課程設(shè)計(jì)---二進(jìn)制相移鍵控載波同步仿真設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　課程設(shè)計(jì)名稱：______ </p><p>　　專 業(yè) 班 級(jí) ：______ ___ </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 ：___ _______ </p><

2、p>　　學(xué) 號(hào) ： _____ </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 ： </p><p>　　課程設(shè)計(jì)時(shí)間：___ </p><p>　　電子信息工程 專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p>

3、<p>　　說明：本表由指導(dǎo)教師填寫，由教研室主任審核后下達(dá)給選題學(xué)生，裝訂在設(shè)計(jì)（論文）首頁(yè) </p><p><b>　　1 需求分析</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是基于MATLAB的模擬相位（PM）調(diào)制與解調(diào)仿真，主要設(shè)計(jì)思想是利用MATLAB這個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件工具，其中的通信仿真模塊通信工具箱以及M檔等，方便快捷靈活的功能實(shí)現(xiàn)仿真通信的調(diào)制

4、解調(diào)設(shè)計(jì)。還借助MATLAB可視化交互式的操作，對(duì)調(diào)制解調(diào)處理，提高仿真的準(zhǔn)確度和可靠性。</p><p><b>　　2 概要設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要是基于MATLAB的模擬調(diào)制與解調(diào)仿真，主要設(shè)計(jì)思想是利用MATLAB、simulink檔、M檔等，方便快捷的實(shí)現(xiàn)模擬通信的多種調(diào)制解調(diào)設(shè)計(jì)?；趕imulink對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)建模。并編

5、寫相應(yīng)的m檔，得出調(diào)試及仿真結(jié)果并進(jìn)行分析。</p><p><b>　　3 運(yùn)行環(huán)境</b></p><p>　　硬件環(huán)境：Microsoft Windows XP Professional 版本 2002 Service Pack 3</p><p>　　軟件環(huán)境：MATLAB 6.5</p><p>　　4 開發(fā)工

6、具和編程語(yǔ)言</p><p>　　開發(fā)工具：MATLAB 6.5</p><p>　　編程語(yǔ)言：MATLAB語(yǔ)言</p><p><b>　　5 詳細(xì)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)原理</p><p>　　在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)

7、離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號(hào)。</p><p>　　通常用已調(diào)信號(hào)載波的 0°和 180°分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的 1 和 0。二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為</p><p>　　在一個(gè)碼元期間，則有</p><p>　　e2PSK(t)=cosωct, 發(fā)送概率為P</p>&l

8、t;p>　　-cosωct, 發(fā)送概率為1-P</p><p>　　若用φn表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位，則有</p><p>　　 φn= 0°, 發(fā)送 1 符號(hào)</p><p>　　180°, 發(fā)送 0 符號(hào)</p><p>　　2PSK

9、信號(hào)的解調(diào)采用相干解調(diào)， 解調(diào)器原理圖如圖1.1所示</p><p>　　當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180°倒相時(shí)，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。這種現(xiàn)象通常稱為“倒π”現(xiàn)象。由于在2PSK信號(hào)的載波恢復(fù)過程中存在著180°的相位模糊，所以2PSK信號(hào)的相干解調(diào)存在隨機(jī)的“倒π”現(xiàn)象。</p><p><b>

10、　　5.2載波同步原理</b></p><p>　　提取載波的方法一般分為兩類：一類是不專門發(fā)送導(dǎo)頻，而在接收端直接從發(fā)送信號(hào)中提取載波，這類方法稱為直接法，也稱為自同步法；另一類是在發(fā)送有用信號(hào)的同時(shí)，在適當(dāng)?shù)念l率位置上，插入一個(gè)（或多個(gè)）稱作導(dǎo)頻的正弦波，接收端就利用導(dǎo)頻提取出載波，這類方法稱為插入導(dǎo)頻法，也稱為外同步法。</p><p>　　在模擬通信系統(tǒng)中，抑制載波的雙

11、邊帶信號(hào)本身不含有載波；殘留邊帶信號(hào)雖然一般都含有載波分量，但很難從已調(diào)信號(hào)的頻譜中將它分離出來(lái)；單邊帶信號(hào)更是不存在載波分量。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，2PSK信號(hào)中的載波分量為零。對(duì)這些信號(hào)的載波提取，都可以用插入導(dǎo)頻法，特別是單邊帶調(diào)制信號(hào)，只能用插入導(dǎo)頻法提取載波。</p><p>　　對(duì)于抑制載波的雙邊帶調(diào)制而言，在載頻處，已調(diào)信號(hào)的頻譜分量為零，同時(shí)對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，就可以使已調(diào)信號(hào)在載頻附近的頻譜分

12、量很小，這樣就可以插入導(dǎo)頻，這時(shí)插入的導(dǎo)頻對(duì)信號(hào)的影響最小。但插入的導(dǎo)頻并不是加在調(diào)制器的那個(gè)載波，而是將該載波移相90°后的所謂“正交載波”。根據(jù)上述原理，就可構(gòu)成插入導(dǎo)頻的發(fā)端方框圖如圖1.5（a）所示。    根據(jù)圖1.5（a）的結(jié)構(gòu)，其輸出信號(hào)可表示為</p><p>　　uo(t)=am(t)sinωct-a cosωct</p><

13、;p>　　設(shè)收端收到的信號(hào)與發(fā)端輸出信號(hào)相同，則收端用一個(gè)中心頻率為的窄帶濾波器就可以得到導(dǎo)頻，再將它移相90°，就可得到與調(diào)制載波同頻同相的信號(hào)。收端的方框圖如圖1.5（b）所示。</p><p>　　插入導(dǎo)頻法發(fā)送端框圖 插入導(dǎo)頻法接受端圖</p><p>　　由圖1-5可知，解調(diào)輸出為</p><p>　　經(jīng)

14、過低通濾波器后，就可以恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)。然而，如果發(fā)端加入的導(dǎo)頻不是正交載波，而是調(diào)制載波，這時(shí)發(fā)端的輸出信號(hào)可表示為</p><p>　　收端用窄帶濾波器取出后直接作為同步載波，但此時(shí)經(jīng)過相乘器和低通濾波器解調(diào)后輸出為，多了一個(gè)不需要的直流成分，這就是發(fā)端采用正交載波作為導(dǎo)頻的原因。</p><p>　　為此可以在信號(hào)頻譜之外插入兩個(gè)導(dǎo)頻和，使它們?cè)诮邮斩私?jīng)過某些變換后產(chǎn)生所需要的。設(shè)兩導(dǎo)

15、頻與信號(hào)頻譜兩端的間隔分別為和則：</p><p>　　式中的是殘留邊帶形成濾波器傳輸函數(shù)中滾降部分所占帶寬的一半（見圖1.6），而是調(diào)制信號(hào)的帶寬。</p><p>　　圖1.6 殘留邊帶信號(hào)形成濾波器的傳輸函數(shù)</p><p>　　插入導(dǎo)頻法提取載波要使用窄帶濾波器，這個(gè)窄帶濾波器也可以用鎖相環(huán)來(lái)代替，這是因?yàn)殒i相環(huán)本身就是一個(gè)性能良好的窄帶濾波器，因而使用鎖相

16、環(huán)后，載波提取的性能將有改善。</p><p>　　5.3各模塊及總體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)要求設(shè)計(jì)由M序列電路，2PSK調(diào)制電路和載波提取電路組成總的電路。</p><p>　　5.3.1 M序列電路</p><p>　　圖3.1 M序列電路</p><p>　　四個(gè)觸發(fā)器的輸出端分別為a1，a2,a3,

17、a4，他們之間的關(guān)系為：</p><p>　　輸出的信碼為：111100010011010。</p><p>　　5.3.2 2PSK信號(hào)調(diào)制電路</p><p>　　2PSK信號(hào)調(diào)制電路</p><p>　　當(dāng)從左邊輸入口輸入M序列，將M序列分為兩部分即原M序列和變換后的M序列（其中高電平變?yōu)榈碗娖?；低電平變?yōu)樨?fù)電平）。在與載波相乘后相加。

18、就相當(dāng)于將M序列信號(hào)轉(zhuǎn)化為雙極性碼并與載波信號(hào)相乘，得到2PSK調(diào)制信號(hào)，從右上方輸出口輸出。</p><p>　　5.3.3載波提取電路</p><p>　　圖3.3 載波提取電路</p><p>　　由右上方輸入端輸入2PSK調(diào)制信號(hào)，經(jīng)模擬乘法器將信號(hào)平方，再經(jīng)過鎖相環(huán)調(diào)相，并由D觸發(fā)器將其分頻，再經(jīng)過振蕩電路將方波還原成正弦波，最后經(jīng)過濾波器調(diào)整濾除雜波。&

19、lt;/p><p><b>　　5.3.4總電路圖</b></p><p><b>　　圖3.4 總電路圖</b></p><p><b>　　5.3.5 程序</b></p><p>　　The first step is to initialize variables for

20、data rate, carrier frequency, sampling rates, number of symbols to simulate, alphabet size (M), signal to noise ratios (SNR, SNR/bit). The last line seeds the random number generators. Fd = 1; Fc = 4; Fs = 32; N = Fs/Fd;

21、 numSymb = 100; </p><p>　　M = 2; SNRpBit = 14; SNR = SNRpBit/log2(M);</p><p>　　seed = [12345 54321]; </p><p>　　rand('state', seed(1)); randn('state', seed(2

22、));Generating random information symbolsNext, use RANDSRC to generate random information symbols from 0 to M-1. Since the simulation is of QPSK, the symbols are 0 through 3. The first 10 data points are plotted above. nu

23、mPlot = 10;</p><p>　　rand('state', seed(1));</p><p>　　msg_orig = randsrc(numSymb,1,[0:M-1]);</p><p>　　stem([0:numPlot-1], msg_orig(1:numPlot),'bx');</p><p

24、>　　xlabel('Time'); ylabel('Amplitude');</p><p>　　Phase modulating the data on a carrierUse DMOD to phase modulate the data on a carrier with frequency 4 times the data rate and to upsample

25、 to a sampling rate 8 times the carrier frequency. Note in the plot that the phase changes at the symbol boundaries. grayencod = bitxor([0:M-1],floor([0:M-1]/2)); </p><p>　　msg_gr_orig = grayencod(msg_orig+1

26、);</p><p>　　msg_tx = dmod(msg_gr_orig, Fc, Fd, Fs, 'psk', M);</p><p>　　numModPlot = numPlot * Fs; </p><p>　　t = [0:numModPlot-1]./Fs;</p><p>　　plot(t, msg_tx(1:

27、length(t)),'b-');</p><p>　　axis([ min(t) max(t) -1.5 1.5]); xlabel('Time'); ylabel('Amplitude');</p><p>　　Creating the noisy signalThen use AWGN to add noise to the tran

28、smitted signal to create the noisy signal at the receiver. Use the 'measured' option to add noise that is 14 dB below the average signal power (SNR = 14 dB). The term, -10*log10(N), is used to scale the noise pow

29、er with the oversampling. The term, -10*log10(0.5), is used to reduce the noise power to match the bandpass signal representation. Plot the received signal. randn('state', seed(2));</p><p>　　msg_rx =

30、 awgn(msg_tx, SNR-10*log10(0.5)-10*log10(N), 'measured', [], 'dB');</p><p>　　plot(t, msg_rx(1:length(t)),'b-');</p><p>　　axis([ min(t) max(t) -1.5 1.5]); xlabel('Time

31、'); ylabel('Amplitude');</p><p>　　Recovering information from the transmitted signalThen use DDEMOD to demodulate the signal, detect the symbol that was transmitted, and downsample to the origina

32、l information rate. The detected symbols are plotted in red stems with circles and the transmitted symbols are plotted in blue stems with x's. The blue stems of the transmitted signal are shadowed by the red stems of

33、 the received signal. Therefore, comparing the blue x's with the red circles indicates that the received signal is identica</p><p>　　[dummy graydecod] = sort(grayencod); graydecod = graydecod - 1;</p&

34、gt;<p>　　msg_demod = graydecod(msg_gr_demod+1)';</p><p>　　stem([0:numPlot-1], msg_orig(1:numPlot),'bx'); hold on;</p><p>　　stem([0:numPlot-1], msg_demod(1:numPlot),'ro'

35、;); hold off;</p><p>　　axis([ 0 numPlot -0.2 3.2]); xlabel('Time'); ylabel('Amplitude');Comparing original message to demodulated messageFinally, use BITERR and SYMERR to compare the origina

36、l message to the demodulated message. BITERR is used to determine the bit error rate and SYMERR is used to determine the symbol error rate. [errorBit ratioBit] = biterr(msg_orig, msg_demod, log2(M));[errorSym ratioSym] =

37、 symerr(msg_orig, msg_demod);Running simulation examplesThe next two steps execute examples files, SIMPASSBANDEX</p><p>　　0.0768 0.1496</p><p>　　0.0536 0.1037</p><p>　　0.0393

38、 0.0773</p><p>　　0.0220 0.0430</p><p>　　0.0120 0.0239</p><p>　　0.0058 0.0116</p><p>　　Running the baseband QPSK simulation exampleThe green and magenta lines

39、 are the theoretical bit error rate (BER) and symbol error rate (SER) performance curves for QPSK, respectively. The example, SIMBASEBANDEX, plots the simulated BER and SER in red and blue lines, respectively. SIMBASEBAN

40、DEX uses DMODCE and DDEMODCE to simulate PSK at baseband using a complex envelope representation of the modulated signal. Using DMODCE and DDEMODCE instead of DMOD and DDEMOD allows you to simulate communicati</p>

41、<p><b>　　6 仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　M文件仿真結(jié)果圖</b></p><p><b>　　7 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 徐明遠(yuǎn) 邵玉斌 編著. MATLAB仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005.6<

42、;/p><p>　　[2] 孫屹 李妍編著. MATLAB 通信仿真開發(fā)手冊(cè). 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.1</p><p>　　[3] 達(dá)新宇 陳樹新 等著. 通信原理教程. 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2005.1</p><p>　　[4] 李穎 編著. simulink動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模與仿真基礎(chǔ). 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004.7</p&

43、gt;<p>　　[5] 樊昌信 等編著. 通信原理教程. 北京：北京電子工業(yè)出版社，2004.1</p><p>　　[6] 樊昌信 張甫翊 徐炳祥 吳成柯 編著. 通信原理（第5版）. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001.5</p><p>　　[7] 劉泉 主編. 通信電子線路（第2版）. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2005.1</p><p>