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2DPSK信号调制解调的matlab设计和仿真


2DPSK 调制与解调系统的仿真

摘 要

设计了差分编码移相键控(2DPSK)调制解调系统的工作流程图,并利用 Matlab 软件对该系统的动态进行了模

拟仿真。利用仿真的结果,从基带信号的波形图可以衡量数字信号的传输质量;由系统的输入和输出波形图可以看出, 仿真实验良好 。2DPSK 调制解调系统的仿真设计,为以后进一步研究基于 Matlab 的通信实验仿真系统奠定了坚实的 基础。 关键词 调制解调 ; 差分移相编码 ; 仿真设计

1、 2DPSK 基本原理 1.1 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 1.1 2DPSK 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:

1011011101

DPSK 信号相位:0 ???????????????????????????? 或:???????????????????????????????? 1.2 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。

s(t)

码变换

相乘

eo(t)

载波

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

1.3 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。 1.3.1 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
1

得到了基带信号。它的原理框图如图 1.3.1 所示。 2DPSK 带通滤波器 相乘器 低通滤波器 抽样判决器

延迟 T

图 1.3.1 极性比较解调原理图 1.3.2 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。

2DPSK

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

图 1.3.2 差分相干解调原理图

2、建立模型 2.1 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: a 微分整流 b 脉冲展宽 c

逆码变换器 (a)原理方框图 2.2 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

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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。 2.3 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。 Matlab 中抽样判决 在 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 2.4 系统结构图

图 2.4.1

系统结构图

3

2.4.2

2DPSK调制与解调总原理框图

图 2.4.2 2DPSK调制与解调总原理框图

3、仿真 3.1 仿真程序 %- 2DPSK 调制与解调 %--------------------------------------------------%>>>>>>>>>>>>>>>>>>Initial_Part>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> %--------------------------------------------------function y=dpsk2() fs = 30000; Time_Hold_On = 0.1; Num_Unit = fs * Time_Hold_On; High_Level = ones ( 1, Num_Unit ); Low_Level = zeros ( 1, Num_Unit ); w = 300; A = 1; %--------------------------------------------------%>>>>>>>>>>>>>>>>>>Initial_The_Signal>>>>>>>>>>>>>>> %--------------------------------------------------Sign_Set = [0,1,1,0,1,0,0,1] Lenth_Of_Sign = length ( Sign_Set ); st = zeros ( 1, Num_Unit * Lenth_Of_Sign ); sign_orign = zeros ( 1, Num_Unit * Lenth_Of_Sign ); sign_result = zeros ( 1, Num_Unit * Lenth_Of_Sign ); t = 0 : 1/fs : Time_Hold_On * Lenth_Of_Sign - 1/fs; %--------------------------------------------------%>>>>>>>>>>>Generate_The_Original_Signal>>>>>>>>>>>> %--------------------------------------------------for I = 1 : Lenth_Of_Sign
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if Sign_Set(I) == 1 sign_orign( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = High_Level; else sign_orign( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = Low_Level; end end %--------------------------------------------------%>>>>>>>>>>>>>>>>>>Modulation_Part>>>>>>>>>>>>>>>>>> %--------------------------------------------------for I = 1 : Lenth_Of_Sign if Sign_Set(I) == 1 st( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = A * cos ( 2 * pi * w * t( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit ) + ( pi / 2 ) ); else st( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = A * cos ( 2 * pi * w * t( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit ) ); end end figure subplot ( 2, 1, 1 ) plot(t, sign_orign); axis( [ 0 , Time_Hold_On *( Lenth_Of_Sign + 1), - (A / 2), A + (A / 2) ] ); title ( '原始信号' ); grid subplot ( 2, 1, 2 ); plot ( t, st ); axis( [ 0 , Time_Hold_On *( Lenth_Of_Sign + 1), - 3*(A / 2), 3*(A / 2) ] ); title ( '调制后的信号' ); grid %--------------------------------------------------%>>>>>>>>>>>>>>>>>>相乘>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> %--------------------------------------------------dt = st .* cos ( 2 * pi * w * t ); figure subplot(2,1,1) plot ( t, dt ); axis( [ 0 , Time_Hold_On *( Lenth_Of_Sign + 1), - 3*(A / 2), 3*(A / 2) ] ); title ( '相乘后的波形' ); grid

5

%--------------------------------------------------%>>>>>>>>>>>>>>>>>>>低通滤波部分>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> %--------------------------------------------------[N,Wn] = buttord( 2*pi*50, 2*pi*150,3,25,'s'); %临界频率采用角频率表示 [b,a]=butter(N,Wn,'s'); [bz,az]=impinvar(b,a,fs); %映射为数字的 dt = filter(bz,az,dt); subplot(2,1,2) plot ( t, dt ); axis( [ 0 , Time_Hold_On *( Lenth_Of_Sign + 1), - 3*(A / 2), 3*(A / 2) ] ); title ( '低通滤波后的波形' ); grid %--------------------------------------------------%>>>>>>>>>>>>>抽样判决 & 逆码变换部分>>>>>>>>>>>>>>> %--------------------------------------------------for I = 1 : Lenth_Of_Sign if dt((2*I-1)*Num_Unit/2) < 0.25 sign_result( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = High_Level; else sign_result( (I-1)*Num_Unit + 1 : I*Num_Unit) = Low_Level; end end figure plot ( t, sign_result ); axis( [ 0 , Time_Hold_On *( Lenth_Of_Sign + 1), - 3*(A / 2), 3*(A / 2) ] ); title ( '逆码变换后的波形' ); grid

3.2.1 2DPSK 模拟调制和差分相干解调法仿真图

6

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图 3.4.2 2DPSK 模拟调制和差分相干解调法仿真图

4、调试过程及结论 4.1 差分相干法 2DPSK 信号经相关模块调试后的波形图如下:

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调制过后加入高斯白噪声,连接到带通滤波器,去除调制信号以外的在信道中混入的噪声,再 连接到相乘器。此相乘器是一路延时一个码元时间后与另一路信号相乘。作用是去除调制信号中的 载波成分。 信号经过低通滤波器后,去除高频成分,得到包含基带信号的低频信号。经过抽样判决,便还原成 原始信号。

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5、心得体会 本次课程设计在刚开始的过程中无从下手,手忙脚乱,时间又紧,最终决定用软件仿真来实现 2DPSK 调制解调的设计。 通过这次课程设计我们能够比较系统的了解理论知识,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一定的作用,加强了动手能力和学业技能。 通过这次课程设计还让我们知道了,我们平时所学的知识如果不加以实践的话等于纸上谈兵。 课程设计主要是我们理论知识的延伸,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。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少,巩 固我们已经学会的,不断学习我们所遗漏的新知识,把这门课学的扎实。 当然在做课程设计的过程中总会出现各种问题,在这种情况下我们都会努力寻求最佳路径解决 问题,无形间提高了我们的动手,动脑能力,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。

The design and simulation of 2DPSK modulation system
Abstract The simulation design of the overall structure and the sub-modules of a 2DPSK communication system are

finished according to the principle of binary differential phase-shift keying (2DPSK) by using MATLAB. The analysis of the input and output waveforms indicate that the system worked at optimal frequency. In this paper,the simulation and analysis of the 2DPSK communication system provide basis for the implementation of future full-digital short-distance communication system. Key words modulation and demodulation ; binary differential phase-shift keying (2DPSK); simulation design

6、参考文献
[1] 樊昌信,张甫翊,徐炳祥,吴成柯.通信原理(第 5 版) ,国防工业大学出版社,2001 [2] 杜武林,高频电路原理与分析[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.13-15 [3] 姚俊,SIMULINK 建模与仿真[ M ],西安电子科技大学出版社 ,2001. [4] 邓华,MA TL AB 通信仿真及应用实例详解出 [ M ],人民邮电出版社 [5] 李建新,现代通信系统分析与仿真 MATLAB 通信工具箱[ M ],西安电子科技大学出版社 ,2002.

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