2PSK调制与解调系统的仿真.docx
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2PSK调制与解调系统的仿真
2PSK调制与解调系统的仿真
摘要：
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。
键控法，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。
由于PSK在生活中有着广泛的应用，本论文详细介绍了PSK波形的产生和仿真过程。
我们可以系统的了解基本原理，以及得到数字调制波形的方法。
利用MATLAB仿真可更好的认识2PSK信号波形的调制过程。
关键词：
数字调制、2PSK、调制与解调、Matlab仿真
1.设计任务与要求
课程设计需要运用MATLAB编程实现2PSK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。
2.设计原理
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
2.1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
2.2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.
3.系统结构图
3.12PSK信号的调制原理框图如下图3所示
2PSK信号的调制原理框图
说明：
2psk调制器可以采用相乘器，也可以采用相位选择器就模拟调制法而言，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。
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。
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。
3.22PSK信号的调制原理框图如下图所示
2PSK信号的解调原理框图
说明：
由于PSK信号的功率谱中五载波分量，所以必须采用相干解调的方式。
在相干解调中，如何得到同频同相的本地载波是个关键问题。
只有对PSK信号进行非线性变换，才能产生载波分量。
2PSK信号经过带通滤波器得到有用信号，经相乘器与本地载波相乘再经过低通滤波器得到低频信号v（t），再经抽样判决得到基带信号。
4.仿真结果
说明：
基带信号经过调制系统生成PSK信号，信道中可能会有噪音干扰，经过带通滤波器过滤出有用信号。
说明：
信道内的PSK信号经过带通滤波器过滤出有用信号，经过相乘器和载波信号相乘，所得信号通过低通滤波器得到低频信号，再经抽样判决得到基带信号。
5.心得体会
一周的基于MATLAB的数字调制信号仿真分析课程设计让我获益颇深。
更加深入的掌握了MATLAB软件的使用，了解了数字调制的基本原理和主要过程，进一步学习了信号的传输的有关内容。
在这一周的时间内我经常往返于图书馆，查阅相关资料，发现自己的知识水平有限，需要学习的东西还有很多很多。
另外，在这次课程设计中，我充分利用了网络资源，终于让其发挥了有用的一面。
设计过程中老师主要锻炼我们的自主能力，我们查阅资料的同时，当遇到不解的时候，老师的不吝指导，我的课程设计才得以在规定的时间内高效完成。
通过这次课程设计，我学会了很多，收获了很多，并且加强了我的自主能力、动手能力和独立思考、团结协作的能力。
参考文献：
[1]樊昌信《通信原理》电子工业出版社
[2]王秉军等《通信原理》北京：
清华大学出版社
[3]曹志刚等《现代通信原理》北京：
清华大学出版社
[4]刘卫国《MATLAB程序设计与应用（第二版）》高等教育出版社
[5]王嘉梅《基于MATLAB的数字信号处理与时间开发》西安电子科技大学出版社
附：
程序清单
2PSK基于MATLAB的程序代码：
clearall;
closeall;
fs=8e5;%抽样频率
fm=20e3;%基带频率
n=2*（6*fs/fm）;
final=（1/fs）*（n-1）;
fc=2e5;%载波频率
t=0:
1/fs:
（final）;
Fn=fs/2;%耐奎斯特频率
%用正弦波产生方波
%==========================================
twopi_fc_t=2*pi*fm*t;
A=1;
phi=0;
x=A*cos（twopi_fc_t+phi）;%方波
am=1;
x（x>0）=am;
x（x<0）=-1;
figure
（1）
subplot（321）;
plot（t,x）;
axis（[02e-4-22]）;
title（'基带信号'）;
gridon
car=sin（2*pi*fc*t）;%载波
ask=x.*car;%载波调制
subplot（322）;
plot（t,ask）;
axis（[0200e-6-22]）;
title（'PSK信号'）;
gridon;
%=====================================================
vn=0.1;
noise=vn*（randn（size（t）））;%产生噪音
subplot（323）;
plot（t,noise）;
gridon;
title（'噪音信号'）;
axis（[0.2e-3-11]）;
askn=（ask+noise）;%调制后加噪
subplot（324）;
plot（t,askn）;
axis（[0200e-6-22]）;
title（'加噪后信号'）;
gridon;
%带通滤波
%======================================================================
fBW=40e3;
f=[0:
3e3:
4e5];
w=2*pi*f/fs;
z=exp（w*j）;
BW=2*pi*fBW/fs;
a=.8547;%BW=2（1-a）/sqrt（a）
p=（j^2*a^2）;
gain=.135;
Hz=gain*（z+1）.*（z-1）./（z.^2-（p））;
subplot（325）;
plot（f,abs（Hz））;
title（'带通滤波器'）;
gridon;
Hz（Hz==0）=10^（8）;%avoidlog（0）
subplot（326）;
plot（f,20*log10（abs（Hz）））;
gridon;
title（'Receiver-3dBFilterResponse'）;
axis（[1e53e5-31]）;
%滤波器系数
a=[100.7305];%[10p]
b=[0.1350-0.135];%gain*[10-1]
faskn=filter（b,a,askn）;
figure
（2）
subplot（321）;
plot（t,faskn）;
axis（[0100e-6-22]）;
title（'通过带通滤波后输出'）;
gridon;
cm=faskn.*car;%解调
subplot（322）;
plot（t,cm）;
axis（[0100e-6-22]）;
gridon;
title（'通过相乘器后输出'）;
%低通滤波器
%==================================================================
p=0.72;
gain1=0.14;%gain=（1-p）/2
Hz1=gain1*（z+1）./（z-（p））;
subplot（323）;
Hz1（Hz1==0）=10^（-8）;%avoidlog（0）
plot（f,20*log10（abs（Hz1）））;
gridon;
title（'LPF-3dBresponse'）;
axis（[05e4-31]）;
%滤波器系数
a1=[1-0.72];%（z-（p））
b1=[0.140.14];%gain*[11]
so=filter（b1,a1,cm）;
so=so*10;%addgain
so=so-mean（so）;%removesDCcomponent
subplot（324）;
plot（t,so）;
axis（[08e-4-3.53.5]）;
title（'通过低通滤波器后输出'）;
gridon;
%Comparator
%======================================================
High=2.5;
Low=-2.5;
vt=0;%设立比较标准
error=0;
len1=length（so）;
forii=1:
len1
ifso（ii）>=vt
Vs（ii）=High;
else
Vs（ii）=Low;
end
end
Vo=Vs;
subplot（325）;
plot（t,Vo）,title（'解调后输出信号'）,
axis（[02e-4-55]）
gridon;
xlabel（'时间（s）'）,ylabel（'幅度（V）'）,
课程设计评语
指
导
教
师
评
语
设
计
成
绩
注
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