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2DPSK调制与差分解调系统仿真课程设计.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：3.81M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    《2DPSK 调制与差分解调系统仿真》 第１页 共 21 页 2DPSK 调制与差分解调系统仿真 学生姓名： 指导老师： 摘 要 本课程设计主要运用 MATLAB 集成环境下的 Simulink 仿真平台设计一个 2DPSK 调制与差分解调通信系统，并把运行仿真结果输入到显示器，根据显示结果分 析所设计的系统性能。在课程设计中，首先根据原理构建调制差分解调电路，再在 Simulink 中调出各元件组成电路，再设置调制差分解调电路中各个模块的参数值并加以 运行，并把运行仿真结果输入显示器，根据显示结果分析所设置的系统性能 。 关键词 Simulink； 2DPSK；调制；差分解调 1 引 言 本课程设计主要三利用 MATLAB 集成环境下的 Simulink 仿真平台，设计一个 2DPSK 调制与差分解调通信系统，分别在理想信道和非理想信道中运行，并把运行仿 真结果输入显示器，根据显示结果分析所设计的系统性能。 1.1 课程设计目的 通过设计 2DPSK 调制与差分解调系统，并使其在理想信道和不同的噪声信道中运 行，让我们进一步理解通信系统的基本组成和数字通信的基础理论、通信系统发射端信 号的形成及接收端信号解调的原理、通信系统信号传输质量的检测等方面的相关知识。 学会综合运用这些知识，并把这些知识运用于实践当中，使所学知识在综合运用能 力上以及分析问题、解决问题能力上得到进一步的发展，让自己对这些知识有更深的了 解。 通过课程设计培养严谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作精神。
    《2DPSK 调制与差分解调系统仿真》 第２页 共 21 页 1.2 课程设计的要求 （1） 学习使用 MATLAB 下 Simulink 仿真平台构建相应的通信系统。熟练掌握 Simulink 中的语法结构，编写方法。 （2） 利用课堂所学知识，在 Simulink 仿真平台中设计 2DPSK 调制与差分解调系 统。按照要求运行，检测系统仿真结果。 （3） 按照老师要求，认真完成课程设计报告书，加深课堂理论的理解，能够正确 阐述设计和实验结果。 （4） 在老师的指导下，个人独立完成自己的设计任务，严禁抄袭。 2 设计原理 2.1 通信简介 通信按照传统的理解就是信息的传输。在当今高度信息化的社会，信息和通信已成 为现代社会的“命脉”。信息作为一种资源，只有通过广泛地传播与交流，才能产生利 用价值，促进社会成员之间的合作，推动社会生产力的发展，创造出巨大的经济效益[1]。 通信的目的是传递消息中所包含的信息。消息是物质或精神状态的一种反应，在不 同时期具有不同的表现形式。例如，话音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等都是 消 息 （message ）。 人 们 接 收 消 息 ， 关 心 的 是 消 息 中 所 包 含 的 有 效 内 容 ， 即 信 息 （information）。通信则是进行信息的时空转移，即把消息从一方传送到另一方。基于这 种认识，“通信”也就是“信息传输”或“消息传输”[1] 。 2.2 工作平台简介 MATLAB 是美国 MathWorks 公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式 大型软件，是一个可以完成各种精确计算和数据处理的、可视化的、强大的计算工具。 它集图示和精确计算于一身，在应用数学、物理、化工、机电工程、医药、金融和其他 需要进行复杂数值计算的领域得到广泛应用。它不仅是一个在各类工程设计中便于使用 的计算工具，而且也是一个在数学、数值分析和工程计算等课程教学中的优秀的教学工 具，在世界各地的高等院校中十分流行，在各类工业应用中更有不俗的表现。MATLAB
    《2DPSK 调制与差分解调系统仿真》 第３页 共 21 页 可以在几乎所有的 PC 机和大型计算机上运行，适用于 Windows、UNIX 等各种系统平 台[2]。 Simulink 作为 MATLAB 语言上的一个可视化建模仿真平台，起源于对自动控 制 系 统 的 仿 真 需 求 ， 它 采 用 方 框 图 建 模 的 形 式 ， 更 加 贴 近 于 工 程 习 惯 。 目 前 ， MATLAB/Simulink 的应用已经远远超越了数值计算和控制系统仿真等传统领域， 在几乎所有理工学科中形成了为数众多的专业工具库和函数库，日益成为科学研 究和工程设计中日常计算和仿真实验的工具[3]。 Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和 综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观 的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰 及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点 Simulink 已被广 泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件 和硬件可应用于或被要求应用于 Simulink。 Simulink®是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计 工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统， Simulink 提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行 和测试。 构架在 Simulink 基础之上的其他产品扩展了 Simulink 多领域建模功能，也提 供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink 与 MATLAB®紧 密集成，可以直接访问 MATLAB 大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视 化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。 2.3 2DPSK 调制与差分解调原理 一般来说，数字调制与模拟调制的基本原理相同，但是数字信号有离散取值的特 点。因此有两种基本调制方法：一是可以把数字信号当成特殊的模拟信号处理；二是利 用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制，称之为键控法。 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，所以又称为相位 相移键控。2DPSK 信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元相对相位的差才决 定信息符号[1]。2DPSK 信号的产生方法有两种，即模拟调制法和键控法，此次我采用的 是键控法。先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字信息序列的绝对码变
    《2DPSK 调制与差分解调系统仿真》 第４页 共 21 页 换成相对码（差分码），然后再根据相对码进行绝对调相，从而产生二进制相移键控信 号。 2DPSK 信号调制器原理框图如图 2.1 所示。 开关电路 0 e 2DPSK(t) π 码变换 s(t) coswct 180。移相 图 2.1 2DPSK 信号键控调制器原理框图 2DPSK 信号的解调也有两种方法，即相干解调与差分解调。此处，我采用的是差 分解调。用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需由收到的 2DPSK 信号延时一 个码元间隔 TS，然后与 2DPSK 信号本身相乘。相乘器起着相位比较的作用，相乘结果 反映了前后码元的相位差，经低通滤波后再抽样判决，即可直接恢复出原始数字信息， 故解调器中不需要码反变换器。 2DPSK 差分解调原理框图如下图 2.2 所示。 e 2DPSK(t) 带 通 滤 波器 相乘器 低 通 滤 波器 延迟 Ts 抽 样 判 决器 输出 定 时 脉冲 图 2.2 2DPSK 差分解调原理框图 因 为 2DPSK 与 2PSK 具 有 相 同 形 式 的 表 达 式  ( tga n  )( ts  nT s ) 。这里， )(tg 是脉冲宽度为 sT 的单个矩形波形，而 na 的统计特性为 e 2 DPSK )( t  )( ts cos c t ， 其 中 ， n 1     1 na  ，其中，当概率为 P 时， 1na ；当概率为 P1 时， 1na 。只是，2DPSK 中 的基带信号 )(ts 对应的是码变换后的相对码序列。因此，2DPSK 信号和 2PSK 信号的功率 谱密度是完全一样的。
    《2DPSK 调制与差分解调系统仿真》 第５页 共 21 页 3 设计步骤 3.1 熟悉 simulink 1、在 MATLAB 命令窗口输入“simulink”并回车，就可进入 Simulink 模型库，如下 图 3.1.1 所示。单击工具栏上的 按钮也可进入。 图 3.1.1 利用命令窗口进入 Simulink 模型库 2 、 在 MATLAB 子 窗 口 或 Simulink 模 型 库 的 菜 单 栏 依 次 选 择“File” | “New” | “Model”，即可生成空白仿真模型窗口，如下图 3.1.2 所示。 图 3.1.2 建立仿真模型窗口 3、在设计仿真模型时，可以从模型库中选中模块，单击鼠标右键，选择"Add to untitled"，或直接把模块拖到仿真模型中，即可加入模块，如下图 3.1.3 所示。
    《2DPSK 调制与差分解调系统仿真》 第６页 共 21 页 4、在窗口中输入所需要模块的名字，然后按回车，即可搜索到该模块，如下图 3.1.4 图 3.1.3 加入模块 所示。 图 3.1.4 在窗口中输入模块名称寻找模块 3.2 2DPSK 信号键控调制与差分解调 利用前面所述方法，首先建立仿真模型窗口，然后选择所有需要使用的模型，将其 一一拖入窗口中，然后每个模块进行参数设置。最后，我建立的 2DPSK 键控调制与差 分解调模型如下图 3.2.1 所示。
    《2DPSK 调制与差分解调系统仿真》 第７页 共 21 页 图 3.2.1 2DPSK 键控调制与差分解调模型 在仿真模型中，用“Sine Wave”函数产生正弦波作为载波。在仿真模型中，模块的参 数设置非常重要，关乎着是否能够仿真出结果。所有，对于该仿真模型中的载波，我设 置参数如下图 3.2.2 所示。其中，载波的频率设置为 10*pi。 3.2.3 键控开关参数设置 图 3.2.2 载波参数设置图 随后，将键控开关参数设置如图 3.2.3 所示，其中将开始 Threshold 设置为 1，采样 时间设置为 0.001。将基带信号中的参数设置为二进制，如图 3.2.4 所示。将带通滤波器 参数设置为二进制，低频率设为 1*pi，高频率设为 20*pi，如图 3.2.5 所示。将低通滤波 器参数设置为二进制，可以通过的频率设为 1*pi，如图 3.2.6 所示。将采样保持器参数 初始条件设置为 61，如下图 3.2.7 所示。将传输延迟器参数设置为如下图 3.2.8 所示。将 矩形脉冲参数设置为如图 3.2.9 所示。将判决器参数中的判决条件设为 0，大于 0 的判为
    《2DPSK 调制与差分解调系统仿真》 第８页 共 21 页 0，小于 0 的判为 1。 图 3.2.4 基带信号参数设置 图 3.2.5 带通滤波器参数设置 图 3.2.6 低通滤波器参数设置图图 图 3.2.7 采样保持器参数设置
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