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2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 1 页2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析学生姓名：指导老师：学生姓名：指导老师：摘 要：在数字传输系统中，数字信号对高频载波进行调制，变为频带信号，通过信道传输，在接收端解调后恢复成数字信号，由于大多数实际信号都是带通型的，所以必须先用数字频带信号对载波进行调制，形成数字调制信号再进行传输，因此，调制解调技术是实现现代通信的重要手段。数字调制地实现，促进了通信的飞速发展。研究数字通信调制理论，提供有效调制方法有着重要意义。实现调试解调的方法有很多种，本文应用了键控法产生调制与解调信号。数字相位调制又称相移键控记作 PSK(Phase Shift Keying),二进制相移键控记作 2PSK，它们是利用载波振荡相位的变化来传送数字信号的，在二进制数字解调中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，则就产生二进制移相键控2PSK信号。重点介绍了2PSK的调制与解调的工作原理，以及Simulink进行设计和仿真。关键词：调制与解调；2PSK；Simulink；MATLAB;1 引言1 引言本课程设计主要是学会运用 MATLAB 中的 Simulink 来实现数字基带信号的模拟传输。在知道其传输原理的情况下，将仿真电路到 Simulink 之中。并且对正交振幅调制、解调过程的频谱和波形的分析，同时在无噪声和有噪声的进行分析，加入高斯白噪声，瑞利噪声，莱斯噪声分析调制解调后的频谱、波形，观察其误码率。1.1 课程设计的目的1.1 课程设计的目的首先了解和掌握 MATLAB 中 Simulink 平台的使用；其次了解正交振幅基本电路的调制与解调的仿真，加入噪声后观察其频谱和波形的变化，同时检测其误码率。1.2 课程设计的要求1.2 课程设计的要求 2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 2 页熟悉 MATLAB 环境下的 Simulink 仿真平台，熟悉 2PSK 系统的调制解原理，构建2PSK 调制解调电路图.用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号的频谱的变化。并观察解调前后频谱有何变化以加深对该信号调制解调原理的理解。在调制与解调电路间加上各种噪声源，用误码测试模块测量误码率,并给出仿真波形，改变信噪比并比较解调后波形，分析噪声对系统造成的影响。在老师的指导下，独立完成课程设计的全部内容。2 设计原理2 设计原理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，通常利用初始相位 0 和 分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK 信号的时域表达式为：e2psk=Acos(c+n)（式 2.1）就模拟调制法而言，与产生 2ASK 信号的方法比较，只是对基带信号要求不同，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，用数字基带信号控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时基带信号为单极性 NRZ或双极性 NRZ 脉冲序列信号均可。且 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。图 2.1 是产生 2PSK 信号的模拟调制法框图；图 2.2 是 2PSK 信号的相干解调法框图。码型变换基带信号载波2PSK 信号双极性不归零图图 2-1 2PSK 调制原理框图调制原理框图带通滤波器低通滤波器抽样判决器载波定时脉冲2PSK 信号输出 2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 3 页图图 2-2 2PSK 信号的解调原理框图信号的解调原理框图3 设计步骤设计步骤3.1 正交振幅调制电路分析3.1 正交振幅调制电路分析熟悉 Simulink 的工作环境，并建立 2PSK 调制解调系统，用功率谱密度分析仪观察其基带频谱，示波器观察调制信号前后的波形。2PSK 调制解调仿真电路图如 3-1 所示：3-1 2PSK 调制解调原理图调制解调原理图从图 3-2 到 3-8 是调制解调的参数设置。2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 4 页图图 3-2 载波参数载波参数3-3 基带参数基带参数 2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 5 页图图 3-4 Analog Filter Design 参数参数图图 3-5 Analog Filter Design1 参数参数 2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 6 页图图 3-6 Sampled Quantizer Encode 参数参数图图 3-7 Power Spectral Density 参数参数图图 3-8 Power Spectral Density1 参数参数 2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 7 页图 3-9 和图 3-10 是带信号和解调信号功率谱密度图。图 3-9 基带信号功率谱密度图基带信号功率谱密度图图 3-10 解调信号功率谱密度图解调信号功率谱密度图 2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 8 页图 3-11 是示波器显示图，分别显示：载波信号，基带信号，2PSK 信号。图 3-11 Scope 波形波形3.2 误码率分析3.2 误码率分析在原先的电路图加入误码率分析仪观察无噪声时的误码率无噪声时 2PSK 调制解调仿真电路图如图 3-2-1 所示：图 3-12 无噪声误码率无噪声误码率 2PSK 调制解调原理图调制解调原理图 2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 9 页图 3-13 无噪声无噪声 2PSK 调制解调误码率调制解调误码率图 3-14 Error rate 参数参数 2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 10 页图 3-15 2PSK 无噪声波形无噪声波形3.3 有噪声的 2PSK 调制解调电路及误码率分析3.3 有噪声的 2PSK 调制解调电路及误码率分析 在上面的电路图调制之后的信号中通过加入高斯白噪声，并同时观察噪声对频谱的干扰和波形的影响。之后分析误码率，来确定 QAM 对抗高斯白噪声的性能。图 3-16 加入高斯噪声加入高斯噪声 2PSK 调制解调误码率原理图调制解调误码率原理图 2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 11 页图 3-17 高斯噪声误码率高斯噪声误码率图 3-18 高斯噪声参数高斯噪声参数图 3-19 加高斯噪声加高斯噪声 2PSK 显示波形显示波形 2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 12 页图 3-20 加入瑞利噪声加入瑞利噪声 2PSK 调制解调误码率原理图调制解调误码率原理图图 3-21 瑞利误码率瑞利误码率图 3-22 瑞利噪声参数瑞利噪声参数 2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 13 页图 3-23 加瑞利噪声加瑞利噪声 2PSK 显示波形显示波形图 3-24 加入莱斯噪声加入莱斯噪声 2PSK 调制解调误码率原理图调制解调误码率原理图 2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 14 页3-25莱斯误码率莱斯误码率图 3-26 莱斯噪声参数莱斯噪声参数图 3-27 加莱斯噪声加莱斯噪声 2PSK 显示波形显示波形 2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 15 页4 结束语4 结束语在还没有开始做课程设计时，由于所用电脑安装的 MATLAB 中没有 SIMULINK 模块，所以和同学要了 7.4 版本的。第一次点进模块时，根本不知道如何使用，看了老师给的课件，一边看一边操作才慢慢知道怎么做。在网上查阅了 2PSK 相关资料，但并没有完整的方案。在老师来讲解课程设计以及给了资料后，原本十分迷惑的原理图所需的一些模块完全确定了下来。我所使用的版本没有抽样判决器，只好找有的同学要了抽样判决器模块。连接和设置参数时，设置参数较难，由于不知道该如何设置才合适，就参照了老师给的资料上的设置，在 7.4 的 MATLAB 版本中，单双极性转换模块还有抽样判决中有一参数设置为 0.2，做出来的波形误差较小，但是在后来由同学帮忙检查时，发现由于版本过高，而在其他人的电脑上打不开，我怕老师检查时也同样的打不开，于是又重装了 MATLAB7.1 版本的重新做。做的时候改变了单双极性转换器和抽样判决器的参数设置，误码率增大了，但并不是很明白在无噪声的情况下误码率为 0，由于误码率的增大，波形的变化也很大，而导致结果的出错。后来在老师的指导之下，我渐渐的明白了如何正确判断波形，如何降低误码率，还知道了每个模块在原理中的正确运用原来模块的参数设置，都是经过精密的运算得出来的，终于，在一次次的计算之下，我终于得出了正确的波形。再加入噪声后，发现误码率仍然为 0，很是不解，一直没想通为什么再有噪声的情况下，误码率仍然为 0.在同学的细心调节和知道下，知道了原来没有设置好噪声的频率，噪声并没有通过带通而到达解调器中，噪声被虑掉了。重新调整了噪声频率后，我终于成功仿真出 2PSK 的调制与解调。刚拿到课题，看了要求后，根本就不知道应该怎么做，虽然我们经常在使用 MATLAB，可还是没接触到 SIMULLINK 部分，一时间无从下手。在老师讲解后才了解如何使用，但是课程设计不像我想象的那么简单，往往一个小小的参数的设置都关系到结果的正确与否。而考虑合适的参数就用到相关的专业基础知识，这提醒了我们必须好好学习专业知识。从参数设置问题我看到了自己的不足，看到了自己与他人的区别，并深刻认识到学好专业知识的重要性和必要性，鞭策我以后更加学习。通过这次课程设计，我收获了很多，从什么都不知道到在老师帮助下顺利完成课程设计，让我多了一份有意义的经历。在这里，重心感谢蔡老师对我们认真耐心的知道，给了我们那么多的帮助，真的非常感谢。在今后的学习中，我将更加认真的学习专业知识，巩固对专业知识的运用。2PSK 调制与解调系统的 MATLAB 实现及性能分析 共 16 页 第 16 页参考文献参考文献1张圣勤.MATLAB7.0 实用教材.北京：机械工业出版社，20062桑林，郝建军，刘丹谱.数字通信.北京邮电大学出版社，20023樊昌信，曹丽娜.通信原理.北京国防工业出版社，20084邓华.Matlab 通信仿真及应用实例详解.北京：人民邮电出版社，2003