MATLAB2psk通信系统仿真报告.docx
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MATLAB2psk通信系统仿真报告
实验一2PSK调制数字通信系统
一实验题目
设计一个采用2PSK调制的数字通信系统
Ø设计系统整体框图及数学模型；
Ø产生离散二进制信源.进行信道编码（汉明码）.产生BPSK信号；
Ø加入信道噪声（高斯白噪声）；
ØBPSK信号相干解调.信道解码；
Ø系统性能分析（信号波形、频谱.白噪声的波形、频谱.信道编解
二实验基本原理
数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输.在实际应用中.大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。
为了使数字信号在带通信道中传输.必须使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。
数字调制技术的两种方法：
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.比如对载波的相位进行键控.便可获得相移键控（PSK）基本的调制方式。
图1相应的信号波形的示例
101
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
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.
三仿真方真
四程序源代码
clearall;
closeall;
clc;
max=15;
s=randint（1,max）;%长度为max的随机二进制序列
Sinput=[];
forn=1:
length（s）;
ifs（n）==0;
A=zeros（1,2000）;
elses（n）==1;
A=ones（1,2000）;
end
Sinput=[SinputA];
end
figure
（1）;
subplot（211）;
plot（Sinput）;
gridon
axis（[02000*length（s）-22]）;
title（'输入信号波形'）;
Sbianma=encode（s,7,4,'hamming'）;%汉明码编码后序列
a1=[];
b1=[];
f=1000;
t=0:
2*pi/1999:
2*pi;
forn=1:
length（Sbianma）;
ifSbianma（n）==0;
B=zeros（1,2000）;%每个值2000个点
elseSbianma（n）==1;
B=ones（1,2000）;
end
a1=[a1B];%s（t）,码元宽度2000
c=cos（2*pi*f*t）;%载波信号
b1=[b1c];%与s（t）等长的载波信号.变为矩阵形式
end
figure
（2）;
subplot（211）
plot（a1）;
gridon;
axis（[02000*length（Sbianma）-22]）;title（'编码后二进制信号序列'）;
a2=[];
b2=[];
forn=1:
length（Sbianma）;
ifSbianma（n）==0;
C=ones（1,2000）;%每个值2000点
d=cos（2*pi*f*t）;%载波信号
elseSbianma（n）==1;
C=ones（1,2000）;
d=cos（2*pi*f*t+pi）;%载波信号
end
a2=[a2C];%s（t）.码元宽度2000
b2=[b2d];%与s（t）等长的载波信号
end
tiaoz=a2.*b2;%e（t）调制
figure（3）;
subplot（211）;
plot（tiaoz）;
gridon;
axis（[02000*length（Sbianma）-22]）;
title（'2psk已调制信号'）;
figure
（2）;
subplot（212）;
plot（abs（fft（a1）））;
axis（[02000*length（Sbianma）0400]）;
title（'编码后二进制信号序列频谱'）;
figure（3）;
subplot（212）;
plot（abs（fft（tiaoz）））;
axis（[02000*length（Sbianma）0400]）;
title（'2psk信号频谱'）
%-----------------带有高斯白噪声的信道----------------------
tz=awgn（tiaoz,10）;%信号tiaoz加入白噪声.信噪比为10
figure（4）;
subplot（211）;
plot（tz）;
gridon
axis（[02000*length（Sbianma）-22]）;
title（'通过高斯白噪声后的信号'）;
figure（4）;
subplot（212）;
plot（abs（fft（tz）））;
axis（[02000*length（Sbianma）0800]）;
title（'加入白噪声的2psk信号频谱'）;
%-------------------同步解调-----------------------------
jiet=2*b1.*tz;%同步解调
figure（5）;
subplot（211）;plot（jiet）;
gridon
axis（[02000*length（Sbianma）-22]）;title（'相乘后的信号波形'）
figure（5）;
subplot（212）;
plot（abs（fft（jiet）））;
axis（[02000*length（Sbianma）0800]）;
title（'相乘后的信号频率'）;
%----------------------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（6）;
freqz（b,a,1000,11025）;
subplot（211）;
axis（[040000-1003]）
title（'lpf频谱图'）;
jt=filter（b,a,jiet）;
figure（7）;
subplot（211）;
plot（jt）;
gridon
axis（[02000*length（Sbianma）-22]）;
title（'经低通滤波器后的信号波形'）;
figure（7）;
subplot（212）;
plot（abs（fft（jt）））;
axis（[02000*length（Sbianma）0800]）;
title（'经低通滤波器后的信号频率'）;
%-----------------------抽样判决--------------------------
form=1:
2000*length（Sbianma）;
ifjt（m）<0;
jt（m）=1;
elsejt（m）>0;
jt（m）=0;
end
end
figure（8）;
subplot（211）;
plot（jt）
gridon
axis（[02000*length（Sbianma）-22]）;
title（'经抽样判决后信号jt（t）波形'）
figure（8）;
subplot（212）;
plot（abs（fft（jt）））;
axis（[02000*length（Sbianma）0800]）;
title（'经抽样判决后的信号频谱'）;
gridon;
n=500:
2000:
2000*length（Sbianma）;
a5=[];
a5=[a5jt（n）];
s1=decode（a5,7,4,'hamming'）;
a6=[];
forn=1:
length（s1）;
ifs1（n）==0;
G=zeros（1,2000）;
elses1（n）==1;
G=ones（1,2000）;
end
a6=[a6G];
end
figure
（1）;
subplot（212）;
plot（a6）;
gridon
axis（[02000*length（s）-22]）;
title（'汉明码译码后的波形'）
gridon
%------------------2psk误码率仿真-------------------------
snrdB_min=-10;
snrdB_max=10;
snrdB=snrdB_min:
1:
snrdB_max;
Nsymbols=200;
snr=10.^（snrdB/10）;
h=waitbar（0,'SNRIteration'）;
len_snr=length（snrdB）;
forj=1:
len_snr
waitbar（j/len_snr）;
sigma=sqrt（1/（2*snr（j）））;
error_count=0;
fork=1:
Nsymbols
d=round（rand
（1））;%随即数据
x_d=2*d-1;%0.1分别转化为-1.1
n_d=sigma*randn
（1）;%加噪
y_d=x_d+n_d;%加噪后接收
ify_d>0
d_est=1;
else
d_est=0;
end
if（d_est~=d）
error_count=error_count+1;
end
end
errors（j）=error_count;
end
ber_sim=errors/Nsymbols;
ber_theor=（erfc（sqrt（snr）））.*（1-0.5*erfc（sqrt（snr）））;
figure（9）;
semilogy（snrdB,ber_theor,'-',snrdB,ber_sim,'*'）;
axis（[snrdB_minsnrdB_max0.00011]）;
xlabel（'信噪比'）;
ylabel（'误码率'）;
title（'2psk信噪比误码率关系图'）;
legend（'理论值','实际值'）、
五实验结果及分析
图1.随机产生的15位二进制序列波形
图2.汉明码编码后的序列波形极其频谱
由图2可看出输入信号经过汉明码编码后的波形与理论推出的序列相同
图3.经过2psk调制后的信号波形及其频谱
图3中显示的2psk由于显示幅度限制已叠在一起.放大看可得到以理论相同的正弦波波形.在0.1变换出有π的相位变化.并且信号的频谱图符合信号频率被载波搬移的解释。
图4.信号通过信道加入白噪声后的波形极其频谱
图4所示是信号加入高斯白噪声后的波形.其中信噪比可调.实验中信噪比为10dB。
在频谱图下方可以看到高斯白噪声的频谱密度.和理论的高斯白噪声频谱密度相同。
图5.经过相干解调后的信号波形及其频谱
经过调制的2psk信号只能通过相干解调。
实验中当信号与载波相乘后与实验原理中的推导相符。
图6.经过低通滤波器后的信号波形及其频谱
经过低通滤波后.除去信号中的高频成分和大部分高斯白噪声
图7.低通滤波器的传输函数的频谱及相谱图
图8.经过抽样判决后的信号极其频谱
经过抽样判决后输出的波形与编码后的波形一致
图9.判决后的信号经过汉明码译码后的波形
将上一步中的信号经过汉明码译码后得到与输入波形相同的信号。
可得出这个2psk通信系统可实现。
图10.2psk信噪比与误码率关系图
六心得体会
通过这次通信原理实验.我发现自己的基础知识和应用能力都很差。
刚拿到题目时.在如何实现汉明码编码处就卡住.再后来的译码.由于程序有问题.每次都进入死循环。
最后通过各种网上的资料解决了种种问题。
通过了这次实验.我加深了课堂上所学的理论知识.提高了知识的应用能力。
熟悉了MATLAB的运行环境.掌握了一些MATLAB语言和函数的调用.很大程度上提高了自己的能力。
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