2PSK原理及调制解调仿真
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通信系统仿真实验
2PSK的基本原理和调制解调
指导教师：赵珂 李辉
第九组 成员：张凯强 尹强 苏阳 王加贵 沐辰梓
参考文献 通信原理（国防工业 出版社 第六版） 基于MATLAB的贵
资料原理整理：张凯强 尹强
PPT制作：沐辰梓
感 一切技术设备和传输媒质的总和， 包括信息源、发送设备、信道、 接收设备和信宿(受信者)
通信技术，特别是数字通 信技术近年来发展非常迅 速，它的应用越来越广泛。 通信从本质上来讲就是实 现信息传递功能的一门科 学技术，它要将大量有用 的信息无失真，高效率地 进行传输，同时还要在传 输过程中将无用信息和有 害信息抑制掉。当今的通 信不仅要有效地传递信息， 而且还有储存、处理、采 集及显示等功能，通信已 成为信息科学技术的一个 重要组成部分
通过波形对比分析可知2PSK信号解调由于噪声的影响解调基本成功
上图加入方差为5的高斯噪声后波形 其误码 率如下
如果加入方差为14的高斯噪声 其误码率及解调波形图如下
结论：信号经过低通滤波器 后，去除高频成分，得到包 含基带信号的低频信号，加 入方差越小的波形滤波后得 到的信号与基带信号更相似
通过做2PSK调制与相干解调课程 设计，我们熟悉地掌握了2PSK调 制与相干解调的原理和方法。 2PSK调制的方法是将基带信号转 换成双极性信号再与载波相乘后， 即可产生2PSK调制信号。而相干 解调的方法是将2PSK调制信号与 在波相乘后通过全波整流器和低通 滤波器即可恢复原始信号。若加入 噪声，则是将2PSK带调试信号与 噪声源相加，再进行相干解调即可
载波1 载波2（二者幅度相反）基带信号发生器
高斯噪声源 码型变换器 键控开关 调制部分
示波器 加法器 乘法器 带通滤波器 低通滤
波器 误码表 抽样判决器
码型变换器
解调部分示波器
2PSK调制与解调 simulink仿真图
调制端输出信号仿真
第一路为基带信号； 第二路是经过极性转换的双极性码； 第三路是载波波形； 第四路是调制的2PSK波形，其中输入“1”时 初始相位为pi 输入“0”时，对应相位为0
2PSK数字通信系统框图
信源到信宿
调制分为：模拟调制 键控法 （本组采用）
解调方法：相干解调 （本组采用）
二进制相移键控(2PSK)
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
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
e2PSK(t)= -cosωct, 发送概率为1-P
由上式可看出,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 1 180°, 发送 0 符号
未加噪声时的解调端波形图
第一路为调制的2PSK波形 第二路为加入的同频同相的载波波形 第三路是2PSK信号与载波相乘的波形 第四路是低通滤波后的波形，通过低通滤波器之后相当于载波提取后的波形与低通 滤波器的波形相互卷积，最后得出了下图。 第五路为抽样判决的波形，此图把滤波器输出波形大于0的部分判决成了+1电平， 把小于0的判成了-1电平；
调制原理( 开关键控法) 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。
离散谱由载波分量确定连续谱由基带信号波形gt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倍即b2psk2b2psk调制与解调simulink仿真图载波1载波2二者幅度相反基带信号发生器高斯噪声源码型变换器键控开关调制部分示波器加法器乘法器带通滤波器误码表抽样判决器码型变换器解调部分示波器调制端输出信号仿真第一路为基带信号
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，所以在接收端必须利用信号 的相位信息来解调信号。图中给出了 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，再进行抽样判 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
二进制相移键控信号的功率谱密度为
二进制相移键控信号的功率谱密度如图所示，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
数字调制与模拟调制 原理是相同的，一般 可以采用模拟调制的 方法实现数字调制。 但是，数字基带信号 具有与模拟基带信号 不同的特点，其取值 是有限的离散状态。 这样，可以用载波的 某些离散状态来表示 数字基带信号的离散 状态。基本的三种数 字调制方式是：振幅 键控(ASK)、移频键 控(FSK)和移相键控 (PSK 或DPSK)
第六路为经过极性变换后的波形
加入高斯噪声后波形
第一路为加入了高斯噪声的2PSK信号波形 第二路为加入的同频同相的载波波形 第三路是2PSK信号与载波相乘的波形，由于调制波形通过了调制信道，叠加了噪声，并且通 过恢复载波，最后的波形就变成了下面的图形。这是因为经过了恢复载波乘法器之后，2PSK 叠加噪声之后的波形与恢复载波相乘，正正得正，正负得负，所以才形成了上下不一的图形。 第四路是低通滤波后的波形，通过低通滤波器之后相当于载波提取后的波形与低通滤波器的波 形相互卷积，并且下图的大概包络与载波提取后的波形包络大概相同，而且还有噪声的滤波器 的一些不理想因素造成了滤波后的波形出现了波纹幅度； 第五路为抽样判决的波形 第六路为经过极性变换后的波形
2PSK的基本原理和调制解调
指导教师：赵珂 李辉
第九组 成员：张凯强 尹强 苏阳 王加贵 沐辰梓
参考文献 通信原理（国防工业 出版社 第六版） 基于MATLAB的贵
资料原理整理：张凯强 尹强
PPT制作：沐辰梓
感 一切技术设备和传输媒质的总和， 包括信息源、发送设备、信道、 接收设备和信宿(受信者)
通信技术，特别是数字通 信技术近年来发展非常迅 速，它的应用越来越广泛。 通信从本质上来讲就是实 现信息传递功能的一门科 学技术，它要将大量有用 的信息无失真，高效率地 进行传输，同时还要在传 输过程中将无用信息和有 害信息抑制掉。当今的通 信不仅要有效地传递信息， 而且还有储存、处理、采 集及显示等功能，通信已 成为信息科学技术的一个 重要组成部分
通过波形对比分析可知2PSK信号解调由于噪声的影响解调基本成功
上图加入方差为5的高斯噪声后波形 其误码 率如下
如果加入方差为14的高斯噪声 其误码率及解调波形图如下
结论：信号经过低通滤波器 后，去除高频成分，得到包 含基带信号的低频信号，加 入方差越小的波形滤波后得 到的信号与基带信号更相似
通过做2PSK调制与相干解调课程 设计，我们熟悉地掌握了2PSK调 制与相干解调的原理和方法。 2PSK调制的方法是将基带信号转 换成双极性信号再与载波相乘后， 即可产生2PSK调制信号。而相干 解调的方法是将2PSK调制信号与 在波相乘后通过全波整流器和低通 滤波器即可恢复原始信号。若加入 噪声，则是将2PSK带调试信号与 噪声源相加，再进行相干解调即可
载波1 载波2（二者幅度相反）基带信号发生器
高斯噪声源 码型变换器 键控开关 调制部分
示波器 加法器 乘法器 带通滤波器 低通滤
波器 误码表 抽样判决器
码型变换器
解调部分示波器
2PSK调制与解调 simulink仿真图
调制端输出信号仿真
第一路为基带信号； 第二路是经过极性转换的双极性码； 第三路是载波波形； 第四路是调制的2PSK波形，其中输入“1”时 初始相位为pi 输入“0”时，对应相位为0
2PSK数字通信系统框图
信源到信宿
调制分为：模拟调制 键控法 （本组采用）
解调方法：相干解调 （本组采用）
二进制相移键控(2PSK)
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
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
e2PSK(t)= -cosωct, 发送概率为1-P
由上式可看出,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 1 180°, 发送 0 符号
未加噪声时的解调端波形图
第一路为调制的2PSK波形 第二路为加入的同频同相的载波波形 第三路是2PSK信号与载波相乘的波形 第四路是低通滤波后的波形，通过低通滤波器之后相当于载波提取后的波形与低通 滤波器的波形相互卷积，最后得出了下图。 第五路为抽样判决的波形，此图把滤波器输出波形大于0的部分判决成了+1电平， 把小于0的判成了-1电平；
调制原理( 开关键控法) 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。
离散谱由载波分量确定连续谱由基带信号波形gt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倍即b2psk2b2psk调制与解调simulink仿真图载波1载波2二者幅度相反基带信号发生器高斯噪声源码型变换器键控开关调制部分示波器加法器乘法器带通滤波器误码表抽样判决器码型变换器解调部分示波器调制端输出信号仿真第一路为基带信号
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，所以在接收端必须利用信号 的相位信息来解调信号。图中给出了 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，再进行抽样判 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
二进制相移键控信号的功率谱密度为
二进制相移键控信号的功率谱密度如图所示，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
数字调制与模拟调制 原理是相同的，一般 可以采用模拟调制的 方法实现数字调制。 但是，数字基带信号 具有与模拟基带信号 不同的特点，其取值 是有限的离散状态。 这样，可以用载波的 某些离散状态来表示 数字基带信号的离散 状态。基本的三种数 字调制方式是：振幅 键控(ASK)、移频键 控(FSK)和移相键控 (PSK 或DPSK)
第六路为经过极性变换后的波形
加入高斯噪声后波形
第一路为加入了高斯噪声的2PSK信号波形 第二路为加入的同频同相的载波波形 第三路是2PSK信号与载波相乘的波形，由于调制波形通过了调制信道，叠加了噪声，并且通 过恢复载波，最后的波形就变成了下面的图形。这是因为经过了恢复载波乘法器之后，2PSK 叠加噪声之后的波形与恢复载波相乘，正正得正，正负得负，所以才形成了上下不一的图形。 第四路是低通滤波后的波形，通过低通滤波器之后相当于载波提取后的波形与低通滤波器的波 形相互卷积，并且下图的大概包络与载波提取后的波形包络大概相同，而且还有噪声的滤波器 的一些不理想因素造成了滤波后的波形出现了波纹幅度； 第五路为抽样判决的波形 第六路为经过极性变换后的波形