通信原理2DPSK调制与解调实验报告

通信原理课程设计报告一.2DPSK基本原理1.2DPSK信号原理2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图2.1所示。图1.12DPSK信号在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。定义为本码元初相与前一码元初相之差，假设：→数字信息“0”；→数字信息“1”。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下：数字信息：1011011101DPSK信号相位：0或：2.2DPSK信号的调制原理一般来说，2DPSK信号有两种调试方法，即模拟调制法和键控法。2DPSK信号的的模拟调制法框图如图1.2.1所示，其中码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。图1.2.1模拟调制法2DPSK信号的的键控调制法框图如图1.2.2所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。选相开关作用为当输入为数字信息“0”时接相位0，当输入数字信息为“1”时接pi。图1.2.2键控法调制原理图3.2DPSK信号的解调原理2DPSK信号最常用的解调方法有两种，一种是极性比较和码变换法，另一种是差分相干解调法。(1)2DPSK信号解调的极性比较法它的原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，再与本地载波相乘，去掉调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决的到基带信号的差分码，再经过逆差分器，就得到了基带信号。它的原理框图如图1.3.1所示。码变换相乘载波s(t)eo(t)相乘器低通滤波器抽样判决器2DPSK带通滤波器延迟T图1.3.1极性比较解调原理图(2)2DPSK信号解调的差分相干解调法差分相干解调的原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，此后该信号分为两路，一路延时一个码元的时间后与另一路的信号相乘，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决，抽样判决器的输出即为原基带信号。它的原理框图如图1.3.2所示。图1.3.2差分相干解调原理图二、建立模型1.差分和逆差分变换模型差分变换模型的功能是将输入的基带信号变为它的差分码。逆码变换器原理图如下：2.带通滤波器和低通滤波器的模型带通滤波器模型的作用是只允许通过（fl，fh）范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平。低通滤波器模型的作用是只允许通过（0，fh）范围内的频率分量，并且将其他范围的频率分量衰减到极低水平。在Matlab中带通滤波器和低通滤波器的模型可以用编写程序来模拟。3.抽样判决器模型抽样判决器的功能是根据位同步信号和设置的判决电平来还原基带信号。在带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器逆码变换本地载波2DPSKcab微分整流脉冲展宽逆码变换器（a）原理方框图Matlab中抽样判决器可以用simulink中的模块来模拟。它的模型框图如图所示，它的内部结构图如图2.3所示。图3.3抽样判决器4.2ＤＰＳＫ调制与解调总原理框图图2.4.22ＤＰＳＫ调制与解调总原理框图三、仿真1.仿真程序clearall;closeall;fs=4000000;%设定系统的抽样频率k=20000;%设定数字基带信号的频率fc=200000;%设定正弦载波频率t=0:1/fs:4000/fs;%仿真时间范围p=21;s=randint(1,p,2);%设定需要产生的码元个数m=s(ceil(k*t+0.01));%将基带生成时域信号figure(1)subplot(311)plot(t,m);axis([010e-4-0.21.2]);gridon;title('数字基带信号');b=randint(1,p,2);%将生成的基带转换为差分码fori=1:pif(i==1)if(s(i)==0)b(i)=0;%通过模二加实现差分码的转换elseb(i)=1;endelseif(s(i)==b(i-1))b(i)=0;elseb(i)=1;endendn=b(ceil(k*t+0.01));%将差分码生成时域信号subplot(312)plot(t,n);axis([010e-4-0.21.2]);gridon;title('差分码')x=(n-0.5).*2car=sin(2*pi*fc*t);%定义载波dpsk=x.*car;%2dpsk信号的载波调制subplot(313);plot(t,car);axis([010e-4-1.21.2]);title('正弦载波');figure(2)subplot(311);plot(t,dpsk);axis([010e-4-1.21.2]);title('2DPSK信号');gridon;vn=0.05;noise=vn.*(randn(size(t)));%产生噪音subplot(312);plot(t,noise);gridon;title('噪音信号');axis([010e-4-0.20.2]);dpskn=(dpsk+noise);%调制后加噪subplot(313);plot(t,dpskn);axis([010e-4-1.21.2]);title('加噪后信号');gridon;%带通滤波器fBW=40e3;f=[0:3e3:4e5];w=2*pi*f/fs;z=exp(w*j);BW=2*pi*fBW/fs;a=.8547;p=(j^2*a^2);gain=.135;Hz=gain*(z+1).*(z-1)./(z.^2-(p));Hz(Hz==0)=10^(8);a=[100.7305];b=[0.1350-0.135];dait=filter(b,a,dpskn);dait=dait.*10;figure(3)subplot(311);plot(t,dait);axis([010e-4-1.21.2]);title('通过带通滤波后输出');gridon;cm=dpsk.*car;%2dpsk相干解调subplot(312);plot(t,cm);axis([010e-4-1.21.2]);gridon;title('通过相乘器后输出');%低通滤波器p=0.72;gain1=0.14;Hz1=gain1*(z+1)./(z-(p));a1=[1-0.72];b1=[0.140.14];dit=filter(b1,a1,cm);dit=dit-mean(dit);subplot(313);plot(t,dit);axis([010e-4-1.21.2]);title('通过低通滤波器后输出');gridon;%抽样判决器H=1;L=0;Z=0;len=length(dit);forii=1:lenifdit(ii)=Z%z即为阈值Vs(ii)=H;elseVs(ii)=L;endendfigure(4)subplot(311)plot(t,Vs)title('解调后差分信号')axis([010e-4-0.21.2])gridon;c=randint(1,22,2);%产生解调后的差分码元forf=0:19c(f+1)=fix(Vs(f*200+50)+0.2)endd=randint(1,21,2);%定义差分译码后的码元forl=1:21%得到差分译码后的码元if(l==1)if(s(1)==0)d(1)=0;elsed(1)=1;endelseif(c(l)==c(l-1))d(l)=0;elsed(l)=1;endendy=d(ceil(k*t+0.01));subplot(313);plot(t,y);axis([010e-4-0.21.2]);title('码反变换输出');%基带信号与解调后的信号对比subplot(312)plot(t,m);axis([010e-4-0.21.2]);title('原始基带信号');%误码率与信噪比关系figure(5)gridoninitial_snr=0;final_snr=16;%snr信噪比snr_step=0.25;snr_in_dB=initial_snr:snr_step:final_snr;fori=1:length(snr_in_dB)snr=10^(snr_in_dB(i)/10);%将信噪比单位dB转化一下Pe(i)=erfc(sqrt(snr));%2dpSK相干解调endsemilogy(snr_in_dB,Pe);%信噪比取对数，单位变为dBtitle('误码率与信噪比的关系')ylabel('误码率')xlabel('输入信噪比')grid;2.仿真截图:四．心得体会通过这次课程设计我更加系统的了解了理论知识，将在课本上学到的原理学以致用，掌握了2DPSK调制解调的工作原理及2DPSK调制解调系统的工作过程，学会了使用仿真软件Matlab，并学会通过应用软件仿真来实现某些通信系统的设计，对以后的学习和工作都起到了很大的作用，加强了动手能力和解决实际问题的能力。通过这次课程设计还让我知道了，平时所学的知识如果不加以实践的话等于纸上谈兵。课程设计主要是理论知识的延伸，它的目的主要是要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意识。还能从设计中检验所学的理论知识到底有多少，巩固我们已经学会的，扩充所遗漏的新知识，把这门课学的扎实，将在学校学到的知识转化为可以使用的实际技能。当然在做课程设计的过程中总会出现各种问题，在这种情况下必须努力寻求最佳路径解决问题，无形间提高了动手、动脑的能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。总的来说，这次课程设计让我们收获颇多，不仅让我们更深一步理解书本的知识，提高我们分析问题和解决问题的能力，而且让我们体会到团队的重要性。也非常感谢老师的和同学们对我的帮助。