2ASK2DPSK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析

12ASK/2DPSK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析摘要：本课程设计是利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，设计一个2ASK与2DPSK复合调制与解调通信系统，并把运行仿真结果输入显示器，根据显示结果分析所设计的系统性能。本课程设计主要是通过对基带信号进行调制解调后再还原成原来的基带信号，用示波器观察调制前后波形，并在电路中加入频谱分析模块，观察调制前后信号频谱的变换，并在调制与解调过程中加入噪声源后分析接受信号的性能。电路通过运行后，基本达到本课程设计的要求。关键词：MATLAB；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2DPSK与2DPSK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课程设计目的利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个2ASK/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。1.2课程设计要求2（1）熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台，熟悉2ASK/2DPSK系统的调制解调原理，构建调制解调电路图.（2）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的频谱的变化。并观察解调前后频谱有何变化以加深对该信号调制解调原理的理解。（3）在调制与解调电路间加上各种噪声源，用误码测试模块测量误码率,并给出仿真波形，改变信噪比并比较解调后波形，分析噪声对系统造成的影响。（4）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。2基本原理2.1ASK调制与解调“幅移键控”又称为“振幅键控”，记为ASK。也有称为“开关键控”（通断键控）的，所以又记作OOK信号。ASK是一种相对简单的调制方式。对于振幅键控这样的线性调制来说，在二进制里，2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续的输出，有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。根据线性调制的原理，一个二进制的振幅调制信号可以表示完成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波的乘积[1]。2ASK信号可表示为式中,为载波角频率，s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列其中，g(t)是持续时间为、高度为1的矩形脉冲，常称为门函数；为二进制数字（1）调制幅移键控（ASK）相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二进制数3码而已。幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。二进制振幅键控（2ASK），由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号为“1”时，传输载波；当调制的数字信号为“0”时，不传输载波[2]。原理如图2-1所示，用的是相乘法图2-1ASK调制原理一般载波信号用正弦信号，而调制信号是把数字序列转换成单极性的基带矩形脉冲序列，而这个通断键控的作用就是把这个输出与载波相乘，就可以把频谱搬移到载波频率附近，实现2ASK。实现后的2ASK波形如图2-2示。图2-2输出后2ASK的波形（2）解调2ASK信号解调的常用方法主要有两种：包络检波法和相干检测法。本课程设计采用相干解调法。相干检测法原理方框图如图2-3。相干检测就是同步解调，要求接收机产生一个与发送载波同频同相的本地载波信号，称其为同步载波或相干载波。利用此载波与收到的已调信号相乘，经低通滤波滤除第二项高频分量后，即可输出s(t)信号。低通滤波器的4截止频率与基带数字信号的最高频率相等。由于噪声影响及传输特性的不理想，低通滤波器输出波形有失真，经抽样判决、整形后再生数字基带脉冲。图2-3ASK信号的相干解调2.2DPSK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2-4示。5图2-42PSK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2-5所示[3]，图中为模拟调制法图2-52DPSK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2-6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2-6（a）和（b）所示[4]。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。6（a）（b）图2-62DPSK的相干解调2.32ASK/2DPSK调制与解调2ASK/2DPSK调制与解调，即将2DPSK的调制与解调系统嵌入到2ASK调制于解调系统中。整个调制于解调过程为：ASK调制——DPSK调制——DPSK解调——ASK解调3系统设计首先简单介绍一下ASK与DPSK的调制与解调及其波形。3.1ASK调制与解调构建ASK调制与解调电路，并用示波器观察调制与解调前后的信号波形。ASK调制与解调电路如图3-1所示，波形如图3-2所示。7图3-1ASK调制与解调电路图图3-2ASK调制与解调波形图将基带信号（Bernoulli信号）与载波信号（正弦信号）相乘，经过带同滤波器，就完成了调制过程；经过信道传输后，经过带同滤波器，与本地载波（正弦信号）相乘，再经过低通滤波器，最后经过抽样判决起转换成数字信号，就完成了解调过程。第一路波形为基带信号（Bernoulli信号），第二路波形为载波（正弦信号），第三波形路为调制后的信号，第四路波形为已调信号经过带同滤波器和低通滤波器后所得信号，第五路波形为经过抽样判决器过得到的解调波形。3.2DPSK调制与解调8构建DPSK调制与解调电路，并用示波器观察调制与解调前后的信号波形。DPSK调制与解调电路如图3-3所示，波形如图3-4所示。图3-3DPSK调制与解调电路图图3-4DPSK调制与解调波形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，在实际的仿真中基带信号（Bernoulli信号）要先经过差分编码，再进行极性双变换，得到的信号与载波（正弦信号）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；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9换组成，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。第一路波形为载波（正弦信号），第二路波形为基带信号（Bernoulli信号），第三路信号为经过调制后所得的已调波，第四路信号与第三路样，是已调波，这里为了方便观察信道中加入噪声对信号的影响，第五路信号调信号经过带同滤波器后，与本地载波（正弦信号）相乘，在通过低通滤波器所得的信号，第路信号为经过抽样判决器和码反变换后得到的解调信号。3.3ASK/DPSK调制与解调简单看过了ASK调制与解调解调和DPSK的调制与解调后，着重讲一下本课程设计的重点，ASK/DPSK调制与解调。根据ASK调制与解调电路图和DPSK调制与解调电路图以及ASK/DPSK调制与解调的原理，构建ASK/DPSK调制与解调电路，并用示波器观察调制与解调前后的信号波形。ASK/DPSK调制与解调电路如图3-5所示，波形如图3-6所示。图3-5ASK/DPSK调制与解调电路10图3-6ASK/DPSK调制与解调波形第一路波形为基带信号（Bernoulli信号），第二路信号为载波信号（正弦信号），第三路信号为基带信号与载波相乘所得信号，第四路信号为所得信号经过带通滤波器后的已调波，第五路信号是经过抽样判决后的数字信号，第六路信号是经过封装部分的DPSK调制与解调后所得的信号，第七路信号是经过带通滤波器后与本地载波（正弦信号）相乘后的所得信号，第八路信号是经过低通滤波器后的信号，第九路信号是经过抽样判决器后的解调信号。其中subsystem中封装的DPSK调制与解调电路图如图3-7所示，波形如图3-8所示。11图3-7封装的DPSK调制与解调电路图图3-8封装的DPSK调制与解调波形图第一路信号是载波（正弦信号），第二路信号是ASK调制信号，第三路信号是经过码变换和单双极性变换后，与载波相乘所得的调制信号，第四路信号第三路信号相同，为了观察噪声对信号的影响而加入，第五路信号经过带通滤波器后，与本地载波（正弦信号）相乘后，再通过低通滤波器后得到的信号，第六路信号是经过抽样判决器后的DPSK解调信号。123.4参数设定（1）ASK调制与解调部分ASK调制后得到的是模拟信号，在DPSK调制时，模拟信号不能够进行单双极性变换，故用抽样判决器将ASK已调信号由模拟信号变换成数字信号，但是这样会就造成了一定的误码。在ASK调制与解调中，将基带信号（Brenoulli信号）零出现的概率设为0.5，抽样时间设为1，起参数设定如图3-9所示。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10*pi，抽样时间为0，其参数图如图3-10所示。图3-9ASK基带信号参数设定13图3-10ASK载波信号参数设定带通滤波器和低通滤波器的参数设定如图3-11，3-12所示。图3-11ASK带同滤波器参数设定14图3-12ASK低同滤波器参数设定抽样判决器共有两个，在DPSK调制前的抽样判决器参数设定如图3-13，在ASK将判决电平设为0.1，抽样时间设为0.5；解调时的抽样判决器参数设定如图3-14，判决电平设为0.01，抽样时间设为1图3-13ASK抽样判决器1参数设定15图3-14ASK抽样判决器2参数设定从波形图上看，解调后的信号比基带信号延迟2个单元，故将计算误码率模块的接受延时设为2，其参数设定如图3-15。图3-15ASK误码率计算模块参数设定16（2）DPSK调制与解调部分在DPSK调制与解调中，将载波的频率参数设置为20*pi，抽样时间为0，其参数如图3-16所示。图3-15DPSK载波参数设定在单极性到双极性的变换中，M-arynumber设置为2，极性为positive，如图3-16所示。17图3-16极性变换参数设定带同滤波器的参数如图3-17所示，低通滤波器的参数设定如图3-18所示图3-17带同滤波器参数设定18图3-18低同滤波器参数设定抽样判决器参数设定如图3-19所示。图3-19抽样判决器参数设定从波形中乐意看出，解调后输出的波次那个比基带信号延迟2个大内，故将误码率计算模块