课程设计专用纸(1)解答

齐鲁工业大学课程设计专用纸成绩课程名称指导教师院（系）专业班级学生姓名学号设计日期课程设计题目摘要为了使数字信号在信道中有效地传播，必须使用数字基带信号的调制与解调，以使得信号与信道的特性相匹配。

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。

加深了我们对数字信号调制与解调的认知程度。

关键字：数字调制;2PSK;调制与解调;Matlab仿真一、设计目的及意义2PSK数字调相技术由于其抗干扰能力强，实现简单，而被广泛应用于各种通信中。

本题目要求学生进行2PSK信号的产生及谱分析。

通过这次课程设计欲达到以下目的：⑴巩固课程所学的有关理论知识。

⑵加深对2PSK调制与解调的理解与掌握。

⑶掌握信号谱分析的方法。

⑷掌握MATLAB软件的基本使用。

⑸学会运用MATLAB软件进行一些方针和设计。

二、设计要求⑴掌握2PSK调制与解调的原理及实现方法；⑵掌握信号谱分析的方法；⑶利用MATLAB软件产生2PSK信号。

给出2PSK信号的时域波形。

⑷利用MATLAB编程实现2PSK信号的谱分析；观察DFT长度和窗函数长度对频谱的影响。

三、系统原理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通信号的过程称为数字调制。

数字调制技术的两种方法：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，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。

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π分别表示二进制“1”和“0”。

基带信号及相应2PSK波形如图1所示。

a n 1 0 1 1 0 0 1基带信号A2PSK信号 0-A图1 2PSK波形图3.1 2PSK 信号的表达式在2PSK 中，通常用初始相位0和π分别表示二进制“1”和“0”。

因此，2PSK 信号的时域表达式为：（1） 式中，ϕn 表示第n 个符号的绝对相位：（2）因此，上式可以改写为:（3）由于两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK 信号可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘：（4） 式中:（5）这里，g (t )是脉宽为T s 的单个矩形脉冲，而a n 的统计特性为:（6）⎩⎨⎧=”时发送“”时发送“，01,0πϕn ⎩⎨⎧-=-PP t t t S c c 1,cos A ,cos A )(2PSK 概率为概率为ωωtt f t S c ωcos )()(2PSK =∑-=ns nnT t g at f )()(⎩⎨⎧-=-PP n a 1,1,1概率为概率为)cos(A )(2PSK n c t t S ϕω+=即发送二进制符号“1”时（a n 取+1），S 2PSK (t )取0相位；发送二进制符号“0”时（ a n 取 -1）， S 2PSK (t )取π相位。

这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。

3.2 2PSK 信号的调制2PSK 的模拟调制框图如图1所示：图1 2PSK 模拟调制框图键控法如图2所示：图2 键控法框图3.3 2PSK 信号的解调2PSK 只能采用相干解调,因为发”0”或发”1”时,其采用相位变化携带信息。

具体地说：其振幅不变(无法提取不同的包络)； 频率也不变(无法用滤波器分开)。

2PSK 的解调框图如图3所示：))开关电路图3 2PSK 解调框图其各个阶段的波形如下图4所示：图4 各阶段波形图3.4 2PSK 的“倒π现象”或“反向工作”2 Sabcde{a n }2PSK 信号本地载波z(t)t t t t t x(t)t tt定时脉冲抽样值2PSK 信号本地载波z(t)t t t t t x(t)t tt定时脉冲抽样值(b)(c){n a '{n a '{a n }波形图中，假设相干载波的基准相位与2PSK 信号的调制载波的基准相位一致（通常默认为0相位）。

但是，由于在2PSK 信号的载波恢复过程中存在着的相位模糊，即恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“1”变为“0”，“0”变为“1”，判决器输出数字信号全部出错。

这种现象称为2PSK 方式的“倒π”现象或“反相工作”。

这也是2PSK 方式在实际中很少采用的主要原因。

另外，在随机信号码元序列中，信号波形有可能出现长时间连续的正弦波形，致使在接收端无法辨认信号码元的起止时刻。

3.5 功率谱密度比较2ASK 信号的表达式和2PSK 信号的表达式： 2ASK ：（7）2PSK ：（8） 可知，两者的表示形式完全一样，区别仅在于基带信号f (t )不同（a n 不同），前者为单极性，后者为双极性。

因此，我们可以直接引用2ASK 信号功率谱密度的公式来表述2PSK 信号的功率谱，即：（9）应当注意，这里的P s (f )是双极性矩形脉冲序列的功率谱。

双极性的全占空矩形随机脉冲序列的功率谱密度为：（10）将其代入上式，得： （11）若P =1/2，并考虑到矩形脉冲的频谱：（12） （13）则2PSK 信号的功率谱密度为：t t f t S c ωcos )()(2ASK =⎩⎨⎧-=-PP t t t S c c 1,cos A ,cos A )(2PSK 概率为概率为ωω)()(S S T f Sa T f G π=[])()(41)(2c s c s PSK f f P f f P f P -++=())()0()21()()1(42222f G P f f G P P f f P s s s δ-+-=ST G =)0([][])()()0()21(41)()()1(222222PSK c c s c c s f f f f G P f f f G f f G P P f P -++-+-++-=δδ（14）功率谱密度曲线：图5 功率谱密度曲线图从以上分析可见，二进制相移键控信号的频谱特性与2ASK 的十分相似，带宽也是基带信号带宽的两倍。

区别仅在于当P=1/2时，其谱中无离散谱（即载波分量），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。

⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--+++=222)()(sin )()(sin 4)(sc s c s c s c s PSK T f f T f f T f f T f f T f P ππππ()f fcc f -c sc s四、程序流程图五、仿真结果及分析等概二进制信源、2PSK 信号波形及2PSK 信号频谱仿真结果如下图5所示：图5 2PSK 信号及频谱仿真图00.51 1.52 2.53 3.54 4.55-22等概二进制信源00.51 1.52 2.53 3.54 4.55-222PSK 信号012345678910x 1042442psk 信号频谱f总结在通信和信息传输系统、工业自动化或电子工程技术中，调制和解调应用最为广泛。

本设计研究了2PSK的调制和解调及谱分析原理，以及利用MATLAB对其调进行了编程和编译仿真，得到的结论和理论上是一致的。

简单而且快捷。

而调制和解调的基本原理是利用信号与系统的频域分析和傅里叶变换的基本性质，将信号的频谱进行搬移，使之满足一定需要，从而完成信号的传输或处理。

调制与解调又分模拟和数字两种，在现代通信中，调制器的载波信号几乎都是正弦信号，数字基带信号通过调制器改变正弦载波信号的幅度、频率或相位，产生幅度键控（ASK）、相位键控（PSK）、频率键控（FSK）信号，或同时改变正弦载波信号的几个参数，产生复合调制信号。

本课程设计主要介绍基于Matlab对2PSK 进制的调制仿真实现.在这次课程设计期间，自己查阅了许多相关资料，发现自己的知识水平有限，需要学习的东西还有很多很多。

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。

致谢通过三周的通信系统综合训练，我们都学到了许多东西，体会到了从书本学习与实际应用中的不同，这种感同身受必将对我们今后的学习与生活带来很大的帮助。

在三周的时间中，我们的指导老师时时在我们的身旁引导我们，帮助我们，倾注他们所有的才华，用心血让我们学会从理论走向实际这一目标十分艰辛，对我们来说是飞跃的过程。

不会忘记他们为了我们紧缩的眉头，焦急的眼神，疲倦的笑容，忙碌的身影！谢谢我们的指导老师对我们的帮助！参考文献[1] 樊昌信曹丽娜.通信原理.6版,国防工业出版社，2006[2] 梅志红，杨万铨.MATLAB程序设计基础及应用.清华大学出版社，2005[3] 吴伟陵等著.移动通信原理.电子工业出版社，2005[4] 曹志刚等著.现代通信原理.清华大学出版社，2001附录clear ;close all;N=500;fs=200;Ts=1;t=0:1/fs:N*Ts;fm=1/2*Ts;fc=4;%用正弦波产生方波twopi_fc_t=2*pi*fm*t; %源信号A=1; %幅值为1phi=0; %相位偏移为0x = A * cos(twopi_fc_t + phi);% 方波am=1;x(x>0)=am;x(x<0)=-1;subplot(3,1,1);plot(t,x);axis([0 5 -2 2]);title('等概二进制信源');grid on;%加边框car=sin(2*pi*fc*t); %载波psk=x.*car; %载波调制（相乘器）subplot(3,1,2);plot(t,psk);axis([0 5 -2 2]);title('2PSK信号');grid on;subplot(3,1,3);plot(abs(fft(psk)));%产生2psk信号的频谱axis([0 100000 0 40000]);grid on;title('2psk信号频谱');xlabel('f');。