第一篇：通信原理课程设计---常规双边带幅度调制仿真与分析
课
程
设
计
课程设计名称：常规双边带调幅信号的仿真与分析
专 业 班 级 ： 学 生 姓 名 ： 学
号 ： 指 导 教 师 ： 课程设计时间： 需求分析
调制是各种通信系统的重要基础，也广泛用于广播、电视、雷达、测量仪等电子设备。调制是使消息载体的某些特性随消息变化的过程。调制的作用是把消息置入消息载体，便于传输或处理。由于从消息转换过来的调制信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不宜传输。因此，在通信系统的发送端通常需要有调制过程，信号调制可以将信号的频谱搬移到任意位置，从而有利于信号的传送，并且是频谱资源得到充分利用。调制作用的实质就是使相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上，同时在接受端则需要有解调过程从而还原出调制信号。接收机就可以分离出所需的频率信号，不致相互干扰。在振幅调制中，根据所输出已调波信号频谱分量的不同，分为普通调幅（AM）、抑制载波的双边带调幅（DSB）、抑制载波的单边带调幅（SSB）等。AM的载波振幅随调制信号大小线性变化。DSB是在普通调幅的基础上抑制掉不携带有用信息的载波，保留携带有用信息的两个边带。SSB是在双边带调幅的基础上，去掉一个边带，只传输一个边带的调制方式。不同的调制技术对应的解调方法也不尽相同。在分析信号的调制解调过程中系统的仿真和分析是简便而重要步骤和必要的保证。本次通信原理综合课程设计便是利用MATLAB对常规双边带调幅信号的仿真与分析。具体要求如下：
1．掌握双边带常规调幅信号的原理和实现方法。
2．用MATLAB产生一个频率为1Hz、功率为1的余弦信源，设载波频率为10Hz，A＝2。
3．用MATLAB画出AM调制信号、该信号的功率谱密度、相干解调后的信号波形。分析在AWGN信道下，仿真系统的性能。概要设计
2.1 幅度调制的一般模型
幅度调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。幅度调制器的一般模型如图2-1所示。
图2-1 幅度调制器的一般模型
图中，为调制信号，为已调信号，为滤波器的冲激响应，则已调信号的时域和频域一般表达式分别为
（2-1）
（2-2）
式中，为调制信号的频谱，为载波角频率。
由以上表达式可见，对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制，相应地，幅度调制系统也称为线性调制系统。
2.2 常规双边带调幅（AM）
2.2.1.AM信号的表达式、频谱及带宽
图2-2 AM调制器模型
AM信号的时域和频域表示式分别为
（2-3）
（2-4）
式中，为外加的直流分量；其平均值为0，即。
可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为AM信号的典型波形和频谱分别如图2-3（a）、（b）所示，图中假定调制信号的上限频率为。显然，调制信号的带宽为。
图2-3 AM信号的波形与频谱
由图2-3（a）可见，AM信号波形的包络与输入基带信号
成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足，否则将出现过调幅现象而带来失真。
是由载频分量和上、下两个边带组成。上 由频谱图可知，AM信号的频谱边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即
式中，为调制信号的带宽，为调制信号的最高频率。（2-5）
2.2.2 AM信号的功率分配及调制效率 AM信号在1电阻上的平均功率应等于的均方值即为其平方的时间平均，即 的均方值。当
为确知信号时，因为调制信号不含直流分量，即，且
（2-6），所以
式中，的一半。
（2-7）
为载波功率；
为边带功率，它是调制信号功率 由此可见，常规双边带调幅信号的平均功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率分量与调制信号有关，载波功率分量不携带信息。我们定义调制效率
（2-8）
显然，AM信号的调制效率总是小于1。
2.2.3 AM信号的解调
调制过程的逆过程叫做解调。AM信号的解调是把接收到的已调信号为调制信号。AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。
还原（1）相干解调 由AM信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。相干解调的原理框图如图2-4所示。
图2-4 相干解调原理
将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得
（2-9）
由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项分离，无失真的恢复出原始的调制信号
（2-10）
相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。
（2）包络检波法 由的波形可见，AM信号波形的包络与输入基带信号
成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成，如图3-5所示。
图2-5 包络检波器一般模型
图2-6为串联型包络检波器的具体电路及其输出波形，电路由二极管D、电阻R和电容C组成。当RC满足条件（2-11）
时，包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即（2-12）
包络检波器输出的信号中，通常含有频率为的波纹，可由LPF滤除。
图2-6 串联型包络检波器电路及其输出波形
包络检波法属于非相干解调法，其特点是：解调效率高，解调器输出近似为相干解调的2倍；解调电路简单，特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实现难度。
AM信号可用相干解调和包络检波两种方法解调，若用不同的方法解调，解调器输出端将可能有不同的信噪比。实际中，AM信号的解调器通常采用简单的包络解调法，此时解调器为线性包络检波器，它的输出电压正比于输入信号的包络变化。运行环境
操作系统：Windows xp 应用软件：MATLAB 编程语言：M语言 详细设计
clear all;clc;A1=sqrt(2);A2=2;w1=2*pi;w2=20*pi;fs=60;t=0:1/fs:4 y0=A1*cos(w1*t)%*************** 生成“高斯噪声”******************* k=randn(1,length(y0));plot(length(y0),k);y1=A1*cos(w1*t)+k;;figure(1);subplot(1,1,1);plot(y0);title('通过加性高斯白系统原信号');y2=A2*cos(w2*t)%******************调制************************ y3=y1.*y2 figure(2);subplot(2,1,1)plot(t,y3);title('以调制信号时域图')%*****************进行FFT变换并做频谱图******************* N1=length(t)k=-N1/2:N1/2-1 f=k*fs/N1 y=fftshift(fft(y3));%进行fft变换 mag1=abs(y);%求幅值 figure(2);subplot(2,1,2)plot(f,mag1.^2);%做频谱图 title('以调制信号频谱');%**************解调************************ y4=y3.*y2 N2=length(y4);n=0:N2-1;f=n*fs/N2-fs/2;F2=fftshift(fft(y4));mag2=abs(F2);%求幅值 figure(3);subplot(3,1,1)plot(f,mag2);%做频谱图 title('解调滤波前频谱');% ********切比雪夫1型低通滤波器*************** ft=fs;fp=2;f1=4 wp=2*pi*fp/ft;ws=2*pi*f1/ft;omegp=tan(wp/2);omegs=tan(ws/2);omega=1;omegb=omegp/omegs;[n,wn]=cheb1ord(omega,omegb,1,40,'s');[b,a] =cheby1(n,1, wn, 's');[num,den]=bilinear(b,a,0.5);
%*************以调信号滤波，滤出信号***************** h1=filter(num,den,y4);%解调信号频谱分析 N3=length(t);n=0:N3-1;f=n*ft/N3-ft/2;F3=fftshift(fft(h1));mag3=abs(F3);%求幅值 figure(3);subplot(3,1,2)plot(f,mag3);%做频谱图
title('解调滤波后含加性高斯噪声信号频谱');
%*****************原信号于滤出波形对比********************* N=length(y1);n=0:N-1;f=n*fs/N-fs/2;F1=fftshift(fft(y1));mag=abs(F1);%求幅值 figure(3);subplot(3,1,3)plot(f,mag);%做频谱图 title('原信号频谱');figure(4);subplot(2,1,1);plot(t,y1)title('原始信号含加性高斯噪声信号时域图');figure(4);subplot(2,1,2);plot(t,h1)title('解调滤波后含加性高斯噪声信号时域图');调试分析
1、对以调信号进行FFT变换，起初用的是代码：
F1=fft();
（5-1）
2、运行程序后产生的频谱图两边的高频频谱不完整，只有一个频率分量，起初认为是在调制时发生错误，后经分析频谱是正确的，因为频谱实质是一个周期为2∏周期谱，出现边频不完整，是因为显示范围的原因，后改为：
F1=fftshift(fft());
（5-2）频谱显示正确。
3、希望显示的频谱其中心频率在f=0Hz的地方，在归一化时，长度计算错误，起初用的代码是
f=n*fs/N
（5-3）经过分析，f=n*fs/N-fs/2;
（5-4）
4、滤波器起初对信号无法很好的滤出，原因在于滤波器的采样频率与信号的采样频率不匹配。测试结果
因为要在AWGN信道下进行分析,所以在运行程序时,直接对原信号进行了y1=y+k 处理,以下全是原信号在AWGN信道下仿真分析
图6-1 未通过加性高斯白系统的信号波形
图6-2原始信号与经过加性高斯白信道后的信号图
图6-3经过10Hz载波的调制后，产生9Hz和11Hz两个边频
经过同频同相的信号进行相干解调后，频谱被搬移到两倍的载频处20Hz(频谱幅度较小),同时在1Hz处是原始信号的频率分量，根据频谱，确定滤波器的通带频率fp=2Hz，阻带频率为4Hz。
参考文献
[1] 孙屹.MATLAB通信仿真开发手册.国防工业出版社
[2] 李建新.现代通信系统分析与仿真－MATLAB通信工具箱.西安电子科技大学出版社
[3] 曹志刚.现代通信原理.清华大学出版社
[4] 樊昌信.通信原理.国防工业出版社
心得体会
本次设计开始先针对题目进行分析，将所涉及的波形，频谱及相关函数做了研究，大体撒谎能够把握了设计的流程以及思路。再通过查阅相关资料，能对相关的知识做正确的记录，以便随时查看。在问题的分析阶段中，就原始信号的频率和载波信号的频率做了比较，确定了具体的方案后，在针对matlab中的有关画图处理函数进行学习和分析，这样就提高了学习的针对性，同时节约了设计的时间。本实验所仿真的内容都是通信仿真中非常基础的实验，通过对这些实验的演示，有助于我把一些抽象的概念、原理具体化，进而加深对这些概念、原理的理解。并且通过自己的努力，认真学习相关的函数，通过设计前后的分析，大大提高了自己解决问题的能力。而在设计过程中通过对错误的改正，也加强了自己对相关知识的理解，这将对以后的学习工作有着很大的帮助。
通过本次开设的仿真课程，使我熟悉MATLAB软件环境的使用方法，包括函数、原理和方法的应用。熟悉了AM 信号的调制及相干解调过程。增强在通信系统设计方面的动手能力与自学能力。锻炼自主学习能力，增强分析问题、解决问题的能力。对一些过去对AM调制上没有弄懂或认识模糊的概念、理论有了正确的认识，为以后的工作和学习打下基础。总的来说，此次实践周不仅对原来通信原理知识得到了巩固，而且还学会了许多原来不会的东西，所以这次的实践周对我的帮助很大。
第二篇：通信原理课程设计---2FSK数字调制系统仿真和分析
课
程
设
课程设计名称：
专 业 班 级 ： 学 生 姓 名 ： 学
号 ：
指 导 教 师 ： 课程设计时间：
计
需求分析
二进制频移键控（2FSK）数字调制系统：
1、主要功能：对信号编码形成的0、1序列通过两种不同频率的波表达出来。经过信道有噪声的加入，在这里我们模拟为高斯白噪声，在接收端收到信号后通过分离、滤波、判决，进而还原信号。
2、主要内容：对二进制数字信源进行数字调制（2FSK），画出信号波形及功率谱，并分析其性能。概要设计
整个设计包括三个部分：
1、信源部分：在这里要求2FSK信号的形成，根据公式
s=cos(2*pi*(F+m*f).*t)(m=0或1)生成信源信号，设置F=20HZ，m=a（ceil（t+0.0005）），f=100HZ，t=0：0.0005：9.9995。生成的s为一维数列，有两万组数据。
2、信道部分：在信道部分有噪声的加入，这里用如下函数
n=0.01*randn(1,20000);
z=s+n;此处n为噪声函数，randn函数用于生成随机分布的一维数列，z为加入了噪声的合成信号。
3、信宿部分：在这一部分，要求接收到的信号z经过滤波函数filter后，再过判决，得到原信号。运行环境
硬件环境：
cpu、内存、硬盘、CD-ROM驱动器和鼠标
软件环境：
Windows 98/NT/2000、Window XP或Win7 2 4 开发工具和编程语言
MATLAB开发实验箱 MATLAB汇编语言 详细设计
第一部分：生成原信号
clear all;clc;
%设置时间参数、主频、偏频、抽样频率 t=0:0.0005:9.9995;F=20;f=100;FS=1:500;
%产生二进制信号和模拟信号 a=randint(1,10,2);m=a(ceil(t+0.0005));s=cos(2*pi*(F+m*f).*t);%求信号的频谱和功率谱 S=fft(s);
pss=S.*conj(S)/512;for j=1:2000
Pss(j)=pss(10*j);end
%画出二进制信号、模拟信号、功率谱的图像 figure(1);subplot(311);plot(t,m);
axis([0,10,0,1.2]);title('二进制信源波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(312);plot(t,s);
title('模拟信源波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(313);
plot(FS,Pss(1:500));title('原信号功率谱');xlabel('频率');ylabel('幅度');
第二部分：经过信道加入噪声
%生成噪声信号与合成信号
n=0.01*randn(1,length(t));z=s+n;
%画出噪声信号图形、合成信号图形、原信号图形 figure(2);subplot(311);plot(t,n);title('噪声波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(312);plot(t,z);
title('合成信号波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(313);plot(t,s);
title('原信号波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');
%对合成信号做快速傅立叶变换 %并画出其功率谱及原信号功率谱 Z=fft(z);
pzz=Z.*conj(Z)/512;for j=1:2000
Pzz(j)=pss(10*j);end
figure(3);subplot(211);
plot(FS,Pss(1:500));title('原信号功率谱');xlabel('频率');ylabel('幅度');subplot(212);
plot(FS,Pzz(1:500));title('合成信号功率谱');xlabel('频率');ylabel('幅度');第三部分：对接收到的信号滤波、判决，进而得到原信号
%求滤波器参数、并将信号通过滤波器 %分出两个不同频率的信号
b1=fir1(101,[15/1000,25/1000]);b2=fir1(101,[115/1000,125/1000]);h1=filter(b1,1,z);h2=filter(b2,1,z);
%作出两个不同频率信号及原信号的图形 figure(4);subplot(311);plot(t,h1);
title('经通过频率为20HZ的滤波器后的波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(312);plot(t,h2);
title('经通过频率为120HZ的滤波器后的波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(313);plot(t,s);
title('原信号波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');
%将信号与自身相乘并作出图形 sw1=h1.*h1;sw2=h2.*h2;figure(5);subplot(211);plot(t,sw1);
title('频率为20HZ信号相乘后的波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(212);plot(t,sw2);
title('频率为120HZ信号相乘后的波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');
%对信号进行低通滤波并画出图形
b3=fir1(101,[2/1000,10/1000]);st1=filter(b3,1,sw1);st2=filter(b3,1,sw2);figure(6);subplot(211);plot(t,st1);
title('20HZ信号低通滤波后的波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(212);plot(t,st2);
title('120HZ信号经低通滤波后的波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');%对两路信号抽样判决 for i=1:length(t)
if(st1(i)>=st2(i))st(i)=0;
else
st(i)=1;end end
%画出经抽样判决后信号波形 figure(7);subplot(211);plot(t,st);
axis([0,10,0,1.2]);
title('抽样判决后二进制波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(212);plot(t,m);
axis([0,10,0,1.2]);title('原二进制信号波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');调试分析
第一部分：要求注意在进行运算时运算符号的正确性，特别是数组的运算。还有就是在绘图时要求注意绘图函数的参数要具有一致性，即要有相同个数的数组。
第二部分：在生成噪音数组时，要注意其幅值。要求噪音的幅值与信源数组的幅值比例合适，即要求有合适的信噪比。
第三部分：这里要特别注意的是滤波参数的设置，不能正确的设置滤波参数 6 就不能得到较好的信号，就不能还原出原信号。测试结果
第一部分：
二进制信源波形1幅度0.50012356时间模拟信源波形4789101幅度0-1012356时间原信号功率谱4789104000幅度***00250频率***
第二部分：
噪声波形0.05幅度0-0.05012356时间合成信号波形4789102幅度0-20123456时间原信号波形789101幅度0-1012345时间678910 7 第三部分：
原信号功率谱30002000幅度***50300频率合成信号功率谱***30002000幅度***00250频率***
经通过频率为20HZ的滤波器后的波形2幅度0-20125678时间经通过频率为120HZ的滤波器后的波形349102幅度0-20123456时间原信号波形789101幅度0-1012345时间678910
频率为20HZ信号相乘后的波形1.51幅度0.50012567时间频率为120HZ信号相乘后的波形3489101.51幅度0.50012345时间678910
20HZ信号低通滤波后的波形0.80.6幅度0.40.20012567时间120HZ信号经低通滤波后的波形3489100.80.6幅度0.40.20012345时间678910
抽样判决后二进制波形1幅度0.50012356时间原二进制信号波形4789101幅度0.50012345时间678910 参考文献
[1] 管爱红，MATLAB应用及其应用教程，北京：电子工业出版社,2009.8 [2] 樊昌信，通信原理，北京：国防工业出版社，2007.8 [3] Ssnjit K.Mitra，数字信号处理，北京：清华大学出版社，心得体会
通过对该课程的学习，我对通信原理有了更进一步的理解；通过对该二进制数字信源进行数字调制（2FSK）的设计，我也了解了二进制数字信源进行数字调制（2FSK）的基本结构和基本特性，而且还掌握了基本的撰写论文的形式和思路。作为一个电子信息工程专业的学生，数字信号处理是我们的重要专业课程，是我们将来从事通信事业的基本保障。通过对作为该论文的重要部分—MATLAB的运用，大大提高了我们对集计算，编程与绘图于一体的该应用软件的运用能力。MATLAB包含的几十个工具箱，覆盖了通信，自动控制，信号处理，图象处理，财经，化工，生命科学等科学技术领域，汲取了当今世界这些领域的最新研究成果，已经成为从事科学研究和工程设计不可缺少的工具软件。该课程设计将数字信号处理的有关教学内容和MATLAB语言紧密，有机地结合起来，使我们在学习基础理论知识的同时学会了应用MATLAB，在学习应用MATLAB的同时，加深了对基本知识的理解，增强了我们的计算机应用能力，提高了学习效果。总之，无论是从教学知识掌握出发，还是从对MATLAB的应用出发，通过这次学习，我不但掌握了二进制数字信源进行数字调制（2FSK）设计的基本知识及其实际应用的技巧，还提高了自己的编程和写报告的能力，收获不小,也巩固了所学知识。
第三篇：通信原理课程设计-2psk调制与解调
成都学院（成都大学）课程设计报告
基于MATLAB-Simulink的2PSK仿真
摘要 :Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
本文主要是以simulink为基础平台，对2PSK信号的仿真。首先有关通信的绪论，然后文章第一章是课程设计的要求。第二章是对2PSK信号调制及解调原理的详细说明；第三章是本文的主体也是这个课题所要表现的主要内容2PSK信号的仿真部分，调制和解调都是simulink建模的的方法及参数设置。
本文的主要目的是对simulink的熟悉和对数字通信理论的更加深化和理解。关键词：2PSK；调制与解调；simulink；
I
成都学院（成都大学）课程设计报告
目录
第一章 绪论.........................................................................................................................................................1 1.1通信技术背景........................................................................................................................................1 1.2 课程设计的目的...................................................................................................................................1 1.3 课程设计的基本任务和要求...............................................................................................................1 1.4 MATLAB/Simulink的简介..................................................................................................................2 第二章 2psk信号的调制与解调原理................................................................................................................3 2.1数字调制的基本原理............................................................................................................................3 2.2二进制相移键控....................................................................................................................................3 第三章 实验仿真与结果分析...........................................................................................................................7 3.1调制部分................................................................................................................................................7 3.1.1 Simulink中2PSK调制的模块框图........................................................................................7 3.1.2 各模块参数的设置...................................................................................................................7 3.1.3 调制系统中各模块的波形.......................................................................................................8 3.1.4结果分析....................................................................................................................................8 3.2解调部分................................................................................................................................................9 3.2.1解调模块框图............................................................................................................................9 3.2.2 各模块参数设置.......................................................................................................................9 3.2.3 各模块的波形.............................................................................10 3.2.4结果分析...................................................................................................................................11 3.3加入高斯白噪声的调制与解调...........................................................................................................11 3.3.1系统框图3-3-1........................................................................................................................11 3.3.2 各模块参数的设置..................................................................................................................11 3.3.3 示波器得到的波形.................................................................................................................13 3.3.4结果分析..................................................................................................................................14 第四章 结束语.................................................................................................................................................15 参考文献.............................................................................................................................................................16
II
成都学院（成都大学）课程设计报告
第一章 绪论
1.1通信技术背景
通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(Message)。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号（Signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。
现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。从最早的模拟调幅调频技术的日臻完善，到现在数字调制技术的广泛运用，使得信息的传输更为有效和可靠。
数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。
随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。
1.2 课程设计的目的
通信原理是电子信息工程通信方向的一门骨干的专业课，是通信方向后续专业课的基础。掌握通信原理课程的知识可使学生打下一个坚实的专业基础，可提高处理通信系统问题能力和素质。由于通信原理理论深、实践性强，做好课程设计，对学生掌握本专业的知识、提高其基本能力是非常重要的。
通信课程设计的目的是为了学生加深对所学的通信原理知识理解，培养学生专业素质，提高利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后的专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。使学生能比较扎实地掌握本专业的基础知识和基本理论，掌握数字通信系统及有关设备的分析、开发等基本技能，受到必要工程训练和初步的科学研究方法和实践训练，增强分析和解决问题的能力，了解本通信专业的新发展。
1.3 课程设计的基本任务和要求
本次课程设计的基本任务：
使学生通过专业课程设计掌握通信中常用的信号处理方法，能够分析简单通信系统的性能。使学生掌握
成都学院（成都大学）课程设计报告
通信电路的设计方法，能够进行设计简单的通信电路系统。了解通信工程专业的发展现状及发展方向。与运用学过的MATLAB基本知识，熟悉MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台的使用。
课程设计中必须遵循下列要求：
利用通信原理中学习的理论知识，在Simulik仿真平台中设计出各种调制系统，并按题目要求运行、检测系统仿真结果。构建调制电路，并用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。再以调制信号为输入，构建解调电路，用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。在调制与解调电路间加上噪声源，模拟信号在不同信道中的传输：用高斯白噪声模拟有线信道，并且分析高斯噪声对信号的影响。要求编写课程设计论文，正确阐述和分析设计和实验结果。
1.4 MATLAB/Simulink的简介
Simulink提供了一套预定义模块，加以组合即可创建详细的系统框图。Simulink 库浏览器包含系统建模常用的模块库。其中包括：连续和离散动态模块，如积分和单位延迟；算法模块，如 Sum（加法）、Product（乘法）和 Lookup Table（查找表）等；结构模块，如 Mux、Switch 和 Bus Selector 等，无论是使用这些模块，还是将手写 MATLAB、C、Fortran 或 Ada 代码融合到模型时，均可构建自定义函数。借助于 Simulink 附加产品，可以加入航空、通信、PID 控制、控制逻辑、信号处理、视频和图像处理以及其他应用的专业化组件。有了附加产品，还可以利用机械、电气和液压组件来构建物理系统模型。Simulink 编辑器可用于全面控制模型中的内容和操作。
Simulik是MATLAB软件的扩展，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。所谓模型化图形输入是指Simulik提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。
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第二章 2psk信号的调制与解调原理
2.1数字调制的基本原理
在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。
图 2-1 数字调制系统的基本结构
数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调制方式是：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK 或DPSK)。
2.2二进制相移键控
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.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 0.二进制移相键控信号的时域表达式为e2PSK(t)= g(t-nTs)]cosωct（公式2-2-1）其中, an与2ASK和2FSK时的不同,在2PSK调制中,an应选择双极性,即
（公式2-2-2）
（公式2-2-3）
若g(t)是脉宽为Ts, 高度为1的矩形脉冲时,则有e2PSK(t)=cosωct, 发送概率为P-cosωct, 发送概率为1-P由式(2-2-3)可看出,当发送二进制符号1时,已调信号e2PSK(t)取0°相位,发送二进
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制符号0时,e2PSK(t)取180°相位.若用φn表示第n个符号的绝对相位,则有φn= 0°, 发送 1 符号180°, 发送 0 符号。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,称为二进制绝对移相方式.二进制相移键控信号的典型时间波形如图2-2所示。
图 2 – 2 二进制移相键控信号的时间波形
二进制移相键控信号的调制原理图如图 25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.（a）
（b）
图 2-3 2PSK信号的调制原理图
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图 2-4 2PSK信号的解调原理图
图 2-
52PSK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.成都学院（成都大学）课程设计报告
图2-6过零检测法原理图和各点波形
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第三章 实验仿真与结果分析
3.1调制部分
3.1.1 Simulink中2PSK调制的模块框图
图3-1-1
利用巴克码（取值为+1或-1）和基本的正弦信号相乘得到2psk的调制波
3.1.2 各模块参数的设置
图3-1-2 正弦载波的参数设置
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图3-1-3 码长为2，取样时间为0.00001s的巴克码设置
3.1.3 调制系统中各模块的波形
图3-1-4 巴克码波形
图3-1-5 幅度为2频率为1M的正弦波
图3-1-6 通过相乘器调制后的波形
3.1.4结果分析
利用巴克码与正弦载波相乘得到了调制的波形如图3-1-6所示。巴克码的取值为1时，调制波为初
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相为0开始的正弦波。巴克码值为-1时，调制波为倒向的正弦波。这样，通过巴克码与正弦波得到了调制波。
3.2解调部分
3.2.1解调模块框图
图3-2-1 2psk的解调模块
3.2.2 各模块参数设置
图3-2-2
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图3-2-3 3.2.3 各模块的波形
图3-2-4 原巴克码波形
图3-2-5 调制后的波形
图3-2-6 调制波与原始载波相乘后
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图3-2-7 通过低通滤波器后的波形
图3-2-8 解调恢复出的波形
3.2.4结果分析
利用3.1得到的调制波作为输入，与基本原始载波相乘得到如图3-2-6的波形。此波形通过低通滤波器后得到低通信号图3-2-7，取样判决器先取样再进行门限判决，得到恢复的信号图3-2-8即为解调信号。
3.3加入高斯白噪声的调制与解调
3.3.1系统框图3-3-1
图3-3-1
3.3.2 各模块参数的设置
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图3-3-2 高斯白噪声参数
图3-3-3 带通滤波器参数设置
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图3-3-4 误码率计算器设置
3.3.3 示波器得到的波形
（a）
（b）
（c）
（d）
（e）
（f）
图3-3-5 scope成都学院（成都大学）课程设计报告
（a）
（b）
（c）
图3-3-6 scope 其余模块的参数设置与前面相同模块一样。3.3.4结果分析
加入高斯白噪声的调制波的解调需要在与载波相乘前先用带通滤波器滤去部分噪声。通过带通滤波器后的波形如图3-3-5中的（c）图所示，可以看出相对于没有加噪声的调制波来说，此图还是有一定的误码。又因为通过了两个滤波器，判决出的波形显然与原巴克码的波形有一些时延，但是最终没有误码，所以误码率显示为0。
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第四章 结束语
半个多月的课程设计，在此就要写下结束语。回首这段时间的准备，感觉自己学到与收获的不仅仅是课程设计的完成更是通信原理知识的加深与理解。
首先自己对2PSK的调制与解调的原理更加理解了。2PSK的调制可以使用相位选择器也可以用乘法器。如果使用相位选择器需要使用两个频率相同幅值大小相同互为相反数的载波信号，巴克码输出+1或-1，选择器来选择不同载波再拼在一起就能得到调制波形。如果使用乘法器，直接把巴克码与载波相乘就好。虽然两种方法得到的调制波形没有什么区别，但是原理却大相径庭。第一种方法得到的波形是拼在一起的，而第二种才是平顺又载波而来的。在老师检查前我并没有意识到这个问题，进过一番讨论我才意识到这个问题。
2PSK的解调原理也并不困难。加入噪声后，需要把调制后的波先通过带通滤波器滤去大部分噪声。再与原来的载波相乘，得到幅值的一部分完全在横坐标上或下的正弦波。然后通过一个低通滤波器得到原巴克码的大致波形，最后通过一个判决器得到完整平滑的波形即为解调波。但是问题来了，两个滤波器的参数应该怎么设置呢？
由于老师要求载波频率1Mhz、码元速率100Khz，所以采样时间最好是载波频率的100倍，但是我们开始没有意识到这个问题，把滤波器上的采样时间设置在和载波速率一样，所以滤波器始终不能滤掉噪声。然后把带通滤波器的通频带设置在载波频率的左右，但是上下频差最好不要超过0.3Mhz这样就能滤出噪声。通过低通滤波器的波是调制波与原载波相乘后的波形，所以它的自然也减半。低通滤波器的通带0.5M，所以采样频率也低于50M。
在上述框架上加上误码率计算模块与频谱分析模块就能得到完整的调制解调与分析的系统框图。此次课程设计的原理是我们在书本上学到的，MATLAB中simulink仿真过程却是这一次动手得来的。以前自己只是用simulink做过自控原理的简单反馈仿真，多数的功能都不清楚。在课程设计的过程中我遇到了许多问题，有同学、老师的帮助我才得以顺利完成。
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参考文献
[1] 黄葆华 杨晓静 吕晶 编著，《通信原理》，西安电子科技大学出版社，2012 [2] 吴冰冰 编著，《通信原理》，北京大学出版社，2013 [3] 孙屹 吴磊编著, 《Simulink通信仿真开发手册》,国防工业出版社,2003 [4] 邵佳 董晨辉编著，《MATLAB/Simulink 通信系统建模与仿真实例精讲》，电子工业出版社 2009 [5] 石良臣 编著，《MATLAB/Simulink系统仿真超级学习手册》，人民邮电出版社,2014
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第四篇：通信原理课程设计_(基于MATLAB的_2PSK_2DPSK仿真)
江西农业大学
通信原理课程设计报告
题 目 基于Matlab的相移键控仿真设计
专 业 电子信息工程
学生姓名 曾凡文
学 号 20121206
江西农业大学课程设计报告 二 0 一五 年 六 月
基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真
摘要：现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好，作为其关键技术之一的调制技术一直是研究的一个重要方向。本设计主要叙述了数字信号的调制方式，介绍了2PSK数字调制方式的基本原理，功率谱密度，并运用MATLAB软件对数字调制方式2PSK进行了编程仿真实现,在MATLAB平台上建立2PSK和2DPSK调制技术的仿真模型。进一步学习了MATLAB编程软件，将MATLAB与通信系统中数字调制知识联系起来，为以后在通信领域学习和研究打下了基础在计算机上，运用MATLAB软件来实现对数字信号调制技术的仿真。
课程设计目的：通过课程设计，巩固已学过的*****知识，加深对其理解和应用，学会应用Matlab Simulink工具对通信系统仿真。
关键词：数字调制与解调；MATLAB；2PSK；2DPSK；
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第1章 基本工作原理
1.1 2PSK原理
1.1.1 2PSK基本原理
二进制移相键控，简记为2PSK或BPSK。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:
(t)=Acos其中，表示第n个符号的绝对相位：
t+)
=因此，上式可以改写为:
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1-1。
10011tTs江西农业大学课程设计报告
图1-1 二进制相移键控信号的时间波形
1.1.2 2PSK调制原理
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，即模拟调制法和键控法。通常用已调信180°分别表示信号的 1 和 两个反相的载制。2PSK以载
号载波的 0°和 二进制数字基带0，模拟调制法用波信号进行调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°。键控法，是用载二进制信息的调制和180°来分别代表达式为：
波的相位来携带方式。通常用0°表0和1。其时域
e2PSKang(tnTs)cosct
n其中，2PSK的调制中an必须为双极性码。两种方法原理图分别如图1-2和图1-3所示。
图1-2 模拟调制原理图
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图 1-3 键控法原理图
带通滤波器ae2PSK(t)相乘器c低通滤波器d抽样判决器定时脉冲e输出
cosct
1.1.3 2PSK解调原理
b由于2PSK的幅度是恒定的，必须进行相干解调。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1-4所示，各点的波形如图1-5所示。
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”吗“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”。
图 1-4 2PSK的相干解调原理图
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edb10011atTstctt10011t
图 1-5 相干解调中各点波形图
1.2 2DPSK原理
1.2.1 2DPSK基本原理
二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记为2DPSK。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是只本码元初相与前一码元初相之差。
传输系统中要保证信息的有效传输就必须要有较高的传输速率和很低的误码率。在传输信号中，2PSK信号和2ASK及2FSK信号相比，具有较好的误码率性能，但是，在2PSK信号传输系统中存在相位不确定性，并将造成接收码元“0”和“1”的颠倒，产生误码。为了保证2PSK的优点，又不会产生误码，将2PSK体制改进为二进制差分相移键控（2DPSK），及相对相移键控。
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，它的时域波形图见图1-6。
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图1-6 2DPSK信号波形图
(a)绝对码(b)相对码10参考100011011(c)2DPSKt1.2.2 2DPSK调制原理
二进制差分相移键控。2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为，可定义一种数字信息与之间的关系为：
0（数字信息“0”）
（数字信息“1 为前一码元的相位。
实现二进制差分相移键控的最常用的方法是：先对二进制数字基带信号进行差分编码，然后对变换出的差分码进行绝对调相即可。2DPSK调制原理图如图1-7所示。
绝对码Dn相对码BnCnS2dpsk(t)+延时Ts波形变换×Coswc(t)
图1-7 2DPSK调制原理框图
1.2.3 2DPSK解调原理
2DPSK信号解调有相干解调方式和差分相干解调。用差分相干解调这种方法解调时不需要恢复本地载波，只要将DPSK信号精确地延迟一个码元时间间隔，然后与DPSK信号相乘，相乘的结果就反映了前后码元的相对相位关系，经低通滤波后直接抽样判决即可恢复出原始的数字信息，而不需要在进行差分解码。
第二章 设计系统
江西农业大学课程设计报告 2.1框图
两种解调方式的原理框图如图1-8和图1-9所示。
图 1-8 2DPSK差分相干解调原理框图
图 1-9 2DPSK相干解调原理框图
2.2工作原理
相干解调码变换法及相干解调法的解调原理是，先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。
在解调过程中，若相干载波产生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，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。本次设计采用相干解调。
2.3设定参数 如附录1
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第三章 Matlab仿真
3.1显示系统不同部分的信号波形
3.1.1PSK如图3-1和图3-2所示
图3-1
图3-2
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3.1.2 2DPSK如图3-
3、图3-4和图3-5所示
图3-3
图3-4
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图3-5 3.2各种相移系统的比较和分析
例如“倒π”现象
对于相同的数字信号基带序列，由于初始相位不同，2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元相对相位的差才唯一决定信号的符号。2PSK信号载波恢复过程中，存在着180°的相位模糊即恢复的本地载波与与所需的想干载波可能同相也可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出来的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“1”变成“0”，“0”变成“1”，判决器输出的数字信号全部出错, 这种现象称为2PSK的“倒π”现象或“反相工作”。本地载波与发送端载波反向时，2PSK的解调波形与2DPSK完全相反
3.3不同方式解调下PSK、DPSK的误码率
误码率是指接收的码元数在传输总码元数中所占的比例，即：
误码率错误码元数传输总码元数 PSK相干解调：
误码率（r/2）DPSK相干解调：
误码率 DPSK差分非相干解调：
误码率1/2e^(-r)r为信噪比。
误码率是衡量一个数字通信系统性能的重要指标。在信道高斯白噪声的干扰下，各种二进制数字调制系统的误码率取决于解调器输入信噪比，而误码率表达式的形式则取决于解调方式。对于所有的数字调制系统误码率与信噪比的关系的图表来看，所有的曲线呈减函数的下降曲线，即随着信噪比的增大，误码率降低。横向比较来看，对于同一种调制方式，当信噪比相同时，采用相干解调方式的误码率低于非相干解调方式的误码率；纵向比较来看，对2PSK,2DPSK两种调制方式若采用同一种解调方式
江西农业大学课程设计报告（相干解调或非相干解调），则2PSK的误码率最低，2DSPK的误码率次之。当信噪比一定时，误码率由低到高依次是：2PSK的相干解调，2DPSK的相干解调，2DPSK的差分解的非相干调。
附录1 2PSK调制解调程序及注释： clear all close all i=10;j=5000;fc=4.6;%载波频率 fm=i/5;%码元速率 B=2*fm;t=linspace(0,5,j);a=round(rand(1,i));%随机序列,基带信号 figure(3);stem(a);st1=t;for n=1:10 if a(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;end end end figure(1);subplot(411);plot(t,st1);title('基带信号st1');axis([0,5,-1,2]);%由于PSK中的是双极性信号，因此对上面所求单极性信号取反来与之一起构成双极性码
st2=t;for k=1:j;if st1(k)>=1;st2(k)=0;else
江西农业大学课程设计报告 st2(k)=1;end end;subplot(412);plot(t,st2);title('基带信号反码st2');axis([0,5,-1,2]);st3=st1-st2;subplot(413);plot(t,st3);title('双极性基带信号st3');axis([0,5,-2,2]);s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(414);plot(s1);title('载波信号s1');e_psk=st3.*s1;figure(2);subplot(511);plot(t,e_psk);title('e_2psk');noise=rand(1,j);psk=e_psk+noise;%加入噪声 subplot(512);plot(t,psk);title('加噪后波形');psk=psk.*s1;%与载波相乘 subplot(513);plot(t,psk);title('与载波s1相乘后波形');[f,af] = T2F(t,psk);%通过低通滤波器 [t,psk] = lpf(f,af,B);subplot(514);plot(t,psk);title('低通滤波后波形');for m=0:i-1;if psk(1,m*500+250)<0;for j=m*500+1:(m+1)*500;psk(1,j)=0;end else for j=m*500+1:(m+1)*500;psk(1,j)=1;end
江西农业大学课程设计报告 end end subplot(515);plot(t,psk);axis([0,5,-1,2]);title('抽样判决后波形')
2DPSK调制解调程序及注释: clear all close all i=10;j=5000;fc=4.6;%载波频率 fm=i/5;%码元速率 B=2*fm;t=linspace(0,5,j);a=round(rand(1,i));figure(4);stem(a);st1=t;for n=1:10 if a(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;end end end figure(1);subplot(321);plot(t,st1);title('绝对码');axis([0,5,-1,2]);b=zeros(1,i);%全零矩阵 b(1)=a(1);for n=2:10 if a(n)>=1;
江西农业大学课程设计报告 if b(n-1)>=1 b(n)=0;else b(n)=1;end else b(n)=b(n-1);end end st1=t;for n=1:10 if b(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;end end end subplot(323);plot(t,st1);title('相对码st1');axis([0,5,-1,2]);st2=t;for k=1:j;if st1(k)>=1;st2(k)=0;else st2(k)=1;end end;subplot(324);plot(t,st2);title('相对码反码st2');axis([0,5,-1,2]);s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(325);plot(s1);title('载波信号s1');s2=sin(2*pi*fc*t+pi);subplot(326);plot(s2);
江西农业大学课程设计报告 title('载波信号s2');d1=st1.*s1;d2=st2.*s2;figure(2);subplot(411);plot(t,d1);title('st1*s1');subplot(412);plot(t,d2);title('st2*s2');e_dpsk=d1+d2;subplot(413);plot(t,e_dpsk);title('调制后波形');noise=rand(1,j);dpsk=e_dpsk+noise;%加入噪声 subplot(414);plot(t,dpsk);title('加噪声后信号');dpsk=dpsk.*s1;%与载波s1相乘 figure(3);subplot(411);plot(t,dpsk);title('与载波相乘后波形');[f,af]=T2F(t,dpsk);%通过低通滤波器 [t,dpsk]=lpf(f,af,B);subplot(412);plot(t,dpsk);title('低通滤波后波形');st=zeros(1,i);%全零矩阵 for m=0:i-1;if dpsk(1,m*500+250)<0;st(m+1)=0;for j=m*500+1:(m+1)*500;dpsk(1,j)=0;end else for j=m*500+1:(m+1)*500;st(m+1)=1;dpsk(1,j)=1;end end end subplot(413);
江西农业大学课程设计报告 plot(t,dpsk);axis([0,5,-1,2]);title('抽样判决后波形')dt=zeros(1,i);%全零矩阵 dt(1)=st(1);for n=2:10;if(st(n)-st(n-1))<=0&&(st(n)-st(n-1))>-1;dt(n)=0;else dt(n)=1;end end st=t;for n=1:10 if dt(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=1;end end end subplot(414);plot(t,st);axis([0,5,-1,2]);title('码反变换后波形');
第五篇：通信原理课程设计_(基于MATLAB的_2PSK_2DPSK仿真)
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题 目 基于Matlab的相移键控仿真设计
专 业 电子信息工程
学生姓名 曾凡文
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基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真
摘要：现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好，作为其关键技术之一的调制技术
一直是研究的一个重要方向。本设计主要叙述了数字信号的调制方式，介绍了2PSK数字调制方式的
基本原理，功率谱密度，并运用MATLAB软件对数字调制方式2PSK进行了编程仿真实现，在MATLAB平
台上建立2PSK和2DPSK调制技术的仿真模型。进一步学习了MATLAB编程软件，将MATLAB与通信系统
中数字调制知识联系起来，为以后在通信领域学习和研究打下了基础在计算机上，运用MATLAB软件
来实现对数字信号调制技术的仿真。
关键词：数字调制与解调；MATLAB；2PSK；2DPSK；
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第1章 绪论
1.1 调制方式
数字通信系统, 按调制方式可以分为基带传输和带通传输。数字基带信号的功率一般处于从零开始到某一频率（如0～6M）低频段，因而在很多实际的通信（如无线信道）中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移，将数字基带信号变换成适合信道传输的数字频带信号进行传输，这种传输方式，称为数字信号的频带传输或调制传输、载波传输。所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使该参量随基带信号的规律变化从而携带消息。对数字信号进行调制可以便于信号的传输；实现信道复用；改变信号占据的带宽；改善系统的性能。
数字基带通信系统中四种基本的调制方式分别称为振幅键控（ASK，Amplitude-Shift keying）、移频键控（FSK，Frequency-Shift keying）、移相键控(PSK，Phase-Shift keying)和差分移相键（DPSK，Different Phase-Shift keying）。本次课程设计对PSK,DPSK这两种调制方式进行了仿真。
1.2 设计要求 1.2.1 设计内容
用MATLAB完成对2PSK、2DPSK的调制与解调仿真电路设计，并对仿真结果进行分析，可编写程序，也可硬件设计框图
1.2.2 设计参数（参数可以自行设置）
1、传输基带数字信号（15位）码元周期T=0.01S
2、载波频率：15KHz 1.2.3 设计仪器
计算机和MATLAB软件
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第2章 2PSK,2DPSK原理
2.1 2PSK原理 2.1.1 2PSK基本原理
二进制移相键控，简记为2PSK或BPSK。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:
(t)=Acos其中，表示第n个符号的绝对相位：
t+)
=因此，上式可以改写为:
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2-1。
10011tTs图2-1 二进制相移键控信号的时间波形
2.1.2 2PSK调制原理
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，模拟调
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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°。
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：
e2PSKang(tnTs)cosct
n其中，2PSK的调制中an必须为双极性码。两种方法原理图分别如图2-2和图2-3所示。
图2-2 模拟调制
原理图
图 2-3 键控法原理
图
2.1.3 2PSK解调原理
由于2PSK的幅度是恒定的，必须进行相干解调。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2-4所示，各点的波形如图2-5所示。
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 3
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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”吗“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”。
e2PSK(t)带通滤波器a相乘器c低通滤波器d抽样判决器定时脉冲e输出
cosct
b
图 2-4 2PSK的相干解调原理图
edb10011atTstctt10011t图 2-5 相干解调中各点波形图
2.2 2DPSK原理 2.2.1 2DPSK基本原理
二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记为2DPSK。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对 4
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载波相位是只本码元初相与前一码元初相之差。
传输系统中要保证信息的有效传输就必须要有较高的传输速率和很低的误码率。在传输信号中，2PSK信号和2ASK及2FSK信号相比，具有较好的误码率性能，但是，在2PSK信号传输系统中存在相位不确定性，并将造成接收码元“0”和“1”的颠倒，产生误码。为了保证2PSK的优点，又不会产生误码，将2PSK体制改进为二进制差分相移键控（2DPSK），及相对相移键控。
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，它的时域波形图见图2-6。
图2-6 2DPSK信号波形图(a)绝对码(b)相对码10参考100011011(c)2DPSKt
2.2.2 2DPSK调制原理
二进制差分相移键控。2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为，可定义一种数字信息与之间的关系为：
0（数字信息“0”）
（数字信息“1 为前一码元的相位。
实现二进制差分相移键控的最常用的方法是：先对二进制数字基带信号进行差分编码，然后对变换出的差分码进行绝对调相即可。2DPSK调制原理图如图2-7所示。
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绝对码Dn相对码BnCnS2dpsk(t)+延时Ts波形变换×Coswc(t)
图2-7 2DPSK调制原理框图
2.2.3 2DPSK解调原理
2DPSK信号解调有相干解调方式和差分相干解调。用差分相干解调这种方法解调时不需要恢复本地载波，只要将DPSK信号精确地延迟一个码元时间间隔，然后与DPSK信号相乘，相乘的结果就反映了前后码元的相对相位关系，经低通滤波后直接抽样判决即可恢复出原始的数字信息，而不需要在进行差分解码。
相干解调码变换法及相干解调法的解调原理是，先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。
在解调过程中，若相干载波产生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，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。本次设计采用相干解调。两种解调方式的原理图如图2-8和图2-9所示。
2DPSK相干解调各点波形图如图 2-10所示。
图 2-8 2DPSK差分相干解调原理图
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图 2-9 2DPSK相干解调原理图
第3章 实验过程
3.1 2PSK仿真部分 3.1.1 2PSK仿真图
用MATLAB搭建好的2PSK仿真图如下：
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图3-1PSK仿真图
3.1.2 2PSK模块的参数设置： 1）相乘模块
图3-2 相乘器参数设置
2）低通滤波器模块
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图3-3 滤波器其参数设置
3）抽样判决模块
图3-4 pulse generator 参数设置
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3.2 2DPSK仿真部分 3.2.1 2DPSK仿真图
用MATLAB搭建好的2DPSK仿真图如下：
图3-5 2DPSK仿真图
2.2.2 2DPSK模块的参数设置： 1）载波模块
图3-6 载波参数设置
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2）乘法器模块
图3-7 乘法器参数设置
3）基带模块
图3-8 基带信号参数设置
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4）Unipolar to Bipolar Converte模块
图3-9 Unipolar to Bipolar Converter参数设置
5）码变换模块
图3-10 Logical Operator参数设置
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图3-11 Unit Delay参数设置
图3-12 Data Type Conversion参数设置
6）滤波器模块
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图3-13 带通滤波器参数设置
图3-14 低通滤波器参数设置
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第4章 仿真结果
4.1 2PSK仿真结果
图4-1 2PSK电路仿真波形
4.2 2DPSK仿真结果
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图4-2 2DPSK电路仿真波形
附录：
通过编写M文件程序： 2PSK调制解调程序及注释 clear all close all i=10;j=5000;fc=4;%载波频率 fm=i/5;%码元速率 B=2*fm;t=linspace(0,5,j);a=round(rand(1,i));%随机序列,基带信号 figure(3);stem(a);st1=t;16
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for n=1:10 if a(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;end end end figure(1);subplot(411);plot(t,st1);title('基带信号st1');axis([0,5,-1,2]);%由于PSK中的是双极性信号，因此对上面所求单极性信号取反来与之一起构成双极性码 st2=t;
for k=1:j;
if st1(k)>=1;
st2(k)=0;
else
st2(k)=1;
end end;subplot(412);plot(t,st2);title('基带信号反码st2');axis([0,5,-1,2]);st3=st1-st2;subplot(413);plot(t,st3);title('双极性基带信号st3');axis([0,5,-2,2]);s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(414);plot(s1);title('载波信号s1');e_psk=st3.*s1;figure(2);subplot(511);plot(t,e_psk);title('e_2psk');noise=rand(1,j);psk=e_psk+noise;
%加入噪声 subplot(512);plot(t,psk);title('加噪后波形');psk=psk.*s1;
%与载波相乘 subplot(513);plot(t,psk);title('与载波s1相乘后波形');[f,af] = T2F(t,psk);
%通过低通滤波器
[t,psk] = lpf(f,af,B);subplot(514);plot(t,psk);title('低通滤波后波形');for m=0:i-1;
if psk(1,m*500+250)<0;
for j=m*500+1:(m+1)*500;
psk(1,j)=0;
end
else
for j=m*500+1:(m+1)*500;
psk(1,j)=1;
end
end end subplot(515);plot(t,psk);axis([0,5,-1,2]);title('抽样判决后波形')
2DPSK调制解调程序及注释 clear all close all i=10;j=5000;fc=4;%载波频率 fm=i/5;%码元速率B=2*fm;t=linspace(0,5,j);a=round(rand(1,i));figure(4);stem(a);st1=t;for n=1:10 if a(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;end end end 江西农业大学课程设计报告
figure(1);subplot(321);plot(t,st1);title('绝对码');axis([0,5,-1,2]);b=zeros(1,i);%全零矩阵 b(1)=a(1);for n=2:10 if a(n)>=1;if b(n-1)>=1 b(n)=0;else b(n)=1;end else b(n)=b(n-1);end end st1=t;for n=1:10 if b(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;end end end subplot(323);plot(t,st1);title('相对码st1');axis([0,5,-1,2]);st2=t;for k=1:j;if st1(k)>=1;st2(k)=0;else st2(k)=1;江西农业大学课程设计报告 end end;subplot(324);plot(t,st2);title('相对码反码st2');axis([0,5,-1,2]);s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(325);plot(s1);title('载波信号s1');s2=sin(2*pi*fc*t+pi);subplot(326);plot(s2);title('低通滤波后波形');st=zeros(1,i);
%全零矩阵for m=0:i-1;
if dpsk(1,m*500+250)<0;
st(m+1)=0;
for j=m*500+1:(m+1)*500;
dpsk(1,j)=0;
end
else
for j=m*500+1:(m+1)*500;
st(m+1)=1;
dpsk(1,j)=1;
end
end end subplot(413);plot(t,dpsk);axis([0,5,-1,2]);title('抽样判决后波形')dt=zeros(1,i);
%全零矩阵 dt(1)=st(1);for n=2:10;
if(st(n)-st(n-1))<=0&&(st(n)-st(n-1))>-1;
dt(n)=0;
else
dt(n)=1;
end end st=t;for n=1:10
if dt(n)<1;
for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n
st(m)=0;
end
else
for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n
st(m)=1;
end
end end 江西农业大学课程设计报告
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subplot(414);plot(t,st);axis([0,5,-1,2]);title('码反变换后波形')21
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