2PSK与2DPSK系统性能分析

沈阳理工大学通信系统课程设计报告12PSK与2DPSK系统性能分析1．课程设计目的1.掌握2PSK、2DPSK的调制与解调原理；2.掌握仿真软件matlab的使用方法；3.完成对2PSK、2DPSK的调制与解调仿真电路设计，并对仿真结果进行分析。2．课程设计要求1．了解2PSK系统包括几部分，及每部分的功能特性。2．了解2DPSK系统包括几部分，及每部分的功能特性。3．就其调制部分，利用分立元件搭建电路。4．掌握理论联系实践的方法。3．相关知识3．1matlab软件的应用MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）之意。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多.MATLAB软件具有以下特点：1)语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富;2)运算符丰富;3）MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。4）程序限制不严格，程序设计自由度大。例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系沈阳理工大学通信系统课程设计报告2统上运行。6）MATLAB的图形功能强大。在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。7）MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。8）功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱用于多种学科。而学科性工具箱是专业性比较强的，如control,toolbox,signlproceessingtoolbox,commumnicationtoolbox等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高，精，尖的研究。9）源程序的开放性。开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。除内部函数以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。3.22PSK部分3.2.12PSK信号的定义数字信号的“1”都对应于已调信号中的载波0相位；数字信号的“0”都对应于已调信号中载波相位，反之亦然。这种调相方式称为“绝对调相”。又称二相绝对调相（2PSK）。3.2.22PSK信号的产生第一种方法:键控法沈阳理工大学通信系统课程设计报告3图12PSK信号的键控法框图第二种方法:模拟调制法图22PSK信号的模拟调制法框图3.2.32PSK信号的解调因2PSK已调信号的包络幅度不变，所以不能采用包络检波法，通常采用相干解调法解出2PSK的已调信号。图32PSK信号的相干解调框图2PSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能进行相干解调。2PSK相干解调系统框图如下（图4）沈阳理工大学通信系统课程设计报告4图42PSK信相干解调各点波形图3.32DPSK部分3.3.12DPSK信号的定义当数字信号为“1”时，码元中载波的相位相对于前一个码元的载波相位变化π；当数字信号为“0”时，码元中载波的相位相对于前一码元的载波相位不变化，反之亦然。这种调相方式称为二相相对调相(2DPSK）。二进制移相键控2PSK是利用载波相位的绝对数值来传送数字信息，也称为绝对移相。而2DPSK则是利用相邻的码元之间的载波相位差来传送消息，即相对移相。3.3.22DPSK的产生2DPSK信号的产生沈阳理工大学通信系统课程设计报告5图52DPSK信号的调制方框图图5中，波形变换器用来完成单极性不归零波形到双极性波形的变换，其变换关系为，因为，所以有。相对移相信号可以看成是把信息码(绝对码)变换成相对码，然后再对相对码进行绝对移相形成的。3.3.32DPSK信号的解调差分相干解调法图62DPSK信号的差分相干解调方框图2PSK相干解调系统框图如下：图72PSK及2DPSK信号的波形2DPSK的差分相干解调法，不需要专门的本地相干载波，将2DPSK信号延时一个码元间隔后与2DPSK信号本身相乘，相乘的结果反映了前后码元的相对相位关系，经低通滤波器后送到抽样判决器，抽样判决器抽样的结果即为原始数字信息，不需要差分译码。只有2DPSK信号才能采用这种方法解调，因为它是以前一个码元的载波相位作为参考相位，而不是未调载波的相位。采用差分相干解调法的2DPSK方式，虽然不需要本地相干载波，但需要能够沈阳理工大学通信系统课程设计报告6精确地延迟一个码元间隔的延迟电路，延迟电路的精度要求很准，实际实现时，延时线不好作，而且2DPSK的抗噪声性能不如2PSK。4课程设计分析4.12PSK、2DPSK调制解调原理4.1.12PSK调制与解调2PSK信号的产生方法主要有两种，即相乘法和开关法。方框图如下图1（a），（b）所示：（a）开关法（b）相乘法图8PSK调制方法4.1．22DPSK调制与解调2DPSK调制原理方框图如下图9：图9间接法信号调制器原理方框图沈阳理工大学通信系统课程设计报告72DPSK信号的解调，主要有两种方法，即相位比较法和相干解调法。相干解调法原理方框图如下图4：图10相干解调法原理方框图4.22PSK及2DPSK系统的抗噪声性能4.2.12PSK在相干接收时的误码率2PSK相干接收的模型如图13所示。图132PSK相干接收的框图绝对相移键控信号只能采用相干接收,相干接收用的本地载波可以单独产生,也可以从接收信号中提取,从相干接收的模型图6.3-7可见,与2ASK相干接收时的模型相同。区别在于判决门限为0，而2ASK为的判决门限为a/2。发“1”信号时，解调器的输入发“0”信号时，解调器的输出为沈阳理工大学通信系统课程设计报告8所以当发“1”信号时，应该是x0,但由于噪声的存在,可能出现x0,这就使得“1”错判为“0”。所以“1”错判为“0”的概率则为同理，发“0”信号，错判为“1”的概率为4.2.22DPSK信号的差分相干解调1）差分相干接收机的构成差分相干接收机的构成如图14所示。图14差分相干接收的框图可见，采用差分相干接收2DPSK信号时，不用本地载波，而是使用一个1bit的时延电路。沈阳理工大学通信系统课程设计报告9工作原理:判决规则θkθk-1cos(θk-θk-1)判决后的数字信号00+10π0-110π-11ππ+102）、误码率发“1”信号的情况下，且前一码元为“1”，利用恒等式沈阳理工大学通信系统课程设计报告10其中nc1、nc2、ns1和ns2是相互独立的正态随机变量；且均值为0，方差为σ2。参见公式（6.3-30）可知，随机变量R1服从广义瑞利分布，随机变量R2服从瑞利分布。在这里，R1可以看成余弦信号2acosωct＋窄带高斯变量的包络，窄带高斯变量的同相分量为(n1c+n2c)，正交分量为(n1s+n2s)，所以f(R1)服从Rice分布:R2可看成是一窄带高斯变量的包络，同相分量(n1c-n2c),正交分量(n1s-n2s)且均值为0,方差为σ2，所以f(R2)服从瑞利分布。将分布函数代入公式（6.3-48）,整理得同理可得沈阳理工大学通信系统课程设计报告11可见误码率比采用相干解调接收2PSK要高，原因是相干接收时，采用的本地载波没有噪声,而在差分相干接收相对相移键控信号时，代替本地载波的是1bit时延电路的输出，它带来了信道噪声，因此使误码率增加。5仿真5.12PSK仿真部分用matlab搭建好的2PSK仿真图如下：图152PSK仿真图2PSK模块的参数设置：1）载波模型沈阳理工大学通信系统课程设计报告12图16载波参数设置2）乘法器模块图17乘法器参数设置3）基带模块沈阳理工大学通信系统课程设计报告13图18基带信号模块4）UnipolartoBipolarConverte模块图19UnipolartoBipolarConverter参数设置5）数据类型转换模块沈阳理工大学通信系统课程设计报告14图20DataTypeConversion参数设置6）滤波器模块图21带通滤波器参数设置沈阳理工大学通信系统课程设计报告15图22低通滤波器参数设置5.22DPSK仿真部分用matlab搭建好的2DPSK仿真图如下：图232DPSK仿真图2DPSK模块的参数设置：1）载波模块沈阳理工大学通信系统课程设计报告16图24载波参数设置2）乘法器模块图25乘法器参数设置沈阳理工大学通信系统课程设计报告173）基带模块图26基带信号参数设置4）UnipolartoBipolarConverte模块图27UnipolartoBipolarConverter参数设置5）码变换模块沈阳理工大学通信系统课程设计报告18图28LogicalOperator参数设置图29UnitDelay参数设置图30DataTypeConversion参数设置沈阳理工大学通信系统课程设计报告196）滤波器模块图31带通滤波器参数设置图32低通滤波器参数设置6结果分析6.12PSK仿真结果沈阳理工大学通信系统课程设计报告20图332PSK电路仿真波形6.22DPSK仿真结果图342DPSK电路仿真波形沈阳理工大学通信系统课程设计报告21结论：从以上对比可以看出，对同一调制方式，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式淡定误码率。若采用相同的解调方式，2PSK的信噪比比较低。反过来，若信噪比r一定，2PSK误码率比较低。由此看来，在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好。7参考文献[1]张辉，曹丽娜编著.《现代通信原理与技术》.西安.西安电子科技大学出版社.2002[2]张辉，曹丽娜编著.《通信原理学习指导》.西安.西安电子科技大学出版社.2003[3]曹志刚，钱亚生编著.《现代通信原理》.北京.清华大学出版社.1992[4]王形亮等编著.《数字通信原理与技术》.西安.西安电子科技大学出版社.2000[5]王秉钧，孙学军等编著.《现代通信系统原理》.天津.天津大学出版社.2000[6]周庆龙编著.《现代通信系统原理》.北京.北京邮电学院出版社.1992[7]张厥盛，郑继禹编著.《锁相技术》.西安.西安大学出版社1992