2PSK数字调制系统.pdf

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1、 二一三 二一四学年第 二学期 电子信息工程系 课程设计计划书 班 级：电信 2011 级 3 班 姓 名：陈凯 学 号：6068 课程名称：2PSK 数字调制系统 学时学分：1 学分 指导教师：王文武 二一四 年 六 月二十四日 ，1、课程设计目的：通过课程设计，巩固对课堂上基本理论知识的理解，加强理论联系实际，增强动手能力和通信系统仿真的技能。2、课程设计内容及要求：1）设计任务：设计一种数字调制系统（2FSK,2PSk,2ASK,2DPSK）信源调制发滤波器信道n(t)收滤波器解调信宿 2）设计基本要求：（1）设计出规定的数字通信系统的结构，包括信源，调制，发送滤波器模块，信道，接受滤波

2、器模块以及信宿；（2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）；（3）观察仿真结果并进行波形分析（眼图，）；（4）分析影响系统性能的因素。3）实施要求 具体要求如下：使用 Matlab/Simulink 进行仿真 a)完成 2ASK、2FSK、2PSk 或 2DPSK 中任何一种调制和解调系统。传输信道模型选用下面三种之一：AWGN Channel、Rayleigh fading propagation channel和 Binary Symmetric Channel Channel；sTA-A0100b)分析已调信号的功率谱密度；c)分析信道噪声对误码率的影响。

3、2PSK 的基本原理 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，通常用初始相位为 0 和表示二进制的“1”和“0”。因此2PSK 的信号的时域表达式为：2psk(t)=Acos(ct+n)其中，n 表示第 n 个符号的绝对相位：0 发送“0”时 n=发送“1”时 因此，上式可改写为 Acosct 概率为 P；$图 2PSK 信号的时间波形 由于表示信号的两种码元的波形相同，记性相反，鼓 2PSK 信号一般可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波相乘，即 2psk(t)=s(t)cosct 其中-Acosct 概率为 1-P 2psk(t)=

4、s(t)=ang(t-nTs)这里，g(t)是脉宽为 Ts 的单个矩形脉冲，而 an 得统计特性为 1 概率为 P an=-1 概率为 1-P！即发送二进制符号“0”时（an 取+1），2psk(t)取 0 相位；发送二进制符号“1”时（an 取-1），2psk(t)取相位。2PSK 的实现 数字调制技术的两种方法：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；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。数字调相：如

5、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 和分别表示二进制“1”和“0”。二进制移相键控信号

6、的调制原理图如图 所示.其中图(a)是采用模拟调制的方法产生 2PSK 信号，图(b)是采用数字键控的方法产生 2PSK 信号。（a）(b)图 2PSK 信号的调制原理图 2PSK 信号的解调通常都是采用相干解调,解调器原理图如图 所示.在相干解调过程中需要用到与接收的 2PSK 信号同频同相的相干载波。2PSK 信号相干解调各点时间波形如图 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 2PSK 信号的解调原理图 图 2PSK 信号相干解调各点时间波形 图 2-4 是 2PSK 解调器在无噪声情况下能对 2P

7、SK 信号的正确解调。（a）是收到的 2PSK 信号；(b)是本地载波提取电路提取的同频同相载波信号；（c）是接收的 2PSK 信号与本地载波相乘得到的波形示意图，此波形经过低通滤波器滤波后得到低通信号；(d)是取样判决器在位定时信号；（e）是对(d)波形取样，再与门限进行比较，做出相应的判决得到恢复的信号；需要注意的是判决规则应与调制规则一致。误码率分析|在实际通信系统中往往存在噪声，噪声会对判决值产生影响，即会产生误码率，一般假设信道的噪声为高斯白噪声，下面讨论 2PSK 解调器在高斯白噪声干扰下的误码率：（1）发端发1时收到的 2PSK 信号为 2cos 2PSKcStaf t 带通滤波

8、器的输出时信号加窄带噪声：cos2cos2sin 2ciIcQcaf tn tan tf tntf t 上式与本地载波相乘后：2cos2cos 2sin2cos2ciIcQccaft n ta n tf tn tftft 111cos 4sin 4222IIcQcantantf tntf t 经低通滤波后：Ixtant 所以 x(t)的取样判决值的概率密度函数为：）222112nx anfxe （2）发端发0时，收到的 2PSK 信号：2cos2PSKcStaf t 带通滤波器的输出时信号加窄带噪声：cos 2cos 2sin 2ciIcQcaf tn tantftntf t 上式与本地载波相

9、乘后：2cos2cos 2sin 2cos2ciIcQccaf tn tantftntf tf t 111cos 4sin 4222IIcQcantantf tntf t 经低通滤波后：Ixtant 所以 x(t)的取样判决值的概率密度函数为：222112nxanfxe 综上所述可画出概率密度函数曲线：图 取样值概率密度函数示意图 当 P(0)=P(1)时，最佳门限应选在两条曲线的交点处。即从图可看出最佳判决门效应为 0.所以发1错判0概率为：100/110/12xPfxdPerfcr 发0错判1的概率等于发1错判0概率 11/00/12PPerfcr 根据图 2-5 及上式可得 2PSK 相

10、干解调器的误码率公式为 1101 22ePerfcrPPerfcr 式中 22/2nar 模型建立 2PSK 调制与解调及误码分析的总体仿真模型：图 2PSK 调制与解调及误码分析的总体仿真模型 参数设置 正相载波（Sine Wave Function2）参数设置：图 正相载波参数设置 正相载波：4HZ，幅度+2 设置依据：载波频率本来应该很高，但是为了波形观察方便，故频率设为4HZ。反相载波（Sine Wave Function1）参数设置：图 反相载波参数设置 反相正弦波：4HZ，幅度-2 设置依据：载波频率本来应该很高，但是为了波形观察方便，故频率设为4HZ；又要求与载波反相，故幅度设为

11、-2。伯努利二进制随机序列产生器（Bernoulli Binary Generator）参数设置：图 伯努利二进制随机序列产生器参数设置 伯努利二进制随机数产生器：幅度为 2，周期为 3，占 0 比为 1/2。码型变化器（Unipolar to Bipolar Converter）参数设置：图 码型变化器参数设置 极性为“Positive”！设置依据：采用 0 变 1 不变调制。多路选择器（Switch）参数设置：图 多路选择器参数设置 设置依据：当二进制序列大于 0 时，输出第一路信号；当二进制序列小于 0时，输出第二路信号。带通滤波器（Digital Filter Design）参数设置：

12、图 带通滤波器参数设置，带通滤波器参数：带通范围为 27HZ 设置依据：载波频率为 4HZ，而基带号带宽为 1HZ，考滤到滤波器的边沿缓降，故设置为 27HZ。低通滤波器（Digital Filter Design1）参数设置：图 低通滤波器参数设置 低通滤波器参数：截止频率为 1HZ 设置依据：二进制序列的带宽为 1HZ，故取 1HZ。取样判决器（Sign）参数设置：图 取样判决器参数设置 取样判决器设置：门限值取为，取样时间为 1 设置依据：当大于时输出 1，当小于时输出 0，能达到在 0 变 1 不变的取样规则下正确解码的目的。仿真波形 调制波形：图 调制波形 图中第一个图为正相载波的波

13、形，第二个图为随机产生的二进制序列，第三个图为通过码型变换器后的波形，最后一个图为调制后的 2PSK 信号。)解调波形：图 解调波形 图中第一个图为收到的 2PSK 波形，第二个图为与同频同向载波相乘后的波形，第三个图为通过带通滤波器后的波形，第四个图为通过低通滤波器后的波形，最后一个图为解调后的二进制序列。不同信噪比的误码率 1)信噪比设为 10:此时误码率为:解调后的波形：图 解调波形 1 2）信噪比设为 30 时：此时误码率为:解调后的波形：图 解调波形 2 3）信噪比设为 50 时：此时误码率为:解调后的波形：图 解调波形 3 从仿真中可以看出，在 2PSK 调制系统中由于存在信道干扰和码间串扰，会影响调制系统的性能，即存在一定的误码率，误码率与信噪比相关，当信噪比提高时，误码率下降。5、心得体会 在同学的帮助和上网查资料下我顺利的完成了本次课程设计，在课程设计中，使用 MATLAB 下的 simulink 功能对 2PSK 进行建模仿真与分析。对数字调制和MATLAB 有了进一步的认识，本次的课程设计，培养了我综合应用设计课程与其他课程的理论知识相结合、理论联系实际和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力。在设计的过程中还培养了我们的团队精神，同学们共同协作，解决了许多个人无法解决的问题，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。