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1、1 .项目目的基于Simulink的数字通信系统仿真一采用2PSK调制技术1.1 技术要求(1)对数字通信系统主要原理和技术进行研究，包括二进制相移键控( 2PSR及解调 技术和高斯噪声的道原理等。(2) 建立数字通的系统数学模型；(3)建立完整的基于2PSK的模拟通信系统仿真模型；(4) 对系统进行仿真、分析。1.2 主要任务(1) 建立模拟通的系统数学模型；(2) 2) 利用 Simulink 的模块建立模拟通的系统的仿真模型；(3) 对通的系统进行时间流上的仿真，得到仿真结果；(4) 将仿真结果与理论结果进行比较、分析。2. 项目正文：2.1 二进制相移键控一一2PSK设计原理数字的号的
2、传输方式分为基带传输和带通传输， 在实际应用中， 大多数的道具有带通特性而不能直接传输基带的号。 为了使数字的号在带通的道中传输， 必须使用数字基带的号对载波进行调制， 以使的号与的道的特性相匹配。 这种用数字基带的号控制载波， 把数 字基带的号变换为数字带通的号的过程称为数字调制。数字调制技术的两种方法： 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， 把数字基带的号当作模拟的号的特殊情况处理； 利用数字的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。相应的 2ps
3、k 的号波形的示例 见下一页- 1 -101图1-1 2psk信号波形?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。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
4、2PSK中，通常用初始相位 0和兀分别表示二进制“ 1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式 为E2psk=Acos(cos 3 ct+ Q n)其中，少n表示第n个符号的绝对相位：错误！未找到引用源。=0发送“0”时1 发送“ 1”时因此，上式可以改写为错误！未找到引用源。E 2psk= Acos co c t 概率为P-Acosco c t 概率为 1-P由于表示信号的两种码元的波形相同，记性相反，故2PSK信号一般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相乘，即e 2psk=s(t)cos w ct其中s(t)= E ang(t-nT s)这里，g(t)是脉宽为Ts的单个
5、矩形脉冲，而 an得统计特性为1概率为Pan=-1概率为1-PJ即发送二进制符号 “0”时（anW+1）, e 2psk（t）取0相位；发送二进制符号“1”时（an 取-1 ）, e 2psk（t）取兀相位。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
6、.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.2PSK信号相干解调各点时间波形t 1 I 00 J 0 QWVWWX/XAAAF1 图1-2 2PSK信号相干解调各点时间波形说明：此2PSK军调器在无噪声情况下能对2PSK信号正确解调。（b）是受到的2PSK;（C）是本地载波提取电路提取的同频同相载波信号；（d）是接受2PSK信号与本地载波相乘得到的波形示意图，此波形经过低通滤波器滤波后得到低通信号（e）,取样判决器在位定时信号（f）的控制下对（e）波形取样，在与门限进行比较，做出相应的判决得到恢复的信息（g）倒
7、兀现象.由于在2PSK需要注意的是判决规则应与调制规则一致。这种现象通常称为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兀”现象，从而使得2PSK方式在实际中很实用.- 9 -图1-3 2PSK信号的功率谱由图可知，2PSK信号的功率谱是基带信号功率谱的线性搬移其频谱的主要带宽是 进制基带信号频谱主瓣宽度的两倍，即B2PSK = 2 fs2.2 系统结构设计框图2PSK信号的调制原理框图如下图所示开关电路图1-4 2PSK信号键控法调制原理框图说明：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
8、(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。2PSK相干解调系统2PSK信号的解调通常采用相干解调法，其相干解调原理框图如下：图1-5 2PSK信号的相干解调说明：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
9、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，再经抽样判决得到基带信号。本次采用的调制规则为1变0不变所以解调规则也用1变0不变。即为 取样值大于门限时判为0,当取样值小于门限值时判为1。但在实际通信系统中往往 存在噪声，噪声会对判决值产生影响，即会产生误码率， 一般假设信道的噪声为高斯白噪2.3 系统仿真及结果,则产生在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时二进制移相键控（2PSK）信号.在此用已调信号载波的0。和180。分别表示二进制数字基带信号的1和0.用两个反相的载波信号进行调制，2PSK信号调制与解调的模型方框图如下所
10、示，各模块的名称已标注在图上。前半部分为调制部分，后半部分为解调部分。图1-6 2PSK信号调制与解调的模型方框图其中Sin wave和Sin wavel是反相的载波，正弦脉冲作为信号源，各个参数设置如下：正相载波器：Sin wave信号参数设置:1 Block Par ameter&： Siine W-avel飞 I X |I 2 n e WafseOupu.t 1二上 na wnci: O (t) = A2Z.p*SlEi (ZpX*FTeq*,-Pha-a ) - DXac Shq： type d.arHil-rLe： *th电 izozaput.atXa-nal tectmlque L
11、L=Qd Ttie par2lzdcars In tEis two tppe：=Telo.ed. tturciucii:Sasnp二曰写 per Derlo-d. = 2*pl / CFareau-encT * Sospie 七士2u： NiESDber of orTset eazno 二亡占 = Phase * Eazroles oer 口亡父10d / Use tHe aamo 1 c-baecd. sine tkou x ninDCTlcal crobleiE d.ue t:口 Huruiinu for liarce lines Cc. e.1 cr ilh jabsolut-eoccu
12、r.Parae-t ctsTl-Hd ：LTsb e s izuu l a z c-n 七二 znurzc胃UTf1图1-7正相载波参数设置正相载波：4HZ,幅度1设置依据：载波频率本来应该很高，但是为了波形观察方便，故频率设为4H乙反相载波器：Sin wavel信号的参数设置Block Parameters: Sine WaveE Wav-o-OutE：ut a ; a：n： wa-e ,口=.黄卬a写W c 3斑*!i*iFi看口女1尸* &$ *S：I:- 看学/ Wb-flH量C-， 1 卜二1 e o=3pu tali -fi-ri 1U一“3hi-*-slsii也一h a n. -
13、t H* t.S$- j-pe s htc： x is I a.t e d, tErciLE aa 二S a=.p les p-er pexLra-d = 之口二 / (?XisquencT - Selzio 二 u t:i=e：UTTLtex o-f of s e z Les = Ptiase iaziQl e ji per pexxod. / (江一口口)Use tire Easrp 1 e-ihataed sxne type- i nusbuz.匚工 pzob-le=is due o 3utltlxhe for Ihltuu t(. *.flow n at-c-liij.-E. tisa
14、j oceixr.Fast &SW-T er I-1Bia.s .FFre-QuencT (xadiB-ec |s*Pi-F3ts. -gi = Thies. ho Id 7hzEh-old:Ffj? EnEtlE zero ?r os sing detect i-onEased叨 ti3 (-1 for inhs-rittd.:I。. OQEOKCancel I HelpApply图1-11多路选择器(Switch )参数设置参数设置依据：当二进制序列大于0时，输出第一路信号；当二进制序列小于0时,输出第二路信号。带通滤波器(Digital Filter Design )参数设置:带通滤波器
15、参数：带通范围为27HZ设置依据：载波频率为 4HZ,而基带号带宽为1HZ,考滤到滤波器的边沿缓降，故设置为27Hz.相乘器(product )参数设置: Block Parameters; ProductProductMultiply qt dividt inputs- Choo itqt ziatTix product and ipscifyene the fol lew! ng: a)甄 ot / for each input port (e.)b scalar specifi&s ths nisber of input parts： to be multipliedScalar val
16、ue f for element-vise product causes all e learnt a of a sin 自二 e； input vector to be multiplied.If is specif led with 3atriz product. cnapute the inverse! of the cc-rre span ding input.邺 I Cuicel I图1-17噪声参数设置-13 -图1-13 相乘器参数设置低通滤波器(AnalogFilter Designl )参数设置:Analog Filter Desifri (mask) (link)Desig
17、n one of several standard analog filtersf implemerrted in fftate-space 口工瓶.ParametersDesign method: EutterworthFilter type; LawpassFilter order:3Fasstand ede frequency (rad/s):8*piQK ., Canc&l Help Apply图1-14 低通滤波器参数设置低通滤波器参数设置：截止频率为1HZ设置依据：二进制序列的带宽为1HZ,故取1H乙取样器亿ero-Order Hold)参数设置:Block Parameters:
18、 Zero-Order Hold? | XZiiTc-Ordtz- Mold2arc-order h.a-lLi-ParEaeteTB-Sas&le- ta# (-1 f*r InHerfte-d) :|o. 0020K1mmiylpipply图1-15 取样器参数设置判决器(relay )参数设置:Relaror ofrJ va.lu br uoapmtns tha- Inpux to- 二hia on/-o-f r state of thia r a 1 ay 1 s not.Output:cpficifls-d. on1ttia zp4cITad. tJrraztiold*,af act
19、ed tiy input ba-tnn： this uppsr and. Iowqt 1工曰口七二.Main | Sidat a. t*p曲石C-itlccI图1-16 判决器参数设置噪声设置(AWGN channel )参数设置：*波形仿真图图1-18 2PSK调制的各点时间波形图中第一个图为正相载波的波形，第二个图为随机产生的二进制序列，第三个图为通过码型变换器后的波形，最后一个图为调制后的2PSK信号。-15日当电声睥用e a图1-19-1 2PSK解调的各点时间波形图1-19-2 2PSK解调的各点时间波形图1-19-1中第一个图为通过带通滤波器后的波形，第二个图为与同频同向载波相乘
20、后的波形，第三个图为通过低通滤波器后的波形。图1-19-2中为数字信号与解调出来的信号的对比当加入噪声后波形为：-图1-20 2PSK调制的各点时间波形-# -2PSKM调各点的时间波形如下所示:图1-21 2PSK解调的各点时间波形图1-22 2PSK解调后输出的频谱图-15 -图中第一个图为随机产生的二进制序列，第二个图为解调后的二进制序列。2PSKB调后输出的频谱图:B Power 5-pectrjl DensityTime 收ecs)vp2k 王浜-Eian2.4仿真结果分析由系统模型运行可得，不加噪声时误码率为:FiliEf Design 1图1-23 不加噪声时误码率加入噪声后，再
21、次运行，此时误码率为:FiliEf Design 1图1-24加噪声时误码率按照2PSK相干系统的模型进行仿真，仿真结果分别给出了加噪声波形、2PSK信号波形、加性干扰的2PSK信号波形、经过相干解调器后的波形以及抽样判决的波形，各个波 形皆符合理论分析，且抽样判决输出与原始信号几无差别。结论：2PSK相干解调系统在抗加性高斯白噪声方面性能很好。3 .项目总结或结论通过理论指导，从仿真中可以看出在 2PSK调制系统中由于存在信道干扰和码间干扰，会影响调制系统的性能及存在一定的误码率，误码率与信噪比相关，当信噪比提高时。误码率下降。在老师和同学的共同帮助下顺利的完成了这次课程设计，且这次课程设计
22、使用了 MATLAB勺SIMULINK功能对2PSK系统进行建模仿真，使我们对数字调制有了更进一步的 认识，也对MATLA砰白SIMULINK有了一定的了解， 熟悉了它的一些操作。 在此再次感谢 老师的指导和同学间的互相合作，让我们更好的完成了这次课程设计。通过这次课设我们收获最大的是方法和能力；那些分析和解决问题的能力。在整个课程设计的过程中，我们在经验方面十分缺乏，空有理论知识，没有理性的知识；有些东西可能与实际脱节。总体来说，像课程设计这种类型的作业对我们的帮助还是很大的，它需要我们将学过的相关知识系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进！本次的课程设计， 培养了我们综合应用设计课
23、程及其他课程的理论知识和理论联系实际，应用实际知识解决实际问题的能力；在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，同学们共同协作， 解决了许多个人无法解决的问题； 在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。4 . 参考文献1 樊昌信 , 曹丽娜 . 通信原理（第六版） TN. 北京：国防工业出版社 , 20062韩利华，王华.MATLAB电子仿真与应用TN.北京：国防工业出版社,20033 王秉军等 通信原理北京：清华大学出版社4 曹志刚等 现代通信原理北京：清华大学出版社5 刘卫国MATLA翼序设计与应用（第二版）高等教育出版社6 王嘉梅 基于MATLAB勺数字信号处理与时间开发西安电子科技大学出版7 徐文燕，武振国，通信原理。北京 北京邮电大学出版社。 20108 黄葆华，杨晓静，某华坤 . 通信原理 . 西安：西安电子科技大学出版社， 2007- 17 -