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1、沈阳理工大学通信系统课程设计报告摘 要在数字传输系统中，数字信号对高频载波进行调制，变为频带信号，通过信道传输，在接收端解调后恢复成数字信号，由于大多数实际信号都是带通型的，所以必须先用数字频带信号对载波进行调制，形成数字调制信号再进行传输，因此，调制解调技术是实现现代通信的重要手段。实现调试解调的方法有很多种，本文应用了键控法产生调制与解调信号。数字相位调制又称相移键控记作PSK(Phase Shift Keying),二进制相移键控记作2PSK，它们是利用载波振荡相位的变化来传送数字信号的，在二进制数字解调中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，则就产生二进制移相键控2PSK信号
2、。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2PSK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I目 录1 课程设计目的12 课程设计要求13 相关知识14 课程设计分析55 仿真96结果分析117 参考文献12I2PSK系统仿真程序设计1.课程设计目的（1）加深对二进制相移键控（2DPSK）基本理论知识的理解。（2）培养独立开展科研的能力和编程能力。（3）掌握用
3、MATLAB实现信号的2DPSK调制。（4）掌握MATLAB软件的使用。2.课程设计要求（1）掌握二进制相移键控（2DPSK）的相关知识、概念清晰。（2）掌握MATLAB使用方法，利用软件绘制图像。（3）程序设计合理、能够正确运行。3.相关知识3.1二进制数字调制原理用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换成数字带通信号（已调信号）的过程称为数字调制（digital modulation）。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。因此数字调制有两种方法：把数字信号看成模拟信号的特殊情况，利用模拟调制的方法去实现数字信号的调制；利用数字信号离散取值的特点通过开
4、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（Amplitude Shift Keying，ASK）、频移键控（Frequency Shift Keying，FSK）和相移键控（Phase Shift Keying，PSK）三种基本数字调制方式。数字信息有二进制和多进制之分，因此，数字调制分为二进制调制和多进制调制。在二进制调制中，信号参量只有两种可能的取值，这两种取值分别代表二进制信息中的0和1。3.2 2PSK基本原理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和分别表示二进
5、制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为(t)=Acost+) 其中，表示第n个符号的绝对相位：=因此，上式可以改写为 图2-2 2PSK信号波形 这种现象通常称为倒现象.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现象,从而使得2PSK方式在实际中很少采用. 图 2 -32PSK信号相干解调各点时间波形 图2.1是产生2PSK信号的模拟调制法框图；图2.2是2PSK信号的相干解调法框图。码型变换基带信号载波2PSK信号双极性不归零图2.1 2PSK调制原理框图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
6、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 2 - 14 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.带通滤波器低通滤波器抽样判决器载波定时脉冲图2.2 2PSK信号的解调原理框图3.3 MATLAB 简介3.3.1 基本功能MATLAB是很实用的数学软件它在
7、数学类科技应用软件中在数值运算方面首屈一指。MATLAB可以进行运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接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、金融建模设计与分析等领域。 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mathwork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。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的
8、程序，用户可以直接进行下载就可以用。3.3.2 MATLAB 产品应用MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作： (1)数值分析; (2)数值和符号计算; (3)工程与科学绘图; (4)控制系统的设计与仿真; (5)数字信号处理技术; (6)通讯系统设计与仿真 .3.3.3 MATLAB 特点(1)此高级语言可用于技术计算 (2)此开发环境可对代码、文件和数据进行管理 (3)交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题 (4)二维和三维图形函数可用于可视化数据 (5)各种工具可用于构建自定义的图形用户界面 3.3.4 MATLAB系列工具优势（1）友好的工作平台和编程环境（2）简单易用的
9、程序语言（3）强大的科学计算机数据处理能力3.4 SIMULINK简介SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，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。在simulink环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直观地“画”出系统模型，然后直接进行仿真。它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。4.课程设计分析4.1正交振幅调制电路分析熟悉Simulink的工作环境，并建立2PSK调制解调系统，用功
10、率谱密度分析仪观察其基带频谱，示波器观察调制信号前后的波形。2PSK调制解调仿真电路图如4-1所示：4.1 2PSK调制解调原理图4.2参数设置从图4-2到4-8是调制解调的参数设置。图4.2 载波参数4.3 基带参数图4.4 Analog Filter Design参数图4.5 Analog Filter Design1参数图4.6 Sampled Quantizer Encode参数图4.7 Power Spectral Density参数图4.8 Power Spectral Density1参数5. 仿真5.1 2PSK基于MATLAB的程序代码：clear allclose allf
11、s=2000;%采样率dt=1/2000;%采样时间T=1;%码元宽度f=50;%信号频率a=round(rand(1,10);%原始数字信号g1=a;g2=a; %取a的反码g11=(ones(1,2000)*g1;%进行抽样 g1a=g11(:);g21=(ones(1,2000)*g2;g2a=g21(:);t=0:dt:10-dt;t1=length(t);psk1=g1a.*cos(2*pi*f*t);%码元0用零相位psk2=g2a.*cos(2*pi*f*t+pi);%码元1用pi相位sig_psk=psk1+psk2;%产生2psk信号no=0.01*randn(1,t1);%
12、产生噪声sn=sig_psk+no;%经过信道后的信号figure(1)subplot(3,1,1);plot(t,no);title(噪声波形);ylabel(幅度);subplot(3,1,2);plot(t,sig_psk);title(psk信号波形);ylabel(幅度);subplot(3,1,3);plot(t,sn);title(经过信道后的信号);ylabel(幅度);bpf=fir1(101,48/1000,52/1000);%带通滤波器设置H=filter(bpf,1,sn);%经过带通滤波后的信号sw=H.*cos(2*pi*f*t);%经过乘法器lpf=fir1(10
13、1,2/1000,52/1000);%低通滤波器设置st=filter(lpf,1,sw);%经过低通滤波器后的信号figure(2)subplot(2,1,1);plot(t,sw);title(乘法器输出信号);ylabel(幅度);subplot(2,1,2);plot(t,st);title(低通滤波后输出信号);ylabel(幅度);%-%抽样判决for i=1:length(t) if(st(i)0) sig(i)=0; else sig(i)=1; endend figure(3)subplot(2,1,1);plot(sig);axis(0 20000 0 2);title(抽
14、样判决后的波形);ylabel(幅度);subplot(2,1,2);plot(g1a);axis(0 20000 0 2);title(原始信号);ylabel(幅度);6.结果分析通过理论与编程实践，其运行结果如图所示：图6-1和图6-2是带信号和解调信号功率谱密度图。图6.1 基带信号功率谱密度图图6.2 解调信号功率谱密度图图6-3是示波器显示图，分别显示：载波信号，基带信号，2PSK信号。图6.3 Scope波形7.参考文献1 张圣勤.MATLAB7.0实用教材.北京：机械工业出版社，20062 桑林，郝建军，刘丹谱.数字通信.北京邮电大学出版社，20023 樊昌信，曹丽娜.通信原理.北京国防工业
