【正文】 題目 相移鍵控（ PSK） 和差分相移鍵控（ DPSK） 的仿真與設(shè)計 摘要 計算機仿真軟件在通信系統(tǒng)工程設(shè)計中發(fā)揮著越來越重要的作用。利用 MATLAB作為編程工具，設(shè)計了相移鍵控系統(tǒng)的模型，并且對模型的方針流程以及仿真結(jié)果都給出具體詳實的分析，為實際系統(tǒng)的構(gòu)建提供了很好的依據(jù)。 數(shù)字調(diào)制是通信系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，數(shù)字調(diào)制技術(shù)的改進也是通信系統(tǒng)性能提高的重要途徑。本文首先分析了數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的 PSK 和 PSK 的 調(diào)制解調(diào)方法，然后，運用 Matlab 設(shè)計了這 兩 種數(shù)字調(diào)制 解調(diào) 方 法的仿真 程序 。通過仿真， 分析 了 這兩 種 調(diào)制解調(diào)過程中各環(huán)節(jié)時域和頻域的波形 ，并考慮了信道噪聲的影響。通過仿真更深刻地理解了數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)基本原理 。最后， 對兩 種調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的性能進行了 比較。 關(guān)鍵詞 2PSK 2DPSK Matlab 設(shè)計與仿真 設(shè)計內(nèi)容、意義 MATLAB MATLAB 是一種交互式的以矩陣為基礎(chǔ)的系統(tǒng)計算平臺 ,它用于科學(xué)和工程的計算與可視化。它的優(yōu)點在于快速開發(fā)計算方法，而不在于計算速度。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，雇傭 MATLAB 可以進行矩陣、控制設(shè)計、信號處理與通信、圖像處理、信號檢測等領(lǐng)域。 目前， MATLAB 集科學(xué)計算(putation) 、可視化 (visualization)、編程 (programming)于一身，并提供了豐富的 Windows 圖形界面設(shè)計方法。 MATLAB 在美國已經(jīng)作為大學(xué)工科學(xué)生必修的計算機語言之一 ，近年來， MATLAB 語言已在我國推廣使用，現(xiàn)在已應(yīng)用于各學(xué)科研究部門和高等院校。 內(nèi) 容 數(shù)字信號 的傳輸可分為基帶傳輸和帶通傳輸，實際中的大多數(shù)的信道（如無線信道）因具有帶通特性而不能直接傳送基帶信號，這是因為基帶信號往往具有豐富的低頻分量，為了使數(shù)字信號能在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，以使信號與信道相匹配，這種用基帶信號控制載波，把數(shù)字基帶信號變換成數(shù)字帶通信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制。 在接收端通過解調(diào)器把帶通信號還原成數(shù)字基帶信號的過程稱為數(shù)字解調(diào) ，而包括調(diào)制和解調(diào)的過程數(shù)字傳輸 系統(tǒng) 叫做數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)。通過改變載波幅度、頻率、 相位，來傳輸數(shù)字基帶信號，所以帶通傳 輸也 叫做載波傳輸。 利用數(shù)字信號的離散取值特點通過開關(guān)鍵控制載波，從而實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，此法通常稱為鍵控法，根據(jù)鍵控的不同可分為振幅鍵控，頻率鍵控和相位鍵控。 此次試驗報告 首先分析了數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的 幾 種基本調(diào)制解調(diào)方法，然后，運用 Matlab 設(shè)計了 兩 種數(shù)字調(diào)制 解調(diào) 方法的仿真 程序，主要包括2PSK， 2DPSK。通過仿真， 分析 了 這 兩 種 調(diào)制解調(diào)過程中各環(huán)節(jié)時域和頻域的波形 ，并考慮了信道噪聲的影響。通過仿真更深刻地理解了數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)基本原理 。最后， 對 這 兩 種調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的性能進行了 比較。 意 義 由于傳 輸失真、傳輸損耗以及保證帶內(nèi)特性的原因，基帶信號不適合在各種信道上進行長距離傳輸。為了進行長途傳輸，必須對數(shù)字信號進行載波調(diào)制，將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。因此，大部分現(xiàn)代通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)。另外，由于數(shù)字通信具有建網(wǎng)靈活，容易采用數(shù)字差錯控制技術(shù)和數(shù)字加密，便于集成化，并能夠進入綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ ISDN 網(wǎng)），所以通信系統(tǒng)都有由模擬方式向數(shù)字方式過渡的趨勢。因此，對數(shù)字通信系統(tǒng)的分析與研究越來越重要，數(shù)字調(diào)制作為數(shù)字通信系統(tǒng)的重要部分之一，對它的研究也是有必要的。通過對調(diào)制系統(tǒng)的仿真，我 們可以更加直觀的了解數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能及影響性能的因素，從而便于改進系統(tǒng)，獲得更佳的傳輸性能。 計算機仿真軟件在通信系統(tǒng)工程設(shè)計中發(fā)揮著越來越重要的作用。利用 MATLAB 作為編程工具，設(shè)計 相移鍵控系統(tǒng)的模型，并且對模型的方針流程以及仿真結(jié)果都給出具體詳實的分析，為實際系統(tǒng)的構(gòu)建提供了很好的依據(jù)。 同時 加深對所學(xué)的通信原理知識理解，培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì) ； 通過專業(yè)課程設(shè)計掌握通信中常用的信號處理方法，能夠分析簡單通信系統(tǒng)的性能。 相關(guān)理論 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)的相關(guān)原理 在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使 數(shù)字基帶信號能夠在信道中傳輸，要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性。然而，在實際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號 。 數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，一般可以采用模擬調(diào)制的方法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。但是，數(shù)字基帶信號具有與模擬基帶信號不同的特點，其取值是有限的離散狀態(tài)。這樣，可以用載波的某些離散狀態(tài)來表示數(shù)字基帶信號的離散狀態(tài)。 二進制 相 移鍵控 (2PSK) 相移鍵控是利用載波的相位變化來 傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在 2PSK 中，通常用初始相位 0和π分別表示二進制“１”和“ 0”。因此， 2PSK 信號的時域表達式為 ? ?ncPS K tAte ?? ?? c o s)(2 （ － 1） 其中， n? 表示第 n個符號的絕對相位： 時發(fā)送時發(fā)送 ”“ ”“0 １０n ???? ?? （ － 2） 因此，式（２ .2－ 1）可以改寫為 PPtA tAte ccP SK ???? ?? 1c osc os)(2 概率為概率為?? （ － 3） 由于表示信號 的兩種碼元的波形相同，極性相反，故 2PSK 信號一般可以表述為一個雙極性（ bipolarity）全占空（ 100% duty ratio）矩形脈沖序列與一個正弦載波的相乘，即 ttste cP S K ?c o s)()(2 ? （ － 4） 其中 ? ?? n sn nTtgats )()( （ － 5） 這里， g(t)是脈寬為 sT 的單個矩形脈沖，而 na 的統(tǒng)計特性為 PPa n ?????? 111 概率為概率為 （ － 6） 即發(fā)送二進制符號“０”時（ na ?。保?， )(2 tePSK ?。跋辔?；發(fā)送二進制符號“１”時（ na ?。保?， )(2 tePSK 取π相位。這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進制數(shù)字信號的調(diào)制方式，稱為二進制絕對相移方式。 2PSK信號的調(diào)制原理框圖如圖２－ 1所示。與 2ASK信號的產(chǎn)生方法相比較，只是對 s(t)的要求不同， 在 2ASK 中 s(t)是單極性的，而在 2PSK 中 s(t)是雙極性的基帶信號。 2PSK 信號的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法，解調(diào)原理框圖如圖 2－ 2所示。在相干解調(diào)中，如何得到與接收的 2PSK 信號同頻同相的相干載波是個關(guān)鍵問題。 ２ .3 二進制 差分相 移鍵控 (2DPSK) 在 2PSK 信號中，相位變化是以未調(diào)載波的相位作為參考基準的。由 于它利用載波相位的絕對數(shù)值表示數(shù)字信息，所以又稱為絕對相移。 2PSK 相干解調(diào)時，由于載波恢復(fù)中相位有０、π模糊性，導(dǎo)致解調(diào)過程出現(xiàn)“反向工作”現(xiàn)象，恢復(fù)出的數(shù)字信號“１”和“０”倒置，從而使 2PSK 難以實際應(yīng)用。為了克服此缺點，提出了二進制差分相移鍵控（ 2DPSK）方式。 s(t) 乘法器 e2PSK (t) cosωct 雙極性不歸零 (a)模擬調(diào)制方法 cosωct 開關(guān)電路 (b)鍵控法 圖２－１ 2PSK 信號的調(diào)制原理框圖 180176。移相 o π 碼型變換 e2PSK (t) s(t) 相乘器 低通濾波器 帶通濾波器 圖２－ 2 2PSK信號的解調(diào)原理框圖 抽樣判決器 cosωct e2PSK (t) 定時脈沖 輸出 2DPSK 是利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數(shù)字信息，所以又稱相對相移鍵控。假設(shè) ?? 為當前碼元與前一碼元的載波相位差，可定義一種數(shù)字信息與 ?? 之間的 關(guān)系為 ”“ ”“0 １０表示數(shù)字信息表示數(shù)字信息????? ?? （２ .3－１） 于是可以將一組二進制數(shù)字信息與其對應(yīng)的 2DPSK 信號的載波相位關(guān)系示例如下： 二進制數(shù)字信息 : 1 1 0 1 0 0 1 1 0 2DPSK 信號相位 : (0) π 0 0 π π π 0 π π 或 (π) 0 π π 0 0 0 π 0 0 數(shù)字信息與 ?? 之間的關(guān)系也可定義為 ”0“ ”1“0 表示數(shù)字信息表示數(shù)字信息????? ?? 由此示 例可知，對于相同的基帶數(shù)字信息序列，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