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1、电 子 信 息 与 电 气 工 程 系课程设计报告 设计类型： 设计题目：2PSK数字传输系统的设计 系 别： 电子系 年级专业： 08级通信工程 学 号： 学生姓名： 指导教师： 论文题目2PSK数字传输系统设计设计类型工程技术导师姓名主要内容及目标设计一个2PSK数字传输系统，并利用MATLAB软件编程仿真，要求：1、设计出2PSK数字通信系统，实现2PSK的调制解调功能。2、绘制系统原理框图及仿真程序流程图；3、叙述整个系统的工作原理；4、编写仿真程序，并进行调试仿真，观察仿真波形；5、详细记录实施过程中所遇到的问题及问题产生的原因并制定解决方案。具有的设计条件根据设计要求提供相关的试验
2、环境。计划学生数及任务计划需要3人1人主要进行系统结构设计；1人主要进行系统软件设计；1人主要进行系统仿真调试工作。计划设计进程1、从接题开始收集资料、准备设计；2、第1周 画出设计系统框图，程序流程图，制定设计方案；3、第2周 系统调试和完善，同时编写设计报告。参考文献1、樊昌信 通信原理 电子工业出版社2、王秉军等 通信原理 清华大学出版社3、曹志刚等 现代通信原理 清华大学出版社4、刘卫国 MATLAB程序设计与应用（第二版） 高等教育出版社5、王嘉梅 基于MATLAB的数字信号处理与时间开发 西安电子大学出版社目录1 摘要：42 2PSK工作原理42.1 2PSK数字调制42.2 调制
3、原理52.3 解调原理63 方案选择63.1 信号调制结构图63.2 信号解调结构图74 实验仿真94.1 调制仿真图94.2 解调仿真图105 实验总结10参考文献11附：程序清单122PSK调制与解调系统的仿真1 摘要：用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。键控法，即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PSK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和解调波形的方法。利用MATLAB仿真可更好的认识2PSK信号波形调制和解调的过程。关键词：数字调制
4、、2PSK、调制与解调、Matlab仿真2 2PSK工作原理2.1 2PSK数字调制数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。数字调制技术的两种方法：用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法，比如对载波的相
5、位进行键控，便可获得相移键控（2PSK）基本的调制方式。 图1 相应的信号波形的示例 2.2 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
6、频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制“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 2PSK信号波形2.3 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。方案原理中给出了一种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所示
7、. 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. 图3 2PSK信号相干解调各点时间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. 3 方案选择3.1 信号调制结构图图4 2PSK信号采用乘法器的调制原理框图图5 2PSK信号采用相位选择器的调制原理框图结构图分析： 2PSK调制器可以采用相乘器，也可以采用相位选择器就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，故2PSK信
8、号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列号均可，2PSK信号于DSB信号只进行相干载波。3.2 信号解调结构图带通滤波相乘器低通滤波抽样判决本地载波恢复V（t）定时脉冲cost2PSK解调器图6 信号解调原理图结构图分析：信号的解调原解调的过程，实质上是接收的已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程。不考虑噪声时，带通滤波器输出点波形与输入端2PSK波形相同，2PSK信号与本地恢复的同步载波相乘，得到波形其表达式为：；经低通滤波器滤掉高频分量输出为： 得到波形，
9、经抽样判决，恢复出原数字信号，如图(b)所示。x为抽样时刻的值，判别规则为x0,判为0，x0,判为1。在相干解调中，要求本地恢复的相干载波相位与接收的2PSK信号同频同相，由于本地恢复的载波相位有随机性，当恢复的载波产生1800倒相时，如图（c）中波形b，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号“1”和“0”正好相反，解调器输出的数字基带信号全部出错。这种现象通常称为“倒”现象或称反向工作，也称相位模糊。这对数字传输来说是不能允许的。克服相位模糊最常用的办法是，采用相对相移键控技术（DPSK）。由于2PSK信号属于DSB信号，PSK信号的功率谱中无载波分量，它的解调，不再能采用包络检测的方法
10、，只能进行相干解调，在相干解调中，如何得到同频同相的本地载波是个关键问题，只有对PSK信号进行非线性变换，才能产生载波分量。常用的载波恢复电路有两种：一种是平方环电路，另一种是科斯塔斯（Costas）环电路。平方环提取载波：图7 平方环提取载波结构图锁相环除了具有窄带滤波和记忆功能外，还有良好的跟踪性能，即相位锁定功能。因此，二者相比，平方环法提取的载波信号和接收的载波信号之间的相位差更小，载波质量更好。故通常情况下平方环法的性能优于平方变换法，其应用也比平方变换法更为广泛。科斯塔斯环提取载波： 图8 科斯塔斯环提取载波结构图两种恢复载波方式的比较：同相正交环与平方环都利用锁相环（PLL）提取
11、载波，由于锁相环电路的相位跟踪锁定能力强，故两种方式提取的载波质量都比较好。相比之下，虽然Costas环在电路上要复杂一些，但它的工作频率就是载波频率，而平方环的工作频率则是载频的两倍，当载波频率很高时，Costas环由于工作频率较低而更易于实现；当环路正常锁定后，由于载波提取电路和解调电路合二为一，Costas环可以直接获得解调输出，而平方环却不行。4 实验仿真4.1 调制仿真图图9 matlab调制仿真图仿真分析： 基带信号对载波进行调制，使基带信号的功率谱搬到较高的载波频率上。且相移键控是用二进制数字信号控制载波的两个相位，这两个相位通常相隔180度，二进制经过调制系统后生成PSK信号，
12、信道中可能会有噪音干扰，经过带通滤波器过滤出有用信号，发送出去。 4.2 解调仿真图图10 Matlab解调仿真图仿真分析：信道内的PSK信号经过带通滤波器过滤出有用信号，经过相乘器和载波信号相乘，所得信号通过低通滤波器得到低频信号，再经抽样判决得到基带信号，通过比较原始的基带信号和所得的信号，我们可以发现并无太大的失真，实验比较成功。5 实验总结这是我们第一次做课程设计，我们要在两个星期内完成两个课程设计和一个能力拓展训练，在同学帮助，图书馆借阅相关书籍，网上查阅资料和自己努力下，就2PSK设计而言，我成功实现了使用Matlab编程，收获很大。这次课程设计，给我影响最深的就是Matlab的强
13、大功能和广泛应用。无论是学习信号与系统，通信原理，数字信号处理，数字图像处理，发现这些课程的应用都要大力借助于Matlab来实现。可以说没学好Matlab对于我这种准备往信息发面发展的人来说就跟没有轮子的汽车一样，是个摆设。经过这次学习，我略通Matlab的使用，对信号处理常用的函数和基本的编程思想有了一定的认识和提高。参考文献1樊昌信 通信原理 电子工业出版社2王秉军等 通信原理 清华大学出版社3曹志刚等 现代通信原理 清华大学出版社4刘卫国 MATLAB程序设计与应用（第二版） 高等教育出版社5王嘉梅 基于MATLAB的数字信号处理与时间开发西安电子科技大学出版社附：程序清单fs=8e5;%抽样频率 fm=20e3;%基带频率 n=2*(6*fs/fm); final=(1/fs)*(n-1); fc=2e5; % 载波频率 t=0:1/fs:(final); Fn=fs/2;%耐奎斯特频率 %用正弦波产生方波 %= twopi_fc_t=2*pi*fm*
