2PSK系统课程设计

《通信原理》课程设计说明书鉴于Matlab的2PSK系统设计学院：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师:职称副教授通信工程通1302班学：2年5达成时间：016月专业：通信工程学院：电气与信息工程学院专业：通信工程指导教师课题名称于TLAB、设计任务利用MATLAB设计个2PSK系统。二、设计内容内2PSK系统中包含调制、加噪滤噪与解调部分，详细内容以下:容(1)产生基带信号；及(2)产生已调信号；鉴MA的2PSK系统设计(3)已调信号经过高斯白噪声信道；任(4)对信号输出端的混淆信号中的噪声进行滤除;务5)设信号的解调;裁决码元重生。三、设计要求出一个2PSK系统，对2PSK系统进行仿真剖析，并编写设计说明书。资［4料主［1］樊昌信，曹丽娜.通信原理［M］.北京：国防工业第一版社,2015.要［2］刘晓东，董辰辉.MATLAB从入门到精晓［M］.北京:人民邮电第一版社参考［3］常华，袁刚，常敏嘉.仿真软件教程.北京:清华大学第一版社,2006.5］朱阳燕.鉴于MATLAB的2PSK系统仿真［J］・科技信息，2008(17):82.,20103/4033教研室*意见教研室主任:年月日现代通信系统是一个十分复杂的工程系统，通信系统设计研究也是一项十分复杂的技术。因为技术的复杂性，在现代通信技术中，愈来愈重视采纳计算机仿真技术来进行系统剖析和设计。跟着电子信息技术的发展，已经从仿真研究和设计协助工具，发展成为今日的软件无线电技术，这就使通信系统的仿真研究拥有更重要和更适用的意义。课程设计第一介绍了课题的研究背景及意义和课题的研究内容，其次描绘了2PSK系统的有关知识理论，侧重解说了2PSK系统的两种调制方式：模拟调制法和键控法，和它的解调方式，相关解调。而后在掌握了2PSK系统原理的基础上利用MATLAB软件对数字调制方式2PSK进行了编程仿真切现，MATLAB是一个用于电路与通信系统设计、仿真的动向系统剖析工具，可用于信号办理、滤波器设计及复杂的通信系统数学模型的成立等。在MATLAB平台上成立2PSK调制和解调技术的仿真模型，并在成立模型过程中加入一个加噪滤噪的过程。构想好2PSK系统设计的流程后即可在MATLAB仿真平台长进行2PSK系统的调制与解调，加噪和滤噪，并对仿真模型进行剖析，得出仿真系统的波形图，能够更直观的认识其系统的工作流程，得出更好的结论。经过2PSK系统的仿真过程进一步学习了MATLAB编程软件，将MATLAB与通信系统中数字调制解调知识联系起来，从理论学习的轨道逐渐引向实质应用，为此后在通信领域学习和研究打下基础。重点词：数字调制和解调；MATLAB；2PSK绪论TOC\o"1-5"\h\z11课题的研究背景与意义1课题的研究内容122PSK系统有关知识理论22P系统的基本介SK绍22P系统的基来源SK理2系统的调2PSK制3系统的解2PSK调4本章小结5鉴于MATLAB的2PSK系统设计6系统仿真平台简介62P系统构造搭SK建62P系统参数设置及调用函SK数8本章小结1042PSK系统仿真及剖析11已调信号的产生11已调信号的解TOC\o"1-5"\h\z调13仿真结果剖析14本章小结14结束语15参照文件16谢致17附录程序清单18绪论课题的研究背景与意义通信的主要任务就是靠谱并有效地实现信息的传输，实质的通信系统是复杂的大规模系统，在噪声和各样随机要素的影响下，要达成实质设计的通信系统的实验研究比较困难，有时要改变系统的某一两个参数即可能意味着整个系统需要重做。利用MATLAB进行系统仿真，拥有经济靠谱简易等特色，在工程领域中获取了宽泛应用。最近几年来数字通信因为其抗扰乱能力强、便于进行各样数字信号办理、易于实现集成化、经济效益正追上或超出模拟通信等长处在近20年来获取了快速的发展。进入20世纪以来，跟着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信快速发展。特别是在20世纪后半叶，跟着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成就的问世，鉴于PSK的数字通信技术在以下几个不同方向都获得了巨大的成功。（1）微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。（2）超声波水下通信编码，解决了载人潜水器之类的水下运动工具的通信问题，使国内外开始深入研究水下通信问题。（3）鉴于PSK技术的电力线通信因为拥有投资少、无需从头布线、覆盖范围广、保护成本低等长处，获取宽泛的应用。2PSK在数字通信中应用十分宽泛，2PSK是相移键控的最简单的一种形式，它用两个初相相隔为180的载波来传达二进制信息。因为2PSK拥有优秀的抗扰乱性和频带利用率，所以在中高速数字通信中获取了宽泛的应用。课程设计利用MATLAB进行系统设计仿真，其长处是便于实现，减少了设计和开发的时间成本。课题的研究内容课题主要对2PSK信号的原理及其相关解调系统性能进行了剖析和仿真。这样能够对数字调制方式有一个更清楚的认识。经过MATLAB软件，仿真2PSK调制与解调的详细过程，加深对2PSK调制与解调技术的掌握。1

2PSK系统有关知识理论2PSK系统的基本介绍数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。但是，实质中的大多半信道因拥有带通特征而不可以直接传递基带信号，这是因为数字基带信号常常拥有丰富的低频重量。这使数字信号在带通信道中传输，一定用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特征相般配。这类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。在接收端经过解调器把带通信号复原成数字基带信号的过程称为数字解调。往常把包含调制和解调过程的数字传输系统叫做数字带通传输系统。一般来说，数字调制与模拟调制的基来源理同样，可是数字信号有失散取值的特色。所以数字调制技术有两种方法：（1）利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制当作是模拟调制的一个特例，把数字基带信号看作模拟信号的特别状况办理；（2）利用数字信号的失散取值特色经过开重点控载波，进而实现数字调制。这类方法往常称为键控法，比方对载波的振幅、频次和相位进行键控，即可获取振幅键控、频移键控和相移键控三种基本的数字调制方式。2PSK系统的基来源理2PSK，二进制移相键控方式，是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的一种数字调制方式。就是依据数字基带信号的两个电平（或符号）使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。两个载波相位往常相差180度，此时称为反向键控（PSK）,也称为绝对相移方式。相移键控是利用载波的相位变化来传达数字信息，而振幅和频次保持不变。2PSK信号码元的“0”和“1”分别用两个不同的初始相位“0”和“”来表示，而其振幅和频次保持不变.所以，2PSK信号的时域表达式为：e2PSKe2PSK(t)AcQs()cn(1)0此中，表示第n个符号的绝对相位:1发送“0”时(2)(2)发送“1”时所以，上式能够改写为：Acosct概率为P膈⑴3）AcosJ概率为1P这类以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方，称为二进制这类以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方，称为二进制Ts图1移相键控波形图2PSK系统的调制2PSK信号的产生方法往常有两种：模拟调制法和键控法。一般的模拟幅度调制的方法，用乘法器实现；数字键控法的开关电路受s（t）控制。2PSK信号基本的解调方法是相关解调。在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号失散变化时，则产生二进制移相键控（2PSK）信号。2PSK信号调制有两种方法，即模拟调制方法和键控法。往常用已调信号载波的0°和180°分别表示二进制数字基带信号的1和0。就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，不过对s（t）要求不同，所以2PSK信号能够看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。模拟调制法用两个反相的载波信号进行调信。2PSK以载波的相位变化作为参照基准的0相的载波信号进行调信。2PSK以载波的相位变化作为参照基准的0当基带信号为时相位有关于初始相位为0°，当基带信1时有关于初始相位为180°。模拟调制法号为理图如图2所示。双极性不归零s(t)e2PSK(t)s(t)码型变换乘法器

cost图2模拟调制法原理图而就键控法来说，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。键控法是用载波的相位来携带二进制信息的调制方式。往常用0°和180°来分别代表0和1。其时域表达式为：e2PSKag(tnT)cose2PSKag(tnT)cost2PSK的调制中a一定为双极性码，键控法原理图如图3所示。开关电路cosCte2PSK(t)180°移相s(t)键控法调制原理图2PSK系统的解调2PSK信号属于cosCte2PSK(t)180°移相s(t)键控法调制原理图2PSK系统的解调2PSK信号属于DSB信号，且2PSK的幅度是恒定的它的解调,不再能采纳包络检测的方法，只好进行相关解调。经过带通滤波的信号在相乘器中与当地载波相乘，而后用低通滤波器滤除高频重量，在进行抽样裁决。裁决器是按极性来裁决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0。2PSK信号的相关解调原理图如图4所示，各点的波形图如图5所示。带通e2PSK(t)滤波器11相乘c低通d抽样滤波带通e2PSK(t)滤波器11相乘c低通d抽样滤波裁决器准时cosct脉冲图4理图2PSK的相关解调原10011et图52PSK信号相关解调时各点时间波形因为2PSK信号的载波答复过程中存在着180°的相位模糊，即恢复的当地载波与所需相关载波可能同样，也可能相反，这类相位关系的不确立性将会造成解调出的数字4基带信号与发送的基带信号正好相反，即“1”变为“0”，“0”变为“1”，裁决器输出数字信号所有犯错。这类现象称为2PSK方式的“倒n”现象或“反相工作”。本章小结本章主要介绍了2PSK系统和他的基来源理，就2PSK系统的两种调制方式：模拟调制法和键控法，还有2PSK系统的相关解调进行了介绍，并剖析了这两种调制方式和相关解调，让后续的2PSK系统设计更为顺利。5鉴于MATLAB的2PSK系统设计系统仿真平台简介MATLAB是美国MathWorks企业出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据剖析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包含MATLAB和Simulink两大多半。MATLAB和MathematicalMaple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面出类拔萃。MATLAB能够进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创立用户界面、连结其余编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号办理与通信、图像办理、信号检测、金融建模设计与剖析等领域。MATLAB的应用范围特别广，包含信号和图像办理、通信、控制系统设计、测试和丈量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附带的工具箱(独自供给的专用MATLAB函数集)扩展了MATLAB环境，以解决这些应用领域内特定种类的问题。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相像，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言达成同样的事情简捷得多，并且MATLAB也汲取了像Maple等软件的长处，使MATLAB成为一个强盛的数学软件。在新的版本中也加入了对&FORTRAN，C++，JAVA的支持。MATLAB由一系列工具构成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，此中很多工具采纳的是图形用户界面。包含MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编写器和调试器、路径搜寻和用于用户阅读帮助、工作空间、文件的阅读器。跟着MATLAB的商业化以及软件自己的不停升级，MATLAB的用户界面也愈来愈雅致，更加靠近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。并且新版本的MATLAB一供给了完好的联机查问、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境供给了比较齐备的调试系统，程序不用经过编译就能够直接运转，并且能够实时地报告出现的错误及进行犯错原由剖析。MATLAB开发环境是一套方便用户使用的MATLAB函数和文件工具集，此中很多——工具是图形化用户接口。它是一个集成的用户工作空间，同意用户输入输出数据，并提供了M文件的集成编译和调试环境，包含MATLAB桌面、命令窗口、M文件编写调试器、MATLAB工作空间和在线帮助文档。2PSK系统构造搭建2PSK系统的产生能够有模拟调制方法和数字键控法。就模拟调制方法而言，2PSK信号能够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。因为2PSK信号的产生方法与2ASK对比较不过对s(t)的要求不同，在2ASK中s(t)是单极性的，

而在2PSK中s(t)是双极性的基带信号。所以在产生了基带信号后，在基带信号的基础上产生一个基带信号反码再两两相减获取需要的双极性基带信号。由式(1)可知要获取一个2PSK信号需要在双极性基带信号的基础上乘上一个载波信号，所以利用有关函数在MATLAB上生成一个正弦载波信号。而后在现有信号的基础长进行加噪声、滤涉及抽

样裁决。可总结为如图6所示：图62PSK系统设计流程2PSK系统参数设置及调用函数第一，在产生数字基带信号时，可设置一些参数来调整基带信号的形状，在程序中，设置以下参数：每码元采样点数Fn=5000；码元数i=10；载波频次fc=5；码元速率Fm=i/5；程序实现为：i=10；j=5000；fc=5；fm=i/5；B=2*fm；随后在数字基带信号的基础上产生已调信号，在已调信号上加入一个高斯白噪声，此处能够加一个加性高斯白噪声，也能够加一个乘性高斯白噪声。乘性高斯白噪声的效果加入更好，可是因为专业知识有限，加入乘性高斯白噪声的话不可以保证有效的滤除。所以仍是加一个随机的高斯白噪声，即可设置以下参数：noise二rand（1，j）；程序实现为：noise二rand（1，j）；psk=e_psk+noise；加过噪声后，对信号输出端的混淆信号中的噪声进行滤除，在使用低通滤波器滤除噪声以前，一定设置低通滤波器的参数，可设置以下参数：通带涟漪；阻带衰减Rs=50；通带截止频次Wp=5/100；阻带截止频次Ws=10/100；程序实现为：；Rs=50；Wp=5/100；Ws=10/100；_n，Wn]=ellipord（Wp，Ws，Rp，Rs）；[b，a]=ellip（n，Rp，Rs，Wn）；X1二filter（b，a，psk）；随后即可进行解调解抽样裁决码元的重生。在2PSK系统的设计中，因为用到的程序实现，所以在变为过程中，常常会用到好多函数，除了基础函数外，也用到了很多特别函数。（1）范围设定函数：linspace是MATLAB中的一个指令，用于产生指定范围内的指定数目点数，相邻数据跨度同样，并返回一个行向量。用于产生x1，x2之间的N点行矢量，相邻数据跨度同样。此中x1、x2、N分别为开端值、停止值、元素个数。若缺省N，默认点数为100。设计顶用linspace（0，5，j）产生了一个从0到5之间的j点行矢量。（2）基带信号产生函数rand用于产生一个随机序列，如x=rand（m，n）产生m行n列的位于（0，1）区间的随机数。设计顶用a=round（rand（1,i））及有关函数产生一个值为‘0’或‘1’的基带信号。获取的基带信号是单极性的，需经过相应办理使其变为一个双极性的基带信号。（3）绘图有关函数igure用figure能够控制窗口的数目，即每次只显示一个窗口。在程序中，一共设置了5个窗口用来显示仿真出的波形。subplotsubplot是MATLAB中的函数，是将多个图画到一个平面上的工具。如subplot（m,n,p）m表示是图排成m行，n表示图排成n列，也就是整个figure中有n个图是排成一行的，一共m行，假如m=2就是表示2行图。p表示图所在的位置，p=1表示从左到右从上到下的第一个地点。在程序中，为了清楚的显示仿真出来的波形，设置每一个窗口只显示两个图形，这样不单图片清楚，并且不会太大。plotplot是MATLAB中二维线绘图函数。如plot（x,y）中若y和x为同维向量，则以x为横坐标,尸为纵坐标绘制连线图。若是向量，y是行数或列数与x长度相等的矩阵，则绘制多条不同色彩的连线图，x被作为这些曲线的共同横坐标。若x和y为同型矩阵，则以x,y对应元素分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵列数。在程序中，每一个波形图的编程过程中，x和y的设置都不同样，所以每一个图形都需要独自说明。titletitle就是给已经画出的图加一个标题，titled）括号内单引号里面的内容就是图片标题的名称。在程序中，一定在每一个图形显示的下边加上title语句，来为每一个图形命名。9axisaxis是MATLAB中坐标系的设置函数。axis([xminxmaxyminymax])用来标明输出的图线的最大值最小值，[xminxmaxyminymax]用来表示需要显示坐标的范围，xmin、xmax、ymin、ymax分别表示X、Y轴坐标最小和最大值。滤波器有关函数filter是一维数字滤波器，如Y=filter(B,A,X)，输入乂为滤波前序列，Y为滤波结果序列，B/A供给滤波器系数，B为分子，入为分母。本章小结本章第一介绍了2PSK系统的仿真平台MATLAB平台，而后解说了课程设计中设计这个2PSK系统的思路，怎样搭建2PSK系统的每一个模块，每一个模块的参数怎样设计，并对在设计编程中使用到的函数进行了介绍。102PSK系统仿真及剖析已调信号的产生在2PSK系统的设计过程中，第一需要一个已调信号，而已调信号的产生都是在数字基带信号的基础上，所以，第一需要生成一个基带信号，而后再在基带信号的基础上一步一步的基带信号反码$12图7基带信号仿真图如图7所示，经过有关程序生成一个单极性的基带信号在#信号后，基带信号仿真图st1。因为SK中S(t)是单极性的，而心弘中s(t)是双极性的基带信号。所以在产生了基带I下一步需要在基带信号的基础上产生一个基带信号反码。(2)0基带信号反码：-■0.511.522.5图8基带信号反码仿真图将图7中的单极性基带信号取反，因为在2ASK中s(t)是单极性的，而在2PSK中s(t)是双极性的基带信号。所以在单极性信号的基础上取反来获取基带信号反码后。需要与基带信号一同构成双极性码。基带信号反码st2如图8所示。(3)双极性基带信号：11双根性基带信号5132F"1:10」1---21L_005—I.双根性基带信号5132F"1:10」1---21L_005—I.LIILII」I]t152253354455图9双极性基带在基带信号的基带信号。将单极⑷载波信号就波信号§1基带信号。0500100015002000250030003600400045005000图10为了产生一个已调信号，在双极性基带信号已有的状况下，还需要一个载波信号与（5）2PSK信号:图112PSK信号仿真将载波信号si与双极性基带信号相乘则可获取所需的已调信号，已调信号2PSK如图11所示。12已调信号的解调1）已调信号经过高斯白噪声信道：因为在现实生活中会存在不行防止的噪声，为了模拟现实，设计中加入随机噪声后使设计更具真切性。此处加入的是一个简单加性高斯白噪声，因为加性高斯白噪声比较好滤除，也能够加入乘性高斯白噪声，可是专业知识有限，没法保证能有效的滤除乘性高斯白噪声，所以加入一个加性高斯白噪声。加噪后的波形如图12所示。图12加噪后信号的仿真（2）与载波相乘后的波形:图13与载波相乘后的波形实现相关解调的重点是接收端要恢复出一个与调制载波严格同步的相关载波。在信号的解调过程中，为了会付出一个与调制载波严格同步的相关载波，所以在加噪后的已调信号上乘上以前生成的载波信号，如图13所示。（3）经过低通滤波后的波形：为了去掉噪声造成的谐波成分，也就是对信号输出端的混淆信号中的噪声进行滤除，需要加入低通滤波器，在第三章已经设置过了低通滤波器的参数，所以能够实现用低通滤波器将噪声滤除，获取如图14所示的波形。13图14低通滤波后的波形（4）抽样裁决后的波形：图15抽样裁决后波形抽样裁决的作用是经过采样的形式将本来的基带信号恢复，恢复后波形如图15所示。仿真结果剖析由图能够看出，产生的数字随机信号为0001001110，经过比较图9和图15,可看出最开始生成的基带信号与最后抽样裁决后产生的基带信号一致。因为在解调过程中，加入的是最简单的加性高斯白噪声，滤除去这个加性高斯白噪声也比较简单，所以整体上没有什么偏差，最后获取的基带信号也与原基带信号一致。所以达到课程设计的目的。本章小结本章主要展现了2PSK系统中调制、加噪滤噪和解调的每一个步骤的仿真结果，并在仿真完成后对仿真结果进行了剖析，并成功设计出了2PSK系统。14结束语历经十多天，从课程设计宣布到课程设计达成，课程设计终于结束了。值得一说的是，没有同学们的帮助和老师的指导，要达成课程设计也不是那么简单的，经过课程设计，让我对2PSK系统有了进一步的认识。在设计2PSK系统时，要有一个明确的思路，要考虑多种要素在选择适合的设计参数，经过频频仿真确认2PSK系统的设计能否能成功。经过此次设计我和我的同学们独自解决问题的能力也有多提升，在整个课程设计过程中，查阅了很多有关书本及文件，取其有关知识重点应用到课设中，可是在后边低通滤波时用的是直接的参数。总而言之，课程设计结束了。感谢老师！感谢同学！15参照文件樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].北京：国防工业第一版社,2015.刘晓东，董辰辉.MATLAB从入门到精晓[M].北京:人民邮电第一版社,2010.常华，袁刚，常敏嘉.仿真软件教程.北京:清华大学第一版社,2006.[4]朱阳燕.鉴于MATLAB的2PSK系统仿真[J].科技信息,2008(17):82.16历经十几日，在团队的协作下，终于达成了课程设计。在这里，第一我要感谢我的父亲母亲，父亲母亲老是我动力的源泉，父亲母亲也是我迷惑路上的指明灯。而后我要感谢我的指导老师，假如不是指导老师在讲堂上的耐心解说和讲堂外的尽心指导，对比此次课程设计也不会达成的这么快。并且老师的解说和指导也是变相的稳固了我们的基础知识，让我们在此后的日子里能够更为娴熟的运用我们学到的知识。最后，要特别感谢我们组的其余两位组员，假如不是他们，我自己也不行能达成此次任务，所以他们是我很重要的伙伴，在课程设计过程中，我们相互帮助，相互挟持，共同创造出了一个优秀的学习气氛。经过此次课程设计，我更为懂得了做事要有信心，有信心，有恒心。假如没有必定要做好课程设计的信心，没有自己必定能做好课程设计的信心，没有能坚持做下去此次课程设计恒心，课程设计也不会被攻陷下来。不论做什么事情都不可以轻