通信系统建模与仿真课程设计

通信系统建模与仿真课程设计
1任务书
试建立一个2DPSK频带传输模型，产生一段随机的二进制非归零码的基带信号，对其进行2DPSK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2DPSK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。

另外，对发送信号和接收信号的功率谱进行估计。

2 二进制差分相移键控（2DPSK ）的理论分析
二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记为2DPSK 。

它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。

所谓相对载波相位是只本码元初相与前一码元初相之差。

调制 ：
2DPSK 方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。

例如，假设相位值用相位偏移△φ表示（△φ定义为本码元初相与前一码元初相只差），并设△φ=π→数字信息1，△φ=0→数字信息0，则数字信息序列与2DPSK 信号的码元相位关系可举例表示如如下：
数字信息： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1
2DPSK 信号相位： 0 0 0 π 0 π π π 0 0 π
或 π π π 0 π 0 0 0 π π 0
差分码可取传号差分码或空号差分码。

其中，传号差分码的编码规则为：
b a b n n n 1-⊕=
式中：⊗为模二加：b n 1-为 b n 的前一码元，最初的 b n 1-可任意设定
差分编码是（码反变换），即把绝对码变换为相对吗；其逆过程成为差分译码（码反变换），即
b b a n n n 1-⊕=
2PSK 及DPSK 信号的波形如图所示。

2DPSK的产生基本类似于2PSK，只是调制信号需要经过码型变换，将绝对码变为相对码，2DPSK有模拟调制法和键控法，如图：
模拟调制法键控法
2DPSK信号可以采用相干解调法（极性比较法）和差分相干解调法（相位比较法）。

其解调原理是：先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。

在解调过程中，若相干载波产生180度相位模糊，解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。

其中相干解调法原理框图及波形图如下：
32DPSK频带系统设计方案
信源：
在DPSK调制中，载波频率应比基带信号的频率大，载波我选用正玄波（频
率可以自己设定），基带信号选用伯努利信号发生器。

2DPSK调制：
2DPSK的调制采用模拟调制法。

调制电路的主要模块是码型变换模块，它主要是完成绝对码波形转换为相对码波形，在实际的仿真中要先经过差分编码，再进行极性双变换，得到的信号与载波一起通过相乘器，就完成了调制过程。

其中要注意的是在进行差分编码之后再进行极性变换之前要有一个数据类型转换的单元，前后数据类型一致才不会出错。

2DPSK解调：
仿真中我们采用相干解调法进行2DPSK解调，解调电路中有带通滤波器、相乘器、低通滤波器、抽样判决器及码反变换组成。

2DPSK相干解调原理是：对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。

信道：
信道选用加性高斯白信道。

抽样判决器：
在数字基带信号传输的过程中，信号是在信道里面传输的。

信号在传输的时候必须要有一定的波形，最容易想到的就是矩形脉冲波形，但是这样的话有一定的问题，那就是其频谱是很宽的，不利于传输，因此，必须要选择其它样式的波形进行传输，即对矩形脉冲进行码型变换和波形变换，变成一种适合在信道中传输的形式，比如正弦波，这样是可以在信道里面进行传输的，那就产生了一个问题，怎样在接收端将原来的信号恢复出来？这样就要对信号进行“抽样”，得到在不同的时刻的一些离散的值，但是，由于在信号的传输过程中有各种干扰（噪声和码间串扰），不同时刻的值跟原先实际的不一定相同，比如在第一个时刻抽样得到的是0.9（这样就进行所谓的“判决”，可以发现此时的值很接近1，因此，此时的信号的值就当成1，从而得到1，同样在其它的时候得到不同的抽样值根据情况判断此处原来的值到底是0还是1），利用这种方式就可以将原来的基带信号恢复或者再生。

本次课程设计抽样判决器用Triggered Subsystem，Relay和脉冲发生器三个期间组成。

4SIMULINK下2DPSK系统的设计
在DPSK调制中，载波频率应比基带信号的频率大，故将载波的频率参数设置为2000*pi，抽样时间为0。

将基带信号的抽样时间改成0.001，其参数设置部分截图如图
基带信号参数如下图：
在单极性到双极性变换中，M-ary number设置为2，极性为positive。

码变换中的各部分参数如下连续三张截图数据类型转换参数如下图
Logical Operator参数设置
Unit Delay参数设置
解调中，载波的参数设置同2DPSK调制的载波参数设置一致，带通滤波器参数和低通滤波器设置分别如下图所示：
带通滤波器参数设计
低通滤波器参数设计
抽样判决器有三个器件组合而成，Triggered Subsystem参数默认，另外两个设计参数分别如下：
脉冲发生器设计参数
中继设计参数模型图：
5仿真结果分析
模型图中各点输出时域波形图如下：
经观察调制与解调过程中各阶段波形正确，解调出的波形恢复到了调制前形状。

说明调制与解调电路正确。

发送信号和接收信号的功率谱如下图所示：
（发送信号频谱）（接收信号频谱）调制前后信号的功率谱密度相差不大。

基带信号功率如下图：
实际信噪比曲线图：
理论信噪比曲线图：
误码率：
6遇到的问题及解决的方法
问题一：2DPSK信号波形出现陡升和陡降
解决：将ＡＷＧＮ信道前后两个零阶保持器抽样时间改的再小一点。

问题二：在没有加入噪声时解调出现误码率
解决：在没有加入噪声时出现误码率，是由于误码器参数设置错误的原因。

将基带信号与解调信号进行对比，可发现信号经传输后有2个单位的延迟，故将
误码率计算模块中Receive delay中应设置为2，再次运行simulink，误码率显示模块中显示误码率为零。

问题三：没加Zero Order Hold时，误码率计算模块总是出错
解决：添加Zero Order Hold模块，使输入信号一样，都不是连续的。

问题四：在示波器图中修改data history中的limit data points to last参数，将其改大，再运行simulink，即可从示波器中观察到准确图形。

7结束语
8指导教师评语
（总页数在10页左右）。