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1、吴志敏基于 MATLAB 的 psk 调制解调实现第页共 19 页 长沙理工大学 通信原理课程设计报告 李柳 学院 计算机与通信工程专业通信工程 班级通信 1203 学号201254080308 学生姓名李柳指导教师吴志敏 课程成绩完成日期2015 年 1 月 4 日 吴志敏基于 MATLAB 的 psk 调制解调实现第页共 19 页 课程设计成绩评定 学院 计算机与通信工程专业通信工程 班级通信 1203 学号201254080308 学生姓名李柳指导教师吴志敏 课程成绩完成日期2015 年 1 月 4 日 指导教师对学生在课程设计中的评价 评分项目优良中及格不及格 课程设计中的创造性成果
2、学生掌握课程内容的程度 课程设计完成情况 课程设计动手能力 文字表达 学习态度 规范要求 课程设计论文的质量 指导教师对课程设计的评定意见 综合成绩指导教师签字年月日 吴志敏基于 MATLAB 的 psk 调制解调实现第页共 19 页 课程设计任务书 计算机与通信工程学院通信工程专业 课程名称通信原理课程设计时间 2014/2015学年第一学期 1819周 学生姓名 李柳 指导老师吴志敏 题 目 基于 MATLAB 的 PSK 调制解调实现 主要内容： 利用 MATLAB 集成环境下的 M 文件，编写程序来实现PSK 的调制解调， 并绘制出解调前后的时域和频域波形及叠加噪声时解调前后的时频波形
3、，根据运 行结果和波形来分析该解调过程的正确性及信道对信号传输的影响。 要求： 1）熟悉 MATLAB 中 M文件的使用方法，并在掌握PSK调制解调原理的基础 上，编写出 PSK 调制解调程序。 2）绘制出 PSK 信号解调前后在时域和频域中的波形，并观察解调前后频谱 有何变化以加深对PSK 信号解调原理的理解。 3）对信号叠加噪声，并进行解调，绘制出解调前后信号的时频波形，改变 噪声功率进行解调，分析噪声对信号传输造成的影响。 4）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课 程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。 应当提交的文件： （1）课程设计学年论文。 （2
4、）课程设计附件。 吴志敏基于 MATLAB 的 psk 调制解调实现第页共 19 页 基于 MATLAB 的 PSK 调制解调实现 学生姓名：李柳指导老师：吴志敏 摘要利用 MATLAB 集成环境下的 M 文件，编写程序来实现PSK 的调制解调，并 绘制出解调前后的时域和频域波形及叠加噪声时解调前后的时频波形，根据运行结果和 波形来分析该解调过程的正确性及信道对信号传输的影响。 关键词数字调制解调分析与仿真Matlab 1 引言 现代通信的发展趋势为数字化，随着现代通信技术的不断开发，数字调制技术已日 趋成熟，在各个领域都得到了广泛的应用和认同。数字通信系统较模拟通信系统而言， 具有抗干扰能力
5、强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数 字通信更能适应对通信技术的高要求。MATLAB 是一种使用简便的、 特别适用于科学研究 和工程计算的高级语言，与其他计算机语言相比，它的特点是简洁和智能化，具有极高 的编程和调试效率。通过使用MATLAB 工具箱函数对数字调制进行仿真，更能直观彻底 的掌握数字通信，数字调制的原理。有助于我们的学习和研究，加深对知识的理解和运 用。 1.1 课程设计目的 要求熟练使用 MATLAB 集成环境下的 M 文件，编写程序来实现PSK 的调制解调。 通过实现 PSK 调制解调的课程设计，更加熟练的掌握MATLAB 的编程语言，熟练使用 条件
6、控制，循环等语句以及函数的调用等关于MATLAB 的知识。同时加深对PSK 调制 与解调的理论知识的理解， 增强 matlab的软件的使用方面和各种编码解码的能力，对以 后其他的软件的使用和其他方式的调制解调能更好的理解等。 1.2 课程设计要求 能够理解并掌握PSK 调制解调的原理，能够熟练的利用MATLAB 中的 M 文件编 写 PSK 的调制解调程序并绘制出PSK 信号解调前后在时域和频域的波形，观察其频谱 的变化；在此基础上对信号进行叠加噪声，绘制出解调前后的时域波形，改变噪声功率 进行解调，分析噪声对信号传输的影响。 吴志敏基于 MATLAB 的 psk 调制解调实现第页共 19 页
7、 1.3 课程设计步骤 在 M 文件中编写程序产生数字基带信号，对信号进行数字调制，再已调信号进行解 调，绘制调制解调前后信号在时域的波形和频谱，然后在已调信号上叠加噪声并解调， 改变噪声功率，观察解调前后时域波形，分析噪声对信号传输的影响。 （1） 利用正弦信号产生方波，作为基带信号。 （2） 基带信号与载波相乘得到PSK 信号。 （3） 通过带通滤波器，相乘器，低通滤波器的到解调信号。 （4） 叠加噪声信号再次进行解调，改变噪声功率再进行解调。 （5） 分析对比解调前后的时域波形，解释噪声对信号传输的影响。 2 PSK 调制解调原理 调制和解调的基本原理是利用信号与系统的频域分析和傅里叶变
8、换的基本性质，将 信号的频谱进行搬移，使之满足一定需要，从而完成信号的传输或处理。调制与解调又 分模拟和数字两种，在现代通信中，调制器的载波信号几乎都是正弦信号，数字基带信 号通过调制器改变正弦载波信号的幅度、频率或相位，产生幅度键控（ASK） 、相位键 控（PSK） 、频率键控（ FSK）信号，或同时改变正弦载波信号的几个参数，产生复合调 制信号。相移键控 (PSK)：一种用载波相位表示输入信号信息的调制技术。移相键控分 为绝对移相和相对移相两种。以未调载波的相位作为基准的相位调制叫作绝对移相。以 二进制调相为例，取码元为“1”时，调制后载波与未调载波同相；取码元为“0”时， 调制后载波与未
9、调载波反相； “1”和“ 0”时调制后载波相位差180。 2.1 PSK 调制原理 PSK 信号用载波相位的变化来表征被传输信息的状态，通常规定 0 相位载波和 相 位载波分别表示传“ 1”和传“ 0” 。设二进制单极性码为an,其对应的双极性二进制码为 bn,则 2PSK 信号的一般时域信号可以表示为： S2psk（t）= bn g(t-nTs)cosct 式中bn=-1（当 an=0时，概率为 P） bn=1（当 an=1时，概率为 1-P） 则时域信号可以变为 : S2psk（t）= g(t-nTs)cos（ct+） ， 当 an=0时 吴志敏基于 MATLAB 的 psk 调制解调实现
10、第页共 19 页 S2psk（t）= g(t-nTs)cos（ct+0）当 an=1时 由此可知 2PSK 信号是一种双边带信号，功率谱为： P2PSK（?）= ?s=P（1-P）|G（?+ ?s）|2+|G（?- ?s）|2 + ?s2（1-P）2|G（0）|2(?+ ?s)+ (?- ?s) 2PSK 信号的带宽为 B2PSK=（?c+Rs）-（?c-Rs）= 2Rs 式中 Rs为码元速率。 2.2 PSK 解调原理 2PSK 信号的解调通常采用相干解调法，其原理框图如下： )( 2 te PSK 定时脉冲 带通 滤波器 低通 滤波器 抽样 判决器 t c cos 输出 码变换 相 乘 S
11、（t） 载波 eo（ t） 双极性 不归零 2PSK 的调制方框图图 2.1 吴志敏基于 MATLAB 的 psk 调制解调实现第页共 19 页 图 2.2 相干解调也叫同步检波，它适用于所有线性调制信号的解调。实现相 干解调的关键是接收端要恢复出一个与调制载波严格同步的相干载波。相 干解调是指利用乘法器，输入一路与载频相干（同频同相）的参考信号与 载频相乘。 3 仿真实现过程 3.1 PSK 信号的产生 利用正弦波产生基带数字信号（双极性），再与载波信号直接相乘的方法。 x = cos(wfc_t); x(x0)=1; x(x0)=1 x(x= vt Vs(ii)=High; else Vs
12、(ii)=Low; end end Vo=Vs; subplot(325); plot (t,Vo); title(解调后输出信号 ); axis(0 2e-4 -2 2) ; grid on; xlabel(时间 (s), ylabel(幅度(V); figure(3) F1=fft(x); subplot(211); plot (t,F1); title(基带信号频谱 ); F2=fft(so); subplot(212); plot (t,F2); title( 解调后输出信号频谱 ); 附录二：叠加大信噪比噪声PSK 调制解调程序清单 % 程序名称： PSK.m % 程序功能：实现 P
13、SK调制解调 % 程序作者：李柳 %= 吴志敏基于 MATLAB 的 psk 调制解调实现第页共 19 页 clear all; close all; fs=8e5;%抽样频率 fm=2e4;% 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); %用正弦波产生方波 wfc_t=2*pi*fm*t; x = cos(wfc_t ); % 方波 x(x0)=1; x(x= vt Vs(ii)=High; else Vs(ii)=Low; end end Vo=Vs; subplot(326); plot
14、 (t,Vo); title(解调后输出信号 ); axis(0 2e-4 -2 2) ; grid on; xlabel(时间 (s), ylabel(幅度(V); subplot(321); plot(f,20*log10(abs(Hz); grid on; title(Receiver -3dB Filter Response); axis(1e5 3e5 -3 1); figure(3) F1=fft(x); subplot(211); plot (t,F1); title(基带信号频谱 ); F2=fft(so); subplot(212); plot (t,F2); title(解调后输出信号频谱 );