PSK调制与解调系统的仿真.docx

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PSK调制与解调系统的仿真

2PSK调制与解调系统的仿真

2PSK调制与解调系统的仿真

摘要：

用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。

键控法，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。

由于PSK在生活中有着广泛的应用，本论文详细介绍了PSK波形的产生和仿真过程。

我们可以系统的了解基本原理，以及得到数字调制波形的方法。

利用MATLAB仿真可更好的认识2PSK信号波形的调制过程。

关键词：

数字调制、2PSK、调制与解调、Matlab仿真

设计内容

1.设计任务与要求

课程设计需要运用MATLAB编程实现2PSK调制解调过程，并且输出其调制及解调过程中的波形，讨论其调制和解调效果。

2.设计原理

数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。

为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。

这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。

数字调制技术的两种方法：

①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，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；②利用数字信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。

图2-1相应的信号波形的示例

101

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0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2PSK中，通常用初始相位0和π分别表示二进制“1”和“0”。

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

图2-22PSK信号波形

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2-14所示.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.

图2-32PSK信号相干解调各点时间波形

这种现象通常称为"倒π"现象.由于在2PSK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π"现象,从而使得2PSK方式在实际中很少采用.

3.系统结构图

1.2PSK信号的调制原理框图如下图2-3所示

2-42PSK信号的调制原理框图

2.2PSK信号的调制原理框图如下图2-4所示

2-52PSK信号的解调原理框图

4.仿真程序

2PSK基于MATLAB的程序代码：

clearall;

closeall;

fs=8e5;%抽样频率

fm=20e3;%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）;

Fn=fs/2;%耐奎斯特频率

%用正弦波产生方波

%==========================================

twopi_fc_t=2*pi*fm*t;

A=1;

phi=0;

x=A*cos（twopi_fc_t+phi）;%方波

am=1;

x（x>0）=am;

x（x<0）=-1;

figure

（1）

subplot（321）;

plot（t,x）;

axis（[02e-4-22]）;

title（'基带信号'）;

gridon

car=sin（2*pi*fc*t）;%载波

ask=x.*car;%载波调制

subplot（322）;

plot（t,ask）;

axis（[0200e-6-22]）;

title（'PSK信号'）;

gridon;

%=====================================================

vn=0.1;

noise=vn*（randn（size（t）））;%产生噪音

subplot（323）;

plot（t,noise）;

gridon;

title（'噪音信号'）;

axis（[0.2e-3-11]）;

askn=（ask+noise）;%调制后加噪

subplot（324）;

plot（t,askn）;

axis（[0200e-6-22]）;

title（'加噪后信号'）;

gridon;

%带通滤波

%======================================================================

fBW=40e3;

f=[0:

3e3:

4e5];

w=2*pi*f/fs;

z=exp（w*j）;

BW=2*pi*fBW/fs;

a=.8547;%BW=2（1-a）/sqrt（a）

p=（j^2*a^2）;

gain=.135;

Hz=gain*（z+1）.*（z-1）./（z.^2-（p））;

subplot（325）;

plot（f,abs（Hz））;

title（'带通滤波器'）;

gridon;

Hz（Hz==0）=10^（8）;%avoidlog（0）

subplot（326）;

plot（f,20*log10（abs（Hz）））;

gridon;

title（'Receiver-3dBFilterResponse'）;

axis（[1e53e5-31]）;

%滤波器系数

a=[100.7305];%[10p]

b=[0.1350-0.135];%gain*[10-1]

faskn=filter（b,a,askn）;

figure

（2）

subplot（321）;

plot（t,faskn）;

axis（[0100e-6-22]）;

title（'通过带通滤波后输出'）;

gridon;

cm=faskn.*car;%解调

subplot（322）;

plot（t,cm）;

axis（[0100e-6-22]）;

gridon;

title（'通过相乘器后输出'）;

%低通滤波器

%==================================================================

p=0.72;

gain1=0.14;%gain=（1-p）/2

Hz1=gain1*（z+1）./（z-（p））;

subplot（323）;

Hz1（Hz1==0）=10^（-8）;%avoidlog（0）

plot（f,20*log10（abs（Hz1）））;

gridon;

title（'LPF-3dBresponse'）;

axis（[05e4-31]）;

%滤波器系数

a1=[1-0.72];%（z-（p））

b1=[0.140.14];%gain*[11]

so=filter（b1,a1,cm）;

so=so*10;%addgain

so=so-mean（so）;%removesDCcomponent

subplot（324）;

plot（t,so）;

axis（[08e-4-3.53.5]）;

title（'通过低通滤波器后输出'）;

gridon;

%Comparator

%======================================================

High=2.5;

Low=-2.5;

vt=0;%设立比较标准

error=0;

len1=length（so）;

forii=1:

len1

ifso（ii）>=vt

Vs（ii）=High;

else

Vs（ii）=Low;

end

end

Vo=Vs;

subplot（325）;

plot（t,Vo）,title（'解调后输出信号'）,

axis（[02e-4-55]）

gridon;

xlabel（'时间（s）'）,ylabel（'幅度（V）'）,

5.仿真结果

6.心得体会

一周的基于MATLAB的数字调制信号仿真分析课程设计让我获益颇深。

更加深入的掌握了MATLAB软件的使用，了解了数字调制的基本原理和主要过程，进一步学习了信号的传输的有关内容。

在这一周的时间内我经常往返于图书馆，查阅相关资料，发现自己的知识水平有限，需要学习的东西还有很多很多。

另外，在这次课程设计中，我充分利用了网络资源，终于让其发挥了有用的一面。

设计过程中老师主要锻炼我们的自主能力，我们查阅资料的同时，当遇到不解的时候，老师的不吝指导，我的课程设计才得以在规定的时间内高效完成。

通过这次课程设计，我学会了很多，收获了很多，并且加强了我的自主能力、动手能力和独立思考、团结协作的能力。

英文翻译

Thesimulationofmodulationanddemodulationsystem

Abstract:

Theprocessofcontrollingcarrierwavewithdigitalbasebandsignalwhichistransferredintodigitalbandpasssignaliscalleddigitalmodulation.Keyingmethod,forexample,ifthephaseofcarrierwaveiskeyingcontrolled,thebasicmodulationstyleofphaseshiftkeying（PSK）iseasilygained.AsPSKiswidelyusedinourdailylives,inthispaper,theproductionandsimulationofPSKwaveformisdescribedindetail.Wemaysystematicallyunderstandthebasicprincipleandthemethodtogainwaveformofdigitalmodulationanddemodulation.ByusingMATLABsimulation,welearnmoreaboutthemodulationanddemodulationprocessof2PSKsignalwaveform.

KeyWords:

signalmodulation,2PSK,modulationanddemodulation,Matlabsimulation

参考文献：

[1]樊昌信《通信原理》电子工业出版社

[2]王秉军等《通信原理》北京：

清华大学出版社

[3]曹志刚等《现代通信原理》北京：

清华大学出版社

[4]刘卫国《MATLAB程序设计与应用（第二版）》高等教育出版社

[5]王嘉梅《基于MATLAB的数字信号处理与时间开发》西安电子科技大学出版社