生2PSK 信号。Acos2 fct图2-4 2PSK调制器电平变换器的作用是将输入的数字信息变成双极性全占空数字基带信号，需注意的是相同的数字信息可以变换成两种极性相反的全占空数自己带信号，至于采用哪一种完全由调制规则决定如图2-5电平变换器输入输出波形(a)采用 1变O不变(b)采用 O变1不变。在本次课程设计中采用1变 O卜til-k% J-卜J07TfeiF1朝移相di(a)图

7、2-32PSK信号的调制原理图下面介绍产生 2PSK 信号的部件，即 2PSK 调制器。由以上分析可知,2PSK 可以采用相乘器来实现，其框图如下二进制信息s(t)电平交换器 I s)已调信号 2PSK(b)通信系统仿真-7-不变的准则。通信系统仿真-8-7 什十、（却JPSKfrt的功率图2-6 2PSK信号的功率谱由图 2-6 可知，2PSK 信号的功率谱是基带信号功率谱的线性搬移其频谱的主要带宽是二进制基带信号频谱主瓣宽度的两倍，即B2PSK2 fs2.1.5 2PSK 的解调由于 2PSK 信号的频谱中无载波分量，所以 2PSK 信号的解调只有相干解调，这种相干解调又称极性比较法。2P

8、SK 解调框图为：带通H Cd一低通e取祥!-=-滤波器判决需cos：c位足时图2-7 2PSK信号的相干解调2PSK 信号解调过程中的波形如图通信系统仿真-9- WWWA/WWWV/YYYVVA /Vm r图2-8 2PSK相干解调各点波形示意图图 2-8 是 2PSK 解调器在无噪声情况下能对2PSK 信号的正确解调。（a）是收到的 2PSK信号；（b）是本地载波提取电路提取的同频同相载波信号；（c）是接收的 2PSK 信号与本地载波相乘得到的波形示意图，此波形经过低通滤波器滤波后得到低通信号；（d）是取样判决器在位定时信号；（e）是对（d）波形取样，再与门限进行比较，做出相应的判决得到恢

9、复的信 号；需要注意的是判决规则应与调制规则一致。本次采用的调制规则为1变 0不变所以解调规则也用 1变0不变。即为取样值大于门限时判为0,当取样值小于门限值时判为 12.1.6 抗噪声性能的分析在实际通信系统中往往存在噪声，噪声会对判决值产生影响，即会产生误码率，一般假设信道的噪声为高斯白噪声，下面讨论2PSK 解调器在高斯白噪声干扰下的误码率：通信系统仿真-10-（1） 发端发 1时受到的 2PSK 信号为S2PSKtacos2 fct（ 2-7）带通滤波器的输出时信号加窄带噪声：通信系统仿真-11-acos2 fct nit amt cos2 fct nQt sin2 fct( 2-8)

10、上式与本地载波相乘后:经低通滤波后:(2-11)所以 x(t)的取样判决值的概率密度函数为:发端发 0时，收到的 2PSK 信号:带通滤波器的输出时信号加窄带噪声:上式与本地载波相乘后:经低通滤波后:(2-17)所以 x(t)的取样判决值的概率密度函数为:2acos2 fct nit a nit cos 2 fct nQt sin2 fct cos2fct(2-9 )! a nit ! a nit2 2cos4 fctt sin 42fct(2-10)a nI1.2ne2x a2(2-12)S2PSKt a cos2fct(2-13)acos2 fct nit a nit cos2fctnQt

11、sin 2 fct(2-14)2acos2 fct nit aD1t cos 2 fctnQsin2fct cos2fct(2-15)nit cos41 fctnQtsin42fct(2-16)nit通信系统仿真-12-综上所述可画出概率密度函数曲线:1.2ne2x a2(2-18)通信系统仿真-13-图2-9取样值概率密度函数示意图当 P（O）=P时，最佳门限应选在两条曲线的交点处。即从图可看出最佳判决门效应为0.所以发 1错判0概率为：P 0/1flx dx0_（ 2-19）P 0 /1- erfc、r2（2-20）发 0错判 1的概率等于发1错判 0概率P 1/0P 0/1-erfc i

12、（2-21）2根据图4-3-3 及上式可得 2PSK 相干解调器的误码率公式为C1 MPeerfc,r P 0 P 1 -erfc r（2-22）22式中ra2/2（2-23）2n2.2 Simuli nk的模型建立和仿真2.2.1 方案设计框图数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图2-10 所示通信系统仿真-14-信信数数信信信源道字信字道源受息编编调解译译信源码码制道调码码者器器器器器器噪声源图2-10数字通信系统模型222 建立模型框图2PSK 信号调制与解调的模型方框图如下所示，各模块的名称已标注在图上。上半部分 为调制部分，下半部分为解调部分。图2-11 2PSK

13、信号调制与解调模型2.2.3 参数设置建立好模型之后就要设置系统参数，以达到系统的最佳仿真。(1)正弦载波参数设置:通信系统仿真-15-Sine true:iTimt b宜空总出1/500*/ Int erpret uector E)aranetTEaz; L_D图2-12正弦波：4HZ 幅度+2设置依据：载波频率本来应该很高，但是为了波形观察方便，故频率设为4H 乙OutDUl a Ein电wa呃：oCCSme typetyres总賈旦Bl ock .: Li-ani ef_&rEi b me W aveAmp*Sin2稟冲iPreg.*t+PLas白)+de t e rm i ne

14、 s t Ire coimput a t ioitalthT&HEh!a.mpl e s pe r period = 2*pi / (Fre qiijencyt e chui (jue used. Th皀parsmet eXEin the two* Samp1 ekime)ffumb已工of offset saniDl es二Fhase片Saropl es er period. / C2*1)1)Usethis EamDltiaedtynei fnwnFi calDroblQIH due to iruniiLnE for larECtimes(住昌.ovexf 1口in. absolu

15、te tQCcur.i Parsjmet&iE；TimeAaplHuds:CO I Use sinul a tioiL十i EBias:FjUitricy (r&d/:9*piPhisa (rad):5am(pl tin:通信系统仿真-16-反相正弦波：4HZ,幅度-2设置依据：载波频率本来应该很高，但是为了波形观察方便，故频率设为 波反相，故幅度设为-2.(2 )与载波反相正弦波参数设置:图2-134HZ;又要求与载通信系统仿真-17-(3)伯努利二进制随机序列产生器:图2-14Bernoulli Random Binary Generator(伯努利二进制随机数产生器)是基

16、于采样的，其幅度设置为2,周期为3，占1比为2/3。图2-15设置依据：采用 1 变 0 不变调制，故极性设为Negative ”通信系统仿真-18-(5 )多路选择器参数设置:图2-16参数设置依据：当二进制序列大于 0 时，输出第一路信号；当二进制序列小于0 时，输出第二路信号。(6 )带通滤波器参数设置:通信系统仿真-19-J q小*: U “a-.、； ！.* .虫幽飢 mqiw-WwFi e lEdil Arifilys s Targefe View Wrico HelpD豪日邑b昭函E出厂鈕胡囤曰Cjr-ri FMtr Inf jrrriillunFt*qpift-ry的图2-17

17、带通滤波器参数：带通范围为27HZ1曰|工Qiuc-tLic： DrcebFbfiv RCraler8ctians 1dlHEhC3jgnBdlSo os.u-”1-120FncBNr_. F requer c? Spizliraoil fHccnriud& SfcccifcetonLowpass 19 Secrlv cirdot: B.msHEiDrterenliErorMfilmuin坪tterl Cpbuns_enytvE?tof a wcicnl gluefwch bondbekrw .vmopiv/lpsea-Vfeop205tDResponse： Tyue9Bmp亦IFEq

18、uJOOTIFatcfort:FpfilKSlFCSSS,2l-ztqc-：通信系统仿真-20-设置依据：载波频率为4HZ而基带号带宽为1HZ考滤到滤波器的边沿缓降，故设置为27H乙(7)低通滤波器参数设置：通信系统仿真-21-im山孑却：b沖?IllyM皿士卄即Pi e Edit Analjis Tajgete Wi=w Window日口炉炉口RU|勺囤国撈各E厂尿朗0囤目t?l Current - hei Inormstianhlsregr 图2-18低通滤波器参数设置：截止频率为1HZ设置依据：二进制序列的带宽为1HZ故取1H乙(8)取样判决器参数设置:图2-19取样判决器参数设置：门限

19、值取为0.5，取样时间为1ruriurH CiiRffd-Fnim l4ciFid-OrilrirEcdfcnsOrder:4Section2Mtdzi巴!teaSauroc:CcsicvicdStere Frter .0_- Fiirr Cr-ferDi FfTriinIrn-OeoQh MothwRESfliciiycidci:aMninrurr丁卄MfflnhFarily-tfcpMr口 訂|-i -l|r i , pi- - |ii Fi -Mrgnudp： FSpnrrfiraims-UnJH rnmiz-d ：Dt= 1J jJF窖|4aOODLhlw Q日|J_.2El step

20、： I 50wslnp:srtrlnU10=IESflDnSE ypr*EJtervsoifi.1.Dgyii通信系统仿真-22-设置依据：当大于0.5时输岀0,当小于0.5时输岀1,能达到在1变0不变的取样规则下正确解码的目的2.2.4 波形仿真图(1)调制部分通信系统仿真-23-012345678910Time offset: 0图2-20调制信号波形图(2)解调部分01234567B910Tme cffset: 0图2-21信噪比为10时解调信号波形图Scoj e伺皆 Q 理忆肿逼谒凹垢-5505 5055_,_,_,_,_,_,_a_,_JiiiIiii ! I |JI!|I !IIl

21、Ll ml. iilll IIIHl LTi ” Ih讥_ii 1J505vr y *| *罕 r 厂尸“ ilO上I山I通信系统仿真-24-图2-22信噪比为30时解调信号波形图图2-23信噪比为50时解调信号波形图通信系统仿真-25-2.2.5 不同信噪比下的误码率此时误码率为(2)信噪比设为 30:1 |Okfl-plAy(1)信噪比设为 10:通信系统仿真-26-di Block Para mete rs： M/JGM Channel图2-25此时误码率为(3)信噪比设为 50:通信系统仿真-27-图2-26此时误码率为：-D 3 1疗仝D ispl sy结果分析：通过理论指导，从仿真

22、中可以看出在2PSK 调制系统中由于存在信道干扰和码间干扰，会影响调制系统的性能，及存在一定的误码率，误码率与信噪比相关，当信噪比提高时。误码率下降。3.总结在老师和同学的帮助下我顺利的完成了这次课程设计，且这次课程设计使用了MATLAB的 Simulink 功能对 2PSK 系统进行建模仿真，使我们对数字调制有了更进一步的认识，也对MATLAB的 Simulink 有了一定的了解，熟悉了它的一些操作。在此再次感谢老师的指导和 同学的帮助，他们使我更好的完成了这次课程设计。对于我来说，收获最大的是方法和能力；那些分析和解决问题的能力。在整个课程设计 的过程中，我发现我们学生在经验方面十分缺乏，空有理论知识，没有理性的知识；有些东西可能与实际脱节。总体来说，我觉得像课程设计这种类型的作业对我们的帮助还是很大的， 它需要我们将学通信系统仿真-28-过的相关知识系统地