不同方式解调下FSK、PSK、DPSK的误码率比较

摘要一般来说，数字解调与模拟调制的基本原理相同，但是数字信号有离散取值的特点。因此数字调制技术有两种方法：1利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即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，比如对载波的振幅，频率和相位进行键控，便可获得振幅键控（Ampolitudeshiftkeying,ASK）、频移键控（Frequencyshiftkeying,FSK）、和相移键控（Phaseshiftkeying，PSK）三种基本的数字调制方式。这次为期一周的通信传输课程设计的实习,就是通过MATLAB编程仿真,来更好的理解FSK、PSK、DPSK的调制和解调过程。在这次的实习中，主要是应用MATLAB进行编程仿真并显示结果。仿真的是FSK的相干、非相干和过零解调，PSK的相干解调及DPSK的相干和差分解调。并比较相同调制后的信号不同的解调方式和不同调制后的信号相同的解调方式。关键字：频移键控，相移键控，误码率，信噪比2ABSTRACTGenerallyspeaking,digitaldemodulationandanalogmodulationofthebasicprinciplesofthesame,butthedigitalsignalhasthecharacteristicsofdiscretevalues.Therefore,digitalmodulationtechniques,therearetwomethods:oneusinganalogmodulationmethodstoachievedigitalmodulation,digitalmodulationthatisseenasaspecialcaseofanalogmodulationtodigitalbasebandsignalasananalogsignalaspecialcase;2usingdigitalsignalcharacteristicsofdiscretevaluesbykeyingswitchcarrierinordertoachievedigitalmodulation.Thismethodisusuallyreferredtoaskeyingmethod,suchastherightcarrieramplitude,frequencyandthephaseshiftkeying,canreceiveamplitudeshiftkeying(Ampolitudeshiftkeying,ASK),frequencyshiftkeying(Frequencyshiftkeying,FSK),andthephaseshiftkeying(Phaseshiftkeying,PSK)digitalmodulationofthreebasicways.Theweek-longinternshipcurriculumdesigncommunicationtransmissionisthroughMATLABsimulationprogram,toabetterunderstandingofFSK,PSK,DPSKmodulationanddemodulationprocess.Inthisattachment,themainistheapplicationprogrammingMATLABsimulationanddisplaystheresults.SimulationistheFSKcoherent,non-coherentandzero-crossingdemodulation,PSKandDPSKcoherent3demodulationofcoherentanddifferentialdemodulation.Andcomparethesamemodulatedsignaldemodulationindifferentwaysanddifferentmodulatedsignaldemodulationthesameway.Keywords:Frequencyshiftkeying,phaseshiftkeying,thebiterrorrate,signaltonoiseratio4目录摘要……………………………………………………………………….2ABSTRACT………………………………………………………………3绪论……………………………………………………………………….5第一章FSK……………………………………………………………….61.FSK产生原理2.FSK信号的解调3.FSK相关仿真第二章PSK……………………………………………………………….81.PSK产生原理2.PSK信号的与解调3.PSK相关仿真第三章DPSK………………………………………………………………101.DPSK产生的原理2.DPSK信号的解调3.DPSK相关仿真第四章FSK、PSK、DPSK误码率的比较…………………………………12第五章结论和心得体会………………………………………………….15参考文献…………………………………………………………………...16附录………………………………………………………………………...175绪论数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输.然而,实际中的大多数信号(如无线信道)因具有带通特征而不能直接传送基带信号,然而用数字基带信号往往具有丰富的低频分量.为了使数字信号在通信中传输,必须用数字基带信号对载波进行调制,以使信号与信道当然特征相匹配.这种用数字基带信号控制载波,把数字基带信号转变为数字带通信号(已调制号)的过程为数字调制(digitalmodulation).在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调（digitaldemodulation）.通常把包括调制和人解调过程的数字传输系统叫做数字带通传输系统。为了与“基带”一词相对应，带通传输也也称为频率传输，又因为是借助于正弦载波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号的，所以带通传输也叫载波传输。因此，熟知数字调制、解调的过程是非常重要的。为了更好的理解FSK、PSK、DPSK的调制和解调过程，此次试验选择了通过MATLAB来仿真FSK、PSK、DPSK的调制、解调过程，并通过实验来比较它们的误码率和信噪比的关系。本次课程设计，我们小组采用分工合作的方式完成。关于课题的选择是由我们三人共同商讨后确定的。在程序设计中，唐一文同学负责FSK的调制相关和非相关解调，陈娅靓同学负责FSK调制的过零解调和PSK的调制相关解调，刘荣华同学负责DPSK的调制相关和差分解调，并且各自负责相应设计报告的编写。最后大家一起共同完成设计报告的整理。第一章FSK1.2FSK产生原理.频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在2FSK中，载波的频率随二进制信号在f1和f2俩个频点间变化，也就是说，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加，因此，2FSK信号的表达式为：tnTtgatnTtgatSnsnnsnFSK212cos])([cos])([)(tnTtgatnTtgatSnsnnsnFSK212cos])([cos])([)(]cos[)cos()()cos()(021ttAttsttsnn=]cos[)cos()()cos()(021ttAttsttsnn]cos[)cos()()cos()(021ttAttsttsnn=发“1”时发“0”时PPaPPaaaffnnnn，，，，，的反码为110110,2,2221162FSK信号的产生方法主要有两种。一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用键控法来实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一。这两种方法产生2FSK信号的差异在于：有调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的，而键控法产生的2FSK信号，是由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。2.FSK信号的解调2FSK信号的常用解调方法是采用如同所示的非相干解调、相干解调和过零检测法。相干解调和非相干解调的原理是：将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调，然后进行抽样判决。这里的抽样判决时直接比较两路信号抽样值的大小，可以不设置专门的门限。判决规则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率f1，则接收时上支路的样值较大，应判为“1”；反之，判为“0”。非相干解调相干解调过零检测法过零检测的原理基于2FSK信号的过零点数随不同频率而异，通过过零点数目的多少，从而区分两个不同频率的信号码元。如上图中，2FSK信号经过限幅、微分、带通滤波器ω1带通滤波器ω2包络检波包络检波抽样判决器带通滤波器ω1带通滤波器ω2低通滤波器低通滤波器抽样判决器相乘器相乘器限幅微分脉冲展宽整流低通7整流后形成与频率变化相对应的尖脉冲序列，这些尖脉冲的密集程度反映了信号的频率高低，尖脉冲的个数就是信号过零点的数。把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲，以增大其直流分量，该直流分量的大小和信号频率的高低成正比。然后经过低通滤波器取出此直流分量，这样就完成了频率—幅度转换，从而根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“1”和“0”。3.FSK相关仿真FSK的相干和非相干解调、FSK的过零检测流程图如如所示第二章PSK1.PSK产生原理相移键控是利用载波的相位变换来传递数字信息，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：tnTtgatScnsnBPSKcos)]([)(e0（t）=PPaFSKASKann1,1,1、不同于+1P-11-PFSK的调制相干调解非相干解调加入高斯白噪声噪声误码率统计FSK的调制加入高斯白噪声噪声误码率统计过零检测82PSK信号的调制原理如图所示2.PSK信号的与解调2PSK信号的解调原理通常采用相干解调法，解调器原理如图所示。、的矩形脉冲、宽度为一般为幅度是0),cos(cos)(1)(iiccBPSKstttSTtg∴e0（t）=Cosωct（0相）发“1”时－cosωct（相）发“0”时、的矩形脉冲、宽度为一般为幅度是0),cos(cos)(1)(iiccBPSKstttSTtg=电平转换器×载波发生器二进制单极NRZ双极NRZ已调信号Acos2πfct①相乘法产生②数字选相器K～倒相器0相相载波发生器选相开关S（t）e0（t）带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决9相干解调3.PSK相关仿真PSK的相干解调流程图如图所示：第三章DPSK1.DPSK产生的原理在PSK信号中，相位变换是以未调载波的相位变换作为参考基准的。相干解调时，由于载波回复中相位有0，模糊性，导致解调过程中出现“反向工作”现在，恢复出的数字信号“1”，“0”倒置。为克服此缺点，提出了2DPSK调制方式。2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变换传递数字信息，又称相对相移键控。假设△Ψ为当前码元与前一码元的载波相位，可定义一种数字信息与△Ψ之间的关系为：△Ψ＝0表示数字信息“0”180表示数值信息“1”数字信息与△Ψ之间的关系也可以相反定义。于是可以将一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信息的载波相位关系示例如下：二进制数字信息：1101001102DPSK信号相位：（0）π00πππ0ππ（π）0ππ000π00也就是说，2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元相对相位的差才唯一决定信息符号。2DPS