本科毕业设计论文基于matlab的2psk系统设计课程设计.docx

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本科毕业设计论文基于matlab的2psk系统设计课程设计

《通信原理》课程设计说明书

基于Matlab的2PSK系统设计

学院：

电气与信息工程学院

学生姓名：

指导教师：

职称副教授

专业：

通信工程

班级：

通信1302班

学号：

完成时间：

2016年5月

学院：

电气与信息工程学院专业：

通信工程

指导教师

学生姓名

课题名称

基于MATLAB的2PSK系统设计

内容及任务

一、设计任务

利用MATLAB设计一个2PSK系统。

二、设计内容

2PSK系统中包括调制、加噪滤噪与解调部分，具体内容如下：

（1）产生基带信号；

（2）产生已调信号；

（3）已调信号通过高斯白噪声信道；

（4）对信号输出端的混合信号中的噪声进行滤除；

（5）信号的解调；

（6）抽样判决码元再生。

三、设计要求

设计出一个2PSK系统，对2PSK系统进行仿真分析，并编写设计说明书。

主要参考资料

[1]樊昌信,曹丽娜.通信原理[M].北京:

国防工业出版社,2015.

[2]刘晓东,董辰辉.MATLAB从入门到精通[M].北京:

人民邮电出版社,2010.

[3]常华,袁刚,常敏嘉.仿真软件教程.北京:

清华大学出版社,2006.

[4]

[5]朱阳燕.基于MATLAB的2PSK系统仿真[J].科技信息,2008（17）:

82.

教研室

意见

教研室主任：

年月日

摘要

现代通信系统是一个十分复杂的工程系统，通信系统设计研究也是一项十分复杂的技术。

由于技术的复杂性，在现代通信技术中，越来越重视采用计算机仿真技术来进行系统分析和设计。

随着电子信息技术的发展，已经从仿真研究和设计辅助工具，发展成为今天的软件无线电技术，这就使通信系统的仿真研究具有更重要和更实用的意义。

课程设计首先介绍了课题的研究背景及意义和课题的研究内容，其次描写了2PSK系统的相关知识理论，着重讲解了2PSK系统的两种调制方式：

模拟调制法和键控法，和它的解调方式，相干解调。

然后在掌握了2PSK系统原理的基础上利用MATLAB软件对数字调制方式2PSK进行了编程仿真实现，MATLAB是一个用于电路与通信系统设计、仿真的动态系统分析工具，可用于信号处理、滤波器设计及复杂的通信系统数学模型的建立等。

在MATLAB平台上建立2PSK调制和解调技术的仿真模型，并在建立模型过程中加入一个加噪滤噪的过程。

构思好2PSK系统设计的流程后即可在MATLAB仿真平台上进行2PSK系统的调制与解调，加噪和滤噪，并对仿真模型进行分析，得出仿真系统的波形图，能够更直观的了解其系统的工作流程，得出更好的结论。

通过2PSK系统的仿真过程进一步学习了MATLAB编程软件，将MATLAB与通信系统中数字调制解调知识联系起来，从理论学习的轨道逐步引向实际应用，为以后在通信领域学习和研究打下基础。

关键词：

数字调制和解调；MATLAB；2PSK

目录

1绪论1

1.1课题的研究背景与意义1

1.2课题的研究内容1

22PSK系统相关知识理论2

2.12PSK系统的基本介绍2

2.22PSK系统的基本原理2

2.2.12PSK系统的调制3

2.2.22PSK系统的解调4

2.3本章小结5

3基于MATLAB的2PSK系统设计6

3.1系统仿真平台简介6

3.22PSK系统结构搭建6

3.32PSK系统参数设置及调用函数8

3.4本章小结10

42PSK系统仿真及分析11

4.1已调信号的产生11

4.2已调信号的解调13

4.3仿真结果分析14

4.4本章小结14

结束语15

参考文献16

致谢17

附录程序清单18

1绪论

1.1课题的研究背景与意义

通信的主要任务就是可靠并有效地实现信息的传输，实际的通信系统是复杂的大规模系统，在噪声和各种随机因素的影响下，要完成实际设计的通信系统的实验研究比较困难，有时要改变系统的某一两个参数就可能意味着整个系统需要重做。

利用MATLAB进行系统仿真，具有经济可靠简便等特点，在工程领域中得到了广泛应用。

近年来数字通信因为其抗干扰能力强、便于进行各种数字信号处理、易于实现集成化、经济效益正赶上或超过模拟通信等优点在近20年来得到了迅速的发展。

进入20世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。

特别是在20世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，基于PSK的数字通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。

（1）微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。

（2）超声波水下通信编码，解决了载人潜水器之类的水下运动工具的通信问题，使国内外开始深入研究水下通信问题。

（3）基于PSK技术的电力线通信由于具有投资少、无需重新布线、覆盖范围广、维护成本低等优点,得到广泛的应用。

2PSK在数字通信中应用十分广泛，2PSK是相移键控的最简单的一种形式，它用两个初相相隔为180的载波来传递二进制信息。

由于2PSK具有良好的抗干扰性和频带利用率，因此在中高速数字通信中得到了广泛的应用。

课程设计利用MATLAB进行系统设计仿真，其优点是便于实现，减少了设计和开发的时间成本。

1.2课题的研究内容

课题主要对2PSK信号的原理及其相干解调系统性能进行了分析和仿真。

这样可以对数字调制方式有一个更清楚的认识。

通过MATLAB软件，仿真2PSK调制与解调的具体过程，加深对2PSK调制与解调技术的掌握。

22PSK系统相关知识理论

2.12PSK系统的基本介绍

数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。

然而，实际中的大多数信道因具有带通特性而不能直接传送基带信号，这是因为数字基带信号往往具有丰富的低频分量。

这使数字信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。

这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。

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。

通常把包括调制和解调过程的数字传输系统叫做数字带通传输系统。

一般来说，数字调制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，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当作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、频移键控和相移键控三种基本的数字调制方式。

2.22PSK系统的基本原理

2PSK，二进制移相键控方式，是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的一种数字调制方式。

就是根据数字基带信号的两个电平（或符号）使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。

两个载波相位通常相差180度，此时称为反向键控（PSK）,也称为绝对相移方式。

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。

2PSK信号码元的“0”和“1”分别用两个不同的初始相位“0”和“”来表示，而其振幅和频率保持不变.因此，2PSK信号的时域表达式为:

（1）

其中，表示第n个符号的绝对相位：

（2）

因此，上式可以改写为:

（3）

这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式,称为二进制移相键控方式。

二进制移相键控信号的典型时间波形如图1所示。

图1移相键控波形图

2.2.12PSK系统的调制

2PSK信号的产生方法通常有两种：

模拟调制法和键控法。

一般的模拟幅度调制的方法，用乘法器实现；数字键控法的开关电路受s（t）控制。

2PSK信号基本的解调方法是相干解调。

 在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控（2PSK）信号。

2PSK信号调制有两种方法，即模拟调制方法和键控法。

通常用已调信号载波的0°和180°分别表示二进制数字基带信号的1和0。

就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s（t）要求不同，因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。

模拟调制法用两个反相的载波信号进行调制。

2PSK以载波的相位变化作为参考基准的当基带信号为0时相位相对于初始相位为0°，当基带信号为1时相对于初始相位为180°。

模拟调制法原理图如图2所示。

双极性

不归零

码型变换

乘法器

图2模拟调制法原理图

而就键控法来说，用数字基带信号s（t）控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s（t）为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。

键控法是用载波的相位来携带二进制信息的调制方式。

通常用0°和180°来分别代表0和1。

其时域表达式为：

（4）

2PSK的调制中必须为双极性码，键控法原理图如图3所示。

开关电路

0

180°移相

图3键控法调制原理图

2.2.22PSK系统的解调

2PSK信号属于DSB信号,且2PSK的幅度是恒定的它的解调,不再能采用包络检测的方法,只能进行相干解调。

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信号的相干解调原理图如图4所示，各点的波形图如图5所示。

图42PSK的相干解调原理图

图52PSK信号相干解调时各点时间波形

由于2PSK信号的载波回复过程中存在着180°的相位模糊，即恢复的本地载波与所需相干载波可能相同，也可能相反，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的基带信号正好相反，即“1”变成“0”，“0”变成“1”，判决器输出数字信号全部出错。

这种现象称为2PSK方式的“倒π”现象或“反相工作”。

2.3本章小结

本章主要介绍了2PSK系统和他的基本原理，就2PSK系统的两种调制方式：

模拟调制法和键控法，还有2PSK系统的相干解调进行了介绍，并分析了这两种调制方式和相干解调，让后续的2PSK系统设计更为顺利。

3基于MATLAB的2PSK系统设计

3.1系统仿真平台简介

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。

它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。

MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。

附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。

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等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。

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