8psk

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实践教学

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兰州理工大学

计算机与通信学院

2013年春季学期

通信系统仿真课程设计

题 目： 8PSK载波调制信号的

调制解调与性能分析

专业班级： 通信工 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩：

摘 要

8PSK是一种常用于卫星通信的高带宽效率的多相位键控调制解调技术。通过进行8PSK调制解调的基带仿真，对实现中影响该系统性能的几个重要问题进行了研究。研究了实际应用时不同类型和参数的滤波器对系统性能的影响，针对8PSK的特点，采用了存储波形累加求和法来代替一般的滤波成形，提高了调制速度，利用其相位对称的特点将波形存储表压缩为原容量的1 / 4，有效地节约了存储空间。

关键字： 多相位键控 ；

正交调制；8PSK；误码率

目 录

前 言.............................................. 错误！未定义书签。 一、信道........................................... 错误！未定义书签。

1.1信道概念.................................... 错误！未定义书签。 1.2信道分类.................................... 错误！未定义书签。 二、设计原理....................................... 错误！未定义书签。

2.1 MPSK的介绍................................. 错误！未定义书签。 2.2 8PSK的原理................................ 错误！未定义书签。 三、设计与仿真..................................... 错误！未定义书签。

3.1 MATLAB软件的介绍........................... 错误！未定义书签。 3.2 8PSK调制部分............................... 错误！未定义书签。 3.3 8PSK 解调部分 .............................. 错误！未定义书签。 3.4 高斯噪声和误码率 ........................... 错误！未定义书签。 四、总结........................................... 错误！未定义书签。 五、致谢........................................... 错误！未定义书签。 参考文献........................................... 错误！未定义书签。

前 言

8PSK (8 Phase Shift Keying 8移相键控) 是一种相位调制算法。 相位调制（调相）是频率调制（调频）的一种演变，载波的相位被调整用于把数字信息的比特编码到每一词相位改变（相移）。

\中的\表示使用移相键控方式，移相键控是调相的一种形式，用于表达一系列离散的状态，8PSK对应8种状态的PSK。如果是其一 半的状态，即4种，则为QPSK，如果是其2倍的状态，则为16PSK。因为8PSK拥有8种状态，所以8PSK每个符号(symbol)可以编码3个比特(bits)。8PSK抗链路恶化的能力（抗噪能力）不如QPSK，但提供了更高的数据吞吐容量。

8PSK相位调制算法的特点：

(1) 传输效率高。码元速率相同时，信息速率比二进制高。

(2) 抗衰落能力差。8PSK信号只宜在恒参信道(如有线信道)中使用。 (3) 在接收机输入平均信噪比相等的情况下，8PSK系统的误码率比2PSK系统要高。

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一、信道

1.1信道概念

信道：信道就是信号的通道。在数字通信系统模型中，可将其分为狭义信道和广义信道。

狭义信道：用来传输电(光）信号,介于发送设备和接收设备之间的传输媒介； 广义信道：凡信号经过的路径就称之为信道。按所传输信号的形式，可分为调制信道和编码信道(是数字信道）。

发送方调制器的输出端到接收方解调器的输入端，称为调制信道，分为恒参信道和随参信道；

恒参信道：信道传递函数与时间t无关的信道，如有线电缆、光纤、微波等；

随参信道：信道传递函数与时间t有关的信道，如短波电离层反射、超短波流星余迹散射等；

发送方编码器的输出端到接收方译码器的输入端，称为编码信道；分为无记 忆信道和有记忆信道；

无记忆信道：若每个输出的符号只取决于当前的输入符号，而与前后其他的输入符号无关时，称为无记忆信道。（即前后码元的接收概率不存在关联性，概率是统计独立的。）

有记忆信道：若前后码元的接收概率存在关联性，则称为有记忆的编码信道。

1.2信道分类

信道可按不同的方式进行分类： 按用途分：电话信道、电视信道等； 按传输的信号分：模拟信道、数字信道； 按传输媒介分：有线信道、无线信道； 按传输信号频谱分：基带信道、载波信道；

按使用方式分：专用信道、公共信道。

就总体而言，信道应看作一个线性系统，满足线性叠加原理。信号在信道中传输，存在衰耗和时延，信道中总是存在噪声，信号在实际信道中传输，将会产生失真，任何信道都有一定的频率带宽，信道不可能传送功率无限大的信号。

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二、设计原理

2.1 MPSK

的介绍

MPSK即多进制相移键控，又称为多相制。这种键控方式是多进制键控的主要方式。在M进制的相移键控信号，用M个相位不同的载波分别代表M个不同的符号。如果载波有2n个相位，它可以代表n位二进制码元的的不同组合的码组。多进制相移键控也分为多进制绝对相移键控和多进制相对相移键控。

在MPSK信号中，载波相位有M种可能取值，θn=2πn/M(n=1,2,?M)。因此MPSK信号可表示为

S(t) = cos(ω0t+θn) = cos (ω0t+2πn/M) (1) 若载波频率是基带信号速率的整数倍，则上式可改写为

S(t)=∑g(t-nTs)cos(ω0t+θn)=cosω0tΣg(t-nTs)cosθn-sinω0tΣg(t-nTs)sinθ. (2) 式中g(t)是高度为1、宽度为Ts的矩形脉冲。

式中表明，MPSK信号可等效为两个正交载波的MASK信号之和。所以，MPSK信号的带宽和MASK信号的带宽相同。因此，MPSK系统是一种高效率的信息传输方式。但是，当M的取值增加时，载波间的相位差也随之减少，这就使它的抗噪声性能变差。

2.2 8PSK的原理

在八相调相中，把载波相位的一个周期0-2π等分成8种相位，已调波相邻相位之差为2π/8=π/4。二进制信码的三比码组成一个八进制码元，并与一个已调波的相位对应。所以在调制时必须将二进制的基带串行码流经过串/并变换，变为三比特码元，然后进行调相。三比特码元的组合不同，对应的已调波的相位就不同。

8PSK信号可用正交调制法产生，方法如图1所示。输入的二进制信息序列经串/并变换后，分为三路并行序列BAC，每一组并行的BAC称为三比特码元。每路的码元速率是输入数据速率的1/3。A和C送入同相支路的2/4电平变换器， 输出的电平幅度值为ak;B和C送入正交支路的2/4电平变换器，输出的电平幅度值为bk。将ak和bk这两个幅度不同而相互正交的矢量合成后就能得到8PSK信

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号。

在图1中，A用于决定同相支路信号的极性（A为“1”码时，ak为正；A为“0”码时，ak为负）。B用于决定正交支路信号的极性（B为“1”码时，bk为正；B为“0”码时，bk为负）。C则用于确定同相支路和正交支路信号的幅度（C为“1”码时，|ak|>|bk|；C为“0”码时，|ak|<|bk|）。

A 2/4电平变换 ak I(t) cosω0t 二进制 串/并 变换 倒相 C 移相π/2 sinω0t bk 2/4电平变换 Q（t） 8PSK 信息序列 ∑ B

图1 正交调制法产生8PSK信号方框图

8PSK绝对移相调制利用载波的8种不同相位来表征数字信息。它把输入的二进制信号序列经过串并变换每次把一个3 位的码组映射为一个符号的相位，因此符号率为比特率的1 / 3，它们与载波相位的映射关系如图2.2所示。

图2 位信息比特到8PSK符号的映射关系图

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系统根据映射后的相位，计算出I ,Q两路的数值，经过成形滤波，送入信道传输。在接收端，首先经过匹配滤波滤除带外噪声和干扰，然后经过抽样相位判决，相位解码，并串变换，恢复出原始的数据流。整个8PSK调制解调系统的基带仿真框图如下图3所示。

输入数据

图3 8PSK的调制解调原理图 匹配滤波 抽样相位判 决 相位解码 并串编码 恢复数据流 串并变换 相位编码 形成滤波 信道 由于8PSK存在相位模糊问题，因此可采用差分编码技术，将3 位码组映射的相位值作为实际相位的增加量；在接收端，抽样判决后的相位值也须先经过相应的差分解码，恢复出原始相位值，之后再进行相位解码和并串转换就可恢复出原始数据流。采用这样的带差分编码的8PSK（即D8PSK.）就可解决相位模糊的问题。

三、设计与仿真

3.1 MATLAB软件的介绍

MATLAB 软件是美国 Math works 公司的产品，MATLAB 是英文 MATRIXLABORATORY(矩阵实验室)的缩写。

MATLAB软件系列产品是一套高效强大的工程技术数值运算和系统仿真软件，广泛应用于当今的航空航天、汽车制造、半导体制造、电子通信、医学研究、财经研究和高等教育等领域，被誉为“巨人肩膀上的工具”。研发人员借助MATLAB

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软件能迅速测试设想构想，综合评测系统性能，快速设计更好方案来确保更高技术要求。同时MATLAB也是国家教委重点提倡的一种计算工具。

MATLAB主要由C语言编写而成，采用LAPACK 为底层支持软件包。 MATLAB的编程非常简单，它有着比其他任何计算机高级语言更高的编程效率、更好的代码可读性和移植性，以致被誉为“第四代”计算机语言，MATLAB是所有MATHWORKS公司产品的数值分析和图形基础环境。此外MATLAB 还拥有强大的2D和3D甚至动态图形的绘制功能，这样用户可以更直观、更迅速的进行多种算法的比较，从中找出最好的方案。

从通信系统分析与设计、滤波器设计、信号处理、小波分析、神经网络到控制系统、模糊控制等方面来看，MATLAB提供了大量的面向专业领域的工具箱。通过工具箱，以往需要复杂编程的算法开发任务往往只需一个函数就能实现，而且工具箱是开放的可扩展集，用户可以查看或修改其中的算法，甚至开发自己的算法。

目前， MATLAB已经广泛地应用于工程设计的各个领域，如电子、通信等领域；它已成为国际上最流行的计算机仿真软件设计工具。现在的MATLAB不再仅仅是一个矩阵实验室，而是一种实用的、功能强大的、不断更新的高级计算机编程语言。

现在从电子通信、自动控制图形分析处理到航天工业、汽车工业，甚至是财务工程。MATLAB都凭借其强大的功能获得了极大的用武之地。广大学生可以使用MATLAB来帮助进行信号处理、通信原理、线性系统、自动控制等课程的学习；科研工作者可以使用MATLAB进行理论研究和算法开发；工程师可以使用MATLAB进行系统级的设计与仿真。

3.2 8PSK调制部分

本设计采用相位选择法进行8PSK调制。其三位二进制序列与对应控制相位对应如下表1所示：

表1 三位二进制序列与对应控制相位

1 1 1------π/8 0 1 1------7π/8 1 0 0------13π/8 1 1 0------3π/8 0 0 1------9π/8 1 0 1------15π/8 0 1 0------5π/8 0 0 0------11π/8

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对应上表，首先生成对应相位的同频载波，再根据输入二进制序列对每连续三位进行判决，输出相应相位的载波即可。其MATLAB程序如下： f=150

%抽样频率

g=(sign(rand(1,150)-0.5)+1)/2 %产生二进制序列 sn=randn(1,50*length(g)); dt=2*pi/149; t=0:dt:2*pi; si=[];co=[]; sit=[];sqt=[];

%si为正交分量，co为同相分量

%sit为同相分量幅度，sqt为正交分量幅度

%产生加性高斯白噪声

sb2=[]; %输入二进制序列

%8PSK调制过程

for n=1:3:length(g); %一次取3个二进制数 if g(n)==0 && g(n+1)==0 && g(n+2)==0 ±b2b3=000时正交分量和同相分量的幅值 it=-0.383*ones(1,150); qt=-0.924*ones(1,150);

b2=[zeros(1,50) zeros(1,50) zeros(1,50)] elseif g(n)==0 && g(n+1)==0 && g(n+2)==1 it=-0.924*ones(1,150); qt=-0.383*ones(1,150);

b2=[zeros(1,50) zeros(1,50) ones(1,50)] elseif g(n)==1 && g(n+1)==0 && g(n+2)==0 it=0.383*ones(1,150); qt=-0.924*ones(1,150);

b2=[ones(1,50) zeros(1,50) zeros(1,50) ] elseif g(n)==1 && g(n+1)==0 && g(n+2)==1 it=0.924*ones(1,150); qt=-0.383*ones(1,150);

b2=[ones(1,50) zeros(1,50) ones(1,50) ] elseif g(n)==0 && g(n+1)==1 && g(n+2)==0

±b2b3=001时

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s=sqrt(Es)*exp(j*2*pi/8*(d-1)); %复基带形式 r=s+sigma(i)*(randn(1,length(d))+j*randn(1,length(d))); for m = 1 : 8 rd(m,:) = abs(r-sqrt(Es)*exp(j*2*pi/8*(m-1))); %rd有m行，每行对应r与m的差值，8*10000的二维数组 end

for m=1:length(s)

dd(m)=find(rd(:,m)==min(rd(:,m))); %找到rd的m列中最小的值的行序号（与之相对的判决电平值）， Y(m)即为接收到的m值，find()函数返回的是行号

if dd(m)~=d(m) %与发送的m相比,进行误码计数

error(i)=error(i)+1; end end

sdata(i)=sdata(i)+10000; end end

pe=error./sdata; %仿真得的误码率 figure(5);

semilogy(EsNodb,pe,'b*:');hold on; axis([2,12,10^(-2),10^0]); grid on

xlabel('Es/No(db)');ylabel('误码率'); legend('仿真结果');

仿真结果如下图3.5所示：

图3.5 误码率分析

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从图中可以看出，此调制解调在理想情况下的误码率低于高斯白噪声下的误码率。没有加入噪声的情况下没有误码率，没有延迟，误码率为0，符合要求，性能良好。

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四、总结

在通信和信息传输系统、工业自动化或电子工程技术中，调制和解调应用

最为广泛。本设计研究了8PSK的调制和解调原理，以及利用MATLAB对其调制和解调进行了编程和编译仿真，得到的结论和理论上是一致的。简单而且快捷。同时利用MATLAB中的8PSK的通信系统进行了仿真研究了其传输的特性，及传输中噪声对系统的影响。

而调制和解调的基本原理是利用信号与系统的频域分析和傅里叶变换的基本性质，将信号的频谱进行搬移，使之满足一定需要，从而完成信号的传输或处理。调制与解调又分模拟和数字两种，在现代通信中，调制器的载波信号几乎都是正弦信号，数字基带信号通过调制器改变正弦载波信号的幅度、频率或相位，产生幅度键控（ASK）、相位键控（PSK）、频率键控（FSK）信号，或同时改变正弦载波信号的几个参数，产生复合调制信号。本课程设计主要介绍基于Matlab对8PSK进制的调制仿真实现.

本研究具有可对比性，对比2PSK和4PSK的通信原理和星座图可发现其中的不同点，但是频谱图近似相同。通信中信道的信噪比设置越大信噪传输越理想，与理论上是相符合的。2PSK和4PSK的传输系统也具有对比性，本研究在文中列出了仿真过程中每个元件的仿真参数的设置。比较其中不同点我们发现其中参数基本相似。也说明了他们的传输原理基本相同，都利用了相位的不同表示了不同的码元传输。通过这次课程设计，培养了我综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题、锻炼实践的能力,是对我们以后的实际工作能力的具体训练和一个考察过程。在这次课程设计中，我能够比较系统的了解数字信号的载波传输， 尤其是多进制相移监控8PSK。把理论和实践相结合。在做设计的过程中难免总会出现各种问题，通过查阅资料，自学其中的相关知识，无形间提高了我们的动手，动脑能力，通过课程设计让我知道了，我们平时所学的知识如果不加以实践的话等于纸上谈兵。课程设计主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意识。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，巩固们已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实。

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五、致谢

在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这次课设中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！另外，感谢校方给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课程设计，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在这学期快要结课的时候，能够将学到的只是应用到实践中，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。 感谢所有任课老师和所有同学在这次课设中给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意。

感谢我们一组几位同学的共同努力，积极配合。在制作过程中遇到困难，积极解决。团队意识得到提升。

最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人答辩的李立老师表示真心的感谢！

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参考文献

[1] 电子技术实验教程[M].王紫婷.西南交大出版社,2001 [2] 通信原理[M].王福昌 熊兆飞 黄本雄 清华大学出版社 2006 [3] MATLAB仿真技术与应用教程[M].钟麟 王峰 国防工业出版社 2003 [4] MATLAB通信仿真与技术应用[M].刘敏 魏玲 国防工业出版社 2001 [5] Simulink通信仿真开发手册[M].孙屹 吴磊 国防工业出版社 2004 [6] 数字通信原理与技术[M].王兴亮西安电子科技大学出版社 2000 [7] 徐炳祥等通信原理(第5版)[M].樊昌信 北京国防工业出版社 2005 [8] 精通MATLAB6.5版[M].张志涌等 北京航空航天大学出版社 2003 [9] MATLAB通信仿真及应用实例祥[M].邓华等 解人民邮电出版社 2003

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/m1y5.html