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基于matlab的2PSK系统的课程设计报告

时间:2010-07-09


通信原理 课程设计报告

姓 学 专 院

名:韩



号:2 0 0 7 1 2 1 3 0 业:通 信 工 程 系:信息工程学院 陈黎霞

指导教师:王玲

一,题目名称 二,题目意义

2PSK 系统的设计

运用 MATLAB 编程实现 2PSK 调制解调过程,并且输出其调制 及解调过程中的波形,讨论其调制和解调效果. 三,设计原理 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: ①利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; ②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 载波的相位进行键控,便可获得相移键控(PSK)基本的调制方式. 图 1 相应的信号波形的示例 1 0 1

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
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保持不变.在 2PSK 中,通常用初始相位 0 和π分别表示二进制"1" 和"0" .因此,2PSK 信号的时域表达式为 错误!未找到引用源. 错误!未找到引用源. 错误 错误! 错误!未找到引用源.(t)=Acos 错误!未找到引用源.t+错误! 未找到引用源. 未找到引用源.) 其中,错误!未找到引用源.表示第 n 个符号的绝对相位: 错误! 错误 未找到引用源. 错误!未找到引用源. 错误 未找到引用源. 错误! 错误!未找到引用源.=错误!未找到引用源. 因此,上式可以改写为 错误!未找到引用源. 错误!未找到引用源. 图 2 2PSK 信号波形

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 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 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. 图 32PSK 信 号 相 干 解 调 各 点 时 间 波 形

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这种现象通常称为"倒π"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π"现象,从而使得 2PSK 方式在实际中很少采用. 四,软件设计过程 1,产生随机的消息代码 2,产生数字基带信号 3,产生已调信号 4,已调信号通过高斯白噪声信道 4,对信道输出端的混合信号中的噪声进行抑制 5,信号的解调 6,抽样判决码元再生 7,系统的分析(选做) 五,源程序及相应实验结果 clear all; close all;
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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*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); end cp=[cp A]; %s(t),码元宽度 200 c=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 end figure(1);subplot(4,2,1);plot(cp);grid on; axis([0 200*length(g) -2 2]);title('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
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else g(n)==1; B=ones(1,200); c=cos(f*t+pi); %载波信号 end cm=[cm B]; %s(t),码元宽度 200 mod=[mod c]; %与 s(t)等长的载波信号 end tiaoz=cm.*mod;%e(t)调制 figure(1);subplot(4,2,2);plot(tiaoz);grid on; axis([0 200*length(g) -2 2]);title('2PSK 调制信号'); figure(2);subplot(4,2,1);plot(abs(fft(cp))); axis([0 200*length(g) 0 400]);title('原始信号频谱'); figure(2);subplot(4,2,2);plot(abs(fft(tiaoz))); axis([0 200*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 tiaoz 中加入白噪声,信噪比为 10 figure(1);subplot(4,2,3);plot(tz);grid on axis([0 200*length(g) -2 2]);title('通过高斯白噪声信道后的信 号'); figure(2);subplot(4,2,3);plot(abs(fft(tz))); axis([0 200*length(g) 0 400]);title('加入白噪声的 2PSK 信号频 谱');
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jiet=2*mod1.*tz;%同步解调 figure(1);subplot(4,2,4);plot(jiet);grid on axis([0 200*length(g) -2 2]);title('相乘后信号波形') figure(2);subplot(4,2,4);plot(abs(fft(jiet))); axis([0 200*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(4);freqz(b,a,1000,11025);subplot(2,1,1); axis([0 4000 -100 3 ]) title('LPF 幅频相频图'); jt=filter(b,a,jiet); figure(1);subplot(4,2,5);plot(jt);grid on axis([0 200*length(g) -2 2]);title('经低通滤波器后信号波形') figure(2);subplot(4,2,5);plot(abs(fft(jt))); axis([0 200*length(g) 0 400]);title('经低通滤波器后信号频谱 '); %抽样判决 for m=1:200*length(g); if jt(m)<0;
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jt(m)=1; else jt(m)>=0; jt(m)=0; end end figure(1);subplot(4,2,6);plot(jt);grid on axis([0 200*length(g) -2 2]);title('经抽样判决后信号 s^(t)波 形') figure(2);subplot(4,2,6);plot(abs(fft(jt))); axis([0 200*length(g) 0 400]);title('经抽样判决后信号频谱');

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六,设计心得 在这次的课程设计过程中,我发现自己的基础知识和应用能力都很 差.刚接过课题,按照设计步骤走的时候,在数字基带信号的产生和 加载载波上就卡住了,通信原理的知识忘记了很多,以至于在设计开 始时必须得先复习一下相关的基础知识.随着实验的进行,发现自己 的通信原理课程学得远远不够, 不能根据要求设计出最佳效果的 2PSK 系统.然而,通过这次设计,看了一遍通信原理课程关于 2PSK 系统 的内容, 再通过利用参考文献与网络, 最终完成了用 Matlab 进行 2PSK 系统的课程设计.加深了对课堂抽象概念的理解,巩固了课堂上所学 的理论知识,并能很好地理解与掌握通信原理课程中的基本概念,基 本原理,基本分析方法.熟悉了 MATLAB 的运行环境,初步掌握了 MATLAB 语言在信号调制和解调中一些基本库函数的调用和编写基本 程序等应用;熟悉了 2PSK 系统设计的一般原理,对其有了一个感性 的认识,很大程度上提高了自己的实践能力.

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