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1、通信原理课程设计报告PSK系统设计与仿真姓 名 : 郭远伟 专 业 : 信息工程 班 级 : 083231 学 号 : 08323110 指导老师 : 饶志华设计时间 2011年01月目 录目 录2引 言31、课程设计目的32、课程设计要求3一、PSK系统的设计41、2PSK信号的模型的建立42、2PSK信号调制过程分析53、2PSK解调过程分析64、高斯白噪声信道特性分析85、2PSK相干解调系统抗噪声性能分析9二、PSK系统的仿真过程11三、心得体会15四、参考文献15五、课程设计评分表16引 言本课程设计用于实现PSK信号的调制解调过程。信号的调制与解调在通信系统中具有重要的作用。调制过
2、程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。解调是调制的逆过程，即是将已调制的信号还原成原始基带信号的过程。信号的接收端就是通过解调来还原已调制信号从而读取发送端发送的信息。因此信号的解调对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。调制与解调方式往往决定了一个通信系统的性能。移动通信的迅速发展，离不开很多关键技术的支持与应用，数字调制在通信领域中就发挥着重大的作用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匹配,由于PSK在生活中有着广泛的应用，本次设计主要介绍了2PSK波形的产生和仿真过程。1、课程设计目的本次课程设计是实现2PS
3、K系统的设计与仿真。在此次课程设计中，我将通过多方搜集资料与分析，来理解2PSK调制解调的具体过程和它在MATLAB中的实现方法。预期通过这个阶段的研习，更清晰地认识2PSK的调制解调原理，同时加深对MATLAB这款通信仿真软件操作的熟练度，并在使用中去感受MATLAB的应用方式与特色。利用自主的设计过程来锻炼自己独立思考，分析和解决问题的能力，为我今后的自主学习研究提供具有实用性的经验。2、课程设计要求1、 该系统的仿真用matlab程序实现（即只能用代码的形式，不能用simulink实现）。2、 系统经过的信道都假设为高斯白噪声信道。3、 模拟调制要求用程序画出调制信号，载波，已调信号、解
4、调信号的波形，数字调制要求画出误码率随信噪比的变化曲线。4、 以上步骤要求在不同的信噪比（0：2：20db）下完成。5、在老师的指导下，独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计论文，文中能正确阐述和分析设计和实验结果。一、PSK系统的设计1、2PSK信号的模型的建立在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。式中，jn表示第n个符号的绝对相位：因此，上式可以改写为由于两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘：式中这里，g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而an的统计特性为即
5、发送二进制符号“0”时（an取+1），e2PSK(t)取0相位；发送二进制符号“1”时（ an取 -1）， e2PSK(t)取相位。这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。图1 2PSK信号的时间波形2、2PSK信号调制过程分析2PSK信号的调制器原理方框图模拟调制的方法图2模拟调制的方法键控法图3键控法3、2PSK解调过程分析2PSK信号的解调器原理方框图和波形图图4 2PSK信号解调原理框图波形图中，假设相干载波的基准相位与2PSK信号的调制载波的基准相位一致（通常默认为0相位）。但是，由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着的相位模糊，即恢复的
6、本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“1”变为“0”，“0”变为“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”现象或“反相工作”。这也是2PSK方式在实际中很少采用的主要原因。另外，在随机信号码元序列中，信号波形有可能出现长时间连续的正弦波形，致使在接收端无法辨认信号码元的起止时刻。为了解决上述问题，可以采用7.1.4节中将要讨论的差分相移键控（DPSK）体制。功率谱密度比较2ASK信号的表达式和2PSK信号的表达式：2ASK：2PSK：可知，两者的表示形式完全一样，区别仅在于基
7、带信号s(t)不同（an不同），前者为单极性，后者为双极性。因此，我们可以直接引用2ASK信号功率谱密度的公式来表述2PSK 信号的功率谱，即应当注意，这里的Ps(f)是双极性矩形脉冲序列的功率谱。由6.1.2节知，双极性的全占空矩形随机脉冲序列的功率谱密度为 将其代入上式，得若P =1/2，并考虑到矩形脉冲的频谱：则2PSK信号的功率谱密度为：功率谱密度曲线图5 2PSK信号的功率谱密度从以上分析可见，二进制相移键控信号的频谱特性与2ASK的十分相似，带宽也是基带信号带宽的两倍。区别仅在于当P=1/2时，其谱中无离散谱（即载波分量），此时2PSK信号实际上相当于抑制载波的双边带信号。因此，它
8、可以看作是双极性基带信号作用下的调幅信号。4、高斯白噪声信道特性分析在实际信号传输过程中，通信系统不可避免的会遇到噪声，例如自然界中的各种电磁波噪声和设备本身产生的热噪声、散粒噪声等，它们很难被预测。而且大部分噪声为随机的高斯白噪声，所以在设计时引入噪声，才能够真正模拟实际中信号传输所遇到的问题，进而思考怎样才能在接受端更好地恢复基带信号。信道加性噪声主要取决于起伏噪声，而起伏噪声又可视为高斯白噪声，因此我在此环节将对双边带信号添加高斯白噪声来观察噪声对解调的影响情况。为了具体而全面地了解噪声的影响问题，我将分别引入大噪声（信噪比为20dB）与小噪声（信噪比为2dB）作用于双边带信号，再分别对
9、它们进行解调，观察解调后的信号受到了怎样的影响。在此过程中，我用函数来添加噪声，此函数功能为向信号中添加噪声功率为其方差的高斯白噪声。正弦波通过加性高斯白噪声信道后的信号为故其有用信号功率为噪声功率为信噪比满足公式则可得到公式我们可以通过这个公式方便的设置高斯白噪声的方差。5、2PSK相干解调系统抗噪声性能分析 2PSK相干解调系统性能 分析模型图6 2PSK信号相干解调系统性能分析模型分析计算接收端带通滤波器输出波形为经过相干解调后，送入抽样判决器的输入波形为由于nc(t)是均值为0，方差为sn2的高斯噪声，所以x(t)的一维概率密度函数为由最佳判决门限分析可知，在发送“1”符号和发送“0”
10、符号概率相等时，最佳判决门限b* = 0。此时，发“1”而错判为“0”的概率为同理，发送“0”而错判为“1”的概率为故2PSK信号相干解调时系统的总误码率为在大信噪比条件下，上式可近似为二、PSK系统的仿真过程源程序：clear all;close all;clf; %清除窗口中的图形max=50 %定义max长度g=zeros(1,max);g=randint(1,max); %长度为max的随机二进制序列cp=;mod1=;f=1/2*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
11、 g(n)=1;A=ones(1,200);endcp=cp A; %s(t)码元宽度200c=cos(f*t); %载波信号mod1=mod1 c; %与s(t)等长的载波信号,变为矩阵形式endfigure(1);subplot(3,2,1);plot(cp);grid on;axis(0 20*length(g) -2 2);title(随机二进制信号序列);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
12、); %载波信号endcm=cm B; %s(t)码元宽度200mod=mod c; %与s(t)等长的载波信号endtiaoz=cm.*mod; %e(t)调制figure(1);subplot(3,2,2);plot(tiaoz);grid on;axis(0 200*length(g) -2 2);title(2PSK调制信号);figure(2);subplot(3,2,1);plot(abs(fft(cp);axis(0 20*length(g) 0 400);title(原始信号频谱);figure(2);subplot(3,2,2);plot(abs(fft(tiaoz);axi
13、s(0 20*length(g) 0 400);title(2PSK信号频谱);%带有高斯白噪声的信道tz=awgn(tiaoz,10); %信号调制中加入白噪声，信噪比为10figure(1);subplot(3,2,3);plot(tz);grid onaxis(0 20*length(g) -2 2);title(通过高斯白噪声信道后的2PSK信号);figure(2);subplot(3,2,3);plot(abs(fft(tz);axis(0 20*length(g) 0 400);title(加入白噪声的2PSK信号频谱);jiet=2*mod1.*tz; %同步解调figure(1);subplot(3,2,4);plot(jiet);grid onaxis(0 20*length(g) -2 2);title(相乘后信号波形)figure(2);subplot(3,2,4);plot(abs(fft(jiet);axis(0 20*length(g) 0 400);title(相乘后信号频谱);%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
