2PSK通信系统设计 武汉理工课程设计说明书

2PSK通信系统设计

1 技术指标

设计一个2PSK通信系统，要求：

（1）设计出2PSK通信系统的结构；

（2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）；

（3）用Matlab或SystemView 实现该数字通信系统；

（4）观察仿真并进行波形分析；

（5）系统的性能评价。

2 基本原理

本次课程设计分别使用SystemView与Matlab两种仿真软件并采用两种不同的方案完成。

2.1 方案1

2.1.1系统框图与调制原理

使用Matlab中Simulink仿真模块实现，调制方法为利用键控法实现绝对相移，利用加法器加入高斯白噪声模拟真实传输系统，解调时直接使用原载波信号进行相干解调。系统框图如图1所示。

图1 方案1系统框图

其中，调制部分的调制信号为NRZ数字信号，载波为比NRZ数字信号频率高的正弦载波，载波1与载波2反相，根据调制信号的0与1分别对应输出两个不同的载波实现键控2PSK调制。使用加法器加入高斯白噪声模拟信道传输过程。带通滤波器、乘法器、低

通滤波器、抽样判决模块共同组成2PSK 的相干解调部分。键控调制法原理图如图2所示。

图2 2PSK 键控调制法原理图

2.1.2仿真电路图与模块参数设置

Simulink 仿真电路图如图3所示。

图3 方案1 Simulink 仿真电路图

使用Bernoulli Binary Generator 作为信号源产生随机的2进制NRZ 数字信号，之后使用数字码型极性转换模块Unipolar to Bipolar Converter 将其转换为双极性码，作为之后Switch 的键控信号输入。Bernoulli Binary Generator 的参数设置如图4所示。

图4 Bernoulli Binary Generator参数设置

产生码元宽度为1s，即频率为1Hz的随机数字信号，出现0的概率为0.5。

利用Sine Wave产生两个频率为10Hz的正弦载波设置其幅度为相反数实现反相，并将两载波和经过极性变换后的双极性数字信号输入Switch开始2PSK键控调制。Switch参数设置和Sine Wave参数设置分别如图5、图6所示。

图5 Switch参数设置

图6 Sine Wave参数设置

Switch参数中的判决阈值电平设为0，这样当输入的数字信号大于0时，输出正相载波，当输入的数字信号小于0时输出反相载波，从而实现2PSK键控调制。Sine Wave参数设置为幅度为2V，频率10Hz，抽样时间1/500s，每帧抽样1次。两Sine Wave参数除幅度外设置为完全相同，幅度设置为相反数实现反相。

之后利用加法器Sum将高斯噪声产生模块Gaussian Noise Generator产生的高斯白噪声加入调制后的2PSK信号模拟在传输信道中的高斯噪声干扰。Gaussian Noise Generator模

块参数设置如图7所示。

图7 Gaussian Noise Generator参数设置

将高斯噪声初始算数平均值设置为10方差设为1，抽样时间1s。实验仿真过程中可以通过改变方差和算术平均值来改变信道噪声干扰强度，从而观察系统的抗干扰能力。

以上为2PSK信号调制与传输模块，接下来设计2PSK信号解调模块。

根据通信原理的相关知识，先将接受的信号通过一带通滤波器滤除信道外高斯噪声。使用Simulink中的Analog Filter Design模块并将其设置为Bandpass Filter。其参数设置如图8所示。

图8 Analog Filter Design参数设置

滤波器设置为Bandpass型，由于载波频率为10Hz，且原NRZ信号的频率为1Hz，即带宽为2Hz。则带通的频率下限设为9Hz，将其转换为rad/s单位即为18*π，频率上限设为11Hz，转换为rad/s单位即为22*π。

完成对信道外噪声的滤除之后，利用乘法器Product将载波与已调信号相乘开始相干解调，即利用载波将已调信号再次搬移回低频区域。Product参数设置如图9所示。

图9 Product参数设置

之后将所得信号通过低通滤波器滤除搬移产生的两倍载波频率的高频部分，则剩下的就只有低频部分。低通滤波器同样利用Analog Filter Design实现，将其设置为Lowpass，

Analog Filter Design1的参数设置如图10所示。

图10 Analog Filter Design1参数设置

经过第二次频率搬移后，信号为1Hz的低频部分和2倍载波频率即20Hz的高频部分，

所以将低通滤波器的截止频率设置为中间值10Hz，即rad/s单位下的20*π。阶数设置为8

阶。

将所得低频信号经过抽样判决模块还原NRZ数字信号。抽样判决模块由触发子系统Triggered Subsystem、滞环比较器Relay、零阶保持器Zero-Order Hold三个模块组成。Triggered Subsystem中的触发模块Trigger参数设置如图11所示。

图11 Trigger参数设置

要使Triggered Subsystem工作需要为其提供合适的触发信号，利用Pulse Generator产生触发信号并将其接入Triggered Subsystem，Pulse Generator参数设置如图12。

图12 Pulse Generator参数设置

产生周期为0.5s，脉冲宽度为周期的5%，幅度为1V的脉冲信号。

利用滞环比较器将触发子系统产生的阶梯状信号转变为固定电平的数字信号。Relay参数设置如图13所示。

图13 Relay参数设置

其判决点设置为eps函数，其无参时默认参数为1，实际上它是一个精度计算的函数，取值为距参数最近的浮点数的距离，即为计算浮点数精度。由于低通滤波器和带通滤波器都是有一定滚降范围和响应时间的，而且在滤波后的信号刚开始有一个从0升至1或降至-1的过程，这一部分在触发子系统产生的波形中的第一个周期会出现一个0电平，可以利用eps作为判决门限将其抹去。其输出设置为1或0，这样可以直接输出单极性数字信号，免去极性变换的麻烦。

由于在设置触发子系统时，为了提高精度将其触发信号周期设置为0.5s，为原始NRZ 信号的一半，同时由于滤波器有一定滚降范围，可能导致码值变换时滤波后的信号来不及改变出现半个周期的误码，但是每个原始NRZ信号周期的初始值是正确的，所以可以用一个零阶保持器Zero-Order Hold将前半个周期的信号扩展保持到后半个周期，从而进行信号修正。Zero-Order Hold的参数设置如图14所示。