PSK与SSB复合调制与解调系统仿真.docx
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PSK与SSB复合调制与解调系统仿真
PSK与SSB复合调制与解调系统仿真
学生姓名:
何芳芳指导老师:
蔡春娥
摘要:
本课程设计主要是用MATLAB做为仿真平台,通过Simulink仿真系统实现对PSK与SSB复合调制与解调通信系统的仿真。
在仿真中通过对随机二进制序列进行PSK调制、SSB调制、滤波、解调,最终得到与原输入二进制序列相同的输出序列。
通过对设计的仿真电路进行调试,基本实现设计的目标。
关键词:
Simulink;PSK;SSB;复合调制;解调
1引言
复合调制,就是对同一载波进行两种或更多种的调制[1]。
由于提高载波频率在理论上可以增加传输带宽,因此数字传输系统总是倾向与采用高频载波传输,同时SSB调制的效率较高,采用PSK与SSB复合调制理论上可以提高数字传输系统的传输效率。
本课程设计主要是研究二进制序列在经过PSK调制、SSB调制后在频带系统中传输,然后最终解调为二进制信号的过程[2]。
1.1课程设计的目的
综合运用我们学过的知识,从而巩固我们的知识,提高我们思考问题、分析问题和解决问题的能力。
1.2课程设计思想
首先是实现对二进制信号的PSK和SSB调制,将调制后的信号在信道中传输,再在接收端进行SSB,PSK解调,最后得到二进制信号。
1.3课程设计要求
1熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台,熟悉PSK与SBB复合系统的调制原理,构建调制电路,并用示波器观察调制前后的信号波形。
2再以调制信号为输入,构建解调电路,用示波器观察解调前后的信号波形,用频谱分析模块观察解调前后信号频谱的变化。
3在调制与解调电路间加上噪声源,模拟信号在不同信道中的传输:
a用高斯白噪声模拟有线信道,b用瑞利噪声模拟有直射分量的无线信道,c用莱斯噪声模拟无直射分量的无线信道。
设置噪声源的方差,分析比较通过三种不同信道后的接受信号的性能。
2PSK与DSB复合调制与解调的基本原理
2.1绝对相移键控(2PSK)
1、概念:
传“1”信号时,发起始相位为π的载波;
传“0”信号时,发起始相位为0的载波。
(或取相反的形式)[3]。
2PSK的实现方式如图2-1所示:
图2-12PSK的实现方式
2、2PSK信号波形如图2-2所示:
图2-22PSK信号波形图
此时,为了分析问题方便,取fc=fs,即每个码元宽度内包含一个周期的载波,在实际调制过程中,通常fc>>fs。
可见,2PSK信号形式的一般表达式为:
的统计特性:
若在某一码元持续时间Ts内观察时,上式可以简写为:
或以相反的形式。
问题:
绝对相移键控信号只能采用相干接收,而且在相干接收时由于本地载波的载波相位是不确定的,因此,解调后所得的数字信号的符号也容易发生颠倒[1],这种现象称为相位模糊。
3、2PSK信号的相干接收
2PSK信号的相干接收框图如图2-3所示:
图2-32PSK信号的相干接收图
2.2SSB调制与解调原理
1、SSB的一般概念及基础知识
SSB概念:
只传送一个边带的调制方式成为单边带调制[3]。
SSB信号的频谱如图2-4所示:
图2-4SSB信号的频谱图
显然,SSB信号的带宽是与消息信号m(t)相同。
2SSB信号的时域表达式及频谱
1)调制电路
SSB产生的思路:
用乘法器产生一个双边带信号,然后滤掉其中的一个边带就可以产生SSB信号(以下边带为例),如图2-5所示:
图2-5产生SSB信号图
2)SSB信号的频谱
若产生一个下边带信号,h(t)一定是一个LPF。
LPF特性如图2-6所示:
图2-6LPF特性图
因为SSSB(t)中的系数对SSB的频谱结构并不发生影响,所以改变它并不会改变SSB频谱的结构。
因此为了书写方便,可将该系数改写为1。
这样SSB的时间表达式为:
但是单音信号的SSB调制情况除外。
由表达式可见,无论取上边带还是取下边带,已调的SSB信号都是单频余弦波,只是频率不同而已[2]。
其时间波形如图
2-7所示:
图2-7SSB信号时间波形
3)SSB(ω)波形如图2-8所示:
图2-8SSB(ω)波形
2.3SSB信号的产生
1滤波法(频率区分法)
SSB(t)基本原理[3]:
将基带信号m(t)与载波信号相乘后得双边带信号,再将双边带信号通过理想的单边带滤波器滤去一个边带即可。
产生SSB信号的数学模型如图2-9所示。
图2-9SSB信号的数学模型
2移项法
移相法产生SSB信号的过程,就是模仿SSB信号的时域表达式构成的模型,
如图2-10所示:
图2-10SSB信号的时域表达式构成的模型
2.4SSB信号的解调
1相干解调法相干解调要求本地载波的频率和相位严格,而包络检波法不需要本地载波,易于实现。
2载波插入法人为地给SSB信号加入一个大幅度的载波,再用包络检波方法。
2.5SSB的特点及应用
优点:
具有最窄的传输带宽,信道利用率最高;
缺点:
(1)电路实现复杂,技术要求高
(2)解调时同步误差要小
应用:
(1)载波通信和微波多路通信
(2)保密通信(运用频谱倒置)。
3课程设计的步骤
3.1PSK和SSB调制部分
如图3-1所示是PSK和SSB复合调制与解调的通信系统框图:
图3-1系统仿真
BernoulliBinaryGenerator产生的二进制随机信号,采样时间为1。
产生的二进制伪随机信号(PN序列),采样时间为0.1。
如图3-2所示:
图3-2信号源的设置
信号源产生的波形如图3-3所示:
图3-3信号源产生的波形图
信号源产生的频谱图如图3-4所示:
图3-4信号源产生的频谱图
BernoulliBinaryGenerator产生的单极性二进制随机信号经过UnipolartoBipolarConverter后变双极性不归零码,UnipolartoBipolarConverter的设置如图3-5所示:
图3-5两极的转换器的设置图
产生的双极性不归零码如图3-6所示:
图3-6双极性不归零码图
PSK调制的载波设置为:
频率为10*pi,幅度为1。
如图3-7所示:
图3-7PSK调制的载波设置图
PSK调制后的波形如图3-8所示:
图3-8PSK调制后的波形图
由图3-8可知本次实验PSK调制是正确的。
PSK调制后的频谱图如图3-9所示:
图3-9PSK调制后的频谱图
由频谱图3-9进一步可以分析出调制基本正确。
SSB调制中载波的设置为:
幅度为4,频率为20*pi,如图3-10所示:
图3-10SSB调制载波设置图
SSB调制后的波形如图3-11所示,即在频带信道中传输的波形:
图3-11SSB调制后的波形图
SSB调制后的频谱图如图3-12所示:
图3-12SSB调制后的频谱图
由频谱图3-12可知本次实验SSB调制是基本准确的。
调制过程中波形如图3-13所示:
图3-13调制过程中波形图
PSK与SSB调制过程中出现的波形,第一个为原信号波形图,第二个为原信号的单极信号变为双极信号波形图,第三个为PSK信号调制后的波形图,第四个为PSK与SSB信号的复合调制后的波形图。
3.2PSK与SSB解调的仿真
在解调端收到信号的波形和频谱图如图3-14所示:
图3-14PSK与SSB信号的复合调制后的波形图
PSK与SSB信号的复合调制后频谱图如图3-15所示:
图3-15PSK与SSB信号的复合调制后频谱图
将SSB解调后的信号送入乘法器与PSK调制的载波相乘得到的波形如图3-16所示:
图3-16SSB解调后与PSK调制的载波相乘得的波形图
再通过低通滤波器,低通滤波器的设置如图3-17所示:
图3-17低通滤波器的设置
通过低通滤波器后的信号如图3-18所示:
图3-18通过低通滤波器后的信号图
将上信号送入抽样判决器,抽样判决出二进制信号,如图3-19所示:
图3-19PSK与SSB解调后的波形图
解调过程中波形如图3-20所示:
图3-20解调过程中波形图
解调后的波形与原信号的比较如图3-21所示:
图3-21解调后的波形与原信号的比较图
由图3-21可知,两者之间有延迟,其他基本正确。
其频谱图如图3-22所示:
图3-22解调后的频谱图
图3-22与原信号的频谱图3-4相同。
3.4模拟信号在不同信道中的传输
在调制与解调电路间加上噪声源,模拟信号在不同信道中的传输
a用高斯白噪声模拟有线信道
其高斯白噪声设置为:
方差为0.1,具体设置如图3-23所示:
图3-23高斯白噪声设置图
加入高斯白噪声后的系统仿真图如图3-24所示:
图3-24加入高斯白噪声后的系统仿真图
由图3-24可以看出其误码率为0.04082。
其原信号波形与解调后的波形图比较如图3-25所示:
图3-25原信号波形与解调后的波形比较图
可以从上图看出加入高斯白噪声以后其结果除了延迟外还有点偏差,使原信号有点改变,其误码率为0.04082不是0,说明高斯白噪声对信号系统有一定的影响。
加大高斯白噪声,使方差变为0.5,其误码率为0.1837,误码率的增大说明对信号系统的影响随高斯白噪声增大而增大。
加大高斯白噪声后,其解调后的波形与原信号波形图比较如图3-26所示:
图3-26解调后的波形与原信号波形图
b用瑞利噪声模拟有直射分量的无线信道
其瑞利噪声设置为:
方差为0.1,具体设置如图3-27所示:
图3-27瑞利噪声设置图
加入瑞利噪声后的系统仿真图如图3-28所示:
图3-28加入瑞利噪声后的系统仿真图
图3-28误码率为0,其原信号波形与解调后的波形图比较如图3-29所示:
图3-29原信号波形与解调后的波形比较图
可以看出加入瑞利噪声以后解调后除了延迟外基本正确。
从中可以看出瑞利噪声对信号系统没什么太大的影响。
加大瑞利噪声,使方差为0.5。
其误码率为0.04082,误码率的增大说明对信号系统的影响随瑞利噪声增大而增大。
加大瑞利噪声后,其解调后的波形与原信号波形图比较如图3-30所示:
图3-30解调后的波形与原信号波形图比较
c用莱斯噪声模拟无直射分量的无线信道。
其莱斯噪声设置为:
方差为0.1,具体设置如图3-31所示:
图3-31莱斯噪声设置
加入莱斯噪声后的系统仿真图如图3-32所示:
图3-32加入莱斯噪声后的系统仿真图
图3-32误码率为0.02041,其原信号波形与解调后的波形图比较如图3-33所示:
图3-33原信号波形与解调后的波比较图
可以从上图看出在加入莱斯噪声之后其结果出现点偏差,莱斯噪声对信号系统有一定的影响。
加大莱斯噪声,使方差为0.5。
其误码率为0.06122,误码率的增大说明对信号系统的影响随莱斯噪声增大而增大。
加大瑞利噪声后,其解调后的波形与原信号波形图比较如图3-34所示:
图3-34解调后的波形与原信号波形图比较
4仿真电路分析与总结
4.1出现的问题
(1)示波器的图像出现不完整。
(2)在没有加入噪声时解调出现误码率
4.2解决方法
(1)在示波器图中修改datahistory中的limitdatapointstolast参数,将其改大,再运行simulink,即可从示波器中观察到准确图形。
(2)在没有加入噪声时出现误码率,是由于误码器参数设置错误的原因。
将基带信号与解调信号进行对比,可发现信号经传输后有2个单位的延迟,故将误码率计算模块中Receivedelay中应设置为2,再次运行simulink,误码率显示模块中显示误码率为零。
4.3总结
在PSK调制过程中,单极信号直接与载波相乘,不能使调制PSK,只能通过单极转换为多极转换器,使单极信号转换为两极后才能调制PSK。
在SSB调制过程中,只有通过低通过滤器且低通滤波器的频率设置与载波相同才能正确调制SSB。
注意在解调过程中要经过低通滤波器,和抽样判决器。
经过自己学习这些内容,我体会到了PSK与SSB复合调制与解调通信系统优越性,它是通信中的一项重要技术,实际应用广泛。
通过这次仿真实验,我了解了PSK与SSB复合调制与解调通信系统的大致内容和方法,同时我又加深了对PSK与SSB复合调制以及各自解调的过程。
5结束语
两周的课程设计结束了,在这两周的时间里,我完成了PSK与SSB复合调制与解调通信系统仿真。
在这两周的时间里我切切实实的学到了许多知识,尤其是提高了用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台的实际操作能力。
做课程设计是培养我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合,在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高,学会将知识运用于实际的方法,提高分析和解决问题的能力。
在做课程设计的过程中,发现了自身的很多不足,对实验平台很不熟悉,动手能力比较欠缺,这是我必须在以后的学习中需要加以改进的地方,在不断学习中完善自我。
这两周,我学会了用simulink仿真平台完成实际的仿真过程,在仿真过程中,参数的选择尤其重要,它将影响仿真的准确度。
在设计过程中,电路应经过不断的修改和重复,不断的仿真,我们不应急躁,要保持认真的态度和谨慎的学习作风,这样我们才能真正的学到知识。
在设计过程中遇到了很多难题,蔡老师的耐心指点给了我很大的帮助,在她身上我学到了很多实用的知识,在此我表示感谢!
同时,对给过我帮助的所有同学和指导老师再次表示衷心的感谢!
参考文献
[1]王秉钧.通信系统[M].西安电子科技大学出版社,1999
[2]樊昌信,通信原理,[M]国防工业出版社,2001.
[3]郑君里,信号与系统,[M]清华大学出版社,1992.
[4]王世一.数字信号处理[M].北京理工大学出版社,1997
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- 关 键 词:
- PSK SSB 复合 调制 解调 系统 仿真