第一篇：通信仿真課程設計 初稿
基于MATLAB的點對點通信仿真
摘
要
在當前飛速發展的信息時代，隨著數字通信技術計算機技術的發展，以及通信網絡與計算機網絡的相互融合，信息技術已成為21世紀社會國際化的強大動力。Matlab軟件包含眾多的功能各異的工具箱，涉及領域包括：數字信號處理、通信技術、控制系統、神經網絡、模糊邏輯、數值統計、系統仿真和虛擬現實技術等。作為一個功能強大的數學工具軟件，在很多領域中得到本文利用Matlab對點對點通信進行仿真實驗，實現信號從信源到信宿過程的模擬并獲得信噪比與誤碼率的曲線圖，研究了相移鍵控調制下信噪比與誤碼率的關系并比較了不同進制相移鍵控調制下誤碼率—信噪曲線的異同，同時也研究了不同中繼信道對誤碼率—信噪比曲線的影響了廣泛的應用。
關鍵字：MATLAB仿真；點對點通信；PSK；中繼信道；誤碼率
基于MATLAB的點對點通信仿真............................................................................................1 摘
要............................................................................................................................1 1 引言.................................................................................................................................2 1.1 課程設計的目的和意義...........................................................................................2 1.2 課程設計內容.........................................................................................................2 2仿真環境簡介....................................................................................................................3 3系統理論分析....................................................................................................................3 3.1通信系統模型..........................................................................................................3 3.2 相移鍵控原理.........................................................................................................4 3.2.1二進制相移鍵控原理......................................................................................4 3.2.2 多進制相移鍵控調制原理..............................................................................5 4 仿真過程基于Matlab的實現.............................................................................................6 4.1仿真條件及符號說明................................................................................................6 4.1.1仿真條件：....................................................................................................6 4.1.2符號說明........................................................................................................6 5仿真結果...........................................................................................................................8 6仿真模型分析....................................................................................................................9 6.1模型結果分析..........................................................................................................9 6.2模型優缺點分析及改進方案...................................................................................10 6.2.1優缺點分析..................................................................................................10 6.2.2改進發案......................................................................................................10 7小結體會.........................................................................................................................10 參考文獻............................................................................................................................11 附錄...................................................................................................................................12 1 8PSK信噪比—誤碼率作圖代碼................................................................................12 2 QPSK信噪比—誤碼率作圖代碼................................................................................13 3 BPSK信噪比—誤碼率作圖程序................................................................................15 4 QPSK加三跳中繼作圖程序....................................................................................16 5 QPSK信號加兩跳中繼作圖程序................................................................................18 6 QPSK信號加一跳中繼作圖程序................................................................................20 引言
1.1 課程設計的目的和意義
鞏固所學的專業技術知識，培養學生綜合運用所學知識與生產實踐經驗，分析和解決工程技術問題的能力，培養初步的獨立設計能力；通過課程設計仿真試驗，了解并掌握通信系統、通信調制解調等技術的一般設計方法，訓練并提高學生在理論計算、結構設計、工程繪圖、查閱設計資料、運用標準與規范和應用計算機等方面的能力，更好地將理論與實踐相結合，提高綜合運用所學理論知識獨立分析和解決問題的能力。并且掌握Matlab的簡單操作方法。
1.2 課程設計內容
1）設計一個四進制相移鍵控調制系統，繪出誤碼率與信噪比的關系曲線。2）繪制不同進制相移鍵控下誤碼率與信噪比的關系曲線，并分析是否與理論相符，得出結論。
3）
設計一個加中繼且的四進制相移鍵控系統，繪出其誤碼率與信噪比的關系曲線。
4）繪出四進制相移系統加不同跳數中繼情況下其誤碼率與信噪比的關系曲線，并分析是否與理論相符，得出結論。
2仿真環境簡介
本次課程設計使用
MATLAB，運用蒙特?卡羅方法（Monte Carlo method），對通信系統進行仿真。
MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業數學軟件，用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境。MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數學運算函數，可以方便的實現用戶所需的各種計算功能。函數中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經過了各種優化和容錯處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C++。在計算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些函數集包括從最簡單最基本的函數到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復雜函數。函數所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數據的統計分析、工程中的優化問題、稀疏矩陣運算、復數的各種運算、三角函數和其他初等數學運算、多維數組操作以及建模動態仿真等。
蒙特?卡羅方法（Monte Carlo method），也稱統計模擬方法，是二十世紀四十年代中期由于科學技術的發展和電子計算機的發明，而被提出的一種以概率統計理論為指導的一類非常重要的數值計算方法。是指使用隨機數（或更常見的偽隨機數）來解決很多計算問題的方法。
這里主要使用MATLAB提供的功能，包括：數值和符號計算，工程與科學繪圖等，實現蒙特?卡羅過程，對通信系統進行仿真。最后給出幾種不同通信系統的通信效果的可視化結果，并對結果進行分析，比較。
3系統理論分析
3.1通信系統模型
圖2-1：通信系統模型
如圖2-1所示為通信系統的模型,由一下幾個部分組成： 信息源（簡稱信源）：把各種消息轉換成原始電信號，如麥克風。信源可分為模擬信源和數字信源。
發送設備：產生適合于在信道中傳輸的信號。信道：將來自發送設備的信號傳送到接收端的物理媒質。分為有線信道和無線信道兩大類。
信道是信息論中的一個主要概念。它是用來傳送信息的，所以理論上應解決它能無錯誤地傳送的最大信息率，也就是計算信道容量問題，并證明這樣的信息率是能達到或逼近的,最好還能知道如何實現，這就是信道編碼問題。
在理論研究中，一條信道往往被分成信道編碼器、信道本身和信道譯碼器。人們可以變更編碼器、譯碼器以獲得最佳的通信效果，因此編碼器、譯碼器往往是指易于變動和便于設計的部分，而信道就指那些比較固定的部分。但這種劃分或多或少是隨意的，可按具體情況規定。例如調制解調器和糾錯編譯碼設備一般被認為是屬于信道編碼器、譯碼器的，但有時把含有調制解調器的信道稱為調制信道；含有糾錯編碼器、譯碼器的信道稱為編碼信道。信息通過信道傳輸，由于物理介質的干擾和無法避免噪聲，信道的輸入和輸出之間僅具有統計意義上的關系，在做出唯一判決的情況下將無法避免差錯，其差錯概率完全取決于信道特性。因此，一個完整、實用的通信系統通常包括信道編譯碼模塊。視頻信號在傳輸前都會經過高度壓縮以降低碼率，傳輸錯誤會對最后的圖像恢復產生極大的影響，因此信道編碼尤為重要。噪聲源：集中表示分布于通信系統中各處的噪聲。
接收設備：從受到減損的接收信號中正確恢復出原始電信號。
受信者（信宿）：把原始電信號還原成相應的消息，如揚聲器等。
3.2 相移鍵控原理
數字相位調制(phase shift keying,PSK)又稱相移鍵控。二進制相移鍵控記做2PSK是相移鍵控最簡單的形式，還有多進制相移鍵控MPSK是二進制相移鍵控的推廣，本次仿真實驗主要用到了二進制相移鍵控（BPSK），四進制相移鍵控（QPSK）及八進制相移鍵控（8PSK）三種調制方式
3.2.1二進制相移鍵控原理
二進制相移鍵控是用二進制數字信號去控制載波的相位，使已調等幅、恒定載波的載波相位與待發數字信號相對應；只有兩種對應狀態，例如載波相位以0相與（傳號）和“0”（空號）。如果數字基帶信號g(t)的的幅度是
1、p相分別代表“1”寬度為Tb的矩形脈沖，則2PSK信號可表示為：
j2PSK(t)=Acos(w0t+q)
q取0時代表“1”，取p時代表“0”
由于2PSK信號相當于DSB信號，因而不能采用包絡解調，要采用相干解調；但必須在DSB解調后加一抽樣判決以便恢復原數字信號。其判決準則為：抽養值大于0，判為1 ；抽養值小于0，判為0 下圖為2PSK信號的波形圖及矢量圖
圖3-1：2PSK信號波形圖 圖3-2:2PSK信號矢量圖
3.2.2 多進制相移鍵控調制原理
多進制相移鍵控是二進制的推廣。它用多個相位狀態的正弦震蕩分別表示不同的數字信息，通常相位用M=2n計算，有2,4,8,16相制等，M取不同的相位，分別于n為二進制碼元的不同組合相對應。其信號的產生于BPSK類似只是維度不同在處理時略有差別，在此不再詳細介紹
圖3-3和圖3-4分別為QPSK信號及8PSK信號的矢量圖
010011013π/4相11π/4相1103π/8相111π/8相0-π/8相101-3π/8相100
5π/8相7π/8相-7π/8相0010-3π/4相 0010-π/4相-5π/8相000
圖3-3:QPSK信號矢量圖 圖3-4:8PSK信號矢量圖 仿真過程基于Matlab的實現
4.1仿真條件及符號說明 4.1.1仿真條件：
(1)整個通信的等效高斯白噪聲方差為1；（2）假設信道估計是理想的；
(3)經過不同跳數中繼的QPSK信號總的增益相同
4.1.2符號說明
(1)ray為瑞利衰落信道（2）n為高斯噪聲
(3)r為信號經過瑞利衰落信道后的接受信號（4）y為接收端對接收信號還原處理后的信號（5）snr為信噪比
（6）xigma為噪聲方差（7）ber為誤碼率（8）li為單位虛數i（9）s為調制信號的相位
（10）G為經過中繼轉發是信號的增益
4.2仿真過程的實現
（1）調制信號的產生（以QPSK為例）
產生兩個（0,1）的隨機數，根據兩個數的范圍，規定發送的兩位原碼的值及其相位
ss1=rand(1,2);if((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)>0.5))s1(1,1)=1;s1(1,2)=1;s=exp(1i*(pi/4));elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)>0.5))s1(1,1)=0;s1(1,2)=1;s=exp(1i*pi*(3/4));elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)<0.5))s1(1,1)=0;s1(1,2)=0;s=exp(1i*pi*(5/4));
else
s1(1,1)=1;s1(1,2)=0;s=exp(1i*pi*(7/4));
（2）信道的產生
ray=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
（3）高斯噪聲的產生
n=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
（4）接收信號
r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n;（5）接收信號的還原
y=r/ray;（6）接受判決的實現
根據接受信號最終落在矢量圖中的位置判斷發送的QPSK信號的值，程序如下： if(real(y)>0)y1=1;else y1=-1;end
if(imag(y)>0)y2=1;else
y2=-1;end
if((y1==1)&&(y2==1))rs=[1,1];sre=exp(1i*(pi/4));elseif((y1==-1)&&(y2==1))rs=[0,1];sre=exp(1i*pi*(3/4));elseif((y1==-1)&&(y2==-1))rs=[0,0];sre=exp(1i*pi*(5/4));else
rs=[1,0];sre=exp(1i*pi*(7/4));
（7）信號經過中繼轉發過程的實現
r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n;y1=r/ray;ray1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));n1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));r1=y1*ray1*G1+n1;
5仿真結果
仿真結果如下圖所示：
圖5-1為8PSK，QPSK,BPSK信號加高斯白噪聲經過相同信道，其誤碼率與信噪比的關系曲線 圖5-2為QPSK信號分別經過一跳中繼，兩跳中繼及三跳中繼后信噪比與誤碼率的關系曲線 100 M進制相位調制誤碼率—信噪比曲線圖8PSK10-1QPSKBPSKber(誤碼率)10-210-310-410-50 ***0snr(信噪比)圖5-1：M進制相位調制信噪比—誤碼率曲線圖
100對比加不同跳數中繼是信噪比與誤碼率的關系加三跳中繼加兩跳中繼加一跳中繼10-1誤碼率10-210-3012345678910信噪比(dB)圖5-2：對比加不同跳數中繼時信噪比與誤碼率的關系
6仿真模型分析
6.1模型結果分析
圖5-1所示為M進制相位調制信號誤碼率—信噪比的關系曲線 由圖可知：誤碼率隨著信噪比的增大而減小，即要想減小信號在傳輸過程中的失真度必須增加信號的發射功率以減小信號的誤碼率；對于BPSK、QPSK及8PSK相位調制，在相同信噪比的情況下BPSK的誤碼率最小QPSK次之，8PSK的誤碼率最大；同時，要想實現想同的誤碼率，8PSK調制時必須提供更大的信號功率，QPSK次之，BPSK所需的信號功率最小。然而對于MPSK系統，M的值越大，其功率譜的主瓣越大頻帶利用率越高，發送數據的速率越快。因此為提供較高的服務質量，在實際的運用中需均衡考慮信號的誤碼率及發送速率，因而MPSK系統一般很少取較大的M值，一般取M ￡16，并且以M=4的QPSK使用最多，其次是8PSK，16PSK及BPSK都較少使用。
圖5-2所示為在信號的總增益相同的情況下對比QPSK信號加不同跳數中繼時信噪比與誤碼率的關系的曲線圖。由圖可知在相同信噪比的情況下，信號所經過的中繼跳數越多其誤碼率就越大，原因是所經過的中繼跳數增加后所加入噪聲也怎加了，同時每經過一個信道時也會增加數據傳輸的誤碼率。
6.2模型優缺點分析及改進方案 6.2.1優缺點分析
本文對MPSK信號經高斯信道傳輸的接受誤碼率進行蒙特卡羅仿真，仿真過程取了1000000個點，得到了較為準確的信噪比—誤碼率的關系曲線；同時本文還考慮了加入中繼時的情況，對比了加不同跳數中繼對信噪比—誤碼率曲線的影響獲得了比較正確的結論；當然本模型也有一些不足之處，例如通信系統比較簡單沒有加入編碼和解碼的過程，算法的設計也還不是特別簡化，所獲得的信噪比與誤碼率的關系曲線也沒有和實際的曲線進行對比，數據的說服力還不夠強。
6.2.2改進發案
由于時間有限，我們現在所學的知識有限，整個仿真模型存在大量的不足之處，我在此提出以下改進方案：
（1）本通信仿真模型還可以加入編碼解碼的過程
（2）加中繼時的模型還可以討論一下協作中繼時的情況（3）本模型還可以用Simulink模塊來進行仿真
（4）可以把仿真所獲得的的曲線與實際情況下的信噪比—誤碼率的曲線拿來對比
7小結體會
歷時兩個月的軟件課程設計讓我們受益良多，從開始不懂matlab做起課程設計來一頭霧水到后期可以和老師討論自己想法，這中間都離不開老師的悉心教誨。
這次軟件課程設計的開展，其目的在于讓我們了解通信過程是如何實現的，以及讓我們深入了解matlab是如何作為仿真軟件仿真通信過程并結合相關的實例讓我們在原有了解的基礎上設計完成老師布置的課題。
在進行軟件課程設計的過程中我們遇到了一系列的問題，首先是對于matlab軟件的不熟悉，好在在大家的摸索和交流以及和老師的交流中慢慢熟悉。其次，由于在本專業的推薦課表中未導入通信原理等相關課程，使得我們對于調制解調，信道，編碼，接受判別等方面并不了解，大家一起查閱相關書籍，積極交流，積極主動的詢問老師，自己嘗試編碼，錯誤共享，成果共享，在老師的幫助下將上述模糊的概念一一攻克，并在錯誤中學會了進步。
在老師未布置課程題目時，老師給了我們積極思考的空間，通過自己在個人電腦上的編碼實踐和結合借閱的有關書籍，老師傳給我們的實例和學習資料，自己摸索，在上課時間和老師溝通，進行每人為時3分鐘的問題陳述，自己進程的陳述，結合陳述，老師給予相應的解答和指導。大家都表示在這個自主學習的過程中受益匪淺。
老師布置課程設計題目后，大家結合開始做的準備工作一步一個腳印的慢慢完善我們的程序和功能，在學會如何對多進制調制進行編碼的基礎上進行課程題目相關的仿真，并針對matlab仿真的結果進行交流，在原本點對點的單信道通信的基礎上加了中繼信道，實現了對于不同跳數的仿真，并進行了對比。同時由于不同的調制方式對誤碼率也有一定的影響，我們在基于多進制調制方式仿真上做了一個單信道的8PSK,QPSK,BPSK不同調制方式對接受端誤碼率的影響的仿真，并對結果進行了對比得出了相同信噪比時BPSK的誤碼率最低，QPSK其次，8PSK的誤碼率最高的仿真結果。
在本次課程設計實訓中，我們認識到了實訓遠比理論學習更有樂趣，仿真的意義就在于無需花費過大的成本就可以在計算機上通過matlab等仿真軟件模擬通信的過程，對最終的結果有一個大致的認識和了解，并與理論結果進行比對，找出產生差異的原因，同時節省了移動運營商的成本。
而對于這歷時兩個月的自我學習和共同學習，我們意識到學習有時候不是一個人的過程，它可以是一群人共同進步的過程。在交流和溝通中共同學習，共同協作，共同完成課題。在老師的幫助、在理解的基礎上、在實踐和理論相結合的基礎上學習，無疑是進步和積極的。
總之，在這次軟件課程設計的學習過程中無論是學習方法還是軟件仿真方法，我們都獲益匪淺，同時也感謝在課程設計過程中智慧老師不遺余力的教誨和給予我們的幫助。過程是艱辛的，但成果是美麗的。
參考文獻
[1] 王秉鈞,馮玉珉 通信原理 清華大學出版社 [2] 樊昌信.通信原理.國防工業出版社
[3] 黃載祿，殷蔚華.通信原理.科學出版社
[4] 李宗豪.基本通信原理.北京郵電大學出版社
[5] 甘勤濤.MATLAB 2012數學計算與工程分析從入門到精通.機械工業出版社 [6] 求是科技編著.MATLAB 7.0從入門到精通.人民郵電出版社
[7](美)William J.Palm III著;黃開枝譯.MAtlab基礎教程.清華大學出版社
附錄
部分程序代碼： 8PSK信噪比—誤碼率作圖代碼
clear all;clf;
snrindb=0:1:20;
snr=10.^(0.1*snrindb);xigma=1;
count=zeros(1,length(snrindb));ber8PSK=zeros(1,length(snrindb));for L=1:length(snrindb)
for num=1:1000000
ss1=rand(1,3);
if((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)&&(ss1(1,3)>0.5))
s1=[1,1,1];
s=exp(1i*(pi/8));
elseif((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)&&(ss1(1,3)<0.5))
s1=[1,1,0];
s=exp(1i*pi*(3/8));
elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)&&(ss1(1,3)<0.5))
s1=[0,1,0];
s=exp(1i*pi*(5/8));
elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)&&(ss1(1,3)>0.5))
s1=[0,1,1];
s=exp(1i*pi*(7/8));
elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)<0.5)&&(ss1(1,3)>0.5))
s1=[0,0,1];
s=exp(1i*pi*(9/8));
elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)<0.5)&&(ss1(1,3)<0.5))
s1=[0,0,0];
s=exp(1i*pi*(11/8));
elseif((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)<0.5)&&(ss1(1,3)<0.5))
s1=[1,0,0];
s=exp(1i*pi*(13/8));
elseif((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)<0.5)&&(ss1(1,3)>0.5))
s1=[1,0,1];
s=exp(1i*pi*(15/8));
end ray=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
n=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n;
y=r/ray;
a=real(y);
b=imag(y);
c=atan(b/a);
if(a>0&&b>0&&c>=0&&c<(pi/4))
rs=[1,1,1];
elseif(a>0&&b>0&&c>=(pi/4)&&c<(pi/2))
rs=[1,1,0];
elseif(a<0&&b>0&&c>=(-pi/2)&&c<(-pi/4))
rs=[0,1,0];
elseif(a<0&&b>0&&c>=(-pi/4)&&c<0)rs=[0,1,1];
elseif(a<0&&b<0&&c>=0&&c<(pi/4))
rs=[0,0,1];
elseif(a<0&&b<0&&c>=(pi/4)&&c<(pi/2))
rs=[0,0,0];
elseif(a>0&&b<0&&c>=(-pi/2)&&c<(-pi/4))
rs=[1,0,0];
elseif(a>0&&b<0&&c>=(-pi/4)&&c<0)
rs=[1,0,1];
end
if(rs(1,1)~=s1(1,1)||rs(1,2)~=s1(1,2)||rs(1,3)~=s1(1,3))
count(L)=count(L)+1;
end
end
ber8PSK(L)=count(L)/1000000;
end
semilogy(snrindb,ber8PSK,'r>-');gtext('8PSK')hold on;QPSK信噪比—誤碼率作圖代碼
snrindb=0:1:20;
snr=10.^(0.1*snrindb);xigma=1;
count=zeros(1,length(snrindb));berQPSK=zeros(1,length(snrindb));for L=1:length(snrindb)
for num=1:1000000
ss1=rand(1,2);
if((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)>0.5))
s1(1,1)=1;
s1(1,2)=1;
s=exp(1i*(pi/4));
elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)>0.5))
s1(1,1)=0;
s1(1,2)=1;
s=exp(1i*pi*(3/4));
elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)<0.5))
s1(1,1)=0;
s1(1,2)=0;
s=exp(1i*pi*(5/4));
else
s1(1,1)=1;
s1(1,2)=0;
s=exp(1i*pi*(7/4));
end
ray=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
n=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n;
y=r/ray;
if(real(y)>0)
y1=1;
else
y1=-1;
end
if(imag(y)>0)
y2=1;
else
y2=-1;
end
if((y1==1)&&(y2==1))
rs=[1,1];sre=exp(1i*(pi/4));
elseif((y1==-1)&&(y2==1))
rs=[0,1];sre=exp(1i*pi*(3/4));
elseif((y1==-1)&&(y2==-1))
rs=[0,0];sre=exp(1i*pi*(5/4));
else
rs=[1,0];sre=exp(1i*pi*(7/4));end
if((rs(1,1)~=s1(1,1))||rs(1,2)~=s1(1,2))
count(L)=count(L)+1;
end
end
berQPSK(L)=count(L)/1000000;
end
semilogy(snrindb,berQPSK,'r>-');gtext('QPSK')hold on;
BPSK信噪比—誤碼率作圖程序
snrindb=0:1:20;
snr=10.^(0.1*snrindb);xigma=1;
count=zeros(1,length(snrindb));ber=zeros(1,length(snrindb));for L=1:length(snrindb)
for num=1:1000000
ss1=rand;if ss1>0.5
s1=1;
s=exp(1i*0);
elseif ss1<0.5
s1=0;
s=exp(1i*pi);
end
ray=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
n=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n;
y=r/ray;
if(real(y)>0)
rs=1;
else
rs=0;
end
if(rs~=s1)
count(L)=count(L)+1;
end
end
ber(L)=count(L)/1000000;end
semilogy(snrindb,ber,'r>-');gtext('BPSK')hold on;QPSK加三跳中繼作圖程序
clear all;clf;
snrindb=0:1:10;snr=10.^(0.1*snrindb);xigma=1;
count=zeros(length(snrindb));ber=zeros(length(snrindb));G1=2;
G2=3;G3=6;
for L=1:length(snr)
for num=1:100000
ss1=rand(1,2);
if((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)>0.5))
s1(1,1)=1;
s1(1,2)=1;
s=exp(1i*(pi/4));
elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)>0.5))
s1(1,1)=0;
s1(1,2)=1;
s=exp(1i*pi*(3/4));
elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)<0.5))
s1(1,1)=0;
s1(1,2)=0;
s=exp(1i*pi*(5/4));
else
s1(1,1)=1;
s1(1,2)=0;
s=exp(1i*pi*(7/4));
end
ray=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
n=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n;
y1=r/ray;
ray1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
n1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
r1=y1*ray1*G1+n1;
y2=r1/ray1;
ray2=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
n2=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
r2=y2*ray2*G2+n2;
y3=r2/ray2;
ray3=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
n3=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
r3=y3*ray3*G3+n3;
y=r3/ray3;
if(real(y)>0)
y1=1;
else
y1=-1;
end
if(imag(y)>0)
y2=1;
else
y2=-1;
end
if((y1==1)&&(y2==1))
rs=[1,1];sre=exp(1i*(pi/4));
elseif((y1==-1)&&(y2==1))
rs=[0,1];sre=exp(1i*pi*(3/4));
elseif((y1==-1)&&(y2==-1))
rs=[0,0];sre=exp(1i*pi*(5/4));
else
rs=[1,0];sre=exp(1i*pi*(7/4));
end
if((rs(1,1)~=s1(1,1))||rs(1,2)~=s1(1,2))
count(L)=count(L)+1;
end
end
ber(L)=count(L)/100000;
end
semilogy(snrindb,ber);hold on;QPSK信號加兩跳中繼作圖程序
snrindb=0:1:10;
snr=10.^(0.1*snrindb);xigma=1;
count=zeros(length(snrindb));ber=zeros(length(snrindb));G1=3;
G2=12;
for L=1:length(snr)
for num=1:100000
ss1=rand(1,2);
if((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)>0.5))
s1(1,1)=1;
s1(1,2)=1;
s=exp(1i*(pi/4));
elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)>0.5))
s1(1,1)=0;
s1(1,2)=1;
s=exp(1i*pi*(3/4));
elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)<0.5))
s1(1,1)=0;
s1(1,2)=0;
s=exp(1i*pi*(5/4));
else
s1(1,1)=1;
s1(1,2)=0;
s=exp(1i*pi*(7/4));
end
ray=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
n=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n;
y1=r/ray;
ray1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
n1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
r1=y1*ray1*G1+n1;
y2=r1/ray1;
ray2=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
n2=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
r2=y2*ray2*G2+n2;
y=r2/ray2;
if(real(y)>0)
y1=1;
else
y1=-1;
end
if(imag(y)>0)
y2=1;
else
y2=-1;
end
if((y1==1)&&(y2==1))
rs=[1,1];sre=exp(1i*(pi/4));
elseif((y1==-1)&&(y2==1))
rs=[0,1];sre=exp(1i*pi*(3/4));
elseif((y1==-1)&&(y2==-1))
rs=[0,0];sre=exp(1i*pi*(5/4));
else
rs=[1,0];sre=exp(1i*pi*(7/4));
end
if((rs(1,1)~=s1(1,1))||rs(1,2)~=s1(1,2))
count(L)=count(L)+1;
%í3??′í?óbitêy
end
end
ber(L)=count(L)/100000;
end
semilogy(snrindb,ber);hold on;QPSK信號加一跳中繼作圖程序
snrindb=0:1:10;
snr=10.^(0.1*snrindb);xigma=1;
count=zeros(length(snrindb));ber=zeros(length(snrindb));G=36;
for L=1:length(snr)
for num=1:100000
ss1=rand(1,2);
if((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)>0.5))
s1(1,1)=1;
s1(1,2)=1;
s=exp(1i*(pi/4));
elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)>0.5))
s1(1,1)=0;
s1(1,2)=1;
s=exp(1i*pi*(3/4));
elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)<0.5))
s1(1,1)=0;
s1(1,2)=0;
s=exp(1i*pi*(5/4));
else
s1(1,1)=1;
s1(1,2)=0;
s=exp(1i*pi*(7/4));
end
ray=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
n=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n;
y1=r/ray;
ray1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
n1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));
r1=y1*ray1*G+n1;
y=r1/ray1;
if(real(y)>0)
y1=1;
else
y1=-1;
end
if(imag(y)>0)
y2=1;
else
y2=-1;
end
if((y1==1)&&(y2==1))
rs=[1,1];sre=exp(1i*(pi/4));
elseif((y1==-1)&&(y2==1))
rs=[0,1];sre=exp(1i*pi*(3/4));
elseif((y1==-1)&&(y2==-1))
rs=[0,0];sre=exp(1i*pi*(5/4));
else
rs=[1,0];sre=exp(1i*pi*(7/4));
end
if((rs(1,1)~=s1(1,1))||rs(1,2)~=s1(1,2))
count(L)=count(L)+1;
end
end
ber(L)=count(L)/100000;
end
semilogy(snrindb,ber);hold on;
第二篇：通信原理課程設計_(基于MATLAB的_2PSK_2DPSK仿真)
江西農業大學
通信原理課程設計報告
題 目 基于Matlab的相移鍵控仿真設計
專 業 電子信息工程
學生姓名 曾凡文
學 號 20121206
江西農業大學課程設計報告 二 0 一五 年 六 月
基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真
摘要：現代通信系統要求通信距離遠、通信容量大、傳輸質量好，作為其關鍵技術之一的調制技術一直是研究的一個重要方向。本設計主要敘述了數字信號的調制方式，介紹了2PSK數字調制方式的基本原理，功率譜密度，并運用MATLAB軟件對數字調制方式2PSK進行了編程仿真實現,在MATLAB平臺上建立2PSK和2DPSK調制技術的仿真模型。進一步學習了MATLAB編程軟件，將MATLAB與通信系統中數字調制知識聯系起來，為以后在通信領域學習和研究打下了基礎在計算機上，運用MATLAB軟件來實現對數字信號調制技術的仿真。
課程設計目的：通過課程設計，鞏固已學過的*****知識，加深對其理解和應用，學會應用Matlab Simulink工具對通信系統仿真。
關鍵詞：數字調制與解調；MATLAB；2PSK；2DPSK；
江西農業大學課程設計報告
第1章 基本工作原理
1.1 2PSK原理
1.1.1 2PSK基本原理
二進制移相鍵控，簡記為2PSK或BPSK。2PSK信號碼元的“0”和“1”分別用兩個不同的初始相位“0”和“?”來表示，而其振幅和頻率保持不變.因此，2PSK信號的時域表達式為:
(t)=Acos其中，表示第n個符號的絕對相位：
t+)
=因此，上式可以改寫為:
這種以載波的不同相位直接表示相應二進制數字信號的調制方式,稱為二進制移相鍵控方式。二進制移相鍵控信號的典型時間波形如圖1-1。
10011tTs江西農業大學課程設計報告
圖1-1 二進制相移鍵控信號的時間波形
1.1.2 2PSK調制原理
在二進制數字調制中，當正弦載波的相位隨二進制數字基帶信號離散變化時，則產生二進制移相鍵控(2PSK)信號。2PSK信號調制有兩種方法，即模擬調制法和鍵控法。通常用已調信180°分別表示信號的 1 和 兩個反相的載制。2PSK以載
號載波的 0°和 二進制數字基帶0，模擬調制法用波信號進行調波的相位變化作為參考基準的，當基帶信號為0時相位相對于初始相位為0°，當基帶信號為1時相對于初始相位為180°。鍵控法，是用載二進制信息的調制和180°來分別代表達式為：
波的相位來攜帶方式。通常用0°表0和1。其時域
??e2PSK???ang(t?nTs)?cos?ct
?n?其中，2PSK的調制中an必須為雙極性碼。兩種方法原理圖分別如圖1-2和圖1-3所示。
圖1-2 模擬調制原理圖
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圖 1-3 鍵控法原理圖
帶通濾波器ae2PSK(t)相乘器c低通濾波器d抽樣判決器定時脈沖e輸出
cos?ct
1.1.3 2PSK解調原理
b由于2PSK的幅度是恒定的，必須進行相干解調。經過帶通濾波的信號在相乘器中與本地載波相乘，然后用低通濾波器濾除高頻分量，在進行抽樣判決。判決器是按極性來判決的。即正抽樣值判為1，負抽樣值判為0。2PSK信號的相干解調原理圖如圖1-4所示，各點的波形如圖1-5所示。
由于2PSK信號的載波回復過程中存在著180°的相位模糊，即恢復的本地載波與所需相干載波可能相同，也可能相反，這種相位關系的不確定性將會造成解調出的數字基帶信號與發送的基帶信號正好相反，即“1”變成“0”嗎“0”變成“1”，判決器輸出數字信號全部出錯。這種現象稱為2PSK方式的“倒π”現象或“反相工作”。
圖 1-4 2PSK的相干解調原理圖
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edb10011atTstctt10011t
圖 1-5 相干解調中各點波形圖
1.2 2DPSK原理
1.2.1 2DPSK基本原理
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。
傳輸系統中要保證信息的有效傳輸就必須要有較高的傳輸速率和很低的誤碼率。在傳輸信號中，2PSK信號和2ASK及2FSK信號相比，具有較好的誤碼率性能，但是，在2PSK信號傳輸系統中存在相位不確定性，并將造成接收碼元“0”和“1”的顛倒，產生誤碼。為了保證2PSK的優點，又不會產生誤碼，將2PSK體制改進為二進制差分相移鍵控（2DPSK），及相對相移鍵控。
2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對相位值去表示數字信息的一種方式。現假設用Φ表示本碼元初相與前一碼元初相之差，并規定：Φ＝0表示0碼，Φ＝π表示1碼。則數字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關系可舉例表示如2PSK信號是用載波的不同相位直接去表示相應的數字信號而得出的，在接收端只能采用相干解調，它的時域波形圖見圖1-6。
江西農業大學課程設計報告
圖1-6 2DPSK信號波形圖
(a)絕對碼(b)相對碼10參考100011011(c)2DPSKt1.2.2 2DPSK調制原理
二進制差分相移鍵控。2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表示數字信息。假設前后相鄰碼元的載波相位差為??，可定義一種數字信息與??之間的關系為：
?0（數字信息“0”）????
??（數字信息“1 ?為前一碼元的相位。
實現二進制差分相移鍵控的最常用的方法是：先對二進制數字基帶信號進行差分編碼，然后對變換出的差分碼進行絕對調相即可。2DPSK調制原理圖如圖1-7所示。
絕對碼Dn相對碼BnCnS2dpsk(t)+延時Ts波形變換×Coswc(t)
圖1-7 2DPSK調制原理框圖
1.2.3 2DPSK解調原理
2DPSK信號解調有相干解調方式和差分相干解調。用差分相干解調這種方法解調時不需要恢復本地載波，只要將DPSK信號精確地延遲一個碼元時間間隔，然后與DPSK信號相乘，相乘的結果就反映了前后碼元的相對相位關系，經低通濾波后直接抽樣判決即可恢復出原始的數字信息，而不需要在進行差分解碼。
第二章 設計系統
江西農業大學課程設計報告 2.1框圖
兩種解調方式的原理框圖如圖1-8和圖1-9所示。
圖 1-8 2DPSK差分相干解調原理框圖
圖 1-9 2DPSK相干解調原理框圖
2.2工作原理
相干解調碼變換法及相干解調法的解調原理是，先對2DPSK信號進行相干解調，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180?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。本次設計采用相干解調。
2.3設定參數 如附錄1
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第三章 Matlab仿真
3.1顯示系統不同部分的信號波形
3.1.1PSK如圖3-1和圖3-2所示
圖3-1
圖3-2
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3.1.2 2DPSK如圖3-
3、圖3-4和圖3-5所示
圖3-3
圖3-4
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圖3-5 3.2各種相移系統的比較和分析
例如“倒π”現象
對于相同的數字信號基帶序列，由于初始相位不同，2DPSK信號的相位并不直接代表基帶信號，而前后碼元相對相位的差才唯一決定信號的符號。2PSK信號載波恢復過程中，存在著180°的相位模糊即恢復的本地載波與與所需的想干載波可能同相也可能反相，這種相位關系的不確定性將會造成解調出來的數字基帶信號與發送的數字基帶信號正好相反，即“1”變成“0”，“0”變成“1”，判決器輸出的數字信號全部出錯, 這種現象稱為2PSK的“倒π”現象或“反相工作”。本地載波與發送端載波反向時，2PSK的解調波形與2DPSK完全相反
3.3不同方式解調下PSK、DPSK的誤碼率
誤碼率是指接收的碼元數在傳輸總碼元數中所占的比例，即：
誤碼率錯誤碼元數傳輸總碼元數 PSK相干解調：
誤碼率（r/2）DPSK相干解調：
誤碼率 DPSK差分非相干解調：
誤碼率1/2e^(-r)r為信噪比。
誤碼率是衡量一個數字通信系統性能的重要指標。在信道高斯白噪聲的干擾下，各種二進制數字調制系統的誤碼率取決于解調器輸入信噪比，而誤碼率表達式的形式則取決于解調方式。對于所有的數字調制系統誤碼率與信噪比的關系的圖表來看，所有的曲線呈減函數的下降曲線，即隨著信噪比的增大，誤碼率降低。橫向比較來看，對于同一種調制方式，當信噪比相同時，采用相干解調方式的誤碼率低于非相干解調方式的誤碼率；縱向比較來看，對2PSK,2DPSK兩種調制方式若采用同一種解調方式
江西農業大學課程設計報告（相干解調或非相干解調），則2PSK的誤碼率最低，2DSPK的誤碼率次之。當信噪比一定時，誤碼率由低到高依次是：2PSK的相干解調，2DPSK的相干解調，2DPSK的差分解的非相干調。
附錄1 2PSK調制解調程序及注釋： clear all close all i=10;j=5000;fc=4.6;%載波頻率 fm=i/5;%碼元速率 B=2*fm;t=linspace(0,5,j);a=round(rand(1,i));%隨機序列,基帶信號 figure(3);stem(a);st1=t;for n=1:10 if a(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;end end end figure(1);subplot(411);plot(t,st1);title('基帶信號st1');axis([0,5,-1,2]);%由于PSK中的是雙極性信號，因此對上面所求單極性信號取反來與之一起構成雙極性碼
st2=t;for k=1:j;if st1(k)>=1;st2(k)=0;else
江西農業大學課程設計報告 st2(k)=1;end end;subplot(412);plot(t,st2);title('基帶信號反碼st2');axis([0,5,-1,2]);st3=st1-st2;subplot(413);plot(t,st3);title('雙極性基帶信號st3');axis([0,5,-2,2]);s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(414);plot(s1);title('載波信號s1');e_psk=st3.*s1;figure(2);subplot(511);plot(t,e_psk);title('e_2psk');noise=rand(1,j);psk=e_psk+noise;%加入噪聲 subplot(512);plot(t,psk);title('加噪后波形');psk=psk.*s1;%與載波相乘 subplot(513);plot(t,psk);title('與載波s1相乘后波形');[f,af] = T2F(t,psk);%通過低通濾波器 [t,psk] = lpf(f,af,B);subplot(514);plot(t,psk);title('低通濾波后波形');for m=0:i-1;if psk(1,m*500+250)<0;for j=m*500+1:(m+1)*500;psk(1,j)=0;end else for j=m*500+1:(m+1)*500;psk(1,j)=1;end
江西農業大學課程設計報告 end end subplot(515);plot(t,psk);axis([0,5,-1,2]);title('抽樣判決后波形')
2DPSK調制解調程序及注釋: clear all close all i=10;j=5000;fc=4.6;%載波頻率 fm=i/5;%碼元速率 B=2*fm;t=linspace(0,5,j);a=round(rand(1,i));figure(4);stem(a);st1=t;for n=1:10 if a(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;end end end figure(1);subplot(321);plot(t,st1);title('絕對碼');axis([0,5,-1,2]);b=zeros(1,i);%全零矩陣 b(1)=a(1);for n=2:10 if a(n)>=1;
江西農業大學課程設計報告 if b(n-1)>=1 b(n)=0;else b(n)=1;end else b(n)=b(n-1);end end st1=t;for n=1:10 if b(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;end end end subplot(323);plot(t,st1);title('相對碼st1');axis([0,5,-1,2]);st2=t;for k=1:j;if st1(k)>=1;st2(k)=0;else st2(k)=1;end end;subplot(324);plot(t,st2);title('相對碼反碼st2');axis([0,5,-1,2]);s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(325);plot(s1);title('載波信號s1');s2=sin(2*pi*fc*t+pi);subplot(326);plot(s2);
江西農業大學課程設計報告 title('載波信號s2');d1=st1.*s1;d2=st2.*s2;figure(2);subplot(411);plot(t,d1);title('st1*s1');subplot(412);plot(t,d2);title('st2*s2');e_dpsk=d1+d2;subplot(413);plot(t,e_dpsk);title('調制后波形');noise=rand(1,j);dpsk=e_dpsk+noise;%加入噪聲 subplot(414);plot(t,dpsk);title('加噪聲后信號');dpsk=dpsk.*s1;%與載波s1相乘 figure(3);subplot(411);plot(t,dpsk);title('與載波相乘后波形');[f,af]=T2F(t,dpsk);%通過低通濾波器 [t,dpsk]=lpf(f,af,B);subplot(412);plot(t,dpsk);title('低通濾波后波形');st=zeros(1,i);%全零矩陣 for m=0:i-1;if dpsk(1,m*500+250)<0;st(m+1)=0;for j=m*500+1:(m+1)*500;dpsk(1,j)=0;end else for j=m*500+1:(m+1)*500;st(m+1)=1;dpsk(1,j)=1;end end end subplot(413);
江西農業大學課程設計報告 plot(t,dpsk);axis([0,5,-1,2]);title('抽樣判決后波形')dt=zeros(1,i);%全零矩陣 dt(1)=st(1);for n=2:10;if(st(n)-st(n-1))<=0&&(st(n)-st(n-1))>-1;dt(n)=0;else dt(n)=1;end end st=t;for n=1:10 if dt(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st(m)=1;end end end subplot(414);plot(t,st);axis([0,5,-1,2]);title('碼反變換后波形');
第三篇：通信原理課程設計_(基于MATLAB的_2PSK_2DPSK仿真)
江西農業大學
通信原理課程設計報告
題 目 基于Matlab的相移鍵控仿真設計
專 業 電子信息工程
學生姓名 曾凡文
學 號 20121206
江西農業大學課程設計報告 2015年6月
基于Matlab的2PSK,2DPSK仿真
摘要：現代通信系統要求通信距離遠、通信容量大、傳輸質量好，作為其關鍵技術之一的調制技術
一直是研究的一個重要方向。本設計主要敘述了數字信號的調制方式，介紹了2PSK數字調制方式的
基本原理，功率譜密度，并運用MATLAB軟件對數字調制方式2PSK進行了編程仿真實現，在MATLAB平
臺上建立2PSK和2DPSK調制技術的仿真模型。進一步學習了MATLAB編程軟件，將MATLAB與通信系統
中數字調制知識聯系起來，為以后在通信領域學習和研究打下了基礎在計算機上，運用MATLAB軟件
來實現對數字信號調制技術的仿真。
關鍵詞：數字調制與解調；MATLAB；2PSK；2DPSK；
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第1章 緒論
1.1 調制方式
數字通信系統, 按調制方式可以分為基帶傳輸和帶通傳輸。數字基帶信號的功率一般處于從零開始到某一頻率（如0～6M）低頻段，因而在很多實際的通信（如無線信道）中就不能直接進行傳輸，需要借助載波調制進行頻譜搬移，將數字基帶信號變換成適合信道傳輸的數字頻帶信號進行傳輸，這種傳輸方式，稱為數字信號的頻帶傳輸或調制傳輸、載波傳輸。所謂調制，是用基帶信號對載波波形的某參量進行控制，使該參量隨基帶信號的規律變化從而攜帶消息。對數字信號進行調制可以便于信號的傳輸；實現信道復用；改變信號占據的帶寬；改善系統的性能。
數字基帶通信系統中四種基本的調制方式分別稱為振幅鍵控（ASK，Amplitude-Shift keying）、移頻鍵控（FSK，Frequency-Shift keying）、移相鍵控(PSK，Phase-Shift keying)和差分移相鍵（DPSK，Different Phase-Shift keying）。本次課程設計對PSK,DPSK這兩種調制方式進行了仿真。
1.2 設計要求 1.2.1 設計內容
用MATLAB完成對2PSK、2DPSK的調制與解調仿真電路設計，并對仿真結果進行分析，可編寫程序，也可硬件設計框圖
1.2.2 設計參數（參數可以自行設置）
1、傳輸基帶數字信號（15位）碼元周期T=0.01S
2、載波頻率：15KHz 1.2.3 設計儀器
計算機和MATLAB軟件
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第2章 2PSK,2DPSK原理
2.1 2PSK原理 2.1.1 2PSK基本原理
二進制移相鍵控，簡記為2PSK或BPSK。2PSK信號碼元的“0”和“1”分別用兩個不同的初始相位“0”和“?”來表示，而其振幅和頻率保持不變.因此，2PSK信號的時域表達式為:
(t)=Acos其中，表示第n個符號的絕對相位：
t+)
=因此，上式可以改寫為:
這種以載波的不同相位直接表示相應二進制數字信號的調制方式,稱為二進制移相鍵控方式。二進制移相鍵控信號的典型時間波形如圖2-1。
10011tTs圖2-1 二進制相移鍵控信號的時間波形
2.1.2 2PSK調制原理
在二進制數字調制中，當正弦載波的相位隨二進制數字基帶信號離散變化時，則產生二進制移相鍵控(2PSK)信號。2PSK信號調制有兩種方法，即模擬調制法和鍵控法。通常用已調信號載波的 0°和 180°分別表示二進制數字基帶信號的 1 和 0，模擬調
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制法用兩個反相的載波信號進行調制。2PSK以載波的相位變化作為參考基準的，當基帶信號為0時相位相對于初始相位為0°，當基帶信號為1時相對于初始相位為180°。
鍵控法，是用載波的相位來攜帶二進制信息的調制方式。通常用0°和180°來分別代表0和1。其時域表達式為：
??e2PSK???ang(t?nTs)?cos?ct
?n?其中，2PSK的調制中an必須為雙極性碼。兩種方法原理圖分別如圖2-2和圖2-3所示。
圖2-2 模擬調制
原理圖
圖 2-3 鍵控法原理
圖
2.1.3 2PSK解調原理
由于2PSK的幅度是恒定的，必須進行相干解調。經過帶通濾波的信號在相乘器中與本地載波相乘，然后用低通濾波器濾除高頻分量，在進行抽樣判決。判決器是按極性來判決的。即正抽樣值判為1，負抽樣值判為0。2PSK信號的相干解調原理圖如圖2-4所示，各點的波形如圖2-5所示。
由于2PSK信號的載波回復過程中存在著180°的相位模糊，即恢復的本地載波與所需 3
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相干載波可能相同，也可能相反，這種相位關系的不確定性將會造成解調出的數字基帶信號與發送的基帶信號正好相反，即“1”變成“0”嗎“0”變成“1”，判決器輸出數字信號全部出錯。這種現象稱為2PSK方式的“倒π”現象或“反相工作”。
e2PSK(t)帶通濾波器a相乘器c低通濾波器d抽樣判決器定時脈沖e輸出
cos?ct
b
圖 2-4 2PSK的相干解調原理圖
edb10011atTstctt10011t圖 2-5 相干解調中各點波形圖
2.2 2DPSK原理 2.2.1 2DPSK基本原理
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 4
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載波相位是只本碼元初相與前一碼元初相之差。
傳輸系統中要保證信息的有效傳輸就必須要有較高的傳輸速率和很低的誤碼率。在傳輸信號中，2PSK信號和2ASK及2FSK信號相比，具有較好的誤碼率性能，但是，在2PSK信號傳輸系統中存在相位不確定性，并將造成接收碼元“0”和“1”的顛倒，產生誤碼。為了保證2PSK的優點，又不會產生誤碼，將2PSK體制改進為二進制差分相移鍵控（2DPSK），及相對相移鍵控。
2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對相位值去表示數字信息的一種方式。現假設用Φ表示本碼元初相與前一碼元初相之差，并規定：Φ＝0表示0碼，Φ＝π表示1碼。則數字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關系可舉例表示如2PSK信號是用載波的不同相位直接去表示相應的數字信號而得出的，在接收端只能采用相干解調，它的時域波形圖見圖2-6。
圖2-6 2DPSK信號波形圖(a)絕對碼(b)相對碼10參考100011011(c)2DPSKt
2.2.2 2DPSK調制原理
二進制差分相移鍵控。2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表示數字信息。假設前后相鄰碼元的載波相位差為??，可定義一種數字信息與??之間的關系為：
?0（數字信息“0”）????
?（數字信息“1 ??為前一碼元的相位。
實現二進制差分相移鍵控的最常用的方法是：先對二進制數字基帶信號進行差分編碼，然后對變換出的差分碼進行絕對調相即可。2DPSK調制原理圖如圖2-7所示。
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絕對碼Dn相對碼BnCnS2dpsk(t)+延時Ts波形變換×Coswc(t)
圖2-7 2DPSK調制原理框圖
2.2.3 2DPSK解調原理
2DPSK信號解調有相干解調方式和差分相干解調。用差分相干解調這種方法解調時不需要恢復本地載波，只要將DPSK信號精確地延遲一個碼元時間間隔，然后與DPSK信號相乘，相乘的結果就反映了前后碼元的相對相位關系，經低通濾波后直接抽樣判決即可恢復出原始的數字信息，而不需要在進行差分解碼。
相干解調碼變換法及相干解調法的解調原理是，先對2DPSK信號進行相干解調，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180?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。本次設計采用相干解調。兩種解調方式的原理圖如圖2-8和圖2-9所示。
2DPSK相干解調各點波形圖如圖 2-10所示。
圖 2-8 2DPSK差分相干解調原理圖
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圖 2-9 2DPSK相干解調原理圖
第3章 實驗過程
3.1 2PSK仿真部分 3.1.1 2PSK仿真圖
用MATLAB搭建好的2PSK仿真圖如下：
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圖3-1PSK仿真圖
3.1.2 2PSK模塊的參數設置： 1）相乘模塊
圖3-2 相乘器參數設置
2）低通濾波器模塊
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圖3-3 濾波器其參數設置
3）抽樣判決模塊
圖3-4 pulse generator 參數設置
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3.2 2DPSK仿真部分 3.2.1 2DPSK仿真圖
用MATLAB搭建好的2DPSK仿真圖如下：
圖3-5 2DPSK仿真圖
2.2.2 2DPSK模塊的參數設置： 1）載波模塊
圖3-6 載波參數設置
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2）乘法器模塊
圖3-7 乘法器參數設置
3）基帶模塊
圖3-8 基帶信號參數設置
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4）Unipolar to Bipolar Converte模塊
圖3-9 Unipolar to Bipolar Converter參數設置
5）碼變換模塊
圖3-10 Logical Operator參數設置
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圖3-11 Unit Delay參數設置
圖3-12 Data Type Conversion參數設置
6）濾波器模塊
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圖3-13 帶通濾波器參數設置
圖3-14 低通濾波器參數設置
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第4章 仿真結果
4.1 2PSK仿真結果
圖4-1 2PSK電路仿真波形
4.2 2DPSK仿真結果
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圖4-2 2DPSK電路仿真波形
附錄：
通過編寫M文件程序： 2PSK調制解調程序及注釋 clear all close all i=10;j=5000;fc=4;%載波頻率 fm=i/5;%碼元速率 B=2*fm;t=linspace(0,5,j);a=round(rand(1,i));%隨機序列,基帶信號 figure(3);stem(a);st1=t;16
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for n=1:10 if a(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;end end end figure(1);subplot(411);plot(t,st1);title('基帶信號st1');axis([0,5,-1,2]);%由于PSK中的是雙極性信號，因此對上面所求單極性信號取反來與之一起構成雙極性碼 st2=t;
for k=1:j;
if st1(k)>=1;
st2(k)=0;
else
st2(k)=1;
end end;subplot(412);plot(t,st2);title('基帶信號反碼st2');axis([0,5,-1,2]);st3=st1-st2;subplot(413);plot(t,st3);title('雙極性基帶信號st3');axis([0,5,-2,2]);s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(414);plot(s1);title('載波信號s1');e_psk=st3.*s1;figure(2);subplot(511);plot(t,e_psk);title('e_2psk');noise=rand(1,j);psk=e_psk+noise;
%加入噪聲 subplot(512);plot(t,psk);title('加噪后波形');psk=psk.*s1;
%與載波相乘 subplot(513);plot(t,psk);title('與載波s1相乘后波形');[f,af] = T2F(t,psk);
%通過低通濾波器
[t,psk] = lpf(f,af,B);subplot(514);plot(t,psk);title('低通濾波后波形');for m=0:i-1;
if psk(1,m*500+250)<0;
for j=m*500+1:(m+1)*500;
psk(1,j)=0;
end
else
for j=m*500+1:(m+1)*500;
psk(1,j)=1;
end
end end subplot(515);plot(t,psk);axis([0,5,-1,2]);title('抽樣判決后波形')
2DPSK調制解調程序及注釋 clear all close all i=10;j=5000;fc=4;%載波頻率 fm=i/5;%碼元速率B=2*fm;t=linspace(0,5,j);a=round(rand(1,i));figure(4);stem(a);st1=t;for n=1:10 if a(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;end end end 江西農業大學課程設計報告
figure(1);subplot(321);plot(t,st1);title('絕對碼');axis([0,5,-1,2]);b=zeros(1,i);%全零矩陣 b(1)=a(1);for n=2:10 if a(n)>=1;if b(n-1)>=1 b(n)=0;else b(n)=1;end else b(n)=b(n-1);end end st1=t;for n=1:10 if b(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;end end end subplot(323);plot(t,st1);title('相對碼st1');axis([0,5,-1,2]);st2=t;for k=1:j;if st1(k)>=1;st2(k)=0;else st2(k)=1;江西農業大學課程設計報告 end end;subplot(324);plot(t,st2);title('相對碼反碼st2');axis([0,5,-1,2]);s1=sin(2*pi*fc*t);subplot(325);plot(s1);title('載波信號s1');s2=sin(2*pi*fc*t+pi);subplot(326);plot(s2);title('低通濾波后波形');st=zeros(1,i);
%全零矩陣for m=0:i-1;
if dpsk(1,m*500+250)<0;
st(m+1)=0;
for j=m*500+1:(m+1)*500;
dpsk(1,j)=0;
end
else
for j=m*500+1:(m+1)*500;
st(m+1)=1;
dpsk(1,j)=1;
end
end end subplot(413);plot(t,dpsk);axis([0,5,-1,2]);title('抽樣判決后波形')dt=zeros(1,i);
%全零矩陣 dt(1)=st(1);for n=2:10;
if(st(n)-st(n-1))<=0&&(st(n)-st(n-1))>-1;
dt(n)=0;
else
dt(n)=1;
end end st=t;for n=1:10
if dt(n)<1;
for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n
st(m)=0;
end
else
for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n
st(m)=1;
end
end end 江西農業大學課程設計報告
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subplot(414);plot(t,st);axis([0,5,-1,2]);title('碼反變換后波形')21
第四篇：MatlabSimulink通信系統建模與仿真課程設計
電子信息課程設計
題目：
Matlab/Simulink通信
系統建模與仿真
班級：
2008級電子（X）班
學號：
姓名：
電子信息課程設計
Matlab/Simulink通信系統建模與仿真
一、設計目的：學習Matlab/Simulink的功能及基本用法，對給定系統進行建模與仿真。
二、基本知識：Simulink是用來對動態系統進行建模、仿真和分析的軟件包，依托于MATLAB豐富的仿真資源，可應用于任何使用數學方式進行描述的動態系統，其最大優點是易學、易用，只需用鼠標拖動模塊框圖就能迅速建立起系統的框圖模型。
三、設計內容：
1、基本練習：
（1）
啟動SIMULINK：先啟動MATLAB，在命令窗口中鍵入：simulink，回車；或點擊窗口上的SIMULINK圖標按鈕。
圖（1）建立simulink
（2）
點擊File＼new＼Model或白紙圖標，打開一個創建新模型的窗口。
（3）
移動模塊到新建的窗口，并按需要排布。
（4）
連接模塊：將光標指向起始模塊的輸出口，光標變為“+”，然后拖動鼠標到目標模塊的輸入口；或者，先單擊起始模塊，按下Ctrl鍵再單擊目標模塊。
（5）
在連線中插入模塊：只需將模塊拖動到連線上。
（6）
連線的分支與改變：用鼠標單擊要分支的連線，光標變為“+”，然后拖動到目標模塊；單擊并拖動連線可改變連線的路徑。
（7）
信號的組合：用Mux模塊可將多個標量信號組合成一個失量信號，送到另一模塊（如示波器Scope）。
（8）
生成標簽信號：雙擊需要加入標簽的信號線，會出現標簽編輯框，鍵入標簽文本即可。或點擊Edit＼Signal
Properties。傳遞：選擇信號線并雙擊，在標簽編輯框中鍵入<>，并在該尖括號內鍵入信號標簽即可。
四、建立模型
1.建立仿真模型
（1）在simulink
library
browser中查找元器件，并放置在創建的新模型的窗口中，連接元器件，得到如下的仿真模型。
圖（2）調幅解調器性能測試仿真模型
（2）分別雙擊雙邊帶相干解調模塊和低通濾波器模塊，彈出如下的對話框，進行相應的參數設置。
（3）相干解調模塊載波設置為1MHZ，初相位為-pi/2,低通濾波器截止頻率為6000HZ。
圖（3）雙邊帶相干解調模塊及低通濾波器的設置對話框
（4）在MATLAB中輸入如下程序進行仿真。
%
ch5problem1.m
SNR_in_dB=-10:2:30;
SNR_in=10.^(SNR_in_dB./10);
%
信道信噪比
m_a=0.3;
%
調制度
P=0.5+(m_a^2)/4;
%
信號功率
for
k=1:length(SNR_in)
sigma2=P/SNR_in(k);
%
計算信道噪聲方差并送入仿真模型
sim(＇ch5problem1.mdl＇)
;
%
執行仿真
SNRdemod(k,:)=SNR_out;
%
記錄仿真結果
end
plot(SNR_in_dB,SNRdemod);
xlabel(＇輸入信噪比
dB＇);
ylabel(＇解調輸出信噪比
dB＇);
legend(＇包絡檢波＇,＇相干解調＇);
執行程序之后，得出仿真結果如下圖所示。圖中給出了不同輸入信噪比下兩種解調器輸出的信噪比曲線。從圖中可見，高輸入信噪比情況下，相干解調方法下的輸出解調信噪比大致比包絡檢波法好3dB左右，但是在低輸入信噪比情況下，包絡檢波輸出信號質量急劇下降，這樣我們就通過仿真驗證了包絡檢波的門限效應。
圖（4）解調信噪比仿真結果
同時在仿真中給出了三路解調輸出信號的波形，如下，從解調輸出的波形上也可以看出，在相同噪聲傳輸條件下，包絡檢波輸出的正弦波幅度較小，也即包絡檢波的解調增益較相干解調要小。
圖（5）仿真輸出的解調信號波形
2建立另一個仿真模型
（1）
在圖（2）的基礎上加上一個鎖相環，構成鎖相環相干解調器模型，如下。
圖（6）鎖相環提取載波的相干解調仿真模型
（2）
用類似于對圖（2）進行仿真的程序進行仿真，程序如下
%
ch5problem1progB.m
SNR_in_dB=-10:2:30;
SNR_in=10.^(SNR_in_dB./10);
%
信道信噪比
m_a=0.3;
%
調制度
P=0.5+(m_a^2)/4;
%
信號功率
for
k=1:length(SNR_in)
sigma2=P/SNR_in(k);
%
計算信道噪聲方差并送入仿真模型
sim(＇
ch5problem1progB.mdl＇);
%
執行仿真
SNRdemod(k,:)=SNR_out;
%
記錄仿真結果
end
plot(SNR_in_dB,SNRdemod);
xlabel(＇輸入信噪比
dB＇);
ylabel(＇解調輸出信噪比
dB＇);
legend(＇包絡檢波＇,＇相干解調＇);
（3）
仿真的波形如下，從結果中可以看出，在低信噪比下，鎖相環相干解調器的性能比理想解調模塊要差一些，但在實際中由于PLL的門限效應，一般不能達到這里仿真出來的性能曲線。
圖（7）鎖相環相干解調器的輸出信噪比性能對比
（4）
同時給出仿真輸出的解調信號波形如下
五．設計總結
借由此次模擬通信系統的建模仿真設計，基本熟悉了調制解調的原理和借條性能的測試方法，通過仿真實驗進一步深入理解超外差接收機的工作原理。設計過程中由于對軟件的不熟悉遇到了很多的問題，例如，元器件的正確查找，參數設置，等等，在老師的指導下，參照參考書目，及與同學們討論摸索，及上網搜索，此次學到了很多東西。做完這次課設，對matlab軟件也進一步熟悉，真正把理論與實踐聯系起來，使我所學的專業知識得到了的運用，更深刻的理解了理論知識，理論聯系實際的實踐操作能力也進一步提高。這次的課程設計，學要我們更進一步的掌握學到的基礎知識，加深對軟件的掌握，應用，為下一次課程設計打好基礎。
【參考文獻】
紹玉斌
仿真實例分析學習輔導和習題詳解.清華大學出版社
第五篇：通信原理仿真
通信原理仿真實驗提綱
1.任意產生一個調制信號，畫出其波形及其頻譜；
2.產生一個余弦載波信號，畫出其波形及其頻譜；
3.分別采用AM（幅度），DSB（雙邊），SSB（單邊）的方式對調
制信號進行調制，畫出已調信號的波形及頻譜；
4.采用適當的方式，分別對3中得到的已調信號進行解調，畫
出解調信號的波形；
5.產生一個高斯白噪聲，疊加在已調信號上，然后進行解調，畫出解調信號的波形；
6.比較4和5中的結果；
7.編寫A律13折線PCM編碼的程序，能夠對任意輸入信號輸
出其PCM編碼；
8.產生一個隨機數字信號，分別進行ASK，FSK，PSK調制解調，畫出解調前后的波形
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