二进制数字频带传输系统设计——2dpsk系统

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1、武汉理工大学专业课程设计 2(通信原理) 课程设计说明书 目录目录 1 技术要求 1 2 基本原理 1 2.1 2DPSK 信号的原理 1 2.2 2DPSK 信号的调制原理 1 2.3 2DPSK 信号的解调原理 2 3 建立模型描述 3 3.1 基于 Simulink 的 2DPSK 系统仿真设计 . 3 3.1.1 模拟调制法和极性比较法构成的 2DPSK 系统 . 3 3.1.2 模拟调制法和相位比较法构成的 2DPSK 系统 . 4 3.1.3 键控法和相位比较法构成的 2DPSK 系统 . 4 3.2 基于 Systemview 的 2DPSK 系统仿真设计 . 5 3.2.1 模

2、拟调制法和极性比较法构成的 2DPSK 系统 . 5 3.2.2 模拟调制法和相位比较法构成的 2DPSK 系统 . 5 3.2.3 键控法和相位比较法构成的 2DSPK 系统 . 6 3.3 基于 m 语言的 2DPSK 系统仿真设计 . 6 4 模块功能分析或源程序代码 . 6 4.1 基于 Simulink 的 2DPSK 系统仿真模块分析 6 4.1.1 调制部分模型及其模块功能说明和参数设置 . 6 4.1.2 信道模型及其模块功能说明和参数设置 . 8 4.1.3 解调部分模型及其模块功能说明和参数设置 . 8 4.1.4 测量模块功能说明和参数设置 10 4.2 基于 Syste

3、mview 的 2DSPK 系统仿真模块分析 . 12 4.2.1 调制部分模型及其模块功能说明和参数设置 . 12 4.2.2 信道模型及其模块功能说明和参数设置 . 13 4.2.3 解调部分模型及其模块功能说明和参数设置 . 14 4.2.4 观测模块功能说明和参数设置 15 4.3 Matlab 的 m 语言仿真源程序代码 . 16 5 调试过程及结论 18 5.1 Simulink 模型调试及结论 18 5.2 Systemview 模型调试及结论 . 22 武汉理工大学专业课程设计 2(通信原理) 课程设计说明书 5.3 Matlab 程序模型调试及结论 . 25 5.4 综合分析

4、及结论 . 27 6 心得体会 27 7 参考文献 27 武汉理工大学专业课程设计 2(通信原理) 课程设计说明书 1 二进制数字频带传输系统设计2DPSK 系统 1 技术要求 设计一个 2DPSK 数字调制系统,要求: 1) 设计出规定的数字通信系统的结构; 2)根据通信原理,设计出各个模块的参数; 3)用 Matlab 或 SystemView 实现该数字通信系统; 4)观察仿真并进行波形分析; 5)系统的性能评价。 2 基本原理 2.1 2DPSK 信号的原理 2DPSK 是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息,又称相对相移键控。 假设为当前码元与前一码元的载波相位差(=0 表

5、示数字信息“0” ,=表示 数字信息“1” ) ,于是得一组二进制数字信息与对应的 2DPSK 信号的载波相位关系: 【1】 二进制数字信息: 1 1 0 1 0 0 1 1 0 2DPSK 信号相位: (0) 0 0 0 或 ()0 0 0 0 0 0 相应二进制和 2DPSK 波形如图 1 所示: 2.2 2DPSK 信号的调制原理 2DSK 信号有两种调制方法,分别是模拟调制法和键控法。 图 1 2DPSK 调制过程波形图 武汉理工大学专业课程设计 2(通信原理) 课程设计说明书 2 S(t) 相对码 双极性 不归零 e2DPSK(t) 1) 模拟调制法如图 2 所示: (其中码变换过程

6、为将绝对码变换为相对码;码型变换 的过程为将输入的单极性不归零码转换为双极性不归零码型;乘法器过程是将双极性不归 零信号与载波信号相乘得到 2DPSK 信号) 2) 键控法如图 3 所示: (其中差分变换功能同 1 的码变换;选项开关的作用是输入 “0”时接相位 0,输入“1”时接相位) 2.3 2DPSK 信号的解调原理 2DPSK 信号最常用的解调方法有两种,一种是极性比较法(相干解调) ,另外一种是相 位比较法(非相干解调) 。 1) 极性比较法 解调原理:对 2DPSK 信号进行相干解调,恢复出相对码,再经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。 原理框图如图 4:

7、带通滤波器的作用是滤去其他杂波信号,使 2DPSK 信号通过;相乘器作用是将 2DPSK 信号与载波信号相乘,进行相干解调;低通滤波器的作用是滤去高频信号,是低频信号通 输出 e2DPSK(t) 定 时 脉冲 cosct cosct 码变换 码型变换 乘法器 图 2 模拟调制方法 基带信号 差分变换 反相器 选相开关 载波输入 已调信号 图 3 键控法 相乘器 带通滤 波器 低 通 滤 波器 抽样判 决器 码反变 换器 图 4 极性比较法原理框图 武汉理工大学专业课程设计 2(通信原理) 课程设计说明书 3 过;抽样判决器的作用是判决还原出二进制数字信号。 2) 相位比较法(差分相干解调) 解

8、调原理:对接收到的 2DPSK 信号延时一个码元间隔 Ts,然后与 2DPSK 信号本身相乘, 相乘结果反映了前后码元的相位差,经低通滤波后再抽样判决,可直接恢复出原始数字信 息。 原理框图如图 5: 带通滤波器, 相乘器, 低通滤波器, 抽样判决器的作用同上; 延时 Ts的作用是使 2DPSK 信号延迟一个码元间隔。 3 建立模型描述 3.1 基于 simulink 的 2DPSK 系统仿真设计 3.1.1 模拟调制法和极性比较法构成的 2DPSK 系统 此系统模型如图 6: 定时脉冲 带通滤 波器 相乘器 低通滤 波器 抽样判 决器 延迟 Ts 图 5 相位比较法原理框图 图 6 模拟调制

9、和极性比较法构成 2DPSK 系统 武汉理工大学专业课程设计 2(通信原理) 课程设计说明书 4 3.1.2 模拟调制法和相位比较法构成的 2DPSK 系统 此系统模型如图 7: 3.1.3 键控法和相位比较法构成的 2DPSK 系统 此系统模型图如图 8: 图7 模拟调制和相位比较法构成2DPSK系统 图 8 键控法和相位比较法构成 2DPSK 系统 武汉理工大学专业课程设计 2(通信原理) 课程设计说明书 5 3.2 基于 systemview 的 2DPSK 系统仿真设计 3.2.1 模拟调制法和极性比较法构成的 2DPSK 系统 此系统模型图如图 9: 3.2.2 模拟调制法和相位比较

10、法构成的 2DPSK 系统 此系统模型图如图 10: 如图 9 模拟调制法和极性比较法构成 2DPSK 系统 图10 模拟调制法和相位比较法构成2DPSK系统 武汉理工大学专业课程设计 2(通信原理) 课程设计说明书 6 3.2.3 键控法和相位比较法构成的 2DSPK 系统 此系统模型图如图 11: 3.3 基于 m 语言的 2DPSK 系统仿真设计 Matlab按照模拟调制法和极性比较法调制解调框图,依次在m语言编辑器上编写模拟 程序。大致模拟结构如下:使用signal=rand(1,n)=b T:1 F:-1 其它默认 13 SourceStep 默认 14 OperatorXOR F:

11、-1 其它默认 15 OperatorDelay Delay:1e-3 其它默认 图 26 模拟信道模型 图 27 极性比较法模型模块 表 7 模块位置及参数设置 武汉理工大学专业课程设计 2(通信原理) 课程设计说明书 15 2) 相位比较法(非相干解调)模型 如图 28 所示: a) 模块功能说明:模块 12 为带通滤波器,模块 13 为延迟器,模块 14 为相乘器,模 块15为低通滤波器, 模块16、 17、 18 和19构成抽样判决器, 器模块功能作用可参照Simulink 解调部分说明。 b) 参数设置: 如表 8 所示: 模块标号 模块库位置 设置 标注 12 同表 7 13 14

12、 15 16 同表 7 17 18 19 4.2.4 观测模块功能说明和参数设置 1) Analysis 模块 如图 29: a) 模块功能分析:用以提取待观测点信号波形,同 Simulink 中的 Scope。 b) 参数设置:无。 (位置:SinkAnalysis) 图 28 相位比较法模型模块 表 8 模块库位置及参数设置 图 29 Analysis模块 武汉理工大学专业课程设计 2(通信原理) 课程设计说明书 16 2)误码率分析模块: 如图 30 所示: a) 模块功能分析:模块 23 为 BER Rate 误码率计算模块,通过将基带信号和解调出 的信号输入模块 23,即可计算出误码

13、率,再通过 Final Value 数值显示模块 24 显示出来。 b) 参数设置:有最佳观测现象确定。 4.3 Matlab 的 m 语言仿真源程序代码 clear,close all bit=1000; n=16; p=0.6; signal=rand(1,n)0); end judge=judge bridge; 武汉理工大学专业课程设计 2(通信原理) 课程设计说明书 18 end m=0:1/bit:(n-1)/bit; % judge=1*(low_pass0); % stairs(m,signal,r),axis(0,n/bit,-0.5,1.5); title(基带原码),xl

14、abel(Time/sec),ylabel(幅值); grid on subplot(4,1,2) stairs(m,difference,r),axis(0,n/bit,-0.5,1.5); title(差分码),xlabel(Time/sec),ylabel(幅值); grid on subplot(4,1,3) stairs(m,judge,r),axis(0,n/bit,-0.5,1.5); title(抽样判决),xlabel(Time/sec),ylabel(幅值); grid on % brid=; for k=2:16 if judge(k)=judge(k-1); brid=

15、1; else brid=0; end change=change brid; end subplot(4,1,4) stairs(m,change,r),axis(0,n/bit,-0.5,1.5); title(解调输出),xlabel(Time/sec),ylabel(幅值); grid on 5 调试过程及结论 5.1 Simulink 模型调试及结论 修改仿真时间统一为:t=0.04S,修改示波器坐标轴至便于观测波形大小,运行仿真, 分别在各种调制方法中,得到各个输出点的信号波形和性能分析图。 由于各种调制解调方法在性能上相近,差别只在于调制解调系统的复杂程度和实现的 难易程度,下面

16、以模拟调制法和相位比较法构成的 2DPSK 调制解调系统所得出的结果为代 表说明模型调试过程及结论。 1) 参照第 4 章节的参数设置对模拟调制法和相位比较法构成的调制解调系统的各个 武汉理工大学专业课程设计 2(通信原理) 课程设计说明书 19 模型参数进行设置。然后运行仿真,对照 3.1.2 中建立的模型,得出模型中各输出点波形 图如图 31、图 32 和图 33 所示: 图 31 调制过程波形 图 32 输入输出信号比较 武汉理工大学专业课程设计 2(通信原理) 课程设计说明书 20 结论:由上述调制解调过程波形和对输入输出对比可以看出,考虑延时情况,该系统 解调出了调制的原基带信号,可知该系统设计基本满足设计要求。 2) 系统性能分析 评价分析数字通信系统性能好坏的方法和标准有误码率分析、 眼图、 或频谱分析等 【2】 , 下面将从这几个方面对系

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