基于MATLAB数字信号2PSK调制与解调及其仿真

1、基于MATLA激字彳t号2PS领制与解调及其仿真本论文将对2PSK(二进制移相键控)波形的产生和仿真过程进行详细的介绍。利用MATLAB实验平台实现对数字信号二进制移相键控(2PSK)的调制与解调的模拟。具体是使用键控法来产生信号的调制和解调。这对2PSK信号波形的调制可以有一个更好的理解。同时也将会加深对数字信号调制与解调的认知。1 .引言12 .设计依据及框图22.1 设计任务22.2 设计平台22.3 设计原理23 .基于MATLAB勺2PSK系统仿真53.1 MATLAB仿真代码63.2 仿真波形图84 .结论115 .心得体会111 .引言随着社会经济的进步电子技术产业有了飞快的发展

2、，同时通信技术也从原先的模拟通信朝向数字化、宽带化、网络化、和智能化的方向发展；随着高科技的研发电子产品的不断更新，人们在对各种通信的要求将会变得更高，也会有越来越多的新技术将不断地运用到通信领域之中，一些更先进的通信业务将会不断地被开发出来1。在数字基带的传输系统中，由于数字基带信号不能够在带通传输信道正常传输，为了让数字基带信号可以在信道中有效的传输，所以信道传输特性应该为低通形式。但在实际的信道传输中，绝大部分的信道有着带通传输特性。而在带通传输特性的信道中数字基带信号不可以直接传输。为了能够得到信号同信道相匹配的特性，数字基带信号要对载波信号进行相关的调制。2利用数字基带信号来控制信号

3、的载波，数字调制过程是：把数字基带信号转换成数字带通信号。而数字解调的过程是：在信号接收端，利用解调器把带通信号恢复成数字基带信号3。一般情况下人们把调制与解调过程的数字的传输系统称之为数字频带的传输系统。频带传输也称为带通传输(band-passtransmission)载波传输(carriertransmission)1。其中数字调制的基本结构如下图:图1-1数字调制系统基本结构图1数字和模拟调制有着一样的原理，通常数字调制信号可以利用模拟的调制方法来实现。利用数字键控法来实现数字的调制信号称之为键控法。可以对载波信号的相位、振幅还有频率进行键控。可获得振幅键控(Amplitudeshif

4、tkeying,ASK)、频移键控(Frequencyshiftkeying,FSK)和相移键控(Phaseshiftkeying,PSK)4°数字调制的方法有两种，一种是多进制调制法；另一种是二进制调制法。在二进制调制中，信号参量取值仅仅只有两个可能性，分别代表二进制数中的0和15。本文采用二进制调制即对2PSK信号的主要原理与及2PSK相干解调系统的性能进行了仿真和分析，因此我们可以更清晰的认识数字调制的方式。2 .设计依据及框图2.1 设计任务利用MATLAB编程实现2PSK调制与解调过程，输出其调制及解调过程中的波形，与及加入噪声后的波形，讨论其调制和解调效果。2.2 设计平

5、台Matlab是由美国MATHWORKS公司推出的一款以科学计算和工程仿真的软件，它的名称源自矩阵实验室(MatrixLaboratory),是一款专门以矩阵的形式处理数据的软件冏。MATLAB把高性能的编程、科学计算和结果可视化集中在一个容易操作的环境当中，还提供了许多内置函数，具有着强大的绘图功能和矩阵计算，对信息处理、科学计算、控制系统等领域的分析、仿真和设计工作非常的适用7。目前，世界范围内的科研工作者、工程技术人员和院校师生都有着广泛的应用I8。它主要包括MATLAB和Simulink两大部分。其中矩阵是MATLAB基本的数据单位，数学、工程中常用的形式和它的指令表达式非常类似，和C

6、,FORTRAN等语言来比利用MATLA眯完成相同的事情要来得方便很多9。目前版本的MATLAB软件可以直接进行调用，用户可以把自己编写好的实用程序导入到Matlab函数库中为自己日后的调用提供方便，除此之外也有很多的Matlab喜好者已经写好了许多经典程序，用户要用时可以直接对其进行下载10。2.3 设计原理数字信号传输方式有两种，分另是基带传输与带通传输.利用数字传输基带信号来控制载波，把数字传输基带的信号变成数字传输带通信号的过程叫数字调制11。数字调制技术的方法有两种：其中一种是用模拟信号调制的方法来实现数字基带信号的调制。而另一种方法是由于数字信号具有离散的取值特点，从而利用数字信号

7、的这个特点通过开关键来控制载波，从而实现数字调制。通常叫这种方法键控法，比如说对载波的相位进行键控，就能够得到相移键控的基本调制方式12。2PSK的基本原理：相移键控是信号振幅和频率保持不变，而利用载波的相位发生的变化来传递数字信号信息13。在二进制移相键控中，一般是利用初始相位兀和0来表示二进制0”和1”。因此，2PSK信号的时域表达式为e>psktAcosJn其中，出表示第n个符号的绝对相位：0发送“0”时n发送“1”时因此，式(2.3-1)也可写为(Acostu.t概率为P,时期，口叫t概率为1-P(2.3-1)(2.3-2)(2.3-3)典型的2PSK时间波形如图2-1所示。因为

8、信号码元的两种表示为相同的波形，相反的极性，所以二进制移相键控信号可以看作是一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波信号的积，即e2psktstcosct(2.3-4)其中stangtnTs脉宽为Ts的单位矩形脉冲为g(t),而an的统计特性表示为1概率为Pan-1概率为1-P(2.3-5)图2-12PSK信号的时间波形142PSK信号的主要产生方法有两种如2N图。第一种方法是相乘法也叫模拟调制方法，只要数字基带信号为双极性，并不含直流分量，就可以用这种方法产生；第二种方法是方法是相位选择法(开关选通法、键控法)。用基带信号所代表的数值来选择这些相位，也可以利用被控制的延迟提供所需载波相移量

9、，再由基带信号通过开关阵列去控制相移量大小15。双极性不归春(a)模拟调制方法开美屯贬(b)键控法图2-22PSK信号键控法调制原理框图142PSK信号是DSB信号，它的解调不能采用包络检测法，通常只能采用相干解调法,解调器原理如图2-3所示：图232PSK信号的解调14二进制移相键控(2PSK)信号解调简要的工作原理分析如下。在不考虑噪声的情况下，带通滤波器的输出表达式为：ytcosctn(2.3-6)式中：如为2PSK信号其中之一码元的初相。加=0时，即看作是数字“0;”加=兀时，即看作是数字1。与同步载波信号COSwct相乘后，输出为：(2.3-7)ztcosctncosct1/2cos

10、n1/2cos2ctcncnc信号通过低通滤波器过滤高频分量之后，得到解调器的输出为:xt1/2cosn1/2-1/2(2.3-8)根据发送端产生2PSK信号日n（0或兀）看作是数字信息（收端x（t）与少n的关系的特性，抽样判决器的判决准则为：x0判为0x0判为1“1”或“0”)的规定，以及接(2.3-9)二进制移相键控（2PSK）的基准相位与二进制移相键控（其中x为x（t）在抽样时刻的值。信号中的相干解调各点的时间波形如2-4图。假设相干载波2PSK）信号的基准相同。因为二进制移相键控信号的载波恢复过程中存在着180。的模糊相位，恢复的本地载波信号与所要求的相干载波信号相同或相反，这样的相位

11、关系中不确定性将导致解调出的数字基带信号与发送端的基带信号相反，从而把“1转换成了“0；把”0转换成了“1；通过判决器输出的数字基带信号也全部出错。通常把这种现象叫作二进制移相键控（2PSK）方式的“反相工作”或倒兀现象14。这也是致使二进制移相键控（2PSK）在实际生活中较为少使用的最质要的原因。图2-42PSK信号相干解调各点的时间波形143.基于MATLAB的2PSK系统仿真3.1 MATLAB仿真代码clearall;closeall;clc;max=20g=zeros(1,max);g=randint(1,max);%长度为max的随机二进制序列f=6;t=0:2*pi/99:2*p

12、i;%初始定义cp=;mod=;bit=;forn=1:length(g);%调制过程ifg(n)=0;cp1=ones(1,100);bit1=zeros(1,100);elseg(n)=1;cp1=-ones(1,100);bit1=ones(1,100);endc=sin(f*t);cp=cpcp1;mod=modc;bit=bitbit1;endpsk=cp.*mod;figure(1)subplot(1,1,1);plot(bit,'Linewidth',1.5);%线型绘制gridon;%显示坐标网格title('二进制信号序列');%标题显示Xlabel('时间/S');Ylabel('幅度/V');axis(0100*length(g)-22);figure(2)subplot(1,1,1);plot(psk,'Linewidth',1.5);%线型绘制gridon;%显示坐标网格title(&