2022年实验四基于simulink的PSK、DPSK数字调制与解调的仿真.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 河北北方学院信息科学与工程学院2022-2022 第一学期数据通信原理试验报告设计题目 ：基于 simulink 的 2PSK/2DPSK 数字调制与解调仿真专业班级 ：信息工程 2 班 姓名学号 ：赵星敏 351 李明阳 300 指导老师 ：刘钰试验四 基于 simulink 的 2PSK/2DPSK 数字调制与解调仿真 一、试验目的 1、熟识 2PSK、2DPSK 系统的调制、解调原理 2、进一步熟识 MATLAB 环境下的 Simulink 仿真平台 3、锤炼同学分析问题和解决问题的才能 二、试验原理 1.1 2PSK调制原理名师归纳总结

2、 - - - - - - -第 1 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 数字调相： 假如两个频率相同的载波同时开头振荡,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；假如其中一个开头得迟了一点,就可能不相同了；假如一个达到正最大值时,另一个达到负最大值,就称为 反相 ；一般把信号振荡一次（一周）作为 360 度；假如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 码掌握发 0 度相位, 0 码掌握发 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

3、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 分别表示二进制“1” 和“0” ；因此, 2PSK信号的时域表达式为t=Acos t+ 其中,表示第 n 个符号的肯定相位：= 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（相位挑选法）；名师归纳总结 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第 2 页,共 19 页归零码,然后与载波直接相乘,以实现2PSK - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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

4、（t ）掌握开关电路,以挑选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 ）=cosct ；当s（t ）=1 时,输出 e2PSK（t ）=- cosct ；键控法 1.2 2PSK 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,所以在接收端必需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重量,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

5、相干解调各点时间波形如图 2 - 14 所示 . 当复原的相干载波产生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 全部出错 . 图 2 -信号相干解调各点时间波形, 解调器输出数字基带信号这种现象通常称为 倒 现象 . 由于在 2PSK信号的载波复原过程中存在着 180 的相位模糊 , 所以 2PSK信号的相干解调存在随机的 倒 现象 , 从而使得 2PSK方式在实际中很少采纳 . 2PSK信号的解调原理方框图如下名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2PSK 带通滤波相乘低通滤波V（t）抽

6、样判决本地载波cos t 解调器定时脉冲提取2PSK信号的解调原理框图2.1 2DPSK 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；如设 a t 是传输数字码元的肯定码,就 2PSK已调信号在任一个码元时间 T 内的表达式为s t A sin ct a t , a t 1 或 0（1）如将传输数字码元的肯定码 a t 先进行差分编码得相对码 b t,其差分编译码如下：差分编码为 b t a t b t T（2）差分译码为 a t b t b t T（3）再将相对码 b t 进行 2PSK调制,

7、就所得到的即是 2DPSK已调信号,其在任一码元时间 T内的表达式为s t A sin ct b t , b t 1 或 0（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名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 数字信差调+ 带相低抽差数字信号输入号输出分通通样分编相滤乘滤判解码波波决码噪声晶 分振 频2DPSK 调制解调系统原理框图2DPSK调制原理是

8、指载波的相位受数字信号的掌握而转变,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 开关 Eot差分编码器移相St键控法2.2 2DPSK 的解调原理基于 DFT 的 2DPSK 解调算法：实际中接收到的 2DPSK 信号在经过带通滤波后,由于码元跳变处的高频重量被过滤掉,滤波后的 2DPSK信号波形分为稳固区和过渡区,码元中间部分是稳固区,前、后部分为过渡区；稳固区内的信号基本无

9、缺失,波形近似为正弦波,而过渡区内的波形就不是正弦波,并且幅度明显降低；调制信息基本上只存在于码元稳固区；从上述分析动身,可以得到基于名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - DFT的数字解调方案；详细解调方法：对每个码元稳固区内的采样点依据公式（5）做 DFT：（5）I1Nxkcos2k/nNk1Q1N1xksin2k/nNk其中,n代表每个载波周期的采样点个数,N 代表做 DFT 时使用的稳固区内的采样点个数 通常取多个载波整周期 ；然后,提取出前后码元的相位跳变信息 T 来进行解调判决：运算 arctan Q / I

10、, 并依据Q和 I 的正负情形确定 T 的取值范畴； 把本码元的相位记为 b ,前一码元的相位记为 a ,就T b a d 2 mod（6）其中 d 是进行了位同步点调整时附加的相位；可见,在每个码元周期只需要运算一次相位值即本码元的相位,然后相减得到跳变相位,就可以依据判决条件复原原始数据,而不需要像文献中所提到的对每个码元要随着窗函数的移动多次运算谱值,因而大大减轻了运算量,特别适合于软件无线电的数字化实时解调；当调频信号不包括载波重量时,必需采纳相干解调,2DPSK的解调可采纳两种方法；其一是极性比较法, 然后再用码变换器变为肯定码；另外仍有一种有用的方法叫做差分相干解调法,二者的原理框

11、图分别如下：数据2DPSK 带通乘低通抽样差分译输出法滤波器滤波器判决器码器器本地振荡极性比较法解调名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 数据2DPSK 带通乘低通抽样输出法滤波器滤波器判决器器码元推迟差分相干解调法相干解调：信号可以采纳相干解调方式 极性比较法 ,其原理框图见图 2.4 ；其解调原理是：对 2DPSK 信号进行相干解调,复原出相对码, 再通过码反变换器变换为肯定码,从而复原动身送的二进制数字信息；在解调过程中,如相干载波产生180 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

12、肯定码不会发生任何倒置现象,从而解决了载波相位模糊度的问题；差分相干解调：2DPSK信号也可以采纳差分相干解调方式 相位比较法 ,其原理框图见图 2.5 ；其解调原理是：直接比较前、后码元的相位差,从而复原发送的二进制数字信息；由于解调的同时完成了码反变换作用, 故解调器中不需要码反变换器；载波,因此是一种非相干解调方法；三、试验内容1.1 2PSK 数字调制与解调仿真设计框图由于差分相干解调方式不需要特地的相干名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.2 参数设置正弦波： 4HZ,幅度 +2 名师归纳总结 设置依据：

13、载波频率原来应当很高,但是为了波形观看便利,故频率设为4HZ；第 8 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 反相正弦波： 4HZ,幅度 -2 设置依据：载波频率原来应当很高,但是为了波形观看便利,故频率设为4HZ;又要求与载波反相,故幅度设为-2. 伯努利二进制随机序列产生器：码型变化器参数设置：采纳1 变 0 不变调制,故极性设为“Negative ” . 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 多路挑选器参数设置： 当二进制序列大于 小于 0 时,输出其次路信号；

14、高斯噪声的设置：信噪比 90 0 时,输出第一路信号； 当二进制序列名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 带通滤波器参数：载波频率为4HZ,而基带号带宽为1HZ,考滤到滤波器的边沿缓降,故设置为 27HZ；低通滤波器参数设置：截止频率为1HZ,二进制序列的带宽为1HZ,故取 1HZ；名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 延时器设置：1.3 结果分析名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 19 页精选学习资料 - - - -

15、 - - - - - 仿真波形：调制部分通过仿真分析结果可以看出,双极性基带脉冲信号与相干载波相乘后,得到2PSK 波形；从图中波形可以看出传送“1” 和“ 0” 时,周期没有转变,幅度没有转变,只是相位相差了 180 度； 该图 充分证明了 2PSK 的调制原理以及2PSK 的产生过程,通过分析该图能够清晰的分析出,基带信号和 载波的关系,基带信号只是用于转变信号的相位,最终 2PSK 波形外形取决于相干载波；解调部分名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 从 2PSK 的解调仿真分析结果可以看出,带通滤波器后的波形

16、与 2PSK 的波形一样,带通滤波器的作用只是滤除噪声；没有噪声的情形下, 原图保持不变；经过相干载波,相位没有发生变化,只 相位都没有发生变化；这个波形完全符合是向后推迟了半个周期,周期,幅度和 2PSK 的解调原理；经过低通滤波器,图形发生了变化,类似于整流器的作用；假如频率越高,经过低通滤波器的波形 越接近矩形；最终经过判决器,图形从双极性波形变为了单极性波形,复原成了完全的矩形基带信号；与解调原理完全一样；1.2 2DPSK 数字调制与解调仿真设计框图名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2 参数设置载波

17、的频率参数设置名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 基带信号参数设置Unipolar to Bipolar Converter 参数设置名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 乘法器参数设置Logical Operator 参数设置Unit Delay 参数设置Data Type Conversion 参数设置名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.3 结果分析加

18、入高斯噪声后的 2DPSK 仿真波形名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 依据上面波形可知高斯噪声对信道产生了肯定的影响,小部分产生了译码错误四、试验总结通过这次科研训练,充分的明白了有关 2PSK和 2DPSK 的调制与解调,而且加深了该过程的懂得程度, 同时对于 Simulink 的使用方法有了肯定的学问概念；并为以后的学习奠定了基础；对于我来说,收成最大的是方法和才能；那些分析和解决问题的才能；在整 个课程设计的过程中,我发觉我们同学在体会方面特别缺乏,空有理论学问,没 有理性的学问；有些东西可能与实际脱节；总体来说,我觉得像科研训练这种类型的作业对我们的帮忙仍是很大的,它需要我们将学过的相关学问系统地联系起来,从中暴露出自身的不足,以待改进！本次的科研,培育了我综合应用设计课程及其他课程的理论学问和理论联系实际,应用生产实际学问解决工程实际问题的才能；在设计的过程中仍培育出了我们的团队精神,同学们共同协作,解决了 很多个人无法解决的问题；在今后的学习过程中我们会更加努力和团结；名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 19 页