2PSK与2DPSK系统性能分析

沈阳理工大学通信系统课程设计报告

2PSK与2DPSK系统性能分析

1．课程设计目的

1. 掌握2PSK、2DPSK的调制与解调原理； 2. 掌握仿真软件matlab的使用方法；

3. 完成对2PSK、2DPSK的调制与解调仿真电路设计，并对仿真结果进行分析。

2．课程设计要求

1．了解2PSK系统包括几部分，及每部分的功能特性。 2．了解2DPSK系统包括几部分，及每部分的功能特性。 3．就其调制部分，利用分立元件搭建电路。 4．掌握理论联系实践的方法。

3．相关知识

3．1 matlab软件的应用

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多.

MATLAB软件具有以下特点：

1)语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富; 2) 运算符丰富;

3）MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。

4）程序限制不严格，程序设计自由度大。例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。

5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系

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统上运行。

6）MATLAB的图形功能强大。在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。 7）MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。

8）功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱用于多种学科。而学科性工具箱是专业性比较强的，如control,toolbox,signl proceessing toolbox,commumnication toolbox等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高，精，尖的研究。

9）源程序的开放性。开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。除内部函数以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。

3.2 2PSK部分 3.2.1 2PSK信号的定义

数字信号

的“1”都对应于已调信号

中的载波0相位；数字信号

的“0”都对应于已调信号中载波相位，反之亦然。这种调相方式

称为“绝对调相 ”。又称二相绝对调相（2PSK）。

3.2.2 2PSK信号的产生

?

第一种方法:键控法

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图1 2PSK信号的键控法框图

?

第二种方法:模拟调制法

图2 2PSK信号的模拟调制法框图

3.2.3 2PSK信号的解调

因2PSK已调信号的包络幅度不变，所以不能采用包络检波法， 通常采用相

干解调法解出2PSK的已调信号。

图3 2PSK信号的相干解调框图

2PSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能进行相干解调。2PSK相干解调系统框图如下（图4）

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图4 2PSK信相干解调各点波形图

3.3 2DPSK部分

3.3.1 2DPSK信号的定义

当数字信号

为“1”时，码元中载波的相位相对于前一个码元的载波相位

为“0”时，码元中载波的相位相对于前一码元的载波

变化π； 当数字信号

相位不变化，反之亦然。这种调相方式称为二相相对调相(2DPSK）。

二进制移相键控2PSK是利用载波相位的绝对数值来传送数字信息，也称为

绝对移相。而2DPSK则是利用相邻的码元之间的载波相位差来传送消息，即相对移相。

3.3.2 2DPSK的产生

2DPSK信号的产生

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沈阳理工大学通信系统课程设计报告 图5 2DPSK信号的调制方框图

图5中，波形变换器用来完成单极性不归零波形到双极性波形的变换，其

变换关系为，因为，所以有。相对移相信号可以

看成是把信息码(绝对码)变换成相对码，然后再对相对码进行绝对移相形成的。

3.3.3 2DPSK信号的解调

差分相干解调法

图6 2DPSK信号的差分相干解调方框图

2PSK相干解调系统框图如下：

图7 2PSK及2DPSK信号的波形

2DPSK的差分相干解调法，不需要专门的本地相干载波，将2DPSK信号延时一个码元间隔

后与2DPSK信号本身相乘，相乘的结果反映了前后码元的相对相

位关系，经低通滤波器后送到抽样判决器，抽样判决器抽样的结果即为原始数字信息，不需要差分译码。只有2DPSK信号才能采用这种方法解调，因为它是以前一个码元的载波相位作为参考相位，而不是未调载波的相位。

采用差分相干解调法的2DPSK方式，虽然不需要本地相干载波，但需要能够

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精确地延迟一个码元间隔的延迟电路，延迟电路的精度要求很准，实际实现时，

延时线不好作，而且2DPSK的抗噪声性能不如2PSK。

4 课程设计分析

4.1 2PSK、2DPSK调制解调原理 4.1．1 2PSK调制与解调

2PSK信号的产生方法主要有两种，即相乘法和开关法。方框图如下图1（a），（b）所示：

（a）开关法

（b）相乘法

图8 PSK调制方法

4.1．2 2DPSK调制与解调

2DPSK调制原理方框图如下图9：

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图9 间接法信号调制器原理方框图

2DPSK信号的解调，主要有两种方法，即相位比较法和相干解调法。相干解调法原理方框图如下图4：

图10 相干解调法原理方框图

4.1.3 2PSK与2DPSK波形对比

图11 2PSK与2DPSK波形图

4.1.4 2PSK、2DPSK功率谱密度

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图12 2PSK、2DPSK功率谱密度

4.2 2PSK及2DPSK系统的抗噪声性能 4.2.1 2PSK在相干接收时的误码率

2PSK相干接收的模型如图13所示。

图13 2PSK相干接收的框图

绝对相移键控信号只能采用相干接收,?相干接收用的本地载波可以单独产生,?也可以从接收信号中提取,?从相干接收的模型图6.3-7可见,?与2ASK相干接收时的模型相同。区别在于判决门限为0，而2ASK为的判决门限为a/2。

发“1”信号时，解调器的输入

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发“0”信号时，解调器的输出为

所以当发“1”信号时，应该是x>0, 但由于噪声的存在,可能出现x<0,这就使得“1”错判为“0”。所以“1”错判为“0”的概率则为

同理，发“0”信号，错判为“1”的概率为

4.2.2 2DPSK信号的差分相干解调

1） 差分相干接收机的构成 差分相干接收机的构成如图14所示。

图14 差分相干接收的框图

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可见，采用差分相干接收2DPSK信号时，不用本地载波，?而是使用一个1bit的时延电路。 工作原理:

判 决 规 则

θk θk -1 0 0 π 0 0 π π π 2）、误码率

发“1”信号的情况下，且前一码元为“1”，

cos(θk -θ+1 -1 -1 +1 k -1) 判决后的数字信号 0 1 1 0

利用恒等式

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其中nc1、nc2、ns1和ns2是相互独立的正态随机变量；且均值为0，?方差为σ2。 参见公式（6.3-30）可知，随机变量R1服从广义瑞利分布，随机变量R2服从瑞利分布。

在这里，R1可以看成余弦信号2acosωc t＋窄带高斯变量的包络，?窄带高斯变量的同相分量为(n1c+n2c )，正交分量为(n1s+n2s )，所以f(R1)?服从Rice分布:

R2可看成是一窄带高斯变量的包络，同相分量(n1c-n2c),?正交分量(n1s-n2s)且均值为0,方差为σ2，所以f(R2 )服从瑞利分布。

将分布函数代入公式（6.3-48）,整理得

同理可得

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可见误码率比采用相干解调接收2PSK要高，原因是相干接收时，采用的本地载波没有噪声,?而在差分相干接收相对相移键控信号时，代替本地载波的是1bit时延电路的输出，它带来了信道噪声，因此使误码率增加。

5 仿真

5.1 2PSK仿真部分

用matlab搭建好的2PSK仿真图如下：

图15 2PSK仿真图

2PSK模块的参数设置： 1）相乘模块

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图16 相乘器参数设置

2）低通滤波器模块

图17 滤波器其参数设置

3）抽样判决模块

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图18 pulse generator 参数设置

5.2 2DPSK仿真部分

用matlab搭建好的2DPSK仿真图如下：

图19 2DPSK仿真图

2DPSK模块的参数设置：

1）载波模块

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图20 载波参数设置

2）乘法器模块

图21 乘法器参数设置

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3）基带模块

图22 基带信号参数设置

4）Unipolar to Bipolar Converte模块

图23 Unipolar to Bipolar Converter参数设置

5）码变换模块

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图24 Logical Operator参数设置

图25 Unit Delay参数设置

图26 Data Type Conversion参数设置

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6）滤波器模块

图27 带通滤波器参数设置

图28 低通滤波器参数设置

6结果分析

6.1 2PSK仿真结果

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图29 2PSK电路仿真波形

6.2 2DPSK仿真结果

图30 2DPSK电路仿真波形

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结论：

从以上对比可以看出，对同一调制方式，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式淡定误码率。若采用相同的解调方式，2PSK的信噪比比较低。反过来，若信噪比r一定，2PSK误码率比较低。由此看来，在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好。

设计总结

首先要进行电路设计：先构思电路的实现过程，选择合适器件实现相应的功能。仿真模拟：在硬件实现之前要先进行仿真，确定可以实现所要求的功能时才能进行实际操作。调试：要求能熟练地使用示波器。出现问题是要能够进行合理的分析。耐心的检察错误。整个过程中的每个环节都会出现问题，在不断的请教老师和同学的过程中不断地总结经验教训。最终收获的不仅是知识还有解决问题的方法和技巧！

通过这次课程设计还让我知道了，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，巩固我们已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实。

当然在做课程设计的过程中总会出现各种问题，在这种情况下我们都会努力寻求最佳路径解决问题，无形间提高了我们的动手，动脑能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。

在这一周的课程设计中，让我们体会最深刻的就是对各种器件的了解不够深刻，使得在使用的过程中出现很多误区，无法得到理想的实验结果，所以我们应该在今后的学习中珍惜每一次的动手实践机会，积累经验，为以后的工作打下坚实的基础。

这次实习我们受益匪浅。通过本次的课程设计，我在学习方法、逻辑思维、分析和解决问题的能力等各个方面都有了长足的进步。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我们的设计思维，增加了实际操作能力。在让我们体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我们体会到成功的喜悦和快乐。

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7 参考文献

[1] 张辉，曹丽娜编著.《现代通信原理与技术》.西安.西安电子科技大学出版社.2002

[2] 张辉，曹丽娜编著.《通信原理学习指导》.西安.西安电子科技大学出版社.2003

[3] 曹志刚，钱亚生编著.《现代通信原理》.北京.清华大学出版社.1992 [4] 王形亮等编著.《数字通信原理与技术》.西安.西安电子科技大学出版社.2000

[5] 王秉钧，孙学军等编著.《现代通信系统原理》.天津.天津大学出版社.2000

[6] 周庆龙编著.《现代通信系统原理》.北京.北京邮电学院出版社.1992 [7] 张厥盛，郑继禹，万心平编著.《锁相技术》.西安.西安电子科技大学出版社.1994

[8] 罗卫兵，孙桦，张捷编著.《System View动态系统仿真及通信系统仿真设计》.西安.西安电子科技大学出版社.2001

[9] 樊昌信等编著.《通信原理》.北京.国防工业出版社.1994

[10] 赵静，张瑾，高新科编著.《基于MATLAB的通信系统仿真》.北京.北京航空航天大学出版社.2007

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/v6bx.html