2DPSK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析

2DPSK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析摘要：MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个2DPSK调制与解调系统.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频谱的变化;加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。关键词：TLAB；Simulink；2DPSK；相干解调1引言本课程设计主要是学会MATLAB的运用，在MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台下，实现DPSK与SSB复合调制与解调通信系统，且对其进行性能分析。用示波器对调制前与解调后的波形进行比较，并加入频谱分析模块，分析调制前后信号频谱的变化，再分别加入高斯噪声、瑞利噪声、莱斯噪声，并分析系统接受信号的性能。1.1课程设计目的通过本课程的学习我们不仅能加深理解和巩固理论课上所学的有关DPCM编码和解码的基本概念、基本理论和基本方法，而且能锻炼我们分析问题和解决问题的能力；同时对我们进行良好的独立工作习惯和科学素质的培养，为今后参加科学工作打下良好的基础。1.2课程设计内容利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个2DPSK调制与解调系统.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频谱的变化;加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。2基本原理2．12DPSK调制与解调二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记为2DPSK。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是只本码元初相与前一码元初相之差。1调制2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。例如，假设相位值用相位偏移△φ表示（△φ定义为本码元初相与前一码元初相只差），并设△φ=π→数字信息1△φ=0→数字信息0则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如如下：数字信息：00111001012DPSK信号相位：000π0πππ00π或πππ0π000ππ0画出的2PSK及DPSK信号的波形如图2-1所示。图2-12PSK及2DPSK信号的波形2DPSK的产生基本类似于2PSK，只是调制信号需要经过码型变换，将绝对码变为相对码。2DPSK产生的原理框图如图2-2所示[1]，图（a）为模拟调制法，图（b）为键控法。（a）模拟调制法（b）键控法图2-22DPSK信号的调制原理图从上面分析可见，无论接收信号是2DPSK还是2PSK信号，单从接收端看是区分不开的。因此2DPSK信号的功率谱密度和2PSK信号的功率谱密度是完全一样的。2解调2DPSK信号可以采用相干解调法（极性比较法）和差分相干解调法（相位比较法）。本课程设计采用相干解调法，图2-3为相干解调法，解调器原理图和解调过程各点时间波形如图2-3（a）和（b）所示[2]。其解调原理是：先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，若相干载波产生180o相位模糊，解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。（a）（b）图2-32DPSK的相干解调3系统设计3．12DPSK调制与解调12DPSK调制与解调电路如图3-1所示图3-12DPSK调制与解调电路图22DPSK调制部分2DPSK的调制采用模拟调制法。调制电路的主要模块是码型变换模块，它主要是完成绝对码波形转换为相对码波形，在实际的仿真中要先经过差分编码，再进行极性双变换，得到的信号与载波一起通过相乘器，就完成了调制过程。其中要注意的是在进行差分编码之后再进行极性变换之前要有一个数据类型转换的单元，前后数据类型一致才不会出错。在DPSK调制中，载波频率应比基带信号的频率大，故将载波的频率参数设置为2000*pi，抽样时间为0，其参数图如图3-2所示。将基带信号的抽样时间改成.001，其参数图如图3-3所示。图3-2载波参数设置图3-3基带信号参数设置在单极性到双极性变换中，M-arynumber设置为2，极性为positive，如图3-4所示。图3-4UnipolartoBipolarConverter参数设置乘法器参数设置如图3-5所示图3-5乘法器参数设置码变换部分参数设置如图3-6、3-7、3-8所示图3-6LogicalOperator参数设置图3-7UnitDelay参数设置图3-8DataTypeConversion参数设置3、2DPSK解调仿真中我们采用相干解调法进行2DPSK解调，解调电路中有带通滤波器、相乘器、低通滤波器、抽样判决器及码反变换组成。2DPSK相干解调原理是：对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。载波的参数设置同2DPSK调制的载波参数设置一致，可见图3-2。带通滤波器参数设置如图3-9所示。低通滤波器参数设置如图3-10所示。抽样判决器的参数设置如图3-11所示，图3-9带通滤波器参数设置图3-10低通滤波器参数设置图3-11抽样判决器参数设置2DPSK解调电路仿真波形如图3-12所示图3-122DPSK解调电路仿真波形误码率模块参数设置如图3-13所示：图3-13误码率计算模块设置图3-14误码显示模块由图3-14得误码率为0.0013.22DPSK调制电路频谱分析调制频谱分析电路图如图3-15所示图3-15调制频谱分析电路图将频谱分析模块加入电路中，两个模块Zero-OrderHold、SpectrumScope参数设置分别如图3-16、3-17所示。图3-16Zero-OrderHold参数设置图3-17SpectrumScope参数设置将频谱分析模块加入到基带信号处，其频谱如图3-18所示，加入到经DPSK调制后的信号处，其频谱如图3-19所示。图3-18基带信号频谱分析图图3-19PSK调制电路输出端频谱分析图3.32DPSK解调电路频谱分析解调频谱分析电路图如图3-20所示图3-20解调频谱分析电路图将频谱分析模块（其参数设置同调制电路相同）加入到解调电路输入端，其频谱如图3-22所示，加入到经2DPSK解调后的信号处，其频谱如图3-23所示。图3-21解调电路输入端频谱分析图图3-222DPSK解调信号频谱分析图3.4加有噪声源的调制解调电路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。a信道中加入高斯噪声电路图如图3-23所示图3-23加入高斯噪声后的2DPSK调制解调电路高斯噪声发生器参数设置如图3-24所示图3-24高斯噪声发生器参数设置加入高斯噪声后的仿真波形如图3-25所示图3-25加入高斯噪声后的2DPSK仿真波形图3-26高斯噪声解调误码率由图3-26得误码率为0.08根据上面波形可知高斯噪声对信道产生了一定的影响，小部分产生了译码错误。b信道中加入瑞利噪声电路图如图3-27所示图3-27加瑞利噪声的调制解调仿真电路图瑞利噪声发生器参数设置如图3-28所示图3-28瑞利噪声发生器参数设置加入瑞利噪声后的仿真波形如图3-29所示图3-29加入瑞利噪声后的2DPSK仿真波形图3-30瑞利噪声解调误码率由图3-30得误码率为0.02根据上面波形可知瑞利噪声对信道产生了一定的影响，小部分产生了译码错误。c信道中加入莱斯噪声的电路图如图3-31所示图3-31加莱斯噪声的调制解调仿真电路图莱斯噪声发生器参数设置如图3-32所示图3-32莱斯噪声发生器参数设置加入莱斯噪声后的仿真波形如图3-33所示图3-33加入莱斯噪声后的2DPSK仿真波形图3-34莱斯噪声解调误码率由图3-34得误码率为0.06根据上面波形可知莱斯噪声对信道产生了一定的影响，小部分产生了译码错误由实验结果可知，信道中加入高斯噪声，瑞利噪声，莱斯噪声后,随着噪声幅度的增加，误码率越来越大。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。在整个电路设计过程中，关键是基带信号与载波频率的设置及带通滤波器、低通滤波器的参数设置。应在掌握电路原理的基础上进行设计。5结束语课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.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。回顾起此次通信原理课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，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。对于以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在蔡春娥老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在蔡春娥老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！预祝大家新春快乐！参考文献[1]樊昌信曹丽娜编著通信原理（第六版）.北京：国防工业出版社，2008.3[2]达新宇林家薇杜思深编著.通信原理.陕西.西北工业大学出版社，2003.[3]邵玉斌编著Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析北京.清华大学出版社.2008.6[4]王宏编著MATLAB6.5及其在信号处理中的应用北京.清华大学出版社.2004.10[5]黄载禄，殷蔚华.通信原理[m].北京：科学出版社，2005.