1、2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第3頁2DPSKM制與解調系統的MATLA實現及性能分析學生姓名：指導老師：摘要：MATLAB集成環境下的Simulink仿真平臺,設計一個2DPSK調制與解調系統. 用示波器觀察調制前后的信號波形；用頻譜分析模塊觀察調制前后信號頻譜的變化；加 上各種噪聲源，用誤碼測試模塊測量誤碼率；最后根據運行結果和波形來分析該系統性 能。關鍵詞：TLAB ； Simulink ; 2DPSK;相干解調1引言本課程設計主要是學會 MATLAB的運用，在MATLAB集成環境下的Simulink仿 真平臺下，實現DPSK與SSB復合調制與解調通信系

2、統，且對其進行性能分析。用示 波器對調制前與解調后的波形進行比較，并加入頻譜分析模塊，分析調制前后信號頻譜 的變化，再分別加入高斯噪聲、瑞利噪聲、萊斯噪聲，并分析系統接受信號的性能。1.1課程設計目的通過本課程的學習我們不僅能加深理解和鞏固理論課上所學的有關DPCM編碼和解碼的基本概念、基本理論和基本方法，而且能鍛煉我們分析問題和解決問題的能力； 同時對我們進行良好的獨立工作習慣和科學素質的培養，為今后參加科學工作打下良好的基礎。1.2課程設計內容利用MATLAB!成環境下的Simulink仿真平臺,設計一個2DPSI調制與解調系統.用 示波器觀察調制前后的信號波形；用頻譜分析模塊觀察調制前后

3、信號頻譜的變化；加上 各種噪聲源，用誤碼測試模塊測量誤碼率；最后根據運行結果和波形來分析該系統性能。2基本原理2. 1 2DPSK調制與解調二進制差分相移鍵控常簡稱為二相相對調相，記為2DPSK。它不是利用載波相位的絕對數值傳送數字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數字信息。所謂相對 載波相位是只本碼元初相與前一碼元初相之差。1調制2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對載波相位值去表示數字信息的一種方 式。例如，假設相位值用相位偏移 ©表示（厶©定義為本碼兀初相與前一碼兀初相只 差），并設 © = n 數字信息1（絕對碼）0 © =0數字信息0則

4、數字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關系可舉例表示如如下:數字信息：0 0 1 1 1 0 0 1 0 12DPSK信號相位：000 n 0 nnn 00 n或nnn 0 n 000 n n 0畫出的2PSK及DPSK信號的波形如圖2-1所示。數信總2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖2-1 2PSK及2DPSK信號的波形2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第4頁2DPSK的產生基本類似于2PSK,只是調制信號需要經過碼型變換，將絕對碼變為 相對碼。2DPSK

5、產生的原理框圖如圖2-2所示，圖（a）為模擬調制法，圖（b）為鍵 控法。2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第8頁（a）模擬調制法（b）鍵控法圖2-2 2DPSK信號的調制原理圖從上面分析可見，無論接收信號是 2DPSK還是2PSK信號，單從接收端看是區分 不開的。因此2DPSK信號的功率譜密度和2PSK信號的功率譜密度是完全一樣的。2解調2DPSK信號可以采用相干解調法（極性比較法）和差分相干解調法（相位比較法） 本課程設計采用相干解調法，圖2-3為相干解調法，解調器原理圖和解調過程各點時間 波形如圖2-3（a）和（b）所示。其解調原理是：先對2DPSK信號進行相

6、干解調，恢 復出相對碼，再通過碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復出發送的二進制數字信息。在 解調過程中，若相干載波產生1800相位模糊，解調出的相對碼將產生倒置現象，但是 經過碼反變換器后，輸出的絕對碼不會發生任何倒置現象，從而解決了載波相位模糊的 問題。本地載波(a)-/wwww -Q Oi jo】 1(b)圖2-3 2DPSK的相干解調3系統設計3. 1 2DPSK調制與解調1 2DPSK制與解調電路如圖3-1所示圖3-1 2DPSKS制與解調電路圖2 2DPSK制部分2DPSK的調制采用模擬調制法。調制電路的主要模塊是碼型變換模塊，它主要是 完成絕對碼波形轉換為相對碼波形，在實際的仿真中要

7、先經過差分編碼，再進行極性雙 變換，得到的信號與載波一起通過相乘器，就完成了調制過程。其中要注意的是在進行 差分編碼之后再進行極性變換之前要有一個數據類型轉換的單元，前后數據類型一致才不會出錯。在DPSK調制中，載波頻率應比基帶信號的頻率大，故將載波的頻率參數設置為2000*pi，抽樣時間為0,其參數圖如圖3-2所示。將基帶信號的抽樣時間改成.001，其 參數圖如圖3-3所示。圖3-2載波參數設置圖3-3基帶信號參數設置在單極性到雙極性變換中，M-ary number設置為2,極性為positive，如圖3-4所示。圖3-4 Unipolar to Bipolar Converter 參數設置

8、乘法器參數設置如圖3-5所示己 Block Parapet ers: Product 1ProductKnitiplr or divide inputs. Choosg el emenfwi se or riz product and specify oxie of the fol Iodine:a) * or / for each iiput porl: (e. e< / */*)b) scalar srecifies the number of inrut Dorts to b multipliedScalar valu電 of ' 1' for elementms電

9、 product causes all elemeMs of a siGEl電 input v電ctor to be multipii電dLIf / is speci fled with matriz product comDut e the inverse of th* coTresBondinE input.恥i誠Signal data typesre-ii-iniHi-ir#Hu/nbfii of inpui s:I-1pply圖3-5乘法器參數設置碼變換部分參數設置如圖3-6、3-7、3-8所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁2DPSK調制與解調系

10、統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖 3-6 Logical Operator 參數設置2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第10頁圖3-7 Unit Delay參數設置圖 3-8 Data Type Con version 參數設置3、 2DPSK 解調仿真中我們采用相干解調法進行 2DPSK解調，解調電路中有帶通濾波器、相乘器、 低通濾波器、抽樣判決器及碼反變換組成。2DPSK相干解調原理是：對2DPSK信號進行相干解調，恢復出相對碼，再通過碼反變換為絕對碼，從而恢復出發送的二進制數字 信息。載波的參數設置同2DPSK調制的載波參數設置一致，可見圖

11、3-2o帶通濾波器參數 設置如圖3-9所示。低通濾波器參數設置如圖 3-10所示。抽樣判決器的參數設置如圖 3-11所示，已 Block Parameters； Analog Filter DesignlAnaloc Filter Dezitnlinkcn one of several standard analcE fi11rsj implemented in statspace form.Faramst erEDei enmethod:Bui t er'worthFiltertr»e:BandpassFilter order;|sLower passband edce f

12、teuencr (irads/sc):*piIfppei passba.n.dft覽qu總it亡y (rads/sec):4000+pi2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁CancelHelpApply2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-9帶通濾波器參數設置2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-10 低通濾波器 參數設置2DPSK調制與解調系統的

13、 MATLAB實現及性能分析共24頁 第11頁2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-11抽樣判決器參數設置2DPSK解調電路仿真波形如圖3-12所示圖3-12 2DPSK解調電路仿真波形誤碼率模塊參數設置如圖3-13所示:2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第12頁圖3-13誤碼率計算模塊設置-0 0010011009Display圖3-14誤碼顯示模塊由圖3-14得 誤碼率為0.0013.2 2DPSK調制電路頻譜分析調制頻譜分析電路圖如圖3-15所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第13頁Si

14、neBeiroulliBinaiyBernoulli Bin aryC?«nerjtDi;尸 lOUUdnProd uctUnlpolJi to Bipal-ir Crrwe*!*!An dl pg Filiei E>eignUnlpQlji W Bipolar CtnwedeiAnilagZAED>Ord4 IHold2> Nl-DFFTSlpednimScopt2Ze rcOid ef HoldZete-OrdeiHcbldlFiilttrB-FFTdo ubl«Unil Dblaj/LoglulSptetHjm3<P*a1bjata T-yp&

15、#171; Canv«isiDnSpiaMnjmi2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-15調制頻譜分析電路圖將頻譜分析模塊加入電路中，兩個模塊Zero-Order Hold、Spectrum Scope參數設置分別如圖3-16、3-17所示。2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖 3-16 Zero-Order Hold 參數設置2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現

16、及性能分析共24頁 第14頁n Block parameters: Spectrum ScopeI ? | X2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第15頁O'ximp 広 Pn-Ew圖 3-17 Spectrum Scope參數設置將頻譜分析模塊加入到基帶信號處，其頻譜如圖3-18所示，加入到經DPSK調制后的信號處，其頻譜如圖3-19所示。J f£t 1/SpcctrtiM Scopetile 扮1 電& Lhannels jLimtUw2010Q-102U-1DO -

17、BQ -EO -AO -2020060 BO 10Ql-rame: 5Frequency (Hz)圖3-18基帶信號頻譜分析圖2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第16頁H20-30-40-50-mp -apnlE6E乏E) fftl/Spectru» ScopelEileC.h：=LrLTLHlE Itindow Help2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁-100-80-60-40-20020406080100Frame: 6Frequency (Hz)圖3-佃 PSK調制電路輸出端頻譜分析圖3.3 2DPSK解調電路

18、頻譜分析解調頻譜分析電路圖如圖3-20所示E七口回岡Eile Edit Eitft Sinuiltk on Firn at IoaLs Help q s| 冋阪a三|里自囤荻. p用ns發B儷刖IIIBinaryBernoulli Binarv' iah«rjl4rUnl|p«ldFl4BipolarConwederUni pel j rid Bipelar Con¥&iit«rX*PMductl1Amjiafi FIHei DanHIbutiftrXScjIji-FrcuJud:AndlogiquantizerFi加 DeiiqnSJn

19、ipl«dujnilizei EmoQllfiit D 電L 叫 ic-jl Opeutoidoubl a> I血I&-FF7Ditj Typt ConversionSpc drum>EBFFTScFOpal圖3-20解調頻譜分析電路圖將頻譜分析模塊（其參數設置同調制電路相同）加入到解調電路輸入端，其頻譜如2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第17頁圖3-22所示，加入到經2DPSK解調后的信號處，其頻譜如圖 3-23所示fft2/SpeetruM Scope-100£0-60-40-2002040 GO B0 100Zile

20、 3 已呂 diaxuLel s Window Helpmp -mprL-&EW圖3-22 2DPSK解調信號頻譜分析圖2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁-1D0-80-60-40-20020406080100Frame: 6Frequency (Hz)201 001020- -3040- CQP -mpnl-UEiE 疋尸rame: 6尸requency Hz圖3-21解調電路輸入端頻譜分析圖E” fft2/SpectruM Scopel匚叵區Eile 應電 s Chattels indov Help，圖3-22 2DPSK解調信號頻譜分析圖2DP

21、SK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-22 2DPSK解調信號頻譜分析圖2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁3.4加有噪聲源的調制解調電路圖3-22 2DPSK解調信號頻譜分析圖2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第18頁在調制與解調電路間加上噪聲源，模擬信號在不同信道中的傳輸： a用高斯白噪聲 模擬有線信道，b用瑞利噪聲模擬有直射分量的無線信道，c用萊斯噪聲模擬無直射分 量的無線信道。a信道中加入高斯噪聲電路圖如圖 3-23所示PicduriloPjadurfquAiiuEniXOR4 doubhT

22、ype ConveislonUmpaljr ba BipljrAnalog Fin«r DesignEm?r AjuCjkulAtionUmpolji m Bipdl 匚 «nat4iiBernoulli Binary tntijlor. jiBinaryDE* Tpa CiOFiManjan 1< r_,Filter C«pn1-ivraijn(uanttEe-i E nc4>l r空宜単? Mi世業訕如叩oXnXOft _>1加入高斯噪聲后的仿真波形如圖3-25所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁加入高斯

23、噪聲后的仿真波形如圖3-25所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁0 00100a I99P|圖3-23加入高斯噪聲后的2DPSK調制解調電路高斯噪聲發生器參數設置如圖3-24所示加入高斯噪聲后的仿真波形如圖3-25所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁加入高斯噪聲后的仿真波形如圖3-25所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第19頁圖3-24高斯噪聲發生器參數設置加入高斯噪聲后的仿真波形如圖3-25所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第20頁圖3-25加入高斯

24、噪聲后的2DPSK仿真波形* rror Rate 卜（ajculatiorError RataCalculation0.0810S31OQO-圖3-26高斯噪聲解調誤碼率由圖3-26得誤碼率為0.08根據上面波形可知高斯噪聲對信道產生了一定的影響，小部分產生了譯碼錯誤b信道中加入瑞利噪聲電路圖如圖3-27所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第21頁圖3-28瑞利噪聲發生器參數設置加入瑞利噪聲后的仿真波形如圖3-29所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-28瑞利噪聲發生器參數設置加入瑞利噪聲后的仿真波形如圖3-29所示2D

25、PSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-28瑞利噪聲發生器參數設置加入瑞利噪聲后的仿真波形如圖3-29所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-27加瑞利噪聲的調制解調仿真電路圖瑞利噪聲發生器參數設置如圖3-28所示Si Eina :F圖3-28瑞利噪聲發生器參數設置加入瑞利噪聲后的仿真波形如圖3-29所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁Initial seed;圖3-28瑞利噪聲發生器參數設置加入瑞利噪聲后的仿真波形如圖3-29所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析

26、共24頁 第#頁g 業:電：|o. QQ01F rafn eba. sed out put £es per fInferpret vector pram«ters as 1_D圖3-28瑞利噪聲發生器參數設置加入瑞利噪聲后的仿真波形如圖3-29所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-28瑞利噪聲發生器參數設置加入瑞利噪聲后的仿真波形如圖3-29所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁QKCancelAply圖3-28瑞利噪聲發生器參數設置加入瑞利噪聲后的仿真波形如圖3-29所示2DPSK調制與解調系統

27、的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第22頁c信道中加入萊斯噪聲的電路圖如圖3-31所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁c信道中加入萊斯噪聲的電路圖如圖3-31所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁c信道中加入萊斯噪聲的電路圖如圖3-31所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-29加入瑞利噪聲后的2DPSK仿真波形6rroferror Rate(alculdtior Rate(alculdtioError R atedeflationE rror R ntedeflationc

28、信道中加入萊斯噪聲的電路圖如圖3-31所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁c信道中加入萊斯噪聲的電路圖如圖3-31所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-30瑞利噪聲解調誤碼率由圖3-30得誤碼率為0.02根據上面波形可知瑞利噪聲對信道產生了一定的影響，小部分產生了譯碼錯誤c信道中加入萊斯噪聲的電路圖如圖3-31所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第23頁BinaryBfinauih BmjiryU>nlp4lji toC&nueJierPrailuctlFrodurtJ

29、 nlpljr 1a Bip>?l!ii 匚曲用iUrScji ar qujnlizArAnjlag FiH)efl C'ch anduller:J*- 11AmanflAn«lqigiFitlAi DarignlC ujllZAr Enzd 卜圖3-32萊斯噪聲發生器參數設置加入萊斯噪聲后的仿真波形如圖3-33所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁旦怛dH H日id&$-tn«rjlorXORtinrt Cthy* doubleXORdcubls Unit DeiifrllE lldi F：Jt4tlouljrii

30、a LogictflOp&rJlorDjIj Typ*Logiiaa 口巾 T>ps ConvAHflch'1 C pAatoiil0Q?3P?|圖3-32萊斯噪聲發生器參數設置加入萊斯噪聲后的仿真波形如圖3-33所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-32萊斯噪聲發生器參數設置加入萊斯噪聲后的仿真波形如圖3-33所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-31加萊斯噪聲的調制解調仿真電路圖萊斯噪聲發生器參數設置如圖3-32所示圖3-32萊斯噪聲發生器參數設置加入萊斯噪聲后的仿真波形如圖3-33所

31、示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-32萊斯噪聲發生器參數設置加入萊斯噪聲后的仿真波形如圖3-33所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第24頁0KApply圖3-32萊斯噪聲發生器參數設置加入萊斯噪聲后的仿真波形如圖3-33所示2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第25頁2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁圖3-33加入萊斯噪聲后的2DPSK仿真波形&rror Rate卡喪181占廿aor RateError RateError RateCalcuDa

32、tjionCalcuDatjion2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第#頁2DPSK調制與解調系統的 MATLAB實現及性能分析共24頁 第26頁圖3-34萊斯噪聲解調誤碼率由圖3-34得誤碼率為0.06根據上面波形可知萊斯噪聲對信道產生了一定的影響，小部分產生了譯碼錯誤由實驗結果可知，信道中加入高斯噪聲，瑞利噪聲，萊斯噪聲后，隨著噪聲幅度的增 加，誤碼率越來越大4仿真電路分析與總結4.1出現的問題（1）示波器的圖像出現不完整。（2）在沒有加入噪聲時解調出現誤碼率4.2解決方法（1）在示波器圖中修改 data history中的limit data points to last參數，將其改大，再運 行simulink，即可從示波器中觀察到準確圖形。（2 ）在沒有加入噪聲時出現誤碼率，是由于誤碼器參數設置錯誤的原因。將基帶信號 與解調信號進行對比，可發現信號經傳輸后有2個單位的延遲，故將誤碼率計算模塊中Receive delay中應設置為2，再次運行simulink，誤碼率顯示模塊中顯示誤碼率為零。在整個電路設計過程中，關鍵是基帶信號與載波頻率的設置及帶通濾波器、低通濾