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2PSK调制与解调系统的仿真资料

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2PSK 调制与解调系统的仿真 ........................................................................................................ 2 1.设计任务与要求.................................................................................................................... 3 2.设计原理................................................................................................................................ 3 2.1 调制原理..................................................................................................................... 3 2.2 解调原理..................................................................................................................... 4 3.系统结构图............................................................................................................................ 5 3.1 2PSK 信号的调制原理框图如下图 3 所示............................................................... 5 3.2 2PSK 信号的调制原理框图如下图所示................................................................... 5 4.仿真结果................................................................................................................................ 6 5.心得体会................................................................................................................................ 7 参考文献................................................................................................................................... 8

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 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 错误!未找到引用源。(t)=Acos 错误!未找到引用源。t+错误!未找到引用源。) 其中,错误!未找到引用源。表示第 n 个符号的绝对相位: 错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。 因此,上式可以改写为 错误!未找到引用源。 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 3 2PSK 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 带通滤波 相乘 cosω t 本地载波 提取 解调器 定时脉冲 低通滤波 V(t) 抽样判决

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 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:信道内的 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 的有关内容。 在这一周的时间内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。

参考文献:

[1]樊昌信 [2]王秉军等 [3]曹志刚等 [4]刘卫国 [5]王嘉梅

《通信原理》 电子工业出版社 《通信原理》 北京: 清华大学出版社 《现代通信原理》 北京: 清华大学出版社 《MATLAB 程序设计与应用(第二版) 》 高等教育出版社 《基于 MATLAB 的数字信号处理与时间开发》 西安电子科技大学出版社

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

指 导 教 师 评 语

设 计 成 绩





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