基于MATLAB的PSK调制和解调及仿真

摘要—I—学士学位毕业设计（论文）基于MATLAB的PSK调制和解调及仿真摘要—II—摘要Psk调制是通信系统中最为重要的环节之一，Psk调制技术的改进也是通信系统性能提高的重要途径。本文首先分析了数字调制系统的基本调制解调方法，然后，运用Matlab及附带的图形仿真工具——Simulink设计了这几种数字调制方法的仿真模型。通过仿真，观察了调制解调过程中各环节时域和频域的波形，并结合这几种调制方法的调制原理，跟踪分析了各个环节对调制性能的影响及仿真模型的可靠性。最后，在仿真的基础上分析比较了各种调制方法的性能，并通过比较仿真模型与理论计算的性能，证明了仿真模型的可行性。另外，本文还利用Matlab的图形用户界面（GUI）功能为仿真系统设计了一个便于操作的人机交互界面，使仿真系统更加完整，操作更加方便。关键词：数字调制；分析与仿真；Matlab；Simulink；GUI图形界面ABSTRACT—III—ABSTRACTInthispaper,methodsofpskmodulationareintroducedfirstly.ThentheirsimulationmodelsarebuiltbyusingMATLAB’ssimulationtool,SIMULINK.Throughobservingtheresultsofsimulation,thefactorsthataffectthecapabilityofthepskmodulationsystemandthereliabilityofthesimulationmodelsareanalyzed.Andthen,thecapabilityofthreedigitalmodulationsimulationmodels,2-PSK,4-PSKand,havebeencompared,aswellascomparingtheresultsofsimulationandtheory.Atlast,theconclusionisgotten:Thesimulationmodelsarereasonable.Inaddition,anoperationinterfaceisdesigned,whichcansimplifythemanipulationofthesimulationsystem,bymeanoftheGraphicalUserInterface,whichshortforGUI.Keywords:PSKmodulation;analysis;simulation;MATLAB;SIMULINK;GUI目录—IV—目录摘要.....................................................IIABSTRACT................................................III目录.....................................................IV前言......................................................11绪论....................................................21.1通信技术的历史和发展...............................21.2数字调制技术.......................................31.3数字调制的发展现状和趋势...........................41.4本章小结...........................................52MATLAB仿真技术.........................................62.1通信仿真...........................................62.2MATLAB简介........................................92.3Simulink简介.....................................122.4本章小结..........................................143PSK调制系统...........................................153.12PSK数字调制原理.................................153.24PSK的调制和解调.................................193.3本章小结..........................................234PSK调制解调系统的仿真.................................244.12PSK调制解调系统的仿真...........................244.24PSK调制解调系统的仿真...........................254.3利用MATLAB研究4PSK信号..........................274.4本章小结..........................................29结论.....................................................30参考文献.................................................31致谢.....................................................32附录.....................................................33黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）—1—前言现代通信的发展趋势为数字化，随着现代通信技术的不断开发，数字调制技术已日趋成熟，在各个领域都得到了广泛的应用和认同。因此本文对PSK的数字调制和解调进行了仿真。现代社会发展要求通信系统功能越来越强，性能越来越高，构成越来越复杂；这就要借助于功能强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。现代计算机科学技术快速发展，已经研发出了新一代的可视化的仿真软件。这些功能强大的仿真软件，使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的发展。本文使用的是功能强大的MATLAB软件。MATLAB是一种使用简便的、特别适用于科学研究和工程计算的高级语言，与其他计算机语言相比，它的特点是简洁和智能化，具有极高的编程和调试效率。通过使用MATLAB工具箱函数对数字调制进行仿真，更能直观彻底的掌握数字通信，数字调制的原理。有助于我们的学习和研究，加深对知识的理解和运用。MATLAB的便利性还体现在它的仿真结果还可以存放到MATLAB的工作空间里做事后处理。方便我们修改参数对不同情况下的输出结果进行对比。由于MATLAB和SIMULINK是集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）—2—1绪论1.1通信技术的历史和发展1.1.1通信的概念通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息（Message）。消息由模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号（Signal）是传输消息的手段，信号是消息的物资载体。相应的信号可以分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，即信息（Information）。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的高要求。1.1.2通信的发展史简介远古时代，远距离的传递消息是以书信的形式来完成的，这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息，人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。1837年发明的莫尔斯电磁式电报标志着电通信的开始。之后，利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876年贝耳发明了电话，利用电信号实现了语音信号的有线传递，使信息的传递变得既迅速又准确，这标志着模拟通信的开始，由于它比电报更便于交流使用，所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的电话通信技术比电报得到了更为迅速和广泛的发展。1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现，使得数字通信迅速发展。在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替，现有的模拟黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）—3—电视也正在被数字电视所代替。数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途1.2数字调制技术通信按照传统的理解就是信息的传输与交换。在当今信息社会，通信则与遥感，计算技术紧密结合，成为整个社会的高级“神经中枢”。没有通信，人类社会是不可想象的。一般来说，社会生产力水平要求社会通信水平与之相适应。若通信水平跟不上，社会成员之间的合作程度就受到限制。可见，通信是十分重要的。通信传输的消息是多种多样的，可以是符号的，文字的，数据和图像的等等。各种不同的消息可以分为两类：一类称为离散消息；另一类称为连续消息。离散消息的状态是可数的或离散的，比如符号，文字或数据等。离散消息也称数字消息。而连续消息则是其状态连续变化的消息，例如，连续变化的语音，图像等。连续消息也称模拟消息。因此按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号可以将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。数字通信有以下突出的特点：第一，数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错，原则上是可以控制的。第二，当需要保密的时候，可以有效的对基带信号进行人为的“扰乱”，即加上密码。数字通信系统可以用下图表示：数字通信在近20年来得到了迅速的发展，其原因是：（1）抗干扰能力强（2）便于进行各种数字信号处理编码器调制器信道解调器译码器受信者解密器信息源加密器噪声源黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）—4—（3）易于实现集成化（4）经济效益正赶上或超过模拟通信（5）传输与交换可结合起来，传输电话与传输数据也可结合起来，成为一个统一整体，有利于实现综合业务通信网。本设计主要研究数字通信过程中的调制解调过程。从原理上说受调载波可以是任意的，只要已调信号适合心动的传输就可以了，但是实际上，大多数通信系统中，都选择正弦信号作为载波。这是因为正弦信号简单，便于产生和接收。1.3数字调制的发展现状和趋势进入20世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。特别是在20世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。（1）微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。（2）移动通信和卫星通信的出现，使人们随时随地可通信的愿望可以实现。（3）光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。（4）电子计算机的出现