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通信2PSK系统仿真.docx
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通信2PSK系统仿真
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。
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(PhaseShiftKeying),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。
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2PSK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
1课程设计目的………………………………………………………1
2课程设计要求………………………………………………………1
3相关知识……………………………………………………………1
4课程设计分析………………………………………………………5
5仿真…………………………………………………………………9
6结果分析……………………………………………………………11
7参考文献……………………………………………………………12
2PSK系统仿真程序设计
1.课程设计目的
(1)加深对二进制相移键控(2DPSK)基本理论知识的理解。
(2)培养独立开展科研的能力和编程能力。
(3)掌握用MATLAB实现信号的2DPSK调制。
(4)掌握MATLAB软件的使用。
2.课程设计要求
(1)掌握二进制相移键控(2DPSK)的相关知识、概念清晰。
(2)掌握MATLAB使用方法,利用软件绘制图像。
(3)程序设计合理、能够正确运行。
3.相关知识
3.1二进制数字调制原理
用数字基带信号控制载波,把数字基带信号变换成数字带通信号(已调信号)的过程称为数字调制(digitalmodulation)。
一般来说,数字调制与模拟调制的基本原理相同,但是数字信号有离散取值的特点。
因此数字调制有两种方法:
①把数字信号看成模拟信号的特殊情况,利用模拟调制的方法去实现数字信号的调制;②利用数字信号离散取值的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,比如对载波的振幅、频率和相位进行键控,便可获得振幅键控(AmplitudeShiftKeying,ASK)、频移键控(FrequencyShiftKeying,FSK)和相移键控(PhaseShiftKeying,PSK)三种基本数字调制方式。
数字信息有二进制和多进制之分,因此,数字调制分为二进制调制和多进制调制。
在二进制调制中,信号参量只有两种可能的取值,这两种取值分别代表二进制信息中的0和1。
3.22PSK基本原理
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
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.图2-32PSK信号相干解调各点时间波形图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。
图2.12PSK调制原理框图
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2.22PSK信号的解调原理框图
3.3MATLAB简介
3.3.1基本功能
MATLAB是很实用的数学软件它在数学类科技应用软件中在数值运算方面首屈一指。
MATLAB可以进行运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多,并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。
可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用,此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用。
3.3.2MATLAB产品应用
MATLAB产品族可以用来进行以下各种工作:
(1)数值分析;
(2)数值和符号计算;(3)工程与科学绘图;(4)控制系统的设计与仿真;(5)数字信号处理技术;(6)通讯系统设计与仿真.
3.3.3MATLAB特点
(1)此高级语言可用于技术计算
(2)此开发环境可对代码、文件和数据进行管理
(3)交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题
(4)二维和三维图形函数可用于可视化数据
(5)各种工具可用于构建自定义的图形用户界面
3.3.4MATLAB系列工具优势
(1)友好的工作平台和编程环境
(2)简单易用的程序语言
(3)强大的科学计算机数据处理能力
3.4SIMULINK简介
SIMULINK是MATLAB软件的扩展,它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包,它与MATLAB语言的主要区别在于,其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入,其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建,而非语言的编程上。
在simulink环境中,利用鼠标就可以在模型窗口中直观地“画”出系统模型,然后直接进行仿真。
它为用户提供了方框图进行建模的图形接口,采用这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。
4.课程设计分析
4.1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4-1所示:
4.12PSK调制解调原理图
4.2参数设置
从图4-2到4-8是调制解调的参数设置。
图4.2载波参数
4.3基带参数
图4.4AnalogFilterDesign参数
图4.5AnalogFilterDesign1参数
图4.6SampledQuantizerEncode参数
图4.7PowerSpectralDensity参数
图4.8PowerSpectralDensity1参数
5.仿真
5.12PSK基于MATLAB的程序代码:
clearall
closeall
fs=2000;%采样率
dt=1/2000;%采样时间
T=1;%码元宽度
f=50;%信号频率
a=round(rand(1,10));%原始数字信号
g1=a;
g2=~a;%取a的反码
g11=(ones(1,2000))'*g1;%进行抽样
g1a=g11(:
)';
g21=(ones(1,2000))'*g2;
g2a=g21(:
)';
t=0:
dt:
10-dt;
t1=length(t);
psk1=g1a.*cos(2*pi*f*t);%码元0用零相位
psk2=g2a.*cos(2*pi*f*t+pi);%码元1用pi相位
sig_psk=psk1+psk2;%产生2psk信号
no=0.01*randn(1,t1);%产生噪声
sn=sig_psk+no;%经过信道后的信号
figure
(1)
subplot(3,1,1);
plot(t,no);
title('噪声波形');
ylabel('幅度');
subplot(3,1,2);
plot(t,sig_psk);
title('psk信号波形');
ylabel('幅度');
subplot(3,1,3);
plot(t,sn);
title('经过信道后的信号');
ylabel('幅度');
bpf=fir1(101,[48/1000,52/1000]);%带通滤波器设置
H=filter(bpf,1,sn);%经过带通滤波后的信号
sw=H.*cos(2*pi*f*t);%经过乘法器
lpf=fir1(101,[2/1000,52/1000]);%低通滤波器设置
st=filter(lpf,1,sw);%经过低通滤波器后的信号
figure
(2)
subplot(2,1,1);
plot(t,sw);
title('乘法器输出信号');
ylabel('幅度');
subplot(2,1,2);
plot(t,st);
title('低通滤波后输出信号');
ylabel('幅度');
%-----------------------------------------------%
%抽样判决
fori=1:
length(t)
if(st(i)>0)
sig(i)=0;
elsesig(i)=1;
end
end
figure(3)
subplot(2,1,1);
plot(sig);
axis([02000002]);
title('抽样判决后的波形');
ylabel('幅度');
subplot(2,1,2);
plot(g1a);
axis([02000002]);
title('原始信号');
ylabel('幅度');
6.结果分析
通过理论与编程实践,其运行结果如图所示:
图6-1和图6-2是带信号和解调信号功率谱密度图。
图6.1基带信号功率谱密度图
图6.2解调信号功率谱密度图
图6-3是示波器显示图,分别显示:
载波信号,基带信号,2PSK信号。
图6.3Scope波形
7.参考文献
[1]张圣勤.MATLAB7.0实用教材.北京:
机械工业出版社,2006
[2]桑林,郝建军,刘丹谱.数字通信.北京邮电大学出版社,2002
[3]樊昌信,曹丽娜.通信原理.北京国防工业出版社,2008
[4]邓华.Matlab通信仿真及应用实例详解.北京:
人民邮电出版社,2003
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