PSK调制与解调系统的仿真

1、科类 理工科 编号（学号） 本科生毕业论文（设计）调制与解调系统的仿真The simulation of PSK modulation and demodulation system秦安东指导教师： 赵红伟 （讲师）云南农业大学 昆明 黑龙潭 650201学 院： 基础与信息工程学院 专 业： 电子信息工程 年级： 论文（设计）提交日期： 答辩日期： 答辩委员会主任： 云南农业大学年月目录摘要6 ABSTRACT41.前言42.设计原理4 2.1 2PSK信号的调制与解调52.1.1 2PSK信号的调制原理52.1.2 2PSK信号的解调原理5 2.2 4PSK信号的调制与解调52.

2、2.1 4PSK信号的调制原理52.2.2 4PSK信号的解调原理5 2.3 8PSK信号的调制与解调52.3.1 8PSK信号的调制原理52.3.2 8PSK信号的解调原理53仿真结果74.1 2PSK信号的仿真结果如下图所示64.2 4PSK信号的仿真结果如下图所示74.3 8PSK信号的仿真结果如下图所示65.心得体会8参考文献9致谢18附录19摘 要用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。键控法，如对载波的相位进行键控，便可获得相移键控（PSK）基本的调制方式。由于PSK在生活中有着广泛的应用，本论文详细介绍了PSK波形的产生和仿真过程。我们可以系统

3、的了解基本原理，以及得到数字调制波形的方法。利用MATLAB仿真可更好的认识2PSK信号波形的调制过程。关键词：数字调制、2PSK、调制与解调、Matlab仿真 ABSTRACT1.前言 课程设计需要运用MATLAB编程实现2PSK调制解调过程，并且输出其调制及解调过程中的波形，讨论其调制和解调效果。2. 设计原理2.1 2PSK信号的调制与解调数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带

4、通信号的过程称为数字调制。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）基本的调制方式。 图1 相应的信号波形的示例 1 0 12.1.12PSK信号的调制原理数字调相：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

5、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。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和分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为(t)=Acost+) 其中，表示第n个符号的绝对相位：= 因此，上式可以改写为 图2 2PSK信号波形

6、2PSK信号的调制原理框图如下图3所示：2PSK信号的调制原理框图说明：2psk调制器可以采用相乘器，也可以采用相位选择器就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)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s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。 2PSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能进行相干解调。2.1.22PSK信号的解调原理2PSK信号的解调方法是相干解调法。由于PSK信号本身就是利用相位传递信息的，所以在接收端必

7、须利用信号的相位信息来解调信号。下图2-3中给出了一种2PSK信号相干接收设备的原理框图。图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。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0.2PSK信号相干解调各点时间波形如图 3 所示. 当恢复的相干载波产生180°倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调器输出数字基带信号全部出错.图 32PSK信号相干解调各点时间波形 这种现象通常称为"倒"现象.由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180°的相位模糊,所以2PSK信号的

8、相干解调存在随机的"倒"现象,从而使得2PSK方式在实际采用. 2PSK信号的解调原理框图如下图所示：带通滤波相乘低通滤波抽样判决本地载波提取V（t）定时脉冲cost2PSK解调器 2PSK信号的解调原理框图说明：由于PSK信号的功率谱中五载波分量，所以必须采用相干解调的方式。在相干解调中，如何得到同频同相的本地载波是个关键问题。只有对PSK信号进行非线性变换，才能产生载波分量。2PSK信号经过带通滤波器得到有用信号，经相乘器与本地载波相乘再经过低通滤波器得到低频信号v(t)，再经抽样判决得到基带信号。2.2 4PSK信号的调制与解调四进制绝对相移键控(4PSK)直接利用载

9、波的四种不同相位来表示数字信息。如图2所示参考相位000o11 180o01 270o10 90o45o 11135o 0100225o10315o参考相位图2 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与载波相位的关系入下表1：表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

10、制联系起来，为四相波形的产生提供依据。2.2.14PSK信号的调制原理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、插入脉冲法等。这里我们采用正交调制方式。4PSK的正交调制原理如图3：串/并变换单/双极性换单/双极性换×移相/2载波震荡+acosctsinct-+输入4PSK输出b×图3 4PSK正交调制原理方框图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c

11、osct和sinct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0o与180o两种相位状态，另一个用于产生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。2.2.24PSK信号的解调原理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

12、换器方式或相干正交解调发）如图4带通滤波器××低通滤波器抽样判决抽样判决并/串变换正交载波源4PSK输入yi(t)yB(t)cosctsinctyA(t)zB(t)xA(t)zA(t)xB(t)ab位定时低通滤波器图4 4PSK信号解调器原理方图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 （2.2.1）表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+11-+01-00+-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如表2所示。2.38PSK信号的调制与解调2.

13、3.18PSK信号的调制原理2.3.28PSK信号的解调原理4.仿真结果 说明：基带信号经过调制系统生成PSK信号，信道中可能会有噪音干扰，经过带通滤波器过滤出有用信号。说明：信道内的PSK信号经过带通滤波器过滤出有用信号，经过相乘器和载波信号相乘，所得信号通过低通滤波器得到低频信号，再经抽样判决得到基带信号。5.心得体会一周的基于MATLAB的数字调制信号仿真分析课程设计让我获益颇深。更加深入的掌握了MATLAB软件的使用，了解了数字调制的基本原理和主要过程，进一步学习了信号的传输的有关内容。在这一周的时间内我经常往返于图书馆，查阅相关资料，发现自己的知识水平有限，需要学习的东西还有很多很多

14、。另外，在这次课程设计中，我充分利用了网络资源，终于让其发挥了有用的一面。设计过程中老师主要锻炼我们的自主能力，我们查阅资料的同时，当遇到不解的时候，老师的不吝指导，我的课程设计才得以在规定的时间内高效完成。通过这次课程设计，我学会了很多，收获了很多，并且加强了我的自主能力、动手能力和独立思考、团结协作的能力。参考文献：1樊昌信 通信原理 电子工业出版社2王秉军等 通信原理 北京：清华大学出版社3曹志刚等 现代通信原理 北京：清华大学出版社4刘卫国 MATLAB程序设计与应用（第二版） 高等教育出版社5王嘉梅基于MATLAB的数字信号处理与时间开发西安电子科技大学出版社附：程序清单 2PSK基

15、于MATLAB的程序代码：clear all; close all; fs=8e5;%抽样频率 fm=20e3;%基带频率 n=2*(6*fs/fm); final=(1/fs)*(n-1); fc=2e5; % 载波频率 t=0:1/fs:(final); Fn=fs/2;%耐奎斯特频率 %用正弦波产生方波 %= twopi_fc_t=2*pi*fm*t; A=1; phi=0; x = A * cos(twopi_fc_t + phi); % 方波 am=1; x(x>0)=am; x(x<0)=-1; figure(1) subplot(321); plot(t,x); ax

16、is(0 2e-4 -2 2); title('基带信号'); grid on car=sin(2*pi*fc*t);%载波 ask=x.*car;%载波调制 subplot(322); plot(t,ask); axis(0 200e-6 -2 2); title('PSK信号'); grid on; %= vn=0.1; noise=vn*(randn(size(t);%产生噪音 subplot(323); plot(t,noise); grid on; title('噪音信号'); axis(0 .2e-3 -1 1); askn=(ask

17、+noise);%调制后加噪 subplot(324); plot(t,askn); axis(0 200e-6 -2 2); title('加噪后信号'); grid on; %带通滤波 %= fBW=40e3; f=0:3e3:4e5; w=2*pi*f/fs; z=exp(w*j); BW=2*pi*fBW/fs; a=.8547;%BW=2(1-a)/sqrt(a) p=(j2*a2); gain=.135; Hz=gain*(z+1).*(z-1)./(z.2-(p); subplot(325); plot(f,abs(Hz); title('带通滤波器

18、9;); grid on; Hz(Hz=0)=10(8);%avoid log(0) subplot(326); plot(f,20*log10(abs(Hz); grid on; title('Receiver -3dB Filter Response'); axis(1e5 3e5 -3 1); %滤波器系数 a=1 0 0.7305;%1 0 p b=0.135 0 -0.135;%gain*1 0 -1 faskn=filter(b,a,askn); figure(2) subplot(321); plot(t,faskn); axis(0 100e-6 -2 2); title('通过带通滤波后输出'); grid on; cm=faskn.*car;%解调 subplot(322); plot(t,cm); axis(0 100e-6 -2 2); grid on; title('通过相乘器后输出'); %低通滤波器 %= p=0.72; gain1=0.14;%gain=(1-p)/2 Hz1=gain1*(z+1)./(z-(p); subplot(323); Hz1(Hz1=