二进制相移键控载波同步仿真设计课程设计

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1、 课 程 设 计课程设计名称：_ 专 业 班 级 ：_ _ 学 生 姓 名 ：_ _ 学 号 ： _ 指 导 教 师 ： 课程设计时间：_ 电子信息工程 专业课程设计任务书学生姓名专业班级学号题 目二进制相移键控载波同步仿真设计课题性质工程技术研究课题来源指导老师拟题指导教师同组姓名主要内容 设定正弦信源，在二进制数字调制中，对正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时而产生二进制移相键控(2PSK)信号，对解调器性能进行仿真和分析。任务要求1掌握运用插入导频法（外同步法）在接收端提取载波2掌握二进制调制信号的的调制与解调原理和实现方法。3用MATLAB画出该调相信号及解调后的的波形。4利用

2、MATLAB工具对解调器性能进行仿真和分析。参考文献1. 樊昌信，曹丽娜编著. 通信原理（第六版）.北京： 国防工业出版社，20072. 张辉主编. 通信原理学习指导. 西安：西安电子科技大学，20043.曹志刚等编著. 现代通信原理. 北京：清华大学出版社，19924.张辉等主编. 现代通信基础与技术. 西安：西安电子科技大学出版社，20025.孙屹主编. Simulink通信仿真开发手册. 北京：国防工业出版社，2000审查意见指导教师签字：教研室主任签字： 2010 年12 月27日 说明：本表由指导教师填写，由教研室主任审核后下达给选题学生，装订在设计（论文）首页 1 需求分析本设计是

3、基于MATLAB的模拟相位（PM）调制与解调仿真，主要设计思想是利用MATLAB这个强大的数学软件工具，其中的通信仿真模块通信工具箱以及M檔等，方便快捷灵活的功能实现仿真通信的调制解调设计。还借助MATLAB可视化交互式的操作，对调制解调处理，提高仿真的准确度和可靠性。2 概要设计本设计主要是基于MATLAB的模拟调制与解调仿真，主要设计思想是利用MATLAB、simulink檔、M檔等，方便快捷的实现模拟通信的多种调制解调设计。基于simulink对数字通信系统的调制和解调建模。并编写相应的m檔，得出调试及仿真结果并进行分析。3 运行环境硬件环境：Microsoft Windows XP P

4、rofessional 版本 2002 Service Pack 3软件环境：MATLAB 6.54 开发工具和编程语言开发工具：MATLAB 6.5编程语言：MATLAB语言5 详细设计5.1二进制移相键控(2PSK)原理在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。通常用已调信号载波的 0和 180分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0。二进制移相键控信号的时域表达式为=1, 发送概率为P-1, 发送概率为1-P 在一个码元期间，则有e2PSK(t)=cosct, 发送概率为P -cosct, 发送概率为1-P若用n表示第n个符

5、号的绝对相位，则有 n= 0, 发送 1 符号 180, 发送 0 符号2PSK信号的解调采用相干解调， 解调器原理图如图1.1所示2PSK信号的调制原理图 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。5.2载波同步原理提取载波的方法一般分为两类：一类是不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波，这类方法称为直接法，也称为自同步法；另一类是在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上

6、，插入一个（或多个）称作导频的正弦波，接收端就利用导频提取出载波，这类方法称为插入导频法，也称为外同步法。在模拟通信系统中，抑制载波的双边带信号本身不含有载波；残留边带信号虽然一般都含有载波分量，但很难从已调信号的频谱中将它分离出来；单边带信号更是不存在载波分量。在数字通信系统中，2PSK信号中的载波分量为零。对这些信号的载波提取，都可以用插入导频法，特别是单边带调制信号，只能用插入导频法提取载波。对于抑制载波的双边带调制而言，在载频处，已调信号的频谱分量为零，同时对调制信号进行适当的处理，就可以使已调信号在载频附近的频谱分量很小，这样就可以插入导频，这时插入的导频对信号的影响最小。但插入的导

7、频并不是加在调制器的那个载波，而是将该载波移相90后的所谓“正交载波”。根据上述原理，就可构成插入导频的发端方框图如图1.5（a）所示。根据图1.5（a）的结构，其输出信号可表示为uo(t)=am(t)sinct-a cosct设收端收到的信号与发端输出信号相同，则收端用一个中心频率为的窄带滤波器就可以得到导频，再将它移相90，就可得到与调制载波同频同相的信号。收端的方框图如图1.5（b）所示。 插入导频法发送端框图 插入导频法接受端图由图1-5可知，解调输出为经过低通滤波器后，就可以恢复出调制信号。然而，如果发端加入的导频不是正交载波，而是调制载波，这时发端的输出信号可表示为收端用窄带滤波器

8、取出后直接作为同步载波，但此时经过相乘器和低通滤波器解调后输出为，多了一个不需要的直流成分，这就是发端采用正交载波作为导频的原因。为此可以在信号频谱之外插入两个导频和，使它们在接收端经过某些变换后产生所需要的。设两导频与信号频谱两端的间隔分别为和则：式中的是残留边带形成滤波器传输函数中滚降部分所占带宽的一半（见图1.6），而是调制信号的带宽。 图1.6 残留边带信号形成滤波器的传输函数插入导频法提取载波要使用窄带滤波器，这个窄带滤波器也可以用锁相环来代替，这是因为锁相环本身就是一个性能良好的窄带滤波器，因而使用锁相环后，载波提取的性能将有改善。5.3各模块及总体电路设计根据要求设计由M序列电路

9、，2PSK调制电路和载波提取电路组成总的电路。5.3.1 M序列电路图3.1 M序列电路四个触发器的输出端分别为a1，a2,a3,a4，他们之间的关系为：输出的信码为：111100010011010。5.3.2 2PSK信号调制电路2PSK信号调制电路当从左边输入口输入M序列，将M序列分为两部分即原M序列和变换后的M序列（其中高电平变为低电平；低电平变为负电平）。在与载波相乘后相加。就相当于将M序列信号转化为双极性码并与载波信号相乘，得到2PSK调制信号，从右上方输出口输出。5.3.3载波提取电路图3.3 载波提取电路由右上方输入端输入2PSK调制信号，经模拟乘法器将信号平方，再经过锁相环调相

10、，并由D触发器将其分频，再经过振荡电路将方波还原成正弦波，最后经过滤波器调整滤除杂波。5.3.4总电路图图3.4 总电路图5.3.5 程序The first step is to initialize variables for data rate, carrier frequency, sampling rates, number of symbols to simulate, alphabet size (M), signal to noise ratios (SNR, SNR/bit). The last line seeds the random number generators.

11、Fd = 1; Fc = 4; Fs = 32; N = Fs/Fd; numSymb = 100; M = 2; SNRpBit = 14; SNR = SNRpBit/log2(M);seed = 12345 54321; rand(state, seed(1); randn(state, seed(2);Generating random information symbolsNext, use RANDSRC to generate random information symbols from 0 to M-1. Since the simulation is of QPSK, th

12、e symbols are 0 through 3. The first 10 data points are plotted above. numPlot = 10;rand(state, seed(1);msg_orig = randsrc(numSymb,1,0:M-1);stem(0:numPlot-1, msg_orig(1:numPlot),bx);xlabel(Time); ylabel(Amplitude);Phase modulating the data on a carrierUse DMOD to phase modulate the data on a carrier

13、 with frequency 4 times the data rate and to upsample to a sampling rate 8 times the carrier frequency. Note in the plot that the phase changes at the symbol boundaries. grayencod = bitxor(0:M-1,floor(0:M-1/2); msg_gr_orig = grayencod(msg_orig+1);msg_tx = dmod(msg_gr_orig, Fc, Fd, Fs, psk, M);numMod

14、Plot = numPlot * Fs; t = 0:numModPlot-1./Fs;plot(t, msg_tx(1:length(t),b-);axis( min(t) max(t) -1.5 1.5); xlabel(Time); ylabel(Amplitude);Creating the noisy signalThen use AWGN to add noise to the transmitted signal to create the noisy signal at the receiver. Use the measured option to add noise tha

15、t is 14 dB below the average signal power (SNR = 14 dB). The term, -10*log10(N), is used to scale the noise power with the oversampling. The term, -10*log10(0.5), is used to reduce the noise power to match the bandpass signal representation. Plot the received signal. randn(state, seed(2);msg_rx = aw

16、gn(msg_tx, SNR-10*log10(0.5)-10*log10(N), measured, , dB);plot(t, msg_rx(1:length(t),b-);axis( min(t) max(t) -1.5 1.5); xlabel(Time); ylabel(Amplitude);Recovering information from the transmitted signalThen use DDEMOD to demodulate the signal, detect the symbol that was transmitted, and downsample t

17、o the original information rate. The detected symbols are plotted in red stems with circles and the transmitted symbols are plotted in blue stems with xs. The blue stems of the transmitted signal are shadowed by the red stems of the received signal. Therefore, comparing the blue xs with the red circ

18、les indicates that the received signal is identical to the transmitted signal. msg_gr_demod = ddemod(msg_rx, Fc, Fd, Fs, psk, M);dummy graydecod = sort(grayencod); graydecod = graydecod - 1;msg_demod = graydecod(msg_gr_demod+1);stem(0:numPlot-1, msg_orig(1:numPlot),bx); hold on;stem(0:numPlot-1, msg

19、_demod(1:numPlot),ro); hold off;axis( 0 numPlot -0.2 3.2); xlabel(Time); ylabel(Amplitude);Comparing original message to demodulated messageFinally, use BITERR and SYMERR to compare the original message to the demodulated message. BITERR is used to determine the bit error rate and SYMERR is used to

20、determine the symbol error rate. errorBit ratioBit = biterr(msg_orig, msg_demod, log2(M);errorSym ratioSym = symerr(msg_orig, msg_demod);Running simulation examplesThe next two steps execute examples files, SIMPASSBANDEX and SIMBASEBANDEX, which are complete passband and baseband simulation examples

21、 for Quaternary PSK (QPSK), respectively. They demonstrate how to create simulation drivers in MATLAB that plot the simulation results as they are generated. Running the passband QPSK simulation exampleThe green and magenta lines are the theoretical bit error rate (BER) and symbol error rate (SER) p

22、erformance curves for QPSK, respectively. The example, SIMPASSBANDEX, plots the simulated BER and SER in red and blue lines, respectively. SIMPASSBANDEX uses DMOD and DDEMOD to simulate QPSK at passband. simpassbandex(0:1:5)ans =0.0768 0.1496 0.0536 0.1037 0.0393 0.0773 0.0220 0.0430 0.0120 0.0239 0

23、.0058 0.0116Running the baseband QPSK simulation exampleThe green and magenta lines are the theoretical bit error rate (BER) and symbol error rate (SER) performance curves for QPSK, respectively. The example, SIMBASEBANDEX, plots the simulated BER and SER in red and blue lines, respectively. SIMBASE

24、BANDEX uses DMODCE and DDEMODCE to simulate PSK at baseband using a complex envelope representation of the modulated signal. Using DMODCE and DDEMODCE instead of DMOD and DDEMOD allows you to simulate communication links using a lower sampling rate, reducing the simulation time. simbasebandex(0:1:5)

25、;6 仿真结果 M文件仿真结果图7 参考文献1 徐明远 邵玉斌 编著. MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用. 西安：西安电子科技大学出版社，2005.62 孙屹 李妍编著. MATLAB 通信仿真开发手册. 北京：国防工业出版社，2005.13 达新宇 陈树新 等著. 通信原理教程. 北京：北京邮电大学出版社，2005.14 李颖 编著. simulink动态系统建模与仿真基础. 西安：西安电子科技大学出版社，2004.75 樊昌信 等编著. 通信原理教程. 北京：北京电子工业出版社，2004.16 樊昌信 张甫翊 徐炳祥 吴成柯 编著. 通信原理（第5版）. 北京：国防工业出版社，2001.57 刘泉 主编. 通信电子线路（第2版）. 武汉：武汉理工大学出版社，2005.18 刘敏 魏玲 编著. MATLAB通信仿真与应用. 北京：国防工业出版社，2001.19 薛定宇 陈阳泉 著. 基于MATLAB/Simulik的系统仿真技术与应用. 北京：清华大学出版社，2002.4