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摘 要 本课程设计主要是设计一个 PSK 频带传输系统并对其进行仿真与性能分析。
本课程设计仿真平台为 MATLAB/Simulink。在设计此频带传输系统时,首先对信号进
行 PSK 调制,再通过加入高斯白噪声传输信道,接着在接收端对信号进行 PSK 解调,
最后把输出的信号和输入的信号进行比较。通过最后仿真结果可知,该模拟信号频带传
输通信系统已初步实现了设计指标并可用于解决一些实际性的问题。
关键词 PSK 调制解调;高斯白噪声;MATLAB/Simulink
1 引 言
通信(Communication)就是信息的传递,是指由一地向另一地进行信息的传输
与交换,其目的是传输消息。然而,随着社会生产力的发展,人们对传递消息的
要求也越来越高。在各种各样的通信方式中,利用“电”来传递消息的通信方法称为
电信(Telecommunication),这种通信具有迅速、准确、可靠等特点,且几乎不受时
间、地点、空间、距离的限制,因而得到了飞速发展和广泛应用。
目前,无论是模拟通信还是数字通信,在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。
但是,数字通信的发展速度已明显超过了模拟通信,成为当代通信技术的主流。与模拟
通信相比,数字通信具有以下一些优点:抗干扰能力强,且噪声不积累;传输差错可控;
便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储;易于集成,使通信设
备微型化,重量轻;易于加密处理,且保密性好。数字通信的缺点是,一般需要较大的
带宽。另外,由于数字通信对同步要求高,因而系统设备复杂。但是,随着微电子技术、
计算机技术的广泛应用以及超大规模集成电路的出现,数字系统的设备复杂程度大大降
低。同时高效的数据压缩技术以及光纤等大容量传输媒质的使用正逐步使带宽问题得到
解决。因此,数字通信的应用必将越来越广泛。本课程设计主要是设计一个 PSK 频带
传输系统并对其进行仿真与性能分析
[1]
。在设计此频带传输系统时,首先对输入信号利
用相关的模块进行 PSK 调制,再通过加入高斯白噪声传输信道,接着在接收端对信号
进行 PSK 解调,最后把输出的信号和输入的信号进行比较。
1.1 设计目的
本课程设计的目的主要是仿真通信系统中频带传输技术中的 PSK 调制。首先产生
一段随机的二进制非归零码的基带信号,对其进行 PSK 调制后再送入加性高斯白噪声
(AWGN)信道传输,在接收端对其进行 PSK 解调以恢复原信号,观察还原是否成功,
改变 AWGN 信道的信噪比,计算传输前后的误码率,绘制信噪比-误码率曲线,并与理
论曲线比较进行说明。
1.2 设计要求
(1)本设计开发平台为 MATLAB 中的 Simulink。
(2)模型设计应该符合工程实际,模块参数设置必须与原理相符合。
(3)处理结果和分析结论应该一致,而且应符合理论。
(4)独立完成课程设计并按要求编写课程设计报告书。
1.3 设计平台
MATLAB/Simulink
1.4 设计步骤
(1)根据课题任务书要求结合教材上讲授的原理,在纸质文档上画出课题的电路
级框图。
(2)从设计平台上找到实现框图中每个方框对应的功能实现模块,并按图连接方
式进行连接。
(3)按照通信原理教材介绍的原理进行每个模块的参数设置。
(4)运行模块,根据模型的运行结果或出错提示,不断地修改模型和仿真参数,
直至仿真成功。
2 基本原理
2.1 设计平台简介
MATLAB 集成环境下的 Simulink:MATLAB 是一种功能强大的科学计算和工程仿
真软件,它的交互式集成界面能够帮助用户快速地完成数值分析、矩阵运算、数字信号
处理、仿真建模、系统控制和优化等功能。MATLAB 语言采用与数学表达相同的形式,
不需要传统的程序设计语言,由于 MATLAB 的这些特性,它已经成为科研工作和工程
仿真中的高效助手。
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 的储存模块,仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作区或文件
中,供用户在仿真结束之后对数据进行分析和处理。另外 Simulink 把具有特定功
能的代码组织成模块的方式,并且这些模块可以组织成具有等级结构的子系统,
因此具有内在的模块化设计要求。
Simulink 是 MATLAB 中的一种可视化仿真工具, 是 一 种 基于 MATLAB 的
框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于
线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink 可
以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模,它也支持多
速率系统,也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模
型,Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ,这个创建过程
只需单击和拖动鼠标操作就能完成,它提供了一种更快捷、直接明了的方式,而
且用户可以立即看到系统的仿真结果
[2]
。Simulink 工作对话框如图 2-1 所示:
图 2-1 Simulink 工作对话框
2.2 PSK 调制原理
相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息的,而振幅和频率保持不变。在 PSK
中,通常用初始相位 0 和
�
分别表示二进制“1”和“0”。因此,PSK 信号的时域表达式为
式(2-1)。
( ) cos
PSK c
e t A t
w
=
(2-1)
其中,
n
j
表示第 n 个符号大的绝对相位。当发送“0”时,
n
j
为 0; 当发送“1”时,
n
j
为
�
。因此式(2-2)可改写为式(2-5)。
cos
( )
cos
c
PSK
c
A t
e t
A t
w
w
ì
=
í
-
î
(2-2)
其中
cos
c
A t
w
的概率为 P,
cos
c
A t
w
-
的概率为-P。由于表示信号的两种码元的波形相
同,极性相反,故 PSK 信号一般可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正
弦载波的相乘,即式(2-3)。
( ) ( ) cos
PSK c
e t s t t
w
=
(2-3)
其中
( )s t
的表达式为式(2-4)。
1
( ) ( )
n
i s
i
s t a g t nT
=
= -
å
(2-4)
这里,
( )g t
是脉宽为
s
T
的单个矩形脉冲。发送二进制符号“0”时(
i
a
取 1),
( )
PSK
e t
取 0
相位;发送二进制符号“1”时(
i
a
取-1),
( )
PSK
e t
取
p
相位。这种以载波的不同相位直接
去表示二进制数字信号的调制方式,称为二进制绝对相移方式。
PSK 信号模拟调制方法图如下图 2-2 所示:
图 2-2 PSK 信号模拟调制方法图
PSK 信号键控法调制图如下图 2-3 所示:
图 2-3 PSK 信号键控法调制图
PSK 信号的解调通常采用相干解调法,如图 2-4 所示:
码型变换
S(t)
乘法器
载波
epsk(t)
双 极
性 不
归零
载波
180 度 移 相
相
开关电路
0
180
度
S(t)
epsk(t)
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ohmygodvv
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