2PSK数字调制器
基于MATLAB的PSK信号的调制与解调 (2)
目录摘要： (I)ABSTRACT： ...................................................................................................................... I I 第一章绪论 . (1)1.1 选题背景及意义 (1)1.2 matlab简介 (2)1.3选题目的及研究范围 (3)第二章信号模型 (4)2.1调制信号的通用模型 (4)2.2 PSK信号的调制原理 (4)2.2.1二进制相移键控信号调制模型 (4)2.2.2 多进制相移键控信号的调制模型 (6)2.3 PSK信号的频谱 (7)2.4 PSK信号的瞬时特征 (8)第三章PSK信号的相干解调原理 (10)3.1 2PSK信号的相干解调原理 (10)3.2 4PSK的相干解调原理 (10)第四章仿真结果及结论 (12)4.1 仿真结果 (12)4.2 结论 (12)参考文献 (13)致谢 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。
附录 . (14)基于MATLAB的PSK信号的调制与解调摘要：在数字传输系统中，数字信号对高频载波进行调制，变为频带信号，通过信道传输，在接收端解调后恢复成数字信号。
由于大多数实际信号都是带通型的，所以必须先用数字基带信号对载波进行调制，形成数字调制信号再进行传输，因而，调制解调技术是实现现代通信的重要手段。
数字调制的实现，促进了通信的飞速发展。
研究数字通信调制理论，提供有效调制方式，有着重要意义。
本文首先介绍了PSK信号的调制原理并用matlab进行了仿真。
随后介绍了PSK信号的解调原理，并采用相干解调的方法对其进行了仿真。
PSK 硬件系统课程设计
PSK 硬件系统课程设计一、实验目的1、加深理解二相相频键控（2PSK）系统的基本工作原理与电路组成,学会2PSK2、调制与解调系统的基本设计方法。
二、设计要求1、设计—PSK 调制器，调制载波为32KHz 正波弦；2、输入调制器的数字信息用周期为7 的m 序列代替，其速率为2Kb/s，要求调制器输出的载波失真度＜3%。
在无干扰时，解调器能正确还原输入调制器的m 序列。
3、数据信号的周期P 有两种方式选取：(1)P=7 的m 序列代替，码型为1110010，学生自己搭试电路产生；(2)P=15 的m 序列代替，码型为111100010011010，学生可借住TLS-T302通信原理实验平台上产生的信号；4、在TLS-T302 通信原理实验平台上的开发区内进行搭试电路和调试电路，实验形式有多种选取：(1)搭调制电路，解调电路用TLS-T302 通信原理实验平台上的；(2)搭解调电路，调制电路用TLS-T302 通信原理实验平台上的；搭调制电路和解调电路，用TLS-T302 通信原理实验平台上的电路只作参考。
三、设计思想数字基带信号是利用移位器和3-8译码器合成的。
32KHz的正反相的方波信号经过波形变换电路（相应中心频率的滤波器）变换成正弦波载波信号，分别作为4066 两个开关的的输入信号，基带信号以及它的取反值作为两开关的控制信号，则两个开关的输出信号的合成即为FSK 调制信号。
已调信号和一个与一路载波信号同频同相的方波信号通过4066 相干相乘再通。
经过一个包络检波器，再通过比较器可完成解调过程。
PSK调制原理PSK信号用载波相位的变化来表征被传输信息的状态，通常规定0相位载波和π相位载波分别表示传“1”和传“0”。
设二进制单极性码为an,其对应的双极性二进制码为bn,则2PSK信号的一般时域信号可以表示为：S2psk（t）= [ bn g(t-nTs)]cosωct 式中bn=-1（当an=0时，概率为P）bn=1（当an=1时，概率为1-P）’则时域信号可以变为: S2psk（t）= [ g(t-nTs)]cos（ωct+π），当an=0时 S2psk（t）= [ g(t-nTs)]cos（ωct+0）当an=1时由此可知2PSK信号是一种双边带信号，功率谱为：P2PSK（ƒ）= ƒs=P（1-P）[|G（ƒ+ ƒs）|2+|G（ƒ- ƒs）|2] + ƒs2（1-P）2|G（0）|2[δ(ƒ+ ƒs)+ δ(ƒ- ƒs)]2PSK信号的带宽为B2PSK=（ƒc+Rs）-（ƒc-Rs）= 2Rs式中Rs为码元速率。
二进制数字调制系统的性能比较
二进制数字调制系统的性能比较应用物理07-1班 3070950103 安迎波1.引言数字信号的传输方式可以分为基带传输和带通传输。
为了使信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道特性相匹配。
在这个过程中就要用到数字调制。
一般说来，数字调制技术可分为两种类型：(1) 利用模拟方法去实现数字调制，即把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；(2) 利用数字信号的离散取值特点键控载波， 从而实现数字调制。
第(2)种技术通常称为键控法， 比如对载波的振幅、频率及相位进行键控，便可获得振幅键控(ASK)、 频移键控(FSK)及相移键控(PSK)调制方式。
键控法一般由数字电路来实现， 它具有调制变换速率快，调整测试方便，体积小和设备可靠性高等特点。
本篇的目的在学习以上三种调制的基础上，通过Systemview 仿真软件，实现对2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK 等数字调制系统的仿真，同时对以上系统进行性能比较。
2 二进制振幅键控 2ASK2.1调制系统：实验原理：2ASK 的实现在幅移键控中，载波幅度是随着调制信号而变化的。
一种是最简单的形式是载波在 二进制调制信号1或0控制下通或断，这种二进制幅度键控方式称为通断键控（OOK ）。
二进制振幅键控方式是数字调制中出现最早的，也是最简单的。
这种方法最初用于电报系统，但由于它在抗噪声的能力上较差，故在数字通信中用的不多。
但二进制振幅键控常作为研究其他数字调制方式的基础。
二进制振幅键控信号的基本解调方法有两种：相干解调和非相干解调，即包络检波和同步检测。
非相干解调系统设备简单，但信噪比小市，相干解调系统的性能优于相干解(a )模拟调制法（相乘器法）开关电路(t)(b)通-断键控(OOK,On-Off Keying )二进制不调系统。
2ASK 解调器原理框图：2.2调制解调系统： 系统相关参数：基带信号频率=50HZ ，电平=2，偏移=1，载波频率=1000HZ 模拟低通频率=225HZ,极点数为3.系统运行时间为0.3S ，采样频率=20000HZ 。
BPSK调制解调
BPSK调制解调⼀、主要内容1、简要阐述BPSK 调制解调原理2、⽤MATLAB 进⾏仿真，附上仿真源程序和仿真结果，对结果进⾏分析。
⼆、主要原理2.1 BPSK 的调制原理在⼆进制数字调制中，当正弦载波的相位随⼆进制数字基带信号离散变化时，则产⽣⼆进制移相键控（2PSK ）信号。
通常⽤已调信号载波的0度和180度分别表⽰⼆进制数字基带信号的1和0.⼆进制移相键控信号的时域表达式为 t w nT t g a t e c s nn PSK cos )]([)(2-=∑（式2—1）其中，n a 与2ASK 和2FSK 时的不同，在2PSK 调制中，n a 应选择双极性，即当发送概率为P ，1a =n ，当发送概率为1-P, 1-=n a 。
若g(t)是脉宽为S T 、⾼度为1的矩形脉冲，则有当发送概率为P 时，)cos()(2t w t e c PSK = （式2—2）发送概率为1-P 时，)cos(2t w e c PSK -= （式2—3）由（式2—2）和（式2—3）可以看出，当发送⼆进制符号1时，已调信号)(e 2t PSK 取0度相位，当发送⼆进制符号为0时，)(e 2t PSK 取180度相位，则有)cos(2n c PSK t w e ?+=，其中发送符号1，00=n ?，发送符号0，0180=n ?。
这种以载波的不同相位直接表⽰相应⼆进制数字调制信号的调制⽅式，称为⼆进制绝对移向⽅式。
下⾯为2PSK 信号调制原理框图2.1所⽰：图2.1:2PSK 信号的调制原理图（模拟调制⽅法）利⽤模拟调制的⽅法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的⼀个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理。
图2.2 BPSK 信号时间波形⽰例2.2 BPSK 解调原理2PSK 信号的解调通常都采⽤相⼲解调，解调器原理如图2.3所⽰，在相⼲解调过程中需要⽤到和接收的2PSK 信号同频同相的想⼲载波。
图2.3：BPSK 相⼲解调图2.4 BPSK 解调各点时间波形b a d ec在2PSK 相⼲信号解调过程中，当回复的相⼲载波产⽣180度倒相时，解调出的数字基带信号与将发送的数字基带信号正好相反，解调器输出数字基带信号全部错误，这通常称为“倒π”现象。
PSK调制与解调系统的仿真
科类理工科编号（学号）本科生毕业论文（设计）ＰＳＫ调制与解调系统的仿真The simulation of PSK modulation and demodulation system秦安东指导教师：赵红伟（讲师）云南农业大学昆明黑龙潭650201学院：基础与信息工程学院专业：电子信息工程年级：论文（设计）提交日期：答辩日期：答辩委员会主任：云南农业大学年月目录摘要 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。
ABSTRACT.. (5)1.前言 (5)2.设计原理 (5)2.1 2PSK信号的调制与解调 (5)2.1.1 2PSK信号的调制原理 (5)2.1.2 2PSK信号的解调原理 (7)2.2 4PSK信号的调制与解调 (5)2.2.1 4PSK信号的调制原理 (5)2.2.2 4PSK信号的解调原理 (7)2.3 8PSK信号的调制与解调 (5)2.3.1 8PSK信号的调制原理 (5)2.3.2 8PSK信号的解调原理 (7)3仿真结果 (11)4.1 2PSK信号的仿真结果如下图所示......................................... 错误！未定义书签。
4.2 4PSK信号的仿真结果如下图所示 (7)4.3 8PSK信号的仿真结果如下图所示......................................... 错误！未定义书签。
5.心得体会 (12)参考文献 (13)致谢··················································································································错误！未定义书签。
二进制数字调制原理
其中，fs = 1/Ts为基带信号的带宽。图中的fc为两个载频的中心频率。
21
6.1.3 二进制相移键控（2PSK）
2PSK信号的表达式： 在2PSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制“1”和“0”。因 此，2PSK信号的时域表达式为
e2PSK (t) A cos(ct n )
G(0) TS
P2PSK (
f
)
Ts 4
sin ( ( f
f fc )Ts fc )Ts
2
sin ( ( f
f fc )Ts fc )Ts
2
29
功率谱密度曲线
P2PSK f
fc
fc fs fc fc fs
f
从以上分析可见，二进制相移键控信号的频谱特性与2ASK的十分 相似，带宽也是基带信号带宽的两倍。区别仅在于当P=1/2时，其 谱中无离散谱（即载波分量），此时2PSK信号实际上相当于抑制 载波的双边带信号。因此，它可以看作是双极性基带信号作用下的
23
典型波形
1
0
0
1
1
t Ts
24
2PSK信号的调制器原理方框图
模拟调制的方法
双极性
s(t)
不归零
码型变换
乘法器
e2PSK (t)
键控法
cosct
c os ct
开关电路
0
e2PSK (t)
1800 移相
s(t)
25
2PSK信号的解调器原理方框图和波形图：
e2PSK (t)
带通 滤波器
2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计谱的主瓣（第一 个谱零点位置），则有
式中 fs = 1/Ts
bpsk调制原理
bpsk调制原理bpsk调制原理与模拟通信系统相比，数字调制和解调同样是通过某种方式，将基带信号的频谱由一个频率位置搬移到另一个频率位置上去。
不同的是，数字调制的基带信号不是模拟信号而是数字信号。
在大多数情况下，数字调制是利用数字信号的离散值去键控载波。
对载波的幅度、频率或相位进行键控，便可获得ASK、FSK、PSK等。
这三种数字调制方式在抗干扰噪声能力和信号频谱利用率等方面，以相干PSK的性能最好，目前已在中、高速传输数据时得到广泛应用。
2PSK系统的调制部分框图如下图所示2PSK/BPSK调制部分框图1、M序列发生器实际的数字基带信号是随机的，为了实验和测试方便，一般都是用M序列发生器产生一个伪随机序列来充当数字基带信号源。
按照本原多项式f(x)=X5+X3+1组成的五级线性移位寄存器，就可得到31位码长的M序列。
码元定时与载波的关系可以是同步的，以便清晰观察码元变化时对应调制载波的相应变化；也可以是异步的，因为实际的系统都是异步的，码元速率约为1Mbt/s。
2、相对移相和绝对移相移相键控分为绝对移相和相对移相两种。
以未调载波的相位作为基准的相位调制叫作绝对移相。
以二进制调相为例，取码元为“1”时，调制后载波与未调载波同相；取码元为“0”时，调制后载波与未调载波反相；“1”和“0”时调制后载波相位差1800。
绝对移相的波形如下图所示。
绝对移相的波形示意图在同步解调的PSK系统中，由于收端载波恢复存在相位含糊的问题，即恢复的载波可能与未调载波同相，也可能反相，以至使解调后的信码出现“0”、“1”倒置，发送为“1”码，解调后得到“0”码；发送为“0”码，解调后得到“1”码。
这是我们所不希望的，为了克服这种现象，人们提出了相对移相方式。
相对移相的调制规律是：每一个码元的载波相位不是以固定的未调载波相位作基准的，而是以相邻的前一个码元的载波相位来确定其相位的取值。
例如，当某一码元取“1”时，它的载波相位与前一码元的载波同相；码元取“0”时，它的载波相位与前一码元的载波反相。
PSK的调制与解调仿真
1 EWB仿真软件简介EWB软件，全称为ELECTRONICS WORKBENCH EDA，是交互图像技术有限公司在九十年代初推出的EDA软件，用于模拟电路和数字电路的仿真，利用它直接从屏幕上看到电路的输出波形。
EWB是一款小巧，但是十分强大。
EWB软件由INTERACTIVE IMAGE TECHNOLOGIES Ltd（交互图像技术有限公司）推出，近几年开始在国内使用。
现在普遍使用的是在WIN95环境下工作的EWB5.0（在国内曾见过6.0的演示版，注：EWB5.0也可以在WINDOWS3.1环境下使用，但需安装WING32工具）。
相对其它EDA软件而言，它是个较小巧的软件，只有16M，功能也比较单一，就是进行模拟电路和数字电路的混合仿真，但你绝对不可小瞧它，它的仿真功能十分强大，可以几乎100%地仿真出真实电路的结果，而且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具，它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片，器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入，在众多的电路仿真软件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件，对于电子设计工作者来说，它是个极好的EDA工具，许多电路你无需动用烙铁就可得知它的结果，而且若想更换元器件或改变元器件参数，只需点点鼠标即可，它也可以作为电学知识的辅助2方案分析与方案确定2.1数字基带信号的传输本次课设中涉及到的通信技术为信息传输技术中“数字调制与解调。
通过数字调制与解调，可以把信号变成适合在信道中传输的信号。
调制与解调技术可以提高信号传输的可靠性和有效性，增强信号的抗干扰能力，减小发射天线的尺寸，削减传输成本。
基于以上特点，数字信号的调制与借条在通信领域有广泛的应用。
调制一般可分为两种类型：(1) 利用模拟方法去实现数字调制，即把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况来处理；(2) 利用数字信号的离散取值特点键控载波，从而实现数字调制——键控法。
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广西工学院
通信原理课程设计报告
系 别： 电子信息与控制工程系
专 业： 电子信息工程
班 级： 电子081
学 号 ：
姓 名：
课程名称： 通信原理
2011年 06月28日
一、设计题目：2PSK数字调制器
二、设计要求：设计出一个正弦波载波频率为3MZ的二进制移相键控2PSK数字
调制器
三、 原理
在2PSK调制时，载波的相位随调整信号状态不同而改变。如果一个波比另一
个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180度，也就是相反。当传输数字信
号时，对二进制PSK，若用相位π代表“1”码，相位0代表“0”码，即规定数
字基带信号为“ 0”码时，已调信号相对于载波的相位同相；数字基带信号为“1”
码时，已调信号相对于载波相位为π。
2PSK信号的产生方法主要有两种，即相乘发和开关法。方框图如下图一的（a）,
（b）。
(a)相乘法
（b）开关法
图一 2PSK调制方法
在本次设计中我采用了开关法即二进制相移键控调制。用一个受基带脉
冲控制的开关（4066）来控制电路的输出，当基带脉冲为正时，输出原来的波形，
当基带脉冲为负时，输出与原来反相的波形。而波形是3MHZ的正弦波，由文氏
桥振荡器产生的，产生的正弦波通过反相器（由两个三极管组成的）产生和该正
弦反相的正弦信号。其波形理论分析为图二所示：
图二2PSK波形
单元模块电路设计
1. 文氏桥产生正弦波信号
利用集成运算放大器的优良特性，根据自激振荡原理，采用正负反馈相结合，
将一些线性和非线性的元件与集成运放进行不同组合，可以方便地构成性能良好
的正弦波振荡器和各种波形发生器电路。由于集成运算放大器本身高频特性的限
制，一般只能构成频率较低的RC振荡器
文氏电桥振荡器由RC串并选频网络和同相放大器组成.其中RC串并选频网
络形成正反馈电路并决定RC振荡器的振荡频率fo：
电路的振荡频率： RCf210
起振的幅值条件：311RRAfr
电路调整的关键是：负反馈电路中的电位器RW的细心调节， RW过大：输出
方波！ RW过小：电路不起振！
图三文氏桥产生正弦信号
由以上的公式可以计算出3M正弦信号的R=1K,C=50uF这样。在Multisim上画的
电路及波形仿真如下：
图四 文氏桥产生3M正弦信号的电路图
图五 正弦输出波形
2．载波倒相器
产生的正弦信号输入到IN端口经过图六的载波反相电路从OUT端口输出一个
反相正弦信号。
图六 载波反相电路
图七 同相，反相波形
3．模拟开关
4066是四双向模拟开关，主要用作模拟或数字信号的多路传输，具有比较低的
导通阻抗，导通阻抗在整个输入信号范围内基本不变。4066由四个互相独立的
双向开关组成，每个开
关有一个控制信号，每
个开关有一个控制信
号，开关中的p和n
器件在控制信号作用
下同时开关。这种结
构消除了开关晶体管
阈值电压随输入信号
的变化，因此在整个
工作信号范围内导通
阻抗比较低。与单通
道开关相比，具有输
入信号峰值电压范围
等于电源电压以及在
输入信号范围内导通
阻抗比较稳定等优
点。
4．基带信号
由于基带信号时二进制信号，只有“0”“1”信号，由信源模块输出的，这
里我们用信号发生其产生的方波来仿真改2PSK电路是否实现器功能。
图八 4066电路
5、总体电路图设计与仿真
图九 总体电路图
由文氏桥正弦发生电路产生频率为3MHZ的正弦波信号，正弦信号通过反相器产
生和该正弦反相的正弦信号。同相、反相信号经过分别模拟开关4066，4号1
号引脚并通过5号和13号引脚来选通输出(当为“1”码时，对5号引脚控制选
通4号引脚的输出，当为“0”码时，对13号引脚控制选通,1号引脚的输出。)。
引脚2,3相接输出即为2PSK。连接到示波器观察波形如图九。
图九 总体电路仿真波形
参考文献：
《数字电子技术》第五版 阎石 高等教育出版社
《通信电路》第二版 沈伟慈 西安电子科技大学出版社
《通信原理》第六版
樊昌信 曹丽娜 国防工业出版社
《EDA技术实用教程》第三版 潘松 黄继业 科学出版社
心得体会
这两周通信原理的课程设计，对2PSK数字调制器的设计，完成本课程设计的
过程是一个从无到有的过程。对2PSK调制理论有了更深一层的了解。
在一拿到这题目的时候觉得无从下手，好难好难一点点头绪都没有，后来在
图书馆和网上查了很多相关的资料，一点点的理会一个模
块一个模块的消化，
其间我遇到了很多的问题譬如：如何产生正弦载波信号，这个问题我都纠结了好
久，尝试了好多种方法，555方波正弦波，但这非常容易失真，可能基础知
识不好吧，后面查资料翻课本觉得用文氏桥振荡电路来还容易些，但在调3MHZ
正弦也难，勉强合适而已望您了解。回头看看也不是很难，当错误一个个被纠正
时那感觉是那么的甜蜜这就是一分耕耘一分收获吧。这次设计我学的到很多很多
的东西，同时不仅巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到
过的知识。慢慢的调试慢慢的积累经验也是多么美好的事···
通过设计明白学习不仅仅在于课本的知识还要加强动手能力，因为当今是靠
实力说话的，不能纸上谈兵。这要求我在这仅剩的一年大学生活中更加要加强实
践能力让自己为立足社会打下基础。