2PSK数字频带通信系统设计

#第3章simulink的介绍Simulink相关内容Simulink是MATLAB【2】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。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库中的模块来组合系统，自定义模块库、从而实现全图形化仿真oSimulink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。Simulink仿真原理Simulink通过利用模块组合的方法可以方便用户快速、准确地创建动态系统的计算机模型。它可以用来模拟线性与非线性系统，连续与非连续系统，或者这些混合的系统，是强大的系统仿真工具。在MATLAB命令窗口输入“Simulink”并回车，就可进入Simulink模型库，单击工具栏上的'■按钮也可进入。在MATLAB子窗口或Simulink模型库的菜单栏依次选择“File”|“New”|“Model”，即可生成空白仿真模型窗口。Simulink仿真过程Simulink仿真分为两个阶段：初始化和模型执行。1、初始化阶段初始化阶段需要完成的主要工作及其步骤如下：（1）对模型的参数进行估计，得到它们实际计算的值。（2）展开模型的各个层次。（3）按照更新的次序对模块进行排序。（4）确定那些非显示化的信号属性，并检查每个模块是否能够接受连接到它们输入端的信号。（5）确定所有非显示化的信号采样时间模块的采样时间。（6）分配和初始化存储空间，以便存储每个模块的状态和当前值的输出。2、模型执行阶段对于一般的仿真模型是通过采用数值积分来来进行仿真的，计算数积分可以采用以下两步来进行：（1）按照秩序计算每个模块的积分。（2）根据当前输入和状态来决定状态的微分，得到微分矢量，然后把它返回给解法器，以计算下一个采样点的状态矢量。（3）运行仿真方式有两种方式，分别是菜单方式和命令行方式。菜单方式：在菜单栏中依次选择"Simulation"|"Start"或在工具栏上单击L_。命令行方式：输入“sim”启动仿真进程。比较这两种不同的运行方式：菜单方式的优点在于交互性，通过设置示波器或显示模块即可在仿真过程中观察输出信号。命令行方式启动模型后，不能观察仿真进程，但仍可通过显示模块观察输出，适用于批处理方式。第4章2PSK数字调制与解调系统的设计4.1整体电路设计通过对上述原理的分析，所设计的方案是采用模拟调制和相干解调。整个PSK的仿真系统的调制与解调过程为：由于本次设计使用的是巴克码，无需进行码型变换，所以首先将信号源的输出信号与载波通过相乘器进行相乘，送入加性高斯白噪声（AWGN）信道中传输。在接收端通过带通滤波器后再次与载波相乘，接着通过低通滤波器、抽样判决器，最后由示波器显示出各阶段波形，并用误码器观察误码率。PSK调制与解调仿真电路图如图4-1所示。图4-12PSK图4-12PSK调制与解调仿真电路图2PSK信号调制模块设计利用模拟调制法二进制相位调制，由于使用的是巴克码，所以不需要进行码型变换，巴克码直接与载波相乘，再通过加性高斯噪声信道，仿真电路图如图4-2所示。BaiXETEBaiXETGener-sto*SineWave图4-22PSK模拟调制模块电路BaiXETEBaiXETGener-sto*SineWave图4-22PSK模拟调制模块电路AWGN其中BarkerCodeGenerator为巴克码产生器，SineWave为载波模块。各个模块参数设置如下：BarkerCodeGenerator（巴克码产生器）：要求码元速率为100KHZ，则采样时间为10-5S,如图4-3所示。图4-3BarkerCodeGenerator参数设置SineWave（正弦波）:载波频率为1MHZ，故设置Frequancy为2*pi*10飞，采样时间为10-7S,如图4-4所示。图4-4SineWave参数设置图4-5Product参数设置

AWGNChannel（加性高斯噪声信道）如图4-6所示，信噪比为10dB。WtlBlockPeiramet-eira.；AWGNChonn-eiaWC«NiShJ.n.n.eitmnsk?<11rLk>Ad.d.vh.dt.AWGNChannel（加性高斯噪声信道）如图4-6所示，信噪比为10dB。WtlBlockPeiramet-eira.；AWGNChonn-eiaWC«NiShJ.n.n.eitmnsk?<11rLk>Ad.d.vh.dt.«i3i-B.uixa.nn-o±x■*tgwd.nput:k1snx：l.Th»input:Mndr40.1qec-cuxialiu.Ih.iscu.oi>OEtcmilc14h-anna11nouts.ndk■■:LHmkfrJiij*-t=>xxadpTD-a»koutput.k:1■mliha4LltE>Ut£l£n.Q.l£Q=WTien.Lieln£eitherofth.evariancemodeswith,oomolezTn.口uxs.M.ra9qluai,!1£1¥Hac-nr*thara■,Land±=iaj|dhmx-xc-cnp-c-nant.ktHevariancevalLies■oft:hainputa.±sn■.!.sra.f:Jj-L'S-LLtQvichIipply图4-6AWGNChannel参数设置4.32PSK信号解调模块设计解调模块中，采用相干解调的方法，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。最后抽样判决，得到基带信号波形，仿真电路图如图4-7所示。图4-72PSK相干解调模块电路相关参数设置如下：SineWave（正弦波）：本地载波，与调制时的载波设置一样。如图4-8所示。图4-8SineWave参数设置DigitalFilterDesignl（带通滤波器）参数设置如图4-9所示。EQE->o<kPdfai«eie*iiDfjkdlfihe*Des^l:•“+戸；■:HTElBE□函，:•“+戸；■:HTElBE□函，卜辛田J-囲kJ❹庄］口朴□M«Eb.h^RfcLii*RaiptnaBrdE-jOida-：ES-tsm-FcmhFH99Sadia-ixE1a*»:UdLTU■:DizgrtidSk代F#efr#trMcw>n^TF|R4^dv-■8.-Oida-：ES-tsm-FcmhFH99Sadia-ixE1a*»:UdLTU■:DizgrtidSk代F#efr#trMcw>n^TF|R4^dv-■8.-勺目h:::;::;:I:0.S3.5-Frwquinrp(WHx^L^ia|h!-qUrtl?.hF&：PDA5lB|pd：Fxfcopl[DE~心凶酹：Fjwwarl:|D.erpuxsjYsFr■畑1堆|】j图4-9DigitaiFilterDesignl图4-9DigitaiFilterDesignl（带通滤波器）参数设置Product参数设置如图4-10所示图4T0Product图4T0Product参数设置DigitalFilterDesignl（低通滤波器）参数设置如图4-11所示。图4-11DigitalFilterDesignl（低通滤波器）参数设置Relay（抽样判决）参数设置如图4T2所示。图4T2Relay（抽样判决）参数设置4.4误码率计算模块设计由于解调后波形比原波形有一定的延迟，所以将原始巴克码经过一个延迟模块与解调后的二进制序列一同送入误码率计算模块，利用显示器得出误码率。仿真电路图如图4-13。图4-13误码率计算仿真电路图相关参数设置如下：UnitDelay（延迟）参数设置如图4T4所示。.■BlockParameters:UnitDelay!：:，'SamplestlHtinJ.乱wltnone-sample-perleda&lay..iMainj|Sta_tapropartiaeIni七ialcon.ditzQns:lLSampletime-{-ifoxixUier11ed.}:|o.OCHXll□KICarLcel1Help1Applyj图4T4UnitDelay（延迟）参数设置误码率计算模块参数设置如图4-15所示。图4-15误码率计算模块参数设置Display（显示器）参数设置如图4T6所示。图4-16Display（显示器）参数设置SpectrumScopel（频谱分析模块）参数设置如图4T7、4T8、4-19所示。图4-17r□_p回nF厂口冋ScopeFroparties；DisplayFroperties]AxieFrcp&rtiesLine]嘴旦air图4-18ScopeFropertiesHisplayFroperties3Properti-zinLine】*|图4-19第5章仿真实现5.1matlab仿真结果分析2PSK信号调制的仿真结果如图5-1所示。图5-12PSK信号调制的仿真结果输入调制系统的基带信号时通过BarkerCodeGenerator（巴克码产生器）随机产生的5个数字信号-1,-1,1,-1,-1。用载波对基带信号进行调制，图5-1中第一个和第二个波形分别是原始数字信号和载波，最终的调制波形如图5-1中第三个波形。当加入噪声后，到达解调器的波形如图5-1中的第四个波形所示，加入高斯噪声后的已调信号明显与为加入时的信号在边界处变得模糊。图5-22PSK信号相干解调的仿真结果图5-2中第一个和第二个波形分别是原始数字信号和加入高斯噪声后的调制波形；通过带通滤

波器所得的波形如图5-2中第三个波形所示，可以看出，滤除了噪声；与本地载波相乘后再通过低通滤波器的两个波形分别是图5-2中第四个波形和第五个波形，明显看出，经过低通滤波器后，高频成分已被滤掉，波形变的平滑；图5-2中最后一个波形是经过抽样判决器所得到的最终恢复出来的信号，与原始数字信号相比，大致相同，只是有一定的延迟，这是正常现象，是由两个滤波器所引起的。2PSK信号调制前后及解调前后的频谱仿真结果如图5-3、5-4、5-5所示。图5-3调制后的频谱S3rartOizhei-'/SiDe-^irMrt-iI图5-3调制后的频谱S3rartOizhei-'/SiDe-^irMrt-iI1=jo图5-4解调前的频谱图5-5解调后的频谱从图5-3、5-4、5-5中可以看出二进制相位调制与解调系统就是一个频谱搬移与反搬移的过程。误码率分析误码率是衡量一个数字通信系统性能的重要指标。在信道高斯白噪声的干扰下，各种二进制数字调制系统的误码率取决于解调器输入信噪比，而误码率表达示的形式则取决于解调方式。通过波形对比分析可知，2PSK的调制过程的仿真波形达到了预期的效果，就解调模块单独而言，它的每一步得到的图形也是达到了预期的效果，但是在恢复出来的码型产生了时延，这就说明有误码存在，而且在仿真的过程中也可以看出，但是具体的设计还是符合系统要求的。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串扰，会影响调制系统的性能，即存在一定的误码率。出现误码的原因可能有以下几个方面：1、误码有可能是由于噪声造成的。由于噪声的存在，可能会使原有基带信号的正负电平出现逆转，由于抽样判决门限为0，造成判决出错出现误码。2、有可能是码间干扰的原因。虽然理论分析可以完全消除码间干扰，但是由于平方根升余弦滤波器等部件不可能是完全理想的，所以在仿真及实际工程中码间干扰是不会完全消除的。3、由于采用相乘器等模块构造解码器，其解码过程也有可能会出错。仿真过程出现的问题第一，示波器图形显示不全。第二，信号在经过所设计的带通通信仿真系统后波形出现失真。第三，在没有加入高斯白噪声的情况下解调误码率不为0。第四，加入噪声之后，误码率显著提高。第五，解调波形时无失真，但解码后波形严重失真。解决方法：第一，在示波器图中修改datahistory中的limitdatapointstolast的数据再重新运行simulink观察示波器即可看到准确图形。第二，因为信号进行抽样时没有满足奈奎斯特定理。为了能从取样信号中恢复原信号，抽样必须满足奈奎斯特定理，即抽样频率应大于或等于两倍的原始信号频率。第三，在出现误码数据时，我们可以通过修改errorratecalculation中receivedelay的数据这种手段直到误码数据为零。在本设计中我们将receivedelay设为2即可解决此种情况。第四，在本次综合训练中通过提高载波的频率，并相应的改变带通滤波器的参数设置来解决此种情况的发生。第五，由于信号经过低通滤波器后会产生时延，因此我们在解调输出端加入相对应的延时模块即可解决此种问题。第6章总结这次的课程设计。在我拿到题目之后，我便翻阅和查找了大量资料来了解自己的课题任务，并利用所学对其原理进行分析。在作了全面的了解之后，针