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：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 ShiftKeying),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n分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域 表达式为：e2 k=Acos（3 +血）（式 2.1）2pskc n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。基带信号码型变换双极性 2PSK信号 不归零载波图 2-1 2PSK 调制原理框图图2-2 2PSK信号的解调原理框图3设计步骤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调制解调原理图从图3-2到3-8是调制解调的参数设置。图3-2载波参数Block Pare ers zB e riroul 1 i Bi n：=i ry & eneia t o r l.rri：=i skj 1.1 iTik.)I -! zr 口 batii 1 i + xPa. r=ime t e r sI 匸 e rii ret i r e c t o r d=i tarn e t e r 邑三 1 Dij- enA ra t e a. E a rrLcm.1 1 i ramioni b i. n：=L i x mjitib e To e ene ia+ e a. ir e c + o r oii+rnj.-!： j 三 u亡匸 izfzr the 殳三包 I a c + o t3-3基带参数图 3-4 Analog Filter Design 参数图 3-5 Analog Filter Designl 参数图 3-6 Sampled Quantizer Encode 参数图 3-7 Power Spectral Density 参数图 3-8 Power Spectral Density参数图3-9和图3-10是带信号和解调信号功率谱密度图。Powh Specfc raZL ZD 鼻xk：!:L*tyTim e history图3-9基带信号功率谱密度图 .4Time hist口ybHI-s-4-202Time (secs)Power Spectrl Density(phse)-3口 -4000-E5口-eooo -i oooo -1 2000 -1 4QQD图3-10解调信号功率谱密度图图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2PSK调制解调原理图图3-13无噪声2PSK调制解调误码率E Function Block Parameters: Error Rate CalculationE i ro t Ra t e Ca 1 cijL a t i o n (_rna skj I、1 i rLk.!Ccimiu4： e + he e r ro r t ：_ t e q f + he received djita by comj-aT inc ita delayedvex si 口口 of t tie + ransm i t 已 d. datn Th 已 Mock ovit put im a. t hi 已已一已 1 已门电丁 讥 ijectwr conzi s t ixic of the hi rrc rrai fo 1 lo wedtr thEniunb erof ei r 口 工三dei ec-*: edarLdthEt oiil nunibe r o f zymbo 1 ecomria re-i. Thisv ec t dtcan TeseTLt t o&i t he r 1 heTOTkEfiet： or ouiput r-Mi.The dn： Laj-z a_r e spec i f i edirL mjunb er ofzarnp 1 es t eE=j-t Bil ess ofether thei npniti s 方.z ca 1 at o r a u*j etc r.TKe i njiut e toi he Tx- arni fix- poi -I：em口三 t b eE：inii-l-bisd eCalaisft日色日号色d. eliBTinetois.Thw Stop s i miLla ti.匚匚g t ion e t o r- e th 亡 e i mTila t ion u 口匚 in. dei set i nc a t a f e & tTujnitiey o f p r ro r s cu a maxirrnjiTi muTib e r of synibo 1 xdrii cheir et comes f i rs t.Pa rani e t e r sRh： ce i we|e i mu 1 a i otl100Maziniuni niurib of Evnibo 1 e :图 3-14 Error rate 参数回区I旨同介恂韶圄0iD1 D2 D 2 di _b o d-o.-nDJLJLIJLJIJXz打帖攣寸电卜押茁时艸附炉邮懈1尿冲旳伙、饰癞饋抄M迅負时：肺酣卜$冲真儈M细对歸撐绷卩肺绅Tima oltsel: 5图3-15 2PSK无噪声波形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。B4rnoul liDinj ryBrno ylH B inm甲4h4MUrbun*fQutltrrrodudiPiodUHUnipol jr1o Bipa Idr CDnvtrtErUnipol jr 1o Blpo Ijr C&nvtrterS wh qujnbzarcnjld g FII1rFilter tcigniSmplwd ujritiz4i EnaodvError AnteTx Error A ate 盘F dlcAiljtio n.dlcj Ijtio nan Na scOeneuiorE ira I RdeE irai RateCjIcuIH onDbpliiy图3-17高斯噪声误码率图3-18高斯噪声参数图3-19加高斯噪声2PSK显示波形图3-20加入瑞利噪声2PSK调制解调误码率原理图图3-21瑞利误码率图3-22瑞利噪声参数* ScopeDD 匕f qgI，-j 4、丫|：九:七阳5卢JWZ Y 1/ ；|, ,!；1| ；r 冷a4|辽|图3-23加瑞利噪声2PSK显示波形图3-24加入莱斯噪声2PSK调制解调误码率原理图OK匚a_Gu 丘：L3-25莱斯误码率L二 j S oxie 曰 B 1 o uH * c h n 口 1z mzrxr -R.1 c? zL sjn M o zL |Ki ciTo i s e & erLe； i-s_ t o r tms. six j I 1 i tlI-: J二 eztle _：3_ t 三FLi c i arL d.1 s t i_ i tnj.te i noi.三 e - Ttieoizt put v e a + o ts 1 z =0 f+ ti_i s ti_Dul i.匕 + ti. = 三 3.H 16= 口.三t It. =x z -= 口 f+ txe se rd.ECs 1 a图3-26莱斯噪声参数IIfine MT: 5图3-27加莱斯噪声2PSK显示波形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。参考文献张圣勤.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