沈阳理工大学2DPSK系统仿真通信课设

1、沈阳理工大学通信系统课程设计报告 摘 要本文设计了差分编码移相键控(2DPSK)调制解调系统,并利用 Matlab MATLAB中SIMULINK通信系统仿真模型库进行2DPSK的建模仿真，对其仿真结果进行分析。通过模拟调制与相干解调组成模拟调制系统，设置滤波器，相乘器，码变换器以及抽样判决器等的参数设置实现仿真。利用仿真的结果,从基带信号的波形图可以衡量数字信号的传输质量;由系统的输入和输出波形图可以看出,仿真实验良好 ，克服了相干载波恢复中载波相位模糊的缺点，且抗噪声性能良好。关键词：MATLAB；Simulink；2DPSK；相干解调 I目 录1.课程设计目的12课程设计要求13. 相关

2、知识13.1课程设计内容13.2 MATLAB SIMULINK 软件简介13.3 基本原理24.课程设计方案34.1 2DPSK调制34.2 2DPSK解调45.系统仿真65.1 2DPSK调制与解调电路建模65.2 2DPSK调制65.3 2DPSK解调116.结果分析136.1仿真结果图136.2结果分析147.参考文献15II2DPSK系统仿真1.课程设计目的（1） 掌握2DPSK的调制与解调原理； （2）掌握仿真软件matlab的使用方法； （3）完成对2DPSK的调制与解调仿真电路设计，并对仿真结果进行分析。2课程设计要求（1）了解2DPSK系统包括几部分，及每部分的功能特性。（2

3、）就其调制解调部分，利用分立元件搭建电路。（3）掌握理论联系实践的方法。3. 相关知识3.1课程设计内容利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个2DPSK调制与解调系统。用示波器观察调制前后的信号波形，根据运行结果和波形来分析该系统性能。3.2 MATLAB SIMULINK 软件简介Simulink是Matlab 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分 析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作， 就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实 际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点

4、 Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字 信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用 于Simulink。 Simulink 是Matlab 中的一种可视化仿真工具，是一种基于Matlab 的框图设计环境， 是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系 统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink 可以用连续采样时间、离散采 样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部 分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink 提供了一个建立模型方块图 的图形用户接口(GUI

5、)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一 种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 Simulink 的功能：Simulink 是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模 型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理 系统，Simulink 提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执 行和测试。构架在Simulink 基础之上的其他产品扩展了Simulink 多领域建模功能，也 提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink 与Matlab 紧密集 成，可以直接访问 Matlab 大量

6、的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理 脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。 Simulink 的特点：丰富的可扩充的预定义模块库，交互式的图形编辑器来组合和 管理直观的模块图，以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理。通过 Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代 码。提供API 用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成。使用Embedded Matlab 块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB 算法，使用定步长或变步长运行仿真， 根据仿真模式，(Normal,Accelerator,

7、Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行 或以编译C 代码的形式来运行模型。图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设 计的性能和异常行为，可访问 Matlab 从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境， 定义信号参数和测试数据，模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错。3.3 基本原理 二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记为2DPSK。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。2DPSK方式即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，假

8、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只差），并设=数字信息1=0数字信息0数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如如下：数字信息： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 12DPSK信号相位 ：0 0 0 0 0 或 0 0 0 0 0画出的2PSK及DPSK信号的波形如图3.1所示。图3.1 2PSK及2DPSK信号的波形如图3.1所示，表示了数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系。4.课程设计方案4.1 2DPSK调制2DPSK调制信号需要经过码型变换，将绝对码变为相对码。一般来说，2DPSK信号有两种调试方法，即模拟调制法和键控法。2DPSK信号的的模拟

9、调制法框图如图4.1所示。相乘码变换 s(t) (t)载波图4.1模拟调制法如图4.1，其中码变换的过程为将输入的单极性不归零码转换为双极性不归零码。差分码可取传号差分码或空号差分码。其中，传号差分码的编码规则为 （4.1）称为差分编码（码变换），即把绝对码变换为相对码。式中，为模2加；为的前一码元，最初的可任意设定。其逆过程称为差分译码（码反变换），即 （4.2）2DPSK信号的的键控调制法框图如图4.2所示。基带信号差分变换反相器 载波输入选相开关已调信号图4.2键控法如图4.2，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。选相开关作用为当输入为数字信息“0” 时接

10、相位0，当输入数字信息为“1” 时接pi。 4.2 2DPSK解调2DPSK信号可以采用相干解调法（极性比较法）和差分相干解调法（相位比较法）。2DPSK的差分相干解调法其原理框图如图4.3所示。相乘器低通滤波器抽样判决器带通滤波器 2DPSK 数据 信号 输出延迟Ts 定时 脉冲 图4.3 差分相干解调如图4.3，差分相干解调不需要专门的本地相干载波，将2DPSK信号延时一个码元间隔Ts后与2DPSK信号本身相乘。相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经过低通滤波后再抽样判决，即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中不需要码反变换器。相干解调法原理框图和解调过程各点时间波形

11、如图4.4（a）和（b）所示。带通滤波器相乘器低通滤波器码（反）变换器抽样判决器 2DPSK 数据 信号 输出 本地 载波 定时 脉冲（a）（b）图4.4 2DPSK的相干解调如图4.4，相干解调的解调原理是：先对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的问题。5.系统仿真 5.1 2DPSK调制与解调电路建模图5.1 2DPSK调制与解调电路图5.2 2DPSK调制2

12、DPSK的调制采用模拟调制法。调制电路的主要模块是码型变换模块，它主要是完成绝对码波形转换为相对码波形，在实际的仿真中要先经过差分编码，再进行极性双变换，得到的信号与载波一起通过相乘器，就完成了调制过程。其中要注意的是在进行差分编码之后再进行极性变换之前要有一个数据类型转换的单元，前后数据类型一致才不会出错。在DPSK调制中，载波频率应比基带信号的频率大，故将载波的频率参数设置为2000*pi，抽样时间为0，其参数图如图5.2所示。将基带信号的抽样时间改成0.001，其参数图如图5.3所示。图5.2 载波参数设置 如图5.2所示， 载波的频率参数设置为2000*pi，抽样时间为0。图5.3 基

13、带信号参数设置如图5.3所示，基带信号的probability of a zero设置为0.5，initial seed设置为61, sample time设置为0.001。图5.4 Unipolar to Bipolar Converter参数设置如图5.4所示，在单极性到双极性变换中，M-ary number设置为2，极性为positive。图5.5 乘法器参数设置如图5.5所示，乘法器参数number of inputs设置为2，sample time设置为-1。码变换部分参数设置如图5.6、5.7、5.8所示图5.6 Logical Operator参数设置如图5.6所示，Logica

14、l operator参数operator设置为XOR，number of input ports设置为2，sample time设置为0.001。图5.7 Unit Delay参数设置如图5.7所示，unit delay的参数sample time设置为0.001。 图5.8 Data Type Conversion参数设置如图5.8，data type conversion的参数output data type mode设置为double ，sample time设置为0.001。 5.3 2DPSK解调仿真中我们采用相干解调法进行2DPSK解调，解调电路中有带通滤波器、相乘器、低通滤波器、

15、抽样判决器及码反变换组成。2DPSK相干解调原理是：对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。载波的参数设置同2DPSK调制的载波参数设置一致，可见图5.2。带通滤波器参数设置如图5.9所示。低通滤波器参数设置如图5.10所示。抽样判决器的参数设置如图5.11，5.12,5.13所示。 图5.9 带通滤波器参数设置如图5.9，带通滤波器的参数design method设置为butterworth，filter type设置为bandpass，filter order设置为8，lower passband edge frequency设置

16、为3*pi，upper passband edge frequency设置为4000*pi。图5.10 低通滤波器参数设置如图5.10，低通滤波器的参数design method设置为butterworth，filter type设置为lowpass，filter order设置为8，passband edge frequency设置为2000*pi。图5.11 抽样判决器参数设置图5.12 抽样判决器参数设置如图5.12，抽样判决器参数pulse type设置为time based，amplitude设置为1，period设置为0.001，pulse width设置为50。6.结果分析6.1

17、仿真结果图图6.1本地载波图6.2基带信号图6.3 2DPSK信号图6.4经过带通滤波器信号与本地载波相乘后信号图6.5经过低通滤波器后的信号图6.6 经过码反变换器后的信号6.2结果分析2DPSK的相干解调波形如仿真结果图所示，调制信号经过带通滤波器之后，与本地的载波相乘，然后通过低通滤波器，去除信号中的高频成分，得到包含基带信号的低频成分，然后抽样判决，得到基带信号的差分码波形。信号通过逆差分变换之后，便得到基带信号。在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，可能会发生和2PSK同样的现象，但经过码反变换得到的绝对码不会发生任何倒置的现象，故输出波形与基带信号波形相同。图6.6所示的波形虽然存在延迟，但是与6.2所表示基带信号的波形一致，所以最终解调结果是正确的。7.参考文献1 樊昌信，曹丽娜.通信原理M.国防工业出版社.2012.213-2202 徐明远，刘增