数字通信实验报告(DOC)

1、Digital Communication Project姓名： 王志卓学号： 514104001502在 PSK 调制时，载波的相位随调制信号状态不同而改变。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，此时它们就处于 “同相 ”状态；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 ”。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，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。PSK 相移键控调制技术在数据传输中，

2、尤其是在中速和中高速的数传机 （2400bit/s 4800bit/s ）中得到了广泛的应用。相移键控有很好的抗干扰性 ,? 在有衰落的信道中也能获得很好的效果。 主要讨论二相和四相调相， 在实际应用 中还有八相及十六相调相。PSK 也可分为二进制 PSK （2PSK 或 BIT/SK ）和多进制 PSK （ MPSK ）。 在这种调制技术中，载波相位只有 0 和 两种取值，分别对应于调制信号的 “0” 和“1。”传“1信“号时，发起始相位为 的载波；当传 “0信”号时，发起始相位为 0 的载波。由 “0和”“1表”示的二进制调制信号通过电平转换后，变成由 “和1”“1表” 示的双极性 NRZ

3、 （不归零）信号，然后与载波相乘，即可形成 2PSK 信号，在 MPSK 中，最常用的是四相相移键控，即 QPSK（ QuadraturePhaseShiftKeying ），在卫星信道中传送数字电视信号时采用的就 是 QPSK 调制方式。可以看成是由两个 2PSK 调制器构成的。输入的串行二进 制信息序列经串 并变换后分成两路速率减半的序列， 由电平转换器分别产生双 极性二电平信号 I（t）和 Q（t），然后对载波 Acos2fct 和 Asin2 fct进行调制， 相加后即可得到 QPSK 信号。PSK 信号也可以用矢量图表示，矢量图中通常以零度载波相位作为参考相 位。四相相移调制是利用载

4、波的四种不同相位差来表征输入的数字信息， 是四进 制移相键控。 QPSK 是在 M=4 时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为 45°，135°，225°，315°。调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进 制的载波相位配合起来， 则需要把二进制数据变换为四进制数据， 这就是说需要 把二进制数字序列中每两比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10 ，11，其中每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成 的，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。 QPSK 中每次调制可传输 2 个信息比特， 这些信息比特是通过载波的四

5、种相位来传递的。 解调器根据星座图 及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。与模拟通信系统相比， 数字调制和解调同样是通过某种方式， 将基带信号的 频谱由一个频率位置搬移到另一个频率位置上去。 不同的是， 数字调制的基带信 号不是模拟信号而是数字信号。在大多数情况下， 数字调制是利用数字信号的离散值去键控载波。 对载波的 幅度、频率或相位进行键控，便可获得 ASK 、FSK、PSK 等。这三种数字调制 方式在抗干扰噪声能力和信号频谱利用率等方面，以相干 PSK 的性能最好，已 在中、高速传输数据时得到广泛应用。在同步解调的 PSK 系统中，由于收端载波恢复存在相位含糊的问题，即恢复

6、的载波可能与未调载波同相，也可能反相，以至使解调后的信码出现“0、”“1倒置，发送为 “1码”，解调后得到 “0码”；发送为 “0码”，解调后得到 “1码”。这是不 希望的，为了克服这种现象，人们提出了相对移相方式。相对移相的调制规律是： 每一个码元的载波相位不是以固定的未调载波相位 作基准的， 而是以相邻的前一个码元的载波相位来确定其相位的取值。 例如，当 某一码元取 “1时”，它的载波相位与前一码元的载波同相；码元取 “0时”，它的载 波相位与前一码元的载波反相。相对移相可通过对信码进行变换和绝对移相来实现。 将信码经过差分编码变 换成新的码组 相对码，再利用相对码对载波进行绝对移相， 使

7、输出的已调载 波相位满足相对移相的相位关系。在相移键控中， 在波相位受数字基带信号的控制， 如在二进制基带信号中为 0 时，载波相位为 0 ，为 1 时载波相位为 ，载波相位和基带信号有一一对应的 关系。2PSK信号用载波相位的变化来表征被传输信息的状态，通常规定 0 相位载 波和 相位载波分别表示传“ 1”和传“ 0”。设二进制单极性码为 an, 其对应的双极性二进制码为 bn, 则 2PSK信号的一般时域 信号可以表示为：(3.1.1)=1（当 =1 时，概率为 1-P）则时域信号可以变为(3.1.2)(3.1.3)由此可知 2PSK 信号是一种双边带信号，功率谱为：= = +G + G(

8、3.1.42PSK 信 号 的 带 宽 为 （3.1.5）式中 为码元速率。值得注意的是，2PSK 码元序列的波形与载频和码元持续时间之间的关系有 关。当一个码元中包含有整数个载波周期时， 在相邻码元的边界处波形是不连续 的，或者说相位是不连续的。 当一个码元中包含的载波周期数比整数个周期多半 个周期时，则相位连续。 当载波的初始相位差 90度时，即余弦波改为正弦波时， 结果类似。以上说明，相邻码元的相位是否连续与相邻码元的初始相位是否相同 不可混为一谈。 只有当一个码元中包含有整数个载波周期时， 相邻码元边界处的 相位跳变才是由调制引起的相位变化。2PSK 信号的产生方法主要有两种。 第一种

9、叫相乘法， 是用二进制基带不归 零矩形脉冲信号与载波相乘，得到相位反相的两种码元。第二种方法叫选择法， 是用此基带信号控制一个开关电路，以选择输入信号，开关电路的输入信号是相位相差 的同频载波。这两种方法的复杂程度差不多，并且都可以 用数字信号处理器实现。如图 3-1载波2PSK 的调制框图四进制绝对相移键控 ( 4PSK) 直接利用载波的四种不同相位来表示数字信息 4PSK 信号相位 n矢量图如图 3-610 90o000o11 180o参考相位10225o315o01270o图 3-6 4PSK 信号相位 n 矢量图由于每一种相位代表两个比特信息， 因此每个四进制码元可以用两个二进制码 元

10、的组合来表示。两个二进制码元中的前一比特用 a 来表示，后一比特用 b 表示， 则双比特 ab 与载波相位的关系如下表 3-1双比特 ab 与载波相位的关系表 3-1 双比特 ab 与载波相位的关系双比特码元载波相位( n)abA 方式B方式000o225o1090o315 o11180o45 o01270o135 o四进制信号可等效为两个正交载波进行双边带调制所得信号之和。 这样，就把 数字调相和线性调制联系起来，为四相波形的产生提供依据。3.2.2 4PSK 信号调制和解调（1）4PSK调制原理：4PSK 的调制方法有正交调制方式（双路二相调制合成法或直接调相法） 、相位选择法、插入脉冲法

11、等。这里我们采用正交调制方式。4PSK 的正交调制原理如图 3-7它可以看成是由两个载波正交的 2PSK调制器构成的。图中串/ 并变换器将输入的 二进制序列分为速度减半的两个并行双极性序列 a和 b（a,b 码元在事件上是对 齐的），再分别进行极性变换 , 把极性码变为双极性码（ 0-1 ，1+1）然后分别 调制到 和 t 两个载波上，两路相乘器输出的信号是相互正交的抑制载波的双边带调制（ DSB）信号，其相位与各路码元的极性有关，分别由 a 和 b 码 元决定。经相加电路后输出两路的合成波形， 即是 4PSK信号。图中两个乘法器， 其中一个用于产生 00与 180o两种相位状态， 另一个用于

12、产生 90o与 270o 两种相位 状态，相加后就可以得到 45o，135o， 225o，和 315o 四种相位状 （2）4PSK解调原理4PSK信号是两个载波正交的 2PSK 信号的合成。所以，可以仿照 2PSK相干 检测法，用两个正交的相干载波分别检测两个分量 a 和 b，然后还原成二进制双 比特串行数字信号。 此法称作极性比较法 （相干解调加码反变换器方式或相干正图 3-8 4PSK 解调原理=A在不考虑噪声及传输畸变时，接收机输入的 4PSK 信号码元可表示为(3.2.1)式中 为 45o，135o，225o，315o 四个相位值。带通滤波器输出的两路信号 yA =yB =yi(3.2

13、.2)两路相乘器输出分别为=A +(3.2.3)= A=- +(3.2.4)低通滤波器输出为3.2.5)抽样判决器的判决准则如下表 3-2：表 3-2 抽样判决器的判决准则输入相位的极性的极性判决器输出ab45o+11135 o-+01225 o-00315 o+-10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. 两路抽样判决器输出 a、 b，经并/ 串变换器就可将并行数据恢复成串行数据。程序代码：2PSK： clc clear all len = 80000;for SNR = -5:20% 基带调制信号形成 % ds0=randint(1,len);ds = 2*d

14、s0-1;%映射 ss = awgn(ds,SNR,'measured');% 相干解调 % ss_low1 = ss;% ss_low1 = ss1;% figure(2)% plot(ss_low1);z = zeros(1,length(ds0);for i = 1:length(z)if ss_low1(i) > 0z(i) = 1;elsez(i) = 0;endend% figure(2)% plot(z);pe1(SNR+6) = pecal(z,ds0)pe0(SNR+6) = 1/2*erfc(sqrt(10(SNR/10) endfigure(1)SN

15、R = -5:20plot(SNR,pe1),hold on; text(SNR(8),pe1(8),'leftarrow pe1','FontSize',10);plot(SNR,pe0); text(SNR(8),pe0(8),'leftarrow pe0','FontSize',10);4PSK：clcclear alllen = 10000;for SNR = -8:17% 基带调制信号形成 % ds0=randint(1,len);ds = 2*ds0-1;%映射% 并 串 转 换 时%data_len1 = lengt

16、h(ds);% 包含了 2 倍内插for i = 2:2:data_len1ds_Q(i/2) = ds(i);endfor i = 1:2:data_len1ds_I(i+1)/2) = ds(i);endI_out = awgn(ds_I,SNR,'measured');Q_out = awgn(ds_Q,SNR,'measured');% 相干解调 % ss_lowI = I_out;ss_lowQ = Q_out;for i = 1:length(ss_lowI) if ss_lowI(i) > 0 ss_lowI(i) = 1;elsess_lowI(i) = 0; endendfor i = 1:length(ss_lowQ) if ss_lowQ(i) > 0 ss_lowQ(i) = 1;elsess_lowQ(i) = 0; endend% figure(2)% plot(ss_lowI);k = 1;for i = 1:length(ss_lowI) ss_low1(k) = ss_lowI(i); ss_low1(k+1) = ss_lowQ(i); k = k+2;end z = ss_low1;pe1(SNR+9) = pecal(z,ds0)pe0(SNR