PSK和2DPSK系统仿真.docx
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PSK和2DPSK系统仿真
2PSK和2DPSK系统仿真
一、题目名称
2PSK和2DPSK系统仿真
二、题目意义
运用MATLAB编程和simulink框图实现2PSK和2DPSK调制解调过程，并且输出其调制及解调过程中的波形，讨论其调制和解调效果。
三、设计原理
1、2PSK系统
（1）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）=Acos
t+
）
其中，
表示第n个符号的绝对相位：
=
因此，上式可以改写为
图22PSK信号波形
（2）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3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32PSK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.
2、2DPSK系统
2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。
现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：
Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。
则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图2.1所示。
图1.12DPSK信号
在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。
如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。
所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。
定义∆Φ为本码元初相与前一码元初相之差，假设：
∆Φ=0→数字信息“0”；
∆Φ=π→数字信息“1”。
则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下：
数字信息：
1011011101
DPSK信号相位：
0ππ0ππ0π00π
或：
π00π00π0ππ0
（1）调制原理
一般来说，2DPSK信号有两种调试方法，即模拟调制法和键控法。
2DPSK信号的的模拟调制法框图如图1.2.1所示，其中码变换的过程为将输入的单极性不归零码转换为双极性不归零码。
图1.2.1模拟调制法
2DPSK信号的的键控调制法框图如图1.2.2所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。
选相开关作用为当输入为数字信息“0”时接相位0，当输入数字信息为“1”时接pi。
图1.2.2键控法调制原理图
（2）2DPSK信号的解调原理
2DPSK信号最常用的解调方法有两种，一种是极性比较和码变换法，另一种是差分相干解调法。
2DPSK信号解调的极性比较法：
它的原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，再与本地载波相乘，去掉调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决的到基带信号的差分码，再经过逆差分器，就得到了基带信号。
它的原理框图如图1.3.1所示。
延迟T
图1.3.1极性比较解调原理图
2DPSK信号解调的差分相干解调法：
差分相干解调的原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，此后该信号分为两路，一路延时一个码元的时间后与另一路的信号相乘，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决，抽样判决器的输出即为原基带信号。
它的原理框图如图1.3.2所示。
图1.3.2差分相干解调原理图
四、源程序
1、2PSK
clearall;
closeall;
clc;
max=10
g=zeros（1,max）;
g=randint（1,max）;%长度为max的随机二进制序列
cp=[];mod1=[];f=2*2*pi;t=0:
2*pi/199:
2*pi;
forn=1:
length（g）;
ifg（n）==0;
A=zeros（1,200）;%每个值200个点
elseg（n）==1;
A=ones（1,200）;
end
cp=[cpA];%s（t）,码元宽度200
c=cos（f*t）;%载波信号
mod1=[mod1c];%与s（t）等长的载波信号,变为矩阵形式
end
figure
（1）;subplot（4,2,1）;plot（cp）;gridon;
axis（[0200*length（g）-22]）;title（'二进制信号序列'）;
cm=[];mod=[];
forn=1:
length（g）;
ifg（n）==0;
B=ones（1,200）;%每个值200个点
c=cos（f*t）;%载波信号
elseg（n）==1;
B=ones（1,200）;
c=cos（f*t+pi）;%载波信号
end
cm=[cmB];%s（t）,码元宽度200
mod=[modc];%与s（t）等长的载波信号
end
tiaoz=cm.*mod;%e（t）调制
figure
（1）;subplot（4,2,2）;plot（tiaoz）;gridon;
axis（[0200*length（g）-22]）;title（'2PSK调制信号'）;
figure
（2）;subplot（4,2,1）;plot（abs（fft（cp）））;
axis（[0200*length（g）0400]）;title（'原始信号频谱'）;
figure
（2）;subplot（4,2,2）;plot（abs（fft（tiaoz）））;
axis（[0200*length（g）0400]）;title（'2PSK信号频谱'）;
%带有高斯白噪声的信道
tz=awgn（tiaoz,10）;%信号tiaoz中加入白噪声，信噪比为10
figure
（1）;subplot（4,2,3）;plot（tz）;gridon
axis（[0200*length（g）-22]）;title（'通过高斯白噪声信道后的信号'）;
figure
（2）;subplot（4,2,3）;plot（abs（fft（tz）））;
axis（[0200*length（g）0400]）;title（'加入白噪声的2PSK信号频谱'）;
jiet=2*mod1.*tz;%同步解调
figure
（1）;subplot（4,2,4）;plot（jiet）;gridon
axis（[0200*length（g）-22]）;title（'相乘后信号波形'）
figure
（2）;subplot（4,2,4）;plot（abs（fft（jiet）））;
axis（[0200*length（g）0400]）;title（'相乘后信号频谱'）;
%低通滤波器
fp=500;fs=700;rp=3;rs=20;fn=11025;
ws=fs/（fn/2）;wp=fp/（fn/2）;%计算归一化角频率
[n,wn]=buttord（wp,ws,rp,rs）;%计算阶数和截止频率
[b,a]=butter（n,wn）;%计算H（z）
figure（4）;freqz（b,a,1000,11025）;subplot（2,1,1）;
axis（[04000-1003]）
title（'LPF幅频相频图'）;
jt=filter（b,a,jiet）;
figure
（1）;subplot（4,2,5）;plot（jt）;gridon
axis（[0200*length（g）-22]）;title（'经低通滤波器后信号波形'）
figure
（2）;subplot（4,2,5）;plot（abs（fft（jt）））;
axis（[0200*length（g）0400]）;title（'经低通滤波器后信号频谱'）;
%抽样判决
form=1:
200*length（g）;
ifjt（m）<0;
jt（m）=1;
elsejt（m）>=0;
jt（m）=0;
end
end
figure
（1）;subplot（4,2,6）;plot（jt）;gridon
axis（[0200*length（g）-22]）;title（'经抽样判决后信号s^（t）波形'）
figure
（2）;subplot（4,2,6）;plot（abs（fft（jt）））;
axis（[0200*length（g）0400]）;title（'经抽样判决后信号频谱'）;
2、2DPSK
%-2DPSK调制与解调
%---------------------------------------------------
%>>>>>>>>>>>>>>>>>>Initial_Part>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
%---------------------------------------------------
functiony=dpsk2（）
fs=30000;
Time_Hold_On=0.1;
Num_Unit=fs*Time_Hold_On;
High_Level=ones（1,Num_Unit）;
Low_Level=zeros（1,Num_Unit）;
w=300;
A=1;
%---------------------------------------------------
%>>>>>>>>>>>>>>>>>>Initial_The_Signal>>>>>>>>>>>>>>>
%---------------------------------------------------
Sign_Set=[0,1,1,0,1,0,0,1]
Lenth_Of_Sign=length（Sign_Set）;
st=zeros（1,Num_Unit*Lenth_Of_Sign）;
sign_orign=zeros（1,Num_Unit*Lenth_Of_Sign）;
sign_result=zeros（1,Num_Unit*Lenth_Of_Sign）;
t=0:
1/fs:
Time_Hold_On*Lenth_Of_Sign-1/fs;
%---------------------------------------------------
%>>>>>>>>>>>Generate_The_Original_Signal>>>>>>>>>>>>
%---------------------------------------------------
forI=1:
Lenth_Of_Sign
ifSign_Set（I）==1
sign_orign（（I-1）*Num_Unit+1:
I*Num_Unit）=High_Level;
else
sign_orign（（I-1）*Num_Unit+1:
I*Num_Unit）=Low_Level;
end
end
%---------------------------------------------------
%>>>>>>>>>>>>>>>>>>Modulation_Part>>>>>>>>>>>>>>>>>>
%---------------------------------------------------
forI=1:
Lenth_Of_Sign
ifSign_Set（I）==1
st（（I-1）*Num_Unit+1:
I*Num_Unit）=A*cos（2*pi*w*t（（I-1）*Num_Unit+1:
I*Num_Unit）+（pi/2））;
else
st（（I-1）*Num_Unit+1:
I*Num_Unit）=A*cos（2*pi*w*t（（I-1）*Num_Unit+1:
I*Num_Unit））;
end
end
figure
subplot（2,1,1）
plot（t,sign_orign）;
axis（[0,Time_Hold_On*（Lenth_Of_Sign+1）,-（A/2）,A+（A/2）]）;
title（'原始信号'）;
grid
subplot（2,1,2）;
plot（t,st）;
axis（[0,Time_Hold_On*（Lenth_Of_Sign+1）,-3*（A/2）,3*（A/2）]）;
title（'调制后的信号'）;
grid
%---------------------------------------------------
%>>>>>>>>>>>>>>>>>>相乘>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
%---------------------------------------------------
dt=st.*cos（2*pi*w*t）;
figure
subplot（2,1,1）
plot（t,dt）;
axis（[0,Time_Hold_On*（Lenth_Of_Sign+1）,-3*（A/2）,3*（A/2）]）;
title（'相乘后的波形'）;
grid
%---------------------------------------------------
%>>>>>>>>>>>>>>>>>>>低通滤波部分>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
%---------------------------------------------------
[N,Wn]=buttord（2*pi*50,2*pi*150,3,25,'s'）;%临界频率采用角频率表示
[b,a]=butter（N,Wn,'s'）;
[bz,az]=impinvar（b,a,fs）;%映射为数字的
dt=filter（bz,az,dt）;
subplot（2,1,2）
plot（t,dt）;
axis（[0,Time_Hold_On*（Lenth_Of_Sign+1）,-3*（A/2）,3*（A/2）]）;
title（'低通滤波后的波形'）;
grid
%---------------------------------------------------
%>>>>>>>>>>>>>抽样判决&逆码变换部分>>>>>>>>>>>>>>>
%---------------------------------------------------
forI=1:
Lenth_Of_Sign
ifdt（（2*I-1）*Num_Unit/2）<0.25
sign_result（（I-1）*Num_Unit+1:
I*Num_Unit）=High_Level;
else
sign_result（（I-1）*Num_Unit+1:
I*Num_Unit）=Low_Level;
end
end
figure
plot（t,sign_result）;
axis（[0,Time_Hold_On*（Lenth_Of_Sign+1）,-3*（A/2）,3*（A/2）]）;
title（'逆码变换后的波形'）;
grid
五、实验结果
1、2PSK
2、2DPSK
图3.4.22DPSK模拟调制和差分相干解调法仿真图
六、simulink仿真框图
1、2DPSK
波形1，幅度为2
波形2，幅度为-2
2、2DPSK
参数设置：
六、仿真波形图：
1、2PSK
2、2DPSK
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