通信原理仿真作业2

第一篇：通信原理仿真作业2

通信原理仿真作业

第五章 模拟调制

1.AM、DSB调制及解调

用matlab产生一个频率为1Hz，功率为1的余弦信源m(t)，设载波频率c10Hz，m02,试画出：







 AM及DSB调制信号的时域波形； 采用相干解调后的AM及DSB信号波形； AM及DSB已调信号的功率谱； 调整载波频率及m0，观察分的AM的过调与DSB反相点现象。 在接收端带通后加上窄带高斯噪声，单边功率谱密度n00.1，重新解调。

2.SSB调制及解调

用matlab产生一个频率为1Hz，功率为1的余弦信源，设载波频率c10Hz，,试画出：

 SSB调制信号的时域波形；

 采用相干解调后的SSB信号波形；

 SSB已调信号的功率谱；

 在接收端带通后加上窄带高斯噪声，单边功率谱密度n00.1，重新解调。

3.VSB调制及解调（参照作业题5－4）

用matlab产生一个频率分别为5Hz、5/2 Hz的余弦和正弦叠加信号作为信源

m(t)，两个频率分量功率相同，总信号功率为2，设载波频率为20Hz，试画出：

 残留边带为0.2fm的VSB调制信号时域波形；

 采用相干解调后的VSB信号波形；

 调制信号的功率谱密度；

 在接收端带通后加上窄带高斯噪声，单边功率谱密度n00.1，重新解调。

4.FM调制及解调

设输入信号为m(t)cos2t，载波中心频率为fc10Hz，VCO的压控振荡系数为5Hz/V，载波平均功率为1W。试画出：

 已调信号的时域波形；

 已调信号的振幅谱；

 用鉴频器解调该信号，并与输入信号比较。

第二篇：通信原理仿真

通信原理仿真实验提纲

1.任意产生一个调制信号，画出其波形及其频谱；

2.产生一个余弦载波信号，画出其波形及其频谱；

3.分别采用AM（幅度），DSB（双边），SSB（单边）的方式对调

制信号进行调制，画出已调信号的波形及频谱；

4.采用适当的方式，分别对3中得到的已调信号进行解调，画

出解调信号的波形；

5.产生一个高斯白噪声，叠加在已调信号上，然后进行解调，画出解调信号的波形；

6.比较4和5中的结果；

7.编写A律13折线PCM编码的程序，能够对任意输入信号输

出其PCM编码；

8.产生一个随机数字信号，分别进行ASK，FSK，PSK调制解调，画出解调前后的波形

第三篇：通信原理课程设计----基带信号眼图仿真

需求分析

1．设基带传输系统响应是α＝1的升余弦滚降系统，画出在接收端的基带数字信号波形及其眼图。

2．设定二进制数字基带信号 an∈｛＋1,－1｝，g(t)= 1 0≤t≤Ts；t为其他值时g(t)= 0。系统加性高斯白噪声的双边功率谱密度为0。画出：(1)经过理想低通H(f)= 1 │f│≤5/(2 Ts)后的眼图。(2)经过理想低通H(f)= 1 │f│≤1/ Ts后的眼图。(3)比较分析上面图形。

在该部分中叙述：对题目中要求的功能进行的简单的叙述分析，把题目内容给介绍一下，还需要介绍分工情况。概要设计

1、基带传输特性

基带系统的分析模型如图3-1所示，要获得良好的基带传输系统，就应该

atnTnsn基带传输H()ahtnTnsn抽样判决

图2-1 基带系统的分析模型

抑制码间干扰。设输入的基带信号为antnTs，Ts为基带信号的码元周期，n则经过基带传输系统后的输出码元为anhtnTs。其中

n1h(t)2H()ejtd

（3-1）

理论上要达到无码间干扰，依照奈奎斯特第一准则，基带传输系统在时域应满足：

k01，h(kTs)0,k为其他整数频域应满足：

(3-2)

T，sTs

H()0,其他1

(3-3)

H()TsTs0Ts

图2-2 理想基带传输特性

此时频带利用率为2Baud/Hz,这是在抽样值无失真条件下，所能达到的最高频率利用率。由于理想的低通滤波器不容易实现，而且时域波形的拖尾衰减太慢，因此在得不到严格定时时，码间干扰就可能较大。在一般情况下，只要满足：

2i22HHH()HTs,TTTisssTs(3-4)基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。从实际的滤波器的实现来考虑，采用具有升余弦频谱特性H()时是适宜的。

Ts(1)(1)1sin(),TsTsTs2(1)

H()1,0Ts(1)0,Ts这里称为滚降系数，01。所对应的其冲激响应为：

sinh(t)

(3-5)

t

(3-6)

Tscos(tTs)

t142t2Ts2Ts此时频带利用率降为2/(1)Baud/Hz，这同样是在抽样值无失真条件下，所能 达到的最高频率利用率。换言之，若输入码元速率Rs'1/Ts，则该基带传输系统输出码元会产生码间干扰。

2、眼图

所谓眼图就是将接收滤波器输出的，未经再生的信号，用位定时以及倍数作为同步信号在示波器上重复扫描所显示的波形（因传输二进制信号时，类似人的眼睛）。干扰和失真所产生的畸变可以很清楚的从眼图中看出。眼图反映了系统的最佳抽样时间，定时的灵敏度，噪音容限，信号幅度的畸变范围以及判决门限电平，因此通常用眼图来观察基带传输系统的好坏。

图2-3

眼图示意图

部分的算法设计说明（可以是描述算法的流程图）；每个程序中使用的存储结构设计说明（如果题目已经指定了数据存储的，按照指定的设计，并且写出该存储结构的定义）。也就是简单介绍一下你程序中自定义的函数（函数名，参数，以及功能）等。运行环境

Windows 7 开发工具和编程语言

MATLAB V6.0 详细设计

clear all;close all;N_eye = 7;%眼图中码元个数 N0 = 0;%高斯白噪声功率谱设为0 Ts = 2;%码元宽度设为1 N_sample = 10;%每个码元抽样10个点 dt = Ts/N_sample;gt = ones(1,N_sample);%矩形不归零脉冲 N_code = 1000;%码元个数

t = 0:dt:N_code*N_sample*dt-dt;data = sign(randn(1,N_code));data1 = sigexpand(data,N_sample);st = conv(data1,gt);%产生NRZ基带信号

h1t =5/Ts*sinc(5*(t-5)/Ts);%滤波器1的冲激响应 h2t = 2/Ts*sinc(2*(t-5)/Ts);%滤波器2的冲激响应 h3t = 1/Ts*sinc(1*(t-5)/Ts);%滤波器3的冲激响应 h4t = 0.5/Ts*sinc(0.5*(t-5)/Ts);

r1t = conv(h1t,st);r2t = conv(h2t,st);r3t = conv(h3t,st);r4t = conv(h4t,st);

r1t = [0 r1t*dt];r2t = [0 r2t*dt];r3t = [0 r3t*dt];r4t = [0 r4t*dt];

sigma1 = sqrt(2.5*N0/Ts);sigma2 = sqrt(N0/Ts);sigma3 = sqrt(0.5*N0/Ts);sigma4 = sqrt(0.25*N0/Ts);

n1 = sigma1*randn(1,length(r1t));n2 = sigma2*randn(1,length(r2t));n3 = sigma2*randn(1,length(r3t));%加入白噪声，该白噪声是通过滤波器后的带限白噪声

n4 = sigma2*randn(1,length(r4t));

r1t = r1t + n1;r2t = r2t + n2;r3t = r3t + n3;r3t = r3t + n3;%至此得到基带信号分别通过滤波器1和滤波器2 滤波器3滤波器4的输出波形

ttt = 0:dt:N_eye*N_sample*dt-dt;figure(1)subplot(411)%画出滤波器1输出的眼图 for n = 9:1:100 ss = r1t(n*N_sample*N_eye+1:(n+1)*N_sample*N_eye);drawnow;plot(ttt,ss);hold on;end ylabel('B=2.5Hz');subplot(412)%画出滤波器2输出的眼图 for n = 9:1:100 ss = r2t(n*N_sample*N_eye+1:(n+1)*N_sample*N_eye);drawnow;plot(ttt,ss)hold on;end ylabel('B=1Hz')subplot(413)%画出滤波器3输出的眼图 for n = 9:1:100 ss = r3t(n*N_sample*N_eye+1:(n+1)*N_sample*N_eye);drawnow;plot(ttt,ss)hold on;end ylabel('B=0.5Hz')subplot(414)%画出滤波器4输出的眼图 for n = 9:1:100 ss = r4t(n*N_sample*N_eye+1:(n+1)*N_sample*N_eye);drawnow;plot(ttt,ss)hold on;end ylabel('B=0.25Hz')6 调试分析

刚开始的时候，程序出现了问题

??? Undefined command/function 'sigexpand'.之后添加了一个函数

function[out]=sigexpand(d,M)%将输入的序列扩展成间隔为N-1个0的序列 N=length(d);out=zeros(M,N);%例如，M=8，N=1000，产生一个8行1000列的矩阵 out(1,:)=d;%d的每一个元素赋值给out矩阵每列的第一个元素，因为d中共1000个元素（0，-1或者1），且out矩阵共有1000列，所以当然成立

out=reshape(out,1,M*N);%把out这个矩阵重新变成一个1行M*N列的矩阵，即1行8000列的有8000个元素的矩阵，其中每隔7个0就是一个原来的d中的元素

之后再调用sigexpand()函数的到时候就就没有问题了。测试结果

程序运行结果如图7-1所示

图7-1

程序运行结果图

比较上图中的1和3可以发现，3的性能比1的性能。1中的失真比较严重。

参考文献

[1] 孙屹，MATLAB通信仿真开发手册，北京：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：西安电子科技大学出版社

[3] 曹志刚，现代通信原理，北京：清华大学出版社 [4] 教学用“通信原理”教材

心得体会

通过这次的课程设计，我更加理解了眼图的用途，通过眼图可以迅速的定性评价系统的性能。可以观察到麻将干扰和信道噪声等影响因素的情况虫儿快速的判断出系统性能的优劣程度。最佳抽烟时刻是‘眼睛’张开最大的时刻，定时误差灵敏度是眼图斜边的斜率，斜率越大，对应的定时误差越敏感。图的阴影区的垂直高度便是抽样时刻上信号受噪音干扰的畸变程度。图中央的横轴位置对应于判决门限电平，抽样时刻时上下两阴影区的间隔距离之半为噪声容限。此外，又学习了用matlab仿真通信原理实验的有关方法，及常用的相关函数。通过对程序错误的调试，更加熟练的应用软件。通过仿真，更容易理解了通信原理的相关内容。

通信原理是一门很有用的课程，但是内容繁杂，需要记忆的很多，所以我们应该加深的理解而不是单纯的记忆，另外如果增加实践的内容，我们将学得更多，更快！路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！

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 2015年6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。

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：

e2PSKang(tnTs)cosct

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

cosct

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

第五篇：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

e2PSKang(tnTs)cosct

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

cosct

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');