2PSK数字信号调制解调系统设计

第页摘要数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。然而，实际中的大多数信道（如无线信道）因具有带通特性而不能直接传送系带信号，这是因为数字基带信号往往含有丰富的低频分量。为了使数字信号在带通信道中传输，必须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通信号的过程称为数字调制。在接收端通过解调器把贷通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调。通常把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原理基本相同，但是数字信号有离散取值的特点。因此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；②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，对载波的振幅、频率和相位进行键控，即可获得ASK、FSK、PSk三种基本数字调制方式。本次课程设计主要是运用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台设计一个2PSK数字信号调制解调系统。设计采用的是键控法进行调制。关键字：MatlabSimulink2P目录一、课程设计目的 4二、课程设计时间安排 4三、课程设计及要求 41.基本工作原理 41）数字通信系统 42）调制方法：键控法 53）解调方法：相干解调法 52、设计系统 51）Simulink仿真框图 52）工作原理 63）设定参数 73.MATLAB仿真 121）波形仿真图 124）分析基带信号和已调信号的功率谱密度 155）误码率分析 17四、课程设计心得体会 20五、参考文献 21

一、课程设计目的通过课程设计，巩固已经学过的有关数字调制系统的知识，加深对知识的理解和应用，学会应用MatlabSimulink工具对通信系统进行仿真。二、课程设计时间安排课程设计时间为第一周。首先查找资料，掌握系统原理，熟悉仿真软件，然后编写程序或构建仿真结构模型，最后调试运行并分析仿真结果。三、课程设计及要求设计一个采用不同调制方式的数字通信系统，其中单号同学完成2FSK（或MFSK）系统，双号同学完成2PSK或2DPSK(或QPSK)系统。选择2PSK进行设计及仿真。1.基本工作原理1）数字通信系统信息源信息源信道编码器加密器信源编码器调制器信道解调器解密器信源译码器噪声受信者信道译码器数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。2）调制方法：键控法3）解调方法：相干解调法由于2PSK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。故采用相干解调法。2、设计系统1）Simulink仿真框图2）工作原理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离散变化时,则产生二进制移相键控(2PSK)信号.通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0.二进制移相键控信号的时域表达式为e2PSK(t)=g(t-nTs)]cosωct(2-1)其中,an与2ASK和2FSK时的不同,在2PSK调制中,an应选择双极性,即

（2-2）（2–3）若g(t)是脉宽为Ts,高度为1的矩形脉冲时,则有

e2PSK(t)=cosωct,发送概率为P

-cosωct,发送概率为1-P

由式(2-3)可看出,当发送二进制符号1时,已调信号e2PSK(t)取0°相位,发送二进制符号0时,e2PSK(t)取180°相位.若用φn表示第n个符号的绝对相位,则有

φn=0°,发送1符号

180°发送0符号

这种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式,称为二进制绝对移相方式.二进制移相键控信号的典型时间波形如图2.4所示.二进制移相键控信号的时间波形3）设定参数建立好模型之后就要设置系统参数，以达到系统的最佳仿真。正弦载波参数设置正弦波：8HZ，幅度+2设置依据：载波频率本来应该很高，但是为了波形观察方便，故频率设为8HZ。反相正弦波：8HZ，幅度-2设置依据：载波频率本来应该很高，但是为了波形观察方便，故频率设为8HZ;又要求与载波反相，故幅度设为-2.伯努利二进制随机序列产生器BernoulliRandomBinaryGenerator(伯努利二进制随机数产生器)是基于采样的，其幅度设置为2，周期为3，占1比为2/3。码型变化器参数设置：设置依据：采用1变0不变调制，故极性设为“Negative”.多路选择器参数设置：参数设置依据：当二进制序列大于0时，输出第一路信号；当二进制序列小于0时，输出第二路信号。带通滤波器参数设置：带通滤波器参数：带通范围为2~7HZ设置依据：载波频率为4HZ，而基带号带宽为1HZ，考滤到滤波器的边沿缓降，故设置为2~7HZ。低通滤波器参数设置：低通滤波器参数设置：截止频率为1HZ设置依据：二进制序列的带宽为1HZ，故取1HZ。取样判决器参数设置：取样判决器参数设置：门限值取为0.5，取样时间为1设置依据：当大于0.5时输出0，当小于0.5时输出1，能达到在1变0不变的取样规则下正确解码的目的。3.MATLAB仿真1）波形仿真图调制部分解调部分2）系统不同部分的信号波形3）眼图理想信道眼图高斯信道的眼图4）分析基带信号和已调信号的功率谱密度若二进制基带信号s(t)的功率谱密度Ps(f)为则二进制相移键控信号的功率谱密度为整理后可得二进制相移键控信号的功率谱密度如图2.8所示，由离散谱和连续谱两部分组成。续谱两部分组成。离散谱由载波分量确定，连续谱由基带信号波形g(t)确定，二进制相移键控信号的带宽B2PSK是基带信号波形带宽B的两倍,即B2PSK=2B。5）误码率分析本次采用的调制规则为‘1’变‘0’不变所以解调规则也用‘1’变‘0’不变。即为取样值大于门限时判为‘0’，当取样值小于门限值时判为‘1’。但在实际通信系统中往往存在噪声，噪声会对判决值产生影响，即会产生误码率，一般假设信道的噪声为高斯白噪声，下面讨论2PSK解调器在高斯白噪声干扰下的误码率：发端发‘1’时受到的2PSK信号为带通滤波器的输出时信号加窄带噪声：上式与本地载波相乘后：经低通滤波后：所以x(t)的取样判决值的概率密度函数为：发端发‘0’时，收到的2PSK信号：带通滤波器的输出时信号加窄带噪声：上式与本地载波相乘后：经低通滤波后：所以x(t)的取样判决值的概率密度函数为：综上所述可画出概率密度函数曲线：取样值概率密度函数示意图当P(0)=P(1)时，最佳门限应选在两条曲线的交点处。即从图可看出最佳判决门效应为0.所以发‘1’错判‘0’概率为：发‘0’错判‘1’的概率等于发‘1’错判‘0’概率根据图4-3-3及上式可得2PSK相干解调器的误码率公式为式中由Simulink仿真图中display输出的误码率可见：随着信噪比的降低，误码率是急剧上升的。信噪比为10误码率：信噪比为50误码率：四、课程设计心得体会通过理论学习，我了解到2PSK相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息的，而振幅和频率保持不变。并且通过对2PSK功率谱密度的分析和仿真，我更深刻的理解了二进制相移键控信号的频谱特性与2ASK的十分相似，带宽也为基带信号带宽的2倍。区别仅在于当P=1/2时，其谱中无离散谱（即载波分量），联系通信电子电路中所学可以知道，此时2PSK信号实际上相当于抑制载波的双边带信号。因此，它可以看作是双极性基带信号作用下的调幅信号。从仿真中可以看出在2PSK调制系统中由于存在信道干扰和码间干扰，会影响调制系统的性能，及存在一定的误码率，误码率与信噪比相关，当信噪比提高时。误码率下降。此次课程设计，让我感受到了MATLAB中Simulink工作环境的强大功能和便利。在我为绘制并仿真出和理论吻合的波形高兴的同时也激发了我对这款仿真软件的兴趣。Simulik模块库按功能进行分为以下8类子库：Continuous（连续模块）Discrete（离散模块）Function&Tables（函数和平台模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Signals&Systems（信号和系统模块）Sinks（接收器模块）Sources（输入源模块）用户可以根据需要混合使用歌库中的模块来组合系统，也可以封装自己的模块，自定义模块库、从而实现全图形化仿真。Simulink模型库中的仿真模块组织成三级树结构Simulink子模型库中包含了Continous、Discontinus等下一级模型库Continous模型库中又包含了若干模块，可直接加入仿真模型。对我来说，收获的最大的是加深了我对所学理论知识更加直观、深刻的理解，并且激发了我对所学知识极大的兴趣。在课设过程中，也让我更加注重能力的培养和方法的总结。通信原理这门课可以说是大学三年以来遇到的最难的课程，但是在陈老师的理论授课和杨老师的实践指引下，我渐渐对所学内容清晰明了起来，在脑海中能够慢慢描绘出架构，并且了解了Simulink这样一个功能齐全，灵活好用的仿真环境。这次课设可能只是我更加深入学习专业课路上的一次小小起步，但却为我打开了一扇门，呈现了一片前所未有的风景。当然，在课设过程中还遇到过一些问题。尤其是误码率居高不下，在通过对采样频率，滤波器特性等等因素的综合考虑和不断调整中，误码率总算有所降低。也让我更加直观地认识到影响误码率的因素和设计系统时所应该做的考虑和选择。总之，希望以后有更多相关方面的引导和学习。其实在最初通信原理的学习过程中，我们就应该去尝试用Simulink搭建框图，进行一些系统的仿真和调试，定会对理论知识的学习更深一步。收获了学习方法和能力，在今后的学习过