1、 通信原理课程设计报告题 目 基于 Matlab 的 2PSK,2DPSK 仿真学 院 电子信息工程学院 专 业 学生姓名 学 号 年级 指导教师 职称 讲 师 2013 年 12 月 20 日设 计 报 告 成 绩 （按 照 优 、良 、中 、及 格 、不 及 格 评 定 ）指 导 教 师 评 语 ：指 导 教 师 （签名） 年 月 日说明：指导教师评分后，设计报告交院实验室保存。I基于 Matlab 的 2PSK,2DPSK 仿真专 业： 学 号：学 生： 指导老师：摘要：现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好，作为其关键技术之一的调制技术一直是研究的一个重要方向。本设计主要叙
2、述了数字信号的调制方式，介绍了 2PSK 数字调制方式的基本原理，功率谱密度，并运用 MATLAB 软件对数字调制方式 2PSK 进行了编程仿真实现，在MATLAB 平台上建立 2PSK 和 2DPSK 调制技术的仿真模型。进一步学习了 MATLAB 编程软件，将MATLAB 与通信系统中数字调制知识联系起来，为以后在通信领域学习和研究打下了基础在计算机上，运用 MATLAB 软件来实现对数字信号调制技术的仿真。关键词：数字调制与解调；MATLAB ；2PSK ；2DPSK；II目 录第 1 章 绪论 11.1 调制方式 .11.2 设计要求 .11.2.1 设计内容 .11.2.3 设计仪器
3、 .1第 2 章 2PSK,2DPSK 原理 .22.1 2PSK 原理 .22.1.1 2PSK 基本原理 .22.1.2 2PSK 调制原理 .22.1.3 2PSK 解调原理 .32.2 2DPSK 原理 42.2.1 2DPSK 基本原理 42.2.2 2DPSK 调制原理 52.2.3 2DPSK 解调原理 6第 3 章 实验过程 83.1 2PSK 仿真部分 .83.1.1 2PSK 仿真图 .83.1.2 2PSK 模块的参数设置： .83.2 2DPSK 仿真部分 93.2.1 2DPSK 仿真图 92.2.2 2DPSK 模块的参数设置： .10第 4 章 仿真结果 154.
4、1 2PSK 仿真结果 154.2 2DPSK 仿真结果 .15总结 16参考文献 17致谢 18成都学院（成都大学）课程设计报告1第 1 章 绪论1.1 调制方式 数字通信系统, 按调制方式可以分为基带传输和带通传输。数字基带信号的功率一般处于从零开始到某一频率（如 06M）低频段，因而在很多实际的通信（如无线信道）中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移，将数字基带信号变换成适合信道传输的数字频带信号进行传输，这种传输方式，称为数字信号的频带传输或调制传输、载波传输。所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使该参量随基带信号的规律变化从而携带消息。对数字信号进行调制可以
5、便于信号的传输；实现信道复用；改变信号占据的带宽；改善系统的性能。数字基带通信系统中四种基本的调制方式分别称为振幅键控（ASK，Amplitude-Shift keying） 、移频键控（ FSK，Frequency-Shift keying） 、移相键控(PSK，Phase-Shift keying )和差分移相键（DPSK，Different Phase-Shift keying） 。本次课程设计对 PSK,DPSK 这两种调制方式进行了仿真。1.2 设计要求1.2.1 设计内容用 MATLAB 完成对 2PSK、2DPSK 的调制与解调仿真电路设计，并对仿真结果进行分析，可编写程序，也可
6、硬件设计框图1.2.2 设计参数（参数可以自行设置）1、传输基带数字信号（15 位） 码元周期 T=0.01S2、载波频率：15KHz1.2.3 设计仪器计算机和 MATLAB 软件成都学院（成都大学）课程设计报告2第 2 章 2PSK,2DPSK 原理2.1 2PSK 原理2.1.1 2PSK 基本原理二进制移相键控，简记为 2PSK 或 BPSK。2PSK 信号码元的“0”和“1”分别用两个不同的初始相位“0”和“ ”来表示，而其振幅和频率保持不变.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:这种以载波的不
7、同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式,称为二进制移相键控方式。二进制移相键控信号的典型时间波形如图 2-1。图 2-1 二进制相移键控信号的时间波形2.1.2 2PSK 调制原理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，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。2PSK 信号调制有两种方法，即模拟调制法和键控法。通常用已调信号载波的 0和 180分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0，模拟调1 101 t0sT成都学院（成都大学）课程设计报告3制法用两个反相的载波信号进行调制。2PSK 以载波的相位变化作为参考基准的，当基带信号为 0 时相位相对于初始相位为 0，
8、当基带信号为 1 时相对于初始相位为 180。键控法，是用载波的相位来携带二进制信息的调制方式。通常用 0和 180来分别代表 0 和 1。其时域表达式为： tnTtgae cnsPSKo)(2 其中，2PSK 的调制中 an 必须为双极性码。两种方法原理图分别如图 2-2 和图 2-3 所示。图 2-2 模拟调制原理 图图 2-3 键控法原理图2.1.3 2PSK 解调原理由于 2PSK 的幅度是恒定的，必须进行相干解调。经过带通滤波的信号在相乘器中成都学院（成都大学）课程设计报告4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
9、样值判为 0。2PSK 信号的相干解调原理图如图2-4 所示，各点的波形如图 2-5 所示。由于2PSK 信号的载波回复过程中存在着 180的相位模糊，即恢复的本地载波与所需相干载波可能相同，也可能相反，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的基带信号正好相反，即“1”变成“0”吗“0”变成“1” ，判决器输出数字信号全部出错。这种现象称为 2PSK 方式的“倒 ”现象或“反相工作” 。图 2-4 2PSK 的相干解调原理图带 通滤 波 器 相 乘 器 低 通滤 波 器 抽 样判 决 器定 时脉 冲 输 出)(2tePSK tccosabc d e1010sT tabcd1
10、tttte11100成都学院（成都大学）课程设计报告5图 2-5 相干解调中各点波形图2.2 2DPSK 原理2.2.1 2DPSK 基本原理二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记为 2DPSK。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是只本码元初相与前一码元初相之差。传输系统中要保证信息的有效传输就必须要有较高的传输速率和很低的误码率。在传输信号中，2PSK 信号和 2ASK 及 2FSK 信号相比，具有较好的误码率性能，但是，在 2PSK 信号传输系统中存在相位不确定性，并将造成接收码元“0”和“1”的颠倒，产生误码。为了保
11、证 2PSK 的优点，又不会产生误码，将 2PSK 体制改进为二进制差分相移键控（2DPSK） ，及相对相移键控。2DPSK 方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用 表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：0 表示 0 码， 表示1 码。则数字信息序列与 2DPSK 信号的码元相位关系可举例表示如 2PSK 信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图见图 2-6。图 2-6 2DPSK 信号波形图2.2.2 2DPSK 调制原理二进制差分相移键控。2DPSK 方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字
12、信息。假设前后相邻码元的载波相位差为 ，可定义一种数字信息与 之间的关系为：()a绝 对 码b相 对 码 t1 01 01011100()2DPSKc参考成都学院（成都大学）课程设计报告6 00（ 数 字 信 息 “”）（ 数 字 信 息 1）为前一码元的相位。实现二进制差分相移键控的最常用的方法是：先对二进制数字基带信号进行差分编码，然后对变换出的差分码进行绝对调相即可。2DPSK 调制原理图如图 2-7 所示。延时 T s波形变换+C nS 2 d p s k ( t )C o s w c ( t )相对码 B n绝对码 D n图 2-7 2DPSK 调制原理框图2.2.3 2DPSK 解
13、调原理2DPSK 信号解调有相干解调方式和差分相干解调。用差分相干解调这种方法解调时不需要恢复本地载波，只要将 DPSK 信号精确地延迟一个码元时间间隔，然后与 DPSK信号相乘，相乘的结果就反映了前后码元的相对相位关系，经低通滤波后直接抽样判决即可恢复出原始的数字信息，而不需要在进行差分解码。相干解调码变换法及相干解调法的解调原理是，先对 2DPSK 信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，若相干载波产生 相位模糊，解调出的相对码将产生倒置现象，180但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位
14、模糊的问题。本次设计采用相干解调。两种解调方式的原理图如图 2-8 和图 2-9 所示。2DPSK 相干解调各点波形图如图 2-10 所示。成都学院（成都大学）课程设计报告7图 2-8 2DPSK 差分相干解调原 理图图 2-9 2DPSK相干解调原理图成都学院（成都大学）课程设计报告8图 2-10 2DPSK 相干解调各点波形图成都学院（成都大学）课程设计报告9第 3 章 实验过程3.1 2PSK 仿真部分3.1.1 2PSK 仿真图用MATLAB搭建好的2PSK仿真图如下：图3-1PSK仿真图3.1.2 2PSK 模块的参数设置：1）相乘模块图 3-2 相乘器参数设置2）低通滤波器模块成都
15、学院（成都大学）课程设计报告10图 3-3 滤波器其参数设置3）抽样判决模块图 3-4 pulse generator 参数设置3.2 2DPSK 仿真部分3.2.1 2DPSK 仿真图用 MATLAB 搭建好的 2DPSK 仿真图如下：成都学院（成都大学）课程设计报告11图 3-5 2DPSK 仿真图2.2.2 2DPSK 模块的参数设置：1） 载波模块图 3-6 载波参数设置2）乘法器模块成都学院（成都大学）课程设计报告12图 3-7 乘法器参数设置3）基带模块图 3-8 基带信号参数设置4）Unipolar to Bipolar Converte 模块成都学院（成都大学）课程设计报告13
16、图3-9 Unipolar to Bipolar Converter参数设置5）码变换模块图3-10 Logical Operator参数设置图3-11 Unit Delay参数设置成都学院（成都大学）课程设计报告14图3-12 Data Type Conversion参数设置6）滤波器模块图3-13 带通滤波器参数设置成都学院（成都大学）课程设计报告15图3-14 低通滤波器参数设置成都学院（成都大学）课程设计报告16第 4 章 仿真结果4.1 2PSK 仿真结果图 4-1 2PSK 电路仿真波形4.2 2DPSK 仿真结果图 4-2 2DPSK 电路仿真波形成都学院（成都大学）课程设计报告
17、17总结从以上对比可以看出，对同一调制方式，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式淡定误码率。若采用相同的解调方式，2PSK 的信噪比比较低。反过来，若信噪比 r 一定，2PSK 误码率比较低。由此看来，在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK 性能最好。首先要进行电路设计：先构思电路的实现过程，选择合适器件实现相应的功能。仿真模拟：在硬件实现之前要先进行仿真，确定可以实现所要求的功能时才能进行实际操作。调试：要求能熟练地使用示波器。出现问题是要能够进行合理的分析。耐心的检察错误。整个过程中的每个环节都会出现问题，在不断的请教老师和同学的过程中不断地总结经验教训。最终收获的不仅是知识还有解
18、决问题的方法和技巧！ 通过这次课程设计还让我知道了，我们平时所学的知识如果不加以实践的话等于纸上谈兵。课程设计主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意识。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，巩固我们已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实。当然在做课程设计的过程中总会出现各种问题，在这种情况下我们都会努力寻求最佳路径解决问题，无形间提高了我们的动手，动脑能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。在这一周的课程设计中，让我们体会最深刻的就是对各种器件的了解不够深刻，使得在
19、使用的过程中出现很多误区，无法得到理想的实验结果，所以我们应该在今后的学习中珍惜每一次的动手实践机会，积累经验，为以后的工作打下坚实的基础。这次实习我们受益匪浅。通过本次的课程设计，我在学习方法、逻辑思维、分析和解决问题的能力等各个方面都有了长足的进步。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我们的设计思维，增加了实际操作能力。在让我们体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我们体会到成功的喜悦和快乐。成都学院（成都大学）课程设计报告18参 考 文 献1 樊昌信,曹丽娜. 通信原理（第6版）.北京：国防工业出版社，20062 赵鸿图,茅艳. 通信原理MATLAB仿真教程.北京：人民邮电出版社，20103 赵静,张瑾,高新科. 基于 MATLAB 的通信系统仿真.北京：北京航空航天大学出版社,24 赵培功，李雷.集成电路应用.成都：电子科技大学出版社，19975 曹弋.MATLAB 教程及实训.北京：机械工业出版社，20086 韦岗，季飞，傅娟.通信系统建模与仿真.北京：电子工业出版社，2007成都学院（成都大学）课程设计报告19致谢
