2PSK调制与解调系统的仿真设计

目录

2PSK调制与解调系统的仿真 (3)

1.设计任务与要求 (4)

2.设计原理 (4)

2.1调制原理 (5)

2.2解调原理 (5)

3.系统结构图 (6)

3.1 2PSK信号的调制原理框图如下图3所示 (6)

3.2 2PSK信号的调制原理框图如下图所示 (7)

4.仿真结果 (7)

5.心得体会 (8)

参考文献 (9)

2PSK调制与解调系统的仿真

摘要：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。

关键词：数字调制、2PSK、调制与解调、Matlab仿真

1.设计任务与要求

课程设计需要运用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。

2.设计原理

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

2.1

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

2.2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.

3.系统结构图

3.1 2PSK信号的调制原理框图如下图3所示

2PSK信号的调制原理框图

说明：2psk调制器可以采用相乘器，也可以采用相位选择器就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。2PSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能进行相干解调。

3.2 2PSK信号的调制原理框图如下图所示

2PSK信号的解调原理框图

说明：由于PSK信号的功率谱中五载波分量，所以必须采用相干解调的方式。在相干解调中，如何得到同频同相的本地载波是个关键问题。只有对PSK信号进行非线性变换，才能产生载波分量。2PSK信号经过带通滤波器得到有用信号，经相乘器与本地载波相乘再经带通滤波相乘低通滤波抽样判决

本地载波

提取

V（t）

定时脉冲

cosωt

2PSK

解调器

过低通滤波器得到低频信号v(t)，再经抽样判决得到基带信号。

4.仿真结果

说明：基带信号经过调制系统生成PSK信号，信道中可能会有噪音干扰，经过带通滤波器过滤出有用信号。

说明：信道的PSK信号经过带通滤波器过滤出有用信号，经过相乘器和载波信号相乘，所得信号通过低通滤波器得到低频信号，再经抽样判决得到基带信号。

5.心得体会

一周的基于MATLAB的数字调制信号仿真分析课程设计让我获益颇深。更加深入的掌握了MATLAB软件的使用，了解了数字调制的基本原理和主要过程，进一步学习了信号的传输的有关容。

在这一周的时间我经常往返于图书馆，查阅相关资料，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。

参考文献：

[1]樊昌信《通信原理》电子工业

[2]王秉军等《通信原理》：清华大学

[3]志刚等《现代通信原理》：清华大学

[4]卫国《MATLAB程序设计与应用（第二版）》高等教育

[5]王嘉梅《基于MATLAB的数字信号处理与时间开发》电子科技大学

附：程序清单

2PSK基于MATLAB的程序代码：

clear all;

close all;

fs=8e5;%抽样频率

fm=20e3;%基带频率

n=2*(6*fs/fm);

final=(1/fs)*(n-1);

fc=2e5; % 载波频率

t=0:1/fs:(final);

Fn=fs/2;%耐奎斯特频率

%用正弦波产生方波

%========================================== twopi_fc_t=2*pi*fm*t;

A=1;

phi=0;

x = A * cos(twopi_fc_t + phi); % 方波

am=1;

x(x>0)=am;

x(x<0)=-1;

figure(1)

subplot(321);

plot(t,x);

axis([0 2e-4 -2 2]);

title('基带信号');

grid on

car=sin(2*pi*fc*t);%载波

ask=x.*car;%载波调制

subplot(322);

plot(t,ask);

axis([0 200e-6 -2 2]);

title('PSK信号');

grid on;

%=====================================================

vn=0.1;

noise=vn*(randn(size(t)));%产生噪音

subplot(323);

plot(t,noise);

grid on;

title('噪音信号');

axis([0 .2e-3 -1 1]);

askn=(ask+noise);%调制后加噪

subplot(324);

plot(t,askn);

axis([0 200e-6 -2 2]);

title('加噪后信号');

grid on;

%带通滤波

%====================================================================== fBW=40e3;

f=[0:3e3:4e5];

w=2*pi*f/fs;

z=exp(w*j);

BW=2*pi*fBW/fs;

a=.8547;%BW=2(1-a)/sqrt(a)

p=(j^2*a^2);

gain=.135;

Hz=gain*(z+1).*(z-1)./(z.^2-(p));

subplot(325);

plot(f,abs(Hz));

title('带通滤波器');

grid on;

Hz(Hz==0)=10^(8);%avoid log(0)

subplot(326);

plot(f,20*log10(abs(Hz)));

grid on;

title('Receiver -3dB Filter Response');

axis([1e5 3e5 -3 1]);

%滤波器系数

a=[1 0 0.7305];%[1 0 p]

b=[0.135 0 -0.135];%gain*[1 0 -1]

faskn=filter(b,a,askn);

figure(2)

subplot(321);

plot(t,faskn);

axis([0 100e-6 -2 2]);

title('通过带通滤波后输出');

grid on;

cm=faskn.*car;%解调

subplot(322);

plot(t,cm);

axis([0 100e-6 -2 2]);

grid on;

title('通过相乘器后输出');

%低通滤波器

%================================================================== p=0.72;

gain1=0.14;%gain=(1-p)/2

Hz1=gain1*(z+1)./(z-(p));

subplot(323);

Hz1(Hz1==0)=10^(-8);%avoid log(0)

plot(f,20*log10(abs(Hz1)));

grid on;

title('LPF -3dB response');

axis([0 5e4 -3 1]);

%滤波器系数

a1=[1 -0.72];%(z-(p))

b1=[0.14 0.14];%gain*[1 1]

so=filter(b1,a1,cm);

so=so*10;%add gain

so=so-mean(so);%removes DC component

subplot(324);

plot(t,so);

axis([0 8e-4 -3.5 3.5]);

title('通过低通滤波器后输出');

grid on;

%Comparator

%====================================================== High=2.5;

Low=-2.5;

vt=0;%设立比较标准

error=0;

len1=length(so);

for ii=1:len1

if so(ii) >= vt

Vs(ii)=High;

else

Vs(ii)=Low;

end

end

Vo=Vs;

subplot(325);

plot (t,Vo), title('解调后输出信号'),

axis([0 2e-4 -5 5])

grid on;

xlabel('时间 (s)'), ylabel('幅度(V)'),

课程设计评语