吴志敏 基于MATLAB的psk调制解调实现 第页 共19页长沙理工大学通信原理课程设计报告 李柳 学 院 计算机与通信工程 专 业 通信工程 班 级 通信1203 学 号 201254080308 学生姓名 李柳 指导教师 吴志敏 课程成绩 完成日期 2015年1 月 4日课程设计成绩评定学 院 计算机与通信工程 专 业 通信工程 班 级 通信1203 学 号 201254080308 学生姓名 李柳 指导教师 吴志敏 课程成绩 完成日期2015年1 月 4日指导教师对学生在课程设计中的评价评分项目优良中及格不及格课程设计中的创造性成果学生掌握课程内容的程度课程设计完成情况课程设计动手能力文字表达学习态度规范要求课程设计论文的质量指导教师对课程设计的评定意见综合成绩 指导教师签字 年 月 日课程设计任务书计算机与通信工程学院 通信工程专业 课程名称通信原理课程设计时间2014/2015学年第一学期1819周学生姓名李柳指导老师吴志敏题 目基于MATLAB的PSK调制解调实现主要内容：利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现PSK的调制解调，并绘制出解调前后的时域和频域波形及叠加噪声时解调前后的时频波形，根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及信道对信号传输的影响。要求：1）熟悉MATLAB中M文件的使用方法，并在掌握PSK调制解调原理的基础上，编写出PSK调制解调程序。2）绘制出PSK信号解调前后在时域和频域中的波形，并观察解调前后频谱有何变化以加深对PSK信号解调原理的理解。3）对信号叠加噪声，并进行解调，绘制出解调前后信号的时频波形，改变噪声功率进行解调，分析噪声对信号传输造成的影响。 4）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。应当提交的文件：（1）课程设计学年论文。（2）课程设计附件。基于MATLAB的PSK调制解调实现 学生姓名：李柳 指导老师：吴志敏摘 要 利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现PSK的调制解调，并绘制出解调前后的时域和频域波形及叠加噪声时解调前后的时频波形，根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及信道对信号传输的影响。 关键词 数字调制解调 分析与仿真 Matlab 1 引 言现代通信的发展趋势为数字化，随着现代通信技术的不断开发，数字调制技术已日趋成熟，在各个领域都得到了广泛的应用和认同。数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的高要求。MATLAB是一种使用简便的、特别适用于科学研究和工程计算的高级语言，与其他计算机语言相比，它的特点是简洁和智能化，具有极高的编程和调试效率。通过使用MATLAB工具箱函数对数字调制进行仿真，更能直观彻底的掌握数字通信，数字调制的原理。有助于我们的学习和研究，加深对知识的理解和运用。1.1课程设计目的要求熟练使用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现PSK的调制解调。通过实现PSK调制解调的课程设计，更加熟练的掌握MATLAB的编程语言，熟练使用条件控制，循环等语句以及函数的调用等关于MATLAB的知识。同时加深对PSK调制与解调的理论知识的理解，增强matlab的软件的使用方面和各种编码解码的能力，对以后其他的软件的使用和其他方式的调制解调能更好的理解等。1.2课程设计要求能够理解并掌握PSK调制解调的原理，能够熟练的利用MATLAB中的M文件编写PSK的调制解调程序并绘制出PSK信号解调前后在时域和频域的波形，观察其频谱的变化；在此基础上对信号进行叠加噪声，绘制出解调前后的时域波形，改变噪声功率进行解调，分析噪声对信号传输的影响。 1.3课程设计步骤 在M文件中编写程序产生数字基带信号，对信号进行数字调制，再已调信号进行解调，绘制调制解调前后信号在时域的波形和频谱 ，然后在已调信号上叠加噪声并解调，改变噪声功率，观察解调前后时域波形，分析噪声对信号传输的影响。（1） 利用正弦信号产生方波，作为基带信号。（2） 基带信号与载波相乘得到PSK信号。（3） 通过带通滤波器，相乘器，低通滤波器的到解调信号。（4） 叠加噪声信号再次进行解调，改变噪声功率再进行解调。（5） 分析对比解调前后的时域波形，解释噪声对信号传输的影响。2 PSK调制解调原理调制和解调的基本原理是利用信号与系统的频域分析和傅里叶变换的基本性质，将信号的频谱进行搬移，使之满足一定需要，从而完成信号的传输或处理。调制与解调又分模拟和数字两种，在现代通信中，调制器的载波信号几乎都是正弦信号，数字基带信号通过调制器改变正弦载波信号的幅度、频率或相位，产生幅度键控（ASK）、相位键控（PSK）、频率键控（FSK）信号，或同时改变正弦载波信号的几个参数，产生复合调制信号。相移键控(PSK)：一种用载波相位表示输入信号信息的调制技术。移相键控分为绝对移相和相对移相两种。以未调载波的相位作为基准的相位调制叫作绝对移相。以二进制调相为例，取码元为“1”时，调制后载波与未调载波同相；取码元为“0”时，调制后载波与未调载波反相；“1”和“0”时调制后载波相位差180。2.1 PSK调制原理PSK信号用载波相位的变化来表征被传输信息的状态，通常规定0相位载波和相位载波分别表示传“1”和传“0”。设二进制单极性码为an,其对应的双极性二进制码为bn,则2PSK信号的一般时域信号可以表示为： S2psk（t）= bn g(t-nTs)cosct式中 bn=-1（当an=0时，概率为P） bn=1（当an=1时，概率为1-P）则时域信号可以变为: S2psk（t）= g(t-nTs)cos（ct+）， 当an=0时 S2psk（t）= g(t-nTs)cos（ct+0） 当an=1时由此可知2PSK信号是一种双边带信号，功率谱为：P2PSK（）= s=P（1-P）|G（+ s）|2+|G（- s）|2 + s2（1-P）2|G（0）|2(+ s)+ (- s)2PSK信号的带宽为B2PSK=（c+Rs）-（c-Rs）= 2Rs 式中Rs为码元速率。码变换相乘S（t）载波eo（t）双极性不归零2PSK的调制方框图 图2.12.2 PSK解调原理 2PSK信号的解调通常采用相干解调法，其原理框图如下：定时脉冲带通滤波器低通滤波器抽样判决器输出 图 2.2相干解调也叫同步检波，它适用于所有线性调制信号的解调。实现相干解调的关键是接收端要恢复出一个与调制载波严格同步的相干载波。相干解调是指利用乘法器，输入一路与载频相干（同频同相）的参考信号与载频相乘。 3 仿真实现过程3.1 PSK信号的产生利用正弦波产生基带数字信号（双极性），再与载波信号直接相乘的方法。x = cos(wfc_t); x(x0)=1; x(x0)=-1; 利用正弦波产生双极性基带数字信号；car=sin(2*pi*fc*t); 载波 ； psk=x.*car; 载波与基带信号相乘进行载波调制；如图3.1为基带信号与已调制信号。 图3.13.2 PSK解调实现 （1）构建带通滤波器，将已调信号通过带通滤波器得到滤波信号。Hz=0.135*(z+1).*(z-1)./(z.2-(p); 利用此系统响应函数构建带通滤波器。faskn=filter(b,a,ask); 利用filter函数得到滤波信号；（2）将通过带通滤波器的信号与载波信号相乘。可以用一下程序语句进行操作，从而实现乘法器的功能。cm=faskn.*car; 解调 （3）将经过乘法器的信号通过低通滤波器进行滤波。p=0.72; gain1=0.14;%gain=(1-p)/2 Hz1=gain1*(z+1)./(z-(p); 利用此系统响应函数构建低通滤波器。so=filter(b1,a1,cm); 利用filter函数得到滤波信号； （4）设置判决电平，设置为最佳判决电平0，将信号通过判决器得到解调输出信号。下图是未叠加噪声的调制解调图形： 图3.2 对比基带信号，已调信号，解调输出信号，参考通信原理教程，已调信号的带宽等于2倍的基带信号带宽（即fbw=2fm），由得出的各个信号的时域波形可知满足要求，对比基带信号和解调输出信号的频谱图可以看出，两者都出现两个边带的频谱。 图3.3分析：由上图可知基带信号与解调信号基本相同，并未出现失真，只是存在一定延时。说明相干解调的方法能实现PSK信号的解调无失真输出。3.3叠加噪声的PSK解调在实际的信号传输过程中，系统外部干扰以电磁波或经电源串进系统内部而引起噪声。如电气设备，天体放电现象等引起的噪声。同时由光和电的基本性质所引起的噪声，电器的机械运动产生的噪声，器材材料本身引起的噪声，系统内部设备电路也能引起噪声。这些噪声有些是不可避免的，所以我们在研究信号的传输是一定要叠加上噪声，这样才有实际意义。下面是对叠加上大信噪比和小信噪比之后的信号的调制与解调做分析。 信号叠加上大信噪比的噪声之后，信号在幅度上有微弱变化，在经过带通滤波器之后，与上图为叠加噪声的对比可以发现，几乎已经一样，在通过乘法器和低通滤波器之后仍能恢复出原基带信号。叠加小噪声之后的图形： 图3.4叠加上大信噪比的噪声之后，由于叠加的上的噪声信号由randn(size(t)函数产生，是完全随机的信号，叠到已调信号上会把信号的波形完全打乱。如图3.5噪声信号和加噪声之后的已调信号：