2PSK和2DPSK调制解调仿真系统设计

西安科技大学移动通信课程设计报告2PSK和2DPSK调制解调仿真系统设计专业：通信工程班级：姓名：学号：成绩：姓名：学号：成绩：姓名：学号：成绩：姓名：学号：成绩：姓名：学号：成绩：设计时间：审阅教师：西安科技大学通信通信学院~1~目录1．前言…………………………………………………………21.1设计提示…………………………………………………………21.2设计要求…………………………………………………………21.3时间安排…………………………………………………………21.4基本原理与论证…………………………………………………22．2PSK调制解调原理及系统设计……………………………42.12PSK基本原理……………………………………………………42.22PSK调制原理……………………………………………………42.32PSK调制系统设计………………………………………………52.42PSK解调原理……………………………………………………142.52PSK解调系统设计………………………………………………152.62PSK系统设计……………………………………………………173．2DPSK调制解调原理及系统设计…………………………233.12DPSK的基本原理………………………………………………233.22DPSK调制原理…………………………………………………233.32DPSK调制系统设计……………………………………………253.42DPSK解调原理…………………………………………………313.52DPSK解调系统设计……………………………………………343.62DPSK系统设计…………………………………………………394.总结…………………………………………………………424.1各个组员总结……………………………………………………424.2组长评价…………………………………………………………44参考文献…………………………………………………………………………………45~2~1．前言1.1设计提示1.根据2PSK和2DPSK信号的产生与解调方法，利用Matlab/Simulink软件进行系统设计。2.利用Simulink专业库CommunicationsBlockset中的Modulation模块库所提供的实现数字信号调制解调的模块，完成系统设计，并输出误码率，信道中的噪声为高斯白噪声。1.2设计要求1.输出已调制信号的波形图及其频谱图；2.将输入的基带信号波形和解调后的数字基带信号波形进行比较；3.由三人按提示一完成系统设计，由两人按提示二完成系统设计；4.设计报告中必须有详细的设计过程，即模块选取、参数设置、图形输出等，由组长签字，评价所有成员在设计组中的作用和表现等。5.书写及设计方案均用A4纸打印以便统一装订成册，上交电子文本。1.3时间安排1.7.8：上午领取设计任务，下午去图书馆查阅相关资料。2.7.9：上午整理有关2ASK和2FSK调制解调的基本原理，下午整理其调制解调所需的框图、波形图等。3.7.10：上午学习有关Simulink的相关知识，并向老师了解了更多的内容，下午进行对两种方式的调制解调仿真的初步设计。4.7.11：上午完成对两种方式中仿真的所以设计，下午每个人写各自所负责的部分的原理以及对设计后的感想心得等。1.4基本原理与论证数字通信系统，按调制方式可以分为基带传输和带通传输，数字基带信号的功率一般处于从零开始到某一频率的低频段，因而在很多实际的通信（如无线通信）中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移，将数字基带信号变换成适合于信道传输的数字频谱信号进行传输，这种传输方式，称为数字信号的频带传输或调制传输、载波传输。所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使该参量随基带信号的规律变化，从而携带信息。对数字信号进行调制可以便于信号的传输；实现信道复用；改变信号占据的带宽；改善系统的性能。和模拟调制不同的是，由于数字基带信号具有离散取值的特点，所以调制后的载波参数只有有限的几个数值，因而数字调制在实现的过程中常采用键控的方法，就像用数字信号去控制开关一样，从几个不同参量的独立振荡源中选参量，由此产生的三种基本调制方式分别称为振幅键控ASK、移频键控FSK和移相键控PSK或者是差分移相键控DPSK。数字调制系统的基本结构如图：~3~本次课程设计，我们小组主要运用2PSK和2DPSK信号的产生于解调方法，利用matlab/simulink软件进行系统设计，接着利用simulink专业库communicationblockset中的modulation模块库所提供的实现数字信号调制解调的模块，完成系统设计。数字调制系统的基本结构~4~2．2PSK调制解调原理及系统设计2.12PSK基本原理数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。数字调制技术的两种方法：①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；②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。相应的信号波形的示例1012.22PSK调制原理数字调相：如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π分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为(t)=Acost+)其中，表示第n个符号的绝对相位：=~5~因此，上式可以改写为2PSK信号波形为2PSK调制方法主要有两种：模拟调相法和键控法（相位选择法）。模拟调相法原理方框图如下图所示，极性变器将输入的二进制单极性码转换成双极性不归零码，然后与载波直接相乘，以实现2PSK模拟调相法键控法原理方框图如下图所示，用数字基带信号s（t）控制开关电路，以选择不同相位的载波输出。此时s（t）通常是单极性的，当s（t）=0时，输出e2PSK（t）=cosωct；当s（t）=1时，输出e2PSK（t）=-cosωct。键控法2PSK信号的调制原理框图2.32PSK调制系统设计~6~在Matlab/Simulink中实现2PSK调制。2.3.1模拟调相法系统设计模型框图如下：参数设置如下：~7~~8~示波器的波形图~9~已调制信号的频谱图：2.3.2键控法系统设计，模型框图如下：~10~参数设置如下：~11~~12~~13~示波器的波形图如下图所示：已调制信号的频谱图：~14~2.42PSK解调原理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-信号相干解调各点时间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.2PSK信号的解调原理方框图如下带通滤波相乘低通滤波抽样判决本地载波提取V（t）定时脉冲cosωt2PSK解调器2PSK信号的解调原理框图~15~2.52PSK解调系统设计在Matlab/Simulink中实现2PSK解调，只能采用相干解调的方法。模型框图如下：参数设置如下：~16~~17~示波器的波形图如图所示：2.62PSK系统设计模型框图如下：参数设计如下：~18~~19~~20~~21~~22~示波器的波形图如下：频谱图如图所示：~23~3．2DPSK调制解调原理及系统设计3.12DPSK的基本原理说到2DPSK，就不得不说一下二进制移相键控（2PSK）。所谓二进制移相键控（2PSK）方式是指受键控的载波相位按基带脉冲而改变的一种数字调制方式。即若发送二进制符号0则载波初始相位取0，若发送二进制符号1则载波初始相位取，如图1所示（假设一个码元用一个周期的正弦波表示）。这种移相通常被称为绝对移相方式，如果采用绝对移相方式，由于发送端是以某一个相位作基准的，因而在接收系统中也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化（0相位变相位或相位变0相位），则恢复的数字信息就会由0变为1或由1变为0，从而造成错误。这种现象常称为2PSK方式的“倒”现象或“反向工作”现象。为此实际中一般采用一种所谓的差分移相键控（2DPSK）方式。2DPSK方式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表示（定义为本码元初相与前一码元初相之差），设编码结果如图2.1所示。这样就避免了2PSK中的倒现象。产生2DPSK信号时，先将输入的绝对码转换成相对码，然后再用相对码用二进制绝对移相方式对载波进行调相。2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。即本码元初相与前一码元初相之差。假设前后相邻码元的载波相位差为，可定义一种数字信息与之间的关系为：”表示数字信息“”表示数字信息“1,0,03.22DPSK的调制原理众所周知2PSK调制是将传输的数字码元“1”用初始相位为180°的正弦波表示，而数字码元“0”用初始相位为0°的正弦波表示。若设ta是传输数字码元的绝对码，则2PSK已调信号在任一个码元时间T内的表达式为01,sin或tatactAts（1）若将传输数字码元的绝对码ta先进行差分编码得相对码tb，其差分编译码如下：图1相对移相示例2DPSK波形~24~差分编码为Ttbtatb（2）差分译码为Ttbtbta（3）再将相对码tb进行2PSK调制，则所得到的即是2DPSK已调信号，其在任一码元时间T内的表达式为01,sin或tbtbctAts（4）差分编码移相2DPSK在数字通信系统中是一种重要的调制方式，其抗噪性能和信道频带利用率均优于移幅键控(ASK)和移频键控(FSK)，因而在实际的数据传输系统中得到广泛的应用。2DPSK调制解调系统的原理框图如图2DPSK调制原理是指载波的相位受数字信号的控制而改变，通常用相位0°来表示“1”，而用180°来表示“0”。差分移相键控2DPSK信号的参考相位不是未调波的相位，而是相邻的前一位码元的载波相位。2DPSK信号的产生只需要在2PSK调制前加一套相对码变换电路就可以实现，2DPSK的调制方框图见图载波移相差分编码器开关Eo(t)S(t)键控法差分编码低通滤波调相带通滤波相乘抽样判决差分解码分频晶振+数字信号输入数字信号输出噪声2DPSK调制解调系统原理框图~25~3.32DPSK调制系统设计在Matlab/Simulink中实现2DPSK调制。3.3.1模拟调相法系统设