数字通信系统课程设计数字通信系统的设计与实现精品Word下载.docx
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2.12DPSK信号的原理
2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，载波相邻两码元的相位差定义为
（2-1）
、
分别表示第n及n-1个码元的载波初相。
通常表示数字信息“0”，
通常表示数字信息“1”。
2.22DPSK信号的调制原理
2DPSK信号有两种调制方法，分别是模拟调制法和键控法。
2.2.12DPSK调制
2DPSK的基本原理和2ASK是一样的，只是把输入的数字信息进行码变换，
等于调制信号
码变换后的信号
乘以载波信号
。
所以
的数学表达式为
（2-2）
根据功率谱公式可以算出
的功率谱，用
来表示。
根据频移定理得到
信号的功率谱
（2-3）
其中，
为双极性全占空矩形脉冲序列
的功率谱。
2.2.2模拟调制法
模拟调制法如图2-1所示，其中码变换过程为将绝对码变换为相对吗；
码型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型；
乘法器过程是将双极性不归零信号与载波相乘得到2DPSK信号。
图2-1模拟调制法
2.2.3键控法
键控法如图2-2所示，其中差分变换功能同图1的码变换；
选项开关的作用是输入“0”时接相位0，输入“1”时接相位π。
图2-2键控法
2.32DPSK信号的解调原理
2DPSK信号最常用的解调方法有两种，一种是极性比较法（相干解调法），另一种是相位比较法（非相干解调法）。
2.3.12DPSK解调
当采用2PSK解调时，设调制采用“1”变“0”不变规则。
当发送端“1”时，收到的
信号为
（2-4）
带通滤波器的输出是信号加窄带噪声
（2-5）
上式与相干载波
相乘，得
（2-6）
式（2-6）所示信号经低通滤波器后得
（2-7）
显然，
的瞬时值是均值为-1、方差为
的高斯随机变量。
所以，
的取样值的概率密度函数为
（2-8）
同理，发端发“0”时，收到的2PSK信号为
（2-9）
（2-10）
（2-11）
式（2-11）所示信号经低通滤波器后得
（2-12）
的瞬时值是均值为1、方差为
（2-13）
当“1”、“0”等概率时，最佳判决门限为0。
发“1”错判成“0”的概率为
（2-14）
根据
得解调器平均误码率为
（2-15）
式中，
2PSK的反向工作问题：
二分频电路恢复的载波有时与发光载波相同，有时反相。
当本地载波反相，变为
时，则相乘器以后的输出波形都和载波同频同相时的情况相反，判决器输出的数字信号全错，与发送数码完全相反，这种情况称为反向工作。
2DPSK只是解决了2PSK的反向工作问题，但是在2DPSK差分码中有一个出错时会引起两个相邻码元错误。
所以2DPSK误码率为2PSK误码率的两倍
（2-16）
2.3.2极性比较法
解调原理：
对2DPSK信号进行相干解调，恢复出想相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。
图2-3极性比较法解调
2.3.3相位比较法
对接收到的2DPSK信号延时一个码元间隔
，然后与2DPSK信号本身相乘，相乘结果反映了前后码元的相位差，经过低通滤波器后再抽样判决，可直接恢复出原始数字信息。
图2-4相位比较法解调
第3章2DPSK系统模块设计仿真
3.1模拟调制法和极性比较法构成的2DPSK系统
如图3-1所示。
图3-1模拟调制和极性比较法构成的2DPSK系统
3.2模拟调制法和相位比较法构成的2DPSK系统
如图3-2所示。
图3-2模拟调制和相位比较法构成的2DPSK系统
3.3键控法和相位比较法构成的2DPSK系统
如图3-3所示。
图3-3键控法和相位比较法构成的2DPSK系统
3.4模拟调制法和极性比较法模块分析
3.4.1模拟调制法模块
如图3-4所示。
图3-4模拟调制法调制模块
模块功能说明：
通过伯努利二进制发生器模块（BernoulliBinaryGenerator）产生二进制序列模拟数字基带信号，然后使用DifferentialEncoder模块对该基带信号进行差分编码，UnipolartoBipolar模块将前面所得的单极性差分码转换成双极性差分码，之后使用相乘模块（Product）把双极性差分码与SineWave模块产生的载波信号相乘，输出即是2DPSK调整信号。
参数设置（没提及的都默认）：
伯努利二进制发生器模块（BernoulliBinaryGenerator）-抽样时间Sampletime:
0.001
DifferentialEncoder模块-M-arrynumber:
2
SineWave模块-Ferquency:
3000*pi
3.4.2键控法调制模块
如图3-5所示。
图3-5键控法调制模型模块
模块功能：
通过伯努利二进制发生器模块（BernoulliBinaryGenerator）产生二进制序列模拟数字基带信号，TransportDelay模块对SineWave模块产生的正弦波延时半个周期，相当于将正弦波反相，Switch模块为一个逻辑开关，通过接受DifferentialEncoder输出的单极性差分码的控制，以决定接受正弦波或反相正弦波，完成2PSK调制，综合整个过程，最后输出所需要的2DPSK调制信号。
TransportDelay模块-Timedelay:
1/3
3.4.3模拟信道模块
如图3-6所示。
图3-6模拟信道模型
通过对2DPSK调制信号输出加入一个Gaussian噪声信号，可以来模拟信号在信道中的传输过程，通过加法器模块加入Gaussian噪声信号。
3.4.4极性比较法模块
如图3-7所示。
图3-7极性比较法解调模块
AnalogFilterDesign模块设计为一个带通滤波器，接受信道输出的信号，基本滤去与所需信号不相关的杂波信号，然后通过相乘器Product将带通输出的信号与调制时所用的正弦波信号进行相乘，是信号波形产生变化，并进行频谱搬移，所得的信号含高频和低频部分，再经过AnalogFilterDesign模块设计的低通滤波器，将高频信号过滤，同时达到对波形整形的目的。
PulseGenerator,TriggeredSubsystem和Relay三个模块构成抽样判决器，对低通输出的信号进行抽样判决，还原出差分变换得到的相对码，最后通过由LogicalOperator和UnitDelay模块构成的逆差分变换模块组，将判决出的相对码变换出和基带信号相同的绝对码。
DataTypeConversion为一功能模块，作用是对模块输出的数字类型进行转换，使变换成Simulink仿真时能识别的double类型。
AnglogFilterDesign带通模块-Filtertype:
BandpassLower:
8*piUpper:
8000*pi
AnglogFilterDesign低通模块-Filtertype:
LowpassPassban:
PulseGenerator模块-Period：
0.001Pulse:
5
LogicalOperator模块-Simpletime:
UnitDelay模块-simpletime:
DataTypeConversion模块-Outputdatatype:
double
3.4.5相位比较法模块
AnalogFilterDesign模块设计为一个带通滤波器，接受信道输出的信号，基本滤去与所需信号不相关的杂波信号，TransportDelay模块的作用是对带通输出的信号进行延时一个周期，得到差分波形，然后与延时前的波形相乘，形成差分相干过程，之后通过低通和进行抽样判决器，将高频信号过滤，同时达到对波形整形的目的。
PulseGenerator,TriggeredSubsystem和Relay三个模块构成抽样判决器。
通过相位比较法抽样判决出的码型即为绝对码，无需进行码反变换过程。
如图3-8所示。
图3-8相位比较法解调模块
3.4.6误码率模块
如图3-9所示。
图3-9误码率模块
Zero-Order-Hold模块对采样时间进行零阶保持，对输入进行固定频率取样，输出离散信号。
Error-RateCalculation是误码率计算模块，计算的误码率显示在Display模块上。
3.4.7延时器和观测模块
如图3-10所示。
图3-10延迟器和观测模块
UnitDelay为延迟器模块，Scope2为示波器模块，PowerSpectralDensity模块用来观测信号功率在频谱上的分布。
3.4.8眼图模块
如图3-11所示。
图3-11眼图模块
输出代观测点信号的眼图
参数设置：
由最佳观测条件决定，在调试中设置。
3.5模块调试
3.5.1模拟调制法极性调解法仿真
图3-12调制过程波形
图3-13传输解调过程波形
图3-14解调过程波形
图3-15输入输出波形比较
图3-16调制过程功率谱变化
图3-17解调过程功率谱变化
图3-18没失真眼图
图3-19有失真眼图
3.5.2模拟调制法极性调解法仿真分析
图3-12波形表示基带信号经过差分编码再经过极性变换然后与载波相乘得到2DPSK信号。
图3-13波形表示2DPSK信号经过信道再经过带通滤波器然后与载波相乘得到相乘后的信号。
图3-14波形表示相乘后的信号经低通滤波器经过判决器后得到解调差分信号再得到解调输出信号。
图3-15波形是基带信号和系统输出信号的对比，考虑到有延时情况，从波形可以看出系统解调
出了原基带信号，所以系统设计成功。
图3-16从左到右分别表示基带信号功率谱、2DPSK信号功率谱和信道输出信号功率谱。
图3-17从左到右分别表示信道输出信号经过带通滤波器后的功率谱、低通滤波器输出信号功率谱、系统解调输出信号功率谱。
从功率谱变化可以看出幸好从低频搬移到高频传输然后又从高频搬移到低频，这些完全符合数
字信号的调制解调原理。
图3-18表示在噪声Simpletime为1时低通滤波器输出的眼图。
图3-19表示在噪声Simpletime为0.001时低通滤波器输出的眼图。
第4章2DPSK系统程序设计仿真
4.1MATLAB程序
clear,closeall
bit=1000;
n=16;
p=0.6;
signal=rand（1,n）<
=p;
%产生n位随机二进制信号Y=rand（m,n）
receive=0;
%或Y=rand（[mn]）返回一个mxn的随机矩阵
j=1;
whilej<
=n%差分编码
ifsignal（j）~=receive（j）%~=不等于
bi=1;
else
bi=0;
end
receive=[receivebi];
j=j+1;
end
difference=receive（2:
n+1）;
%除去差分码参考位
m=0:
1/bit:
（n-1）/bit;
figure
（1）%创建图形
subplot（3,1,1）%画出基带原码
stairs（m,signal）,axis（[0,n/bit,-0.5,1.5]）;
%stairs函数绘制阶梯状图axis函数设置坐标
title（'
基带原码'
）,xlabel（'
Time/sec'
）,ylabel（'
幅值'
）;
gridon%添加网格线
subplot（3,1,2）%画出差分码
stairs（m,difference）,axis（[0,n/bit,-0.5,1.5]）;
差分码'
gridon
fori=1:
n;
%将差分码变成双极性差分码biploar
ifdifference（i）==0
biploar（i）=-1;
biploar（i）=1;
t=linspace（0,16/1000,3200）;
%载波时间切片在0到16/1000平均分为3200点
carrier=sin（2*pi*1500*t）;
%载波频率为1500
biploar=repmat（biploar,200,1）;
%复制平铺
biploar=reshape（biploar,1,numel（biploar））;
%reshape重新调整行数列数modulate=biploar*carrier;
%numel计算矩阵元素个数，模拟调制，产生2DPSK调制波
subplot（3,1,3）,plot（t,modulate）,axis（[0,n/bit,-1.5,1.5]）;
2DPSK调制波'
figure
（2）
%&
&
模拟信道传输&
channel=awgn（modulate,10）;
%awgn随机无线噪声信噪比为10dB
subplot（3,1,1）,plot（t,channel）
axis（[0,n/bit,-1.5,1.5]）;
信道输出'
相干解调&
coherent=channel*carrier;
subplot（3,1,2）
plot（t,coherent）;
相乘输出'
低通椭圆滤波器&
fp=60;
fs=150;
Fs=4000;
rp=3;
rs=60;
wp=fp/Fs;
ws=fs/Fs;
[N,Wn]=buttord（wp,ws,rp,rs）;
%计算滤波器阶数和截止频率
[bz,az]=butter（N,Wn）;
%计算数字滤波器系统函数的分子分母多项式系数
low-pass=filter（bz,az,coherent）;
%y=filter（b,a,x）b/a为滤波器系数，b为分子a为分母
subplot（3,1,3）
plot（t,low-pass）,axis（[0,n/bit,-1.5,1.5]）;
低通输出’）,xlabel（'
抽样判决&
judge=[];
bridge=[];
forb=0:
200:
3000;
ifb==0
c=1;
judge=（1&
low-pass（c）~=0）;
bridge=1&
（low-pass（b）>
0）;
judge=[judgebridge];
%judge=1*low-pass>
绘制输入输出码型图以比较&
figuer（3）
subplot（4,1,1）
stairs（m,signal,'
r'
）.axis（[0,n/bit,-1.5,1.5]）;
subplot（4,1,2）
stairs（m,difference,'
subplot（4,1,3）
stairs（m,judge,'
抽样判决'
码型差分逆变换&
change=0;
brid=[];
fork=2:
16
ifjudge（k）~=judge（k-1）;
brid=1;
brid=0;
change=[changebrid];
subplot（4,1,4）
stairs（m,change,'
解调输出'
4.2仿真波形
图4-1调制过程输出波形
图4-2信道及解调过程输出波形
图4-3基带输入波形系统输出波形比较
4.3波形分析
图4-1波形从上到下分别是基带信号波形、差分码波形和2DPSK信号波形。
图4-2波形从上到下分别是信道输出波形、相乘器输出波形和低通滤波器输出波形。
图4-3波形从上到下分别是基带信号波形、差分码波形、逆差分码波形和输出波形。
同样的有延时情况，该程序成功的实现了2DPSK数字信号的传输。
第5章结束语
5.1综合总结
用模块建模的方法和编写程序的方法都实现了2DPSK数字通信系统.在两个系统中都有延时情况，在实际系统中这是一定会出现的，因为调制、传输和解调过程会延时一定的时间。
通信系统的可靠性和有效性是一个系统的主要指标。
从两眼图的对比可以看出没随着噪声的加强误码率明显提高了，甚至解调不出正确的基带信号。
对于这个问题，可以通过提高信噪比来实现系统的可靠性。
5.2心得
刚开始时头脑一片茫然，不知道要怎么动手，然后经过XX查询和借阅相关书籍才明白了这个课程设计要怎么开始。
在本次课程设计中，主要进行的是MATLAB仿真平台的应用。
因为采用的是MATLAB2012B中文版，所以在操作时遇到太多困难，主要问题是怎么编写程序和怎样建模块，我到图书馆查阅了相关书籍里MATLAB在通信系统设计中用到的模块和函数，而且又在网上XX了MATLAB很多函数的使用方法，经过自己对例句程序的分析综合得出了自己的通信系统程序。
本来觉得程序没问题，但在调试运行中遇到了很多问题，问题很多时候是小标点符号造成的，有时也有
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