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1、1 设计原理1.1 2PSK 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
2、 和 分别表示二进制“1”和“0” 。因此，2PSK 信号的时域表达式为 2psk(t)=Acos( ct+ n) 其中，n 表示第 n 个符号的绝对相位：0 发送“0”时 n = 发送“1”时因此，上式可以改写为Acosct 概率为 P2psk(t)= - Acosct 概率为 1-P图 1-1 2PSK 调制的键控法CDIO 实践教学调研报告21.2 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 1-2 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
3、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 1-3 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. 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.故用 2DPSK 来进行避免这种情况的发生。图 1-2 2PSK 相干解调原理图图 1-3 相干解调各时间点的波形2 系统
4、仿真2.1 M 文件下的仿真CDIO 实践教学调研报告32.1.1 源程序代码clear all; close all;clc;max=10;g=zeros(1,max);g=randint(1,max);%长度为 max 的随机二进制序列cp=;mod1=;f=2*pi;t=0:2*pi/199:2*pi;for n=1:length(g);if g(n)=0; A=zeros(1,200);%每个值 200 个点 else g(n)=1;A=ones(1,200); endcp=cp A; %s(t),码元宽度 200 c=cos(f*t);%载波信号 mod1=mod1 c;%与 s(t
5、)等长的载波信号,变为矩阵形式endfigure(1);subplot(311);plot(cp);grid on;axis(0 100*length(g) -2 2);title(二进制信号随机序列);cm=;mod=;for n=1:length(g);if g(n)=0; B=ones(1,200);%每个值 200 个点 c=cos(f*t); %载波信号else g(n)=1;B=ones(1,200); c=cos(f*t+pi); %载波信号endcm=cm B; %s(t),码元宽度 200 mod=mod c; %与 s(t)等长的载波信号endtiaoz=cm.*mod;%
6、e(t)调制figure(1);subplot(312);plot(tiaoz);grid on;axis(0 100*length(g) -2 2);title(2PSK 调制后的信号);CDIO 实践教学调研报告4%带有高斯白噪声的信道tz=awgn(tiaoz,10);%信号 tiaoz 中加入白噪声，信噪比为 10figure(1);subplot(313);plot(tz);grid onaxis(0 100*length(g) -2 2);title(加入高斯白噪声后的信号);jiet=2*mod1.*tz;%同步解调figure(2);subplot(311);plot(jiet
7、);grid onaxis(0 100*length(g) -2 2);title(相乘后信号)%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(3);freqz(b,a,1000,11025);subplot(2,1,1);axis(0 2000 -100 3 )title(低通滤波器幅频相频图);jt=filter(b,a,jiet);figure(2);
8、subplot(312);plot(jt);grid onaxis(0 100*length(g) -2 2);title(经低通滤波器后信号)%抽样判决for m=1:100*length(g);if jt(m)=0;jt(m)=0; endendfigure(2);subplot(313);plot(jt);grid onaxis(0 100*length(g) -2 2);title(解调后的信号)2.1.2 仿真结果CDIO 实践教学调研报告5图 2-1 2PSK 调制波形图 2-2 2PSK 解调波形图 2-3 低通滤波器幅频相频图2.1.3 结果分析CDIO 实践教学调研报告6根据
9、上面的图形观察可知，程序代码实现的是发送 0 时，相位为零度，发送 1 时，相位为 180 度。在解调的过程中带通滤波器滤除其他频率的信号，经过同频同相的载波相乘出现了高频分量经低通滤波器后只剩低频分量，在进行抽样判决时，抽样值小于零的判为 1，抽样值大于零的判为 0.不过有时在给出的基带信号出会出现反相，导致后面的调制与解调都会出现错误。将调制的波形和解调的波形进行对比，会发现存在一定的误码。在图样上可以估算出误码率大致为 0.2，这是由于在传送过程和接收解调过程出现了一定接受错误，导致了有一定的误码情况。2.2 使用 Simulink 仿真2.2.1 仿真原理图图 2-4 2PSK 调制解
10、调的模块仿真图2.2.2 参数的设置CDIO 实践教学调研报告7（1）正弦载波参数设置：设置的振幅是 2v，频率为 2hz，相位为。（2）与载波反相正弦波参数设置：设置的振幅是-2v， ，频率也是 4hz，相位为 0。（3）伯努利二进制随机序列产生器：0 和 1 的出现概率为 0.5，抽样时间为 1 秒，采用是基于采样的，其幅度设置为 2，周期为 3，占 1比为 2/3。（4）码型变化器参数设置：设置依据：采用 1 变 0 不变调制，故极性设为“Negative”。（5）多路选择器参数设置：当二进制序列大于 0 时，输出第一路信号；当二进制序列小于 0 时，输出第二路信号。（6）带通滤波器参数
11、：带通范围为 27HZ，载波频率为 4HZ，而基带号带宽为 1HZ，考滤到滤波器的边沿缓降，故设置为 27HZ。（7）低通滤波器参数设置：截止频率为 1HZ，二进制序列的带宽为 1HZ，故取 1HZ。（8）取样判决器参数设置：门限值取为 0.5，取样时间为 1，当大于 0.5 时输出 0，当小于 0.5 时输出 1，能达到在 1 变 0 不变的取样规则下正确解码的目的。2.2.3 仿真结果图 2-5 2PSK 调制的波形CDIO 实践教学调研报告8图 2-6 无噪声时的解调波形图 2-7 加入高斯白噪声后的解调波形2.2.3 仿真结果分析在 simnlink 下能够清晰的看到 2PSK 调制和
12、解调的波形。 2PSK 数字调制系统采用的是双极性矩形波，所以在基带信号产生后要进行极性变换。2PSK 的调制是通过键控法实现的，还可以采用模拟调制的方法。2PSK 的解调只有相干解调一种办法。可以发现在无噪情况下解调的波形与调制的波形一样，误码率为零。而在加入高斯白噪声后，依然可以得到解调的波形，但是存在一定的误码率。且信噪比越大，误码率越低。3 设计结果分析基于 MATLAB 的 2PSK 的调制和仿真的实现，可以从两个方面入手：simulink 和代码来实现。每种方法都有各自的特点。但是通过这两种方法的实现，充分的说明了2PSK 的调制和解调原理，以及发现的共性：二进制数字调制要根据发
13、0 发 1 的情况来CDIO 实践教学调研报告9进行判断。可以假设发 0 相位为 180 度或为 0 度，发 1 反之。实现调制的方法有键控法和模拟法。在解调时要注意相干解调的载波必须为同频同相，在抽样时选择最佳门限值进行判断得到解调波形。2PSK 的调制和解调过程中存在一定的误码现象，解调后的波形存在一定的误差。从波形中可以估算出误码率，会发现无噪情况下的误码率比有噪情况小的多，但是在现实生活中不可能有无噪的情况，所以只要不影响通信质量有一定的误码是可以的。从仿真中可以看出在 2PSK 调制系统中由于存在信道干扰和码间干扰，会影响调制系统的性能，及存在一定的误码率，误码率与信噪比相关，当信噪
14、比提高时，误码率下降。4 总结体会本次项目使用了 MATLAB 的 SIMULINK 功能对 2PSK 系统进行建模仿真，对数字调制有了更进一步的认识，也对 MATLAB 中的 SIMULINK 有了一定的了解，熟悉了它的一些操作。加深了之前课设的印象。对于我来说，收获最大的是学会尝试和改正，经历多次失败后才会有成功。在整个设计的过程中，我发现我在实践经验方面十分缺乏，只有理论知识，没有知实践的尝试，有些东西可能与实际脱节。总体来说，我觉得这次设计这种类型的作业对我的帮助还是很大的，它需要我们将学过的相关知识系统地联系起来，学会总体思考问题，锻炼了自己设计一个完整项目奠定了基础，培养了我综合应
15、用设计课程及其他课程的理论知识和理论联系实际，应用生产实际知识解决实际问题的能力。 CDIO 实践教学调研报告10参考文献1 徐文燕，武振国.通信原理M.北京: 北京邮电大学出版社 , 20102 胡晓冬，董辰辉 MATLAB 从入门到精通M .北京：人民邮电出版社,20103 刘莲青，黄一平，数字通信技术M.北京: 机械工业出版社 ,20094 邵玉斌.Matlab/Simlink 通信系统建模与仿真实例分析M.清华大学出版社,20085 黄葆华，杨晓静，某华坤.通信原理M.西安：西安电子科技大学出版社， 20076 常华，袁刚，常敏嘉.仿真软件教程M.清华大学出版社， 20067 樊昌信，等.通信原理M.北京：国防工业出版社， 2001CDIO 实践教学调研报告11
