基于matlab的2PSK系统的设计—课程设计报告

基于MATLAB的2PSK系统的设计
一、实验目的
运用MATLAB编程实现2PSK调制解调过程，并且输出其调制及解调过程中的波形，讨论其调制和解调效果。

二、实验原理
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。

图1 相应的信号波形的示例
1 0 1
调制原理
数字调相：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。

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”。

因此，2PSK信号的时域表达式为(t)=Acos t+)
其中，表示第n个符号的绝对相位：
=
因此，上式可以改写为
图2 2PSK信号波形
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。

下图2-3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，在进行抽样判决。

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信号相干解调各点时间波形如图3 所示. 当恢复的相干载波产生180°倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调器输出数字基带信号全部出错.
图32PSK信号相干解调各点时间波形
这种现象通常称为"倒π"现象.由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180°的相位模糊,所以2PSK信号的相干解调存在随机的"倒π"现象,从而使得2PSK方式在实际中很少采用.
三、源程序
clear all;
close all;
clc;
max=10
g=zeros(1,max);
g=randint(1,max); %长度为max的随机二进制序列
cp=[];mod1=[];f=2*2*pi;t=0:2*pi/199:2*pi;
for n=1:length(g);
if g(n)==0;
A=zeros(1,200); %每个值200个点
else g(n)==1;
A=ones(1,200);
end
cp=[cp A]; %s(t),码元宽度200
c=cos(f*t); %载波信号
mod1=[mod1 c]; %与s(t)等长的载波信号,变为矩阵形式
end
figure(1);subplot(4,2,1);plot(cp);grid on;
axis([0 200*length(g) -2 2]);title('二进制信号序列');
cm=[];mod=[];
for n=1:length(g);
if g(n)==0;
B=ones(1,200); %每个值200个点
c=cos(f*t); %载波信号
else g(n)==1;
B=ones(1,200);
c=cos(f*t+pi); %载波信号
end
cm=[cm B]; %s(t),码元宽度200
mod=[mod c]; %与s(t)等长的载波信号
end
tiaoz=cm.*mod;%e(t)调制
figure(1);subplot(4,2,2);plot(tiaoz);grid on;
axis([0 200*length(g) -2 2]);title('2PSK调制信号');
figure(2);subplot(4,2,1);plot(abs(fft(cp)));
axis([0 200*length(g) 0 400]);title('原始信号频谱');
figure(2);subplot(4,2,2);plot(abs(fft(tiaoz)));
axis([0 200*length(g) 0 400]);title('2PSK信号频谱');
%带有高斯白噪声的信道
tz=awgn(tiaoz,10);%信号tiaoz中加入白噪声，信噪比为10
figure(1);subplot(4,2,3);plot(tz);grid on
axis([0 200*length(g) -2 2]);title('通过高斯白噪声信道后的信号'); figure(2);subplot(4,2,3);plot(abs(fft(tz)));
axis([0 200*length(g) 0 400]);title('加入白噪声的2PSK信号频谱'); jiet=2*mod1.*tz;%同步解调
figure(1);subplot(4,2,4);plot(jiet);grid on
axis([0 200*length(g) -2 2]);title('相乘后信号波形')
figure(2);subplot(4,2,4);plot(abs(fft(jiet)));
axis([0 200*length(g) 0 400]);title('相乘后信号频谱');
%低通滤波器
fp=500;fs=700;rp=3;rs=20;fn=11025;
ws=fs/(fn/2); wp=fp/(fn/2); %计算归一化角频率
[n,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs); %计算阶数和截止频率
[b,a]=butter(n,wn);%计算H(z）
figure(4);freqz(b,a,1000,11025);subplot(2,1,1);
axis([0 4000 -100 3 ])
title('LPF幅频相频图');
jt=filter(b,a,jiet);
figure(1);subplot(4,2,5);plot(jt);grid on
axis([0 200*length(g) -2 2]);title('经低通滤波器后信号波形') figure(2);subplot(4,2,5);plot(abs(fft(jt)));
axis([0 200*length(g) 0 400]);title('经低通滤波器后信号频谱');
%抽样判决
for m=1:200*length(g);
if jt(m)<0;
jt(m)=1;
else jt(m)>=0;
jt(m)=0;
end
end
figure(1);subplot(4,2,6);plot(jt);grid on
axis([0 200*length(g) -2 2]);title('经抽样判决后信号s^(t)波形') figure(2);subplot(4,2,6);plot(abs(fft(jt)));
axis([0 200*length(g) 0 400]);title('经抽样判决后信号频谱'); 四、实验结果。