1、 目 录1 课程设计目的12 课程设计要求13 相关知识14 课程设计分析45 仿真76 结果分析127 参考文献14沈阳理工大学通信系统课程设计报告016PSK 系统设计1.课程设计目的（1）根据题目，查阅有关资料，掌握 16 进制相移键控的基本原理。（2）学习 MATLAB 软件，掌握 MATLAB 中元器件使用及参数的设置。（3）锻炼我们分析问题和解决问题的能力 同时对我们进行良好的独立工作习惯和科学素质的培养 为今后参加科学工作打下良好的基础2.课程设计要求（1）掌握相移键控的相关知识、概念清晰。（2）掌握 MATLAB 使用方法，利用软件绘制图像。（3）程序设计合理、能够正确运行。3
2、.相关知识3.1 数字通信系统简介通 信 系 统 是 为 了 有 效 可 靠 的 传 输 信 息 ， 信 息 由 信 源 发 出 ， 以 语 言 、 图 像 数据 为 媒 体 ,通 过 电 (光 )信 号 将 信 息 传 输 ， 由 信 宿 接 收 。 通 信 系 统 又 可 分 为 数字 通 信 与 模 拟 通 信 。 实现数字通信，必须使发送端发出的模拟信号变为数字 信号，这个过程称为“模数变换”。模拟信号数字化最基本的方法有三个过程，第一步是“抽样 ”，就是对连续的模拟信号进行离散化处理，通常是以相等的时间间隔来抽取模拟信号的样值。第二步是“量化”，将模拟信号样值变换到最接近的数字值。因
3、抽样后的样值在时间上虽是离散的，但在幅度上仍是连续的，沈阳理工大学通信系统课程设计报告1量化过程就是把幅度上连续的抽样也变为离散的。第三步是“编码”，就是把量化后的样值信号用一组二进制数字代码来表示，最终完成模拟信号的数字化。数字信号送入数字网进行传输。接收端则是一个还原过程，把收到的数字信号变为模拟信号，即“数据摸变换”，从而再现声音或图像。数字通信系统模型图为：信源信源编码信道编码调制信道解调信道解码信源解码信宿 噪声3.2 MATLAB 简介3.2.1 基本功能MATLAB 是 很 实 用 的 数 学 软 件 它 在 数 学 类 科 技 应 用 软 件 中 在 数 值 运 算 方面 首
4、屈 一 指 。 MATLAB 可 以 进 行 运 算 、 绘 制 函 数 和 数 据 、 实 现 算 法 、 创 建 用 户界 面 、 连 接 接 其 他 编 程 语 言 的 程 序 等 ， 主 要 应 用 于 工 程 计 算 、 控 制 设 计 、 信号 处 理 与 通 讯 、 金 融 建 模 设 计 与 分 析 等 领 域 。 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 成 相 同的 事 情
5、简 捷 得 多 ， 并 且 mathwork 也 吸 收 了 像 Maple 等 软 件 的 优 点 ,使 MATLAB 成 为 一 个 强 大 的 数 学 软 件 。 可 以 直 接 调 用 ,用 户 也 可 以 将 自 己 编 写 的 实 用 程序 导 入 到 MATLAB 函 数 库 中 方 便 自 己 以 后 调 用 ， 此 外 许 多 的 MATLAB 爱 好 者 都编 写 了 一 些 经 典 的 程 序 ， 用 户 可 以 直 接 进 行 下 载 就 可 以 用 。3.2.2 MATLAB 产品应用MATLAB 产 品 族 可 以 用 来 进 行 以 下 各 种 工 作 ： 数 值
6、 分 析 数 值 和 符 号 计 算 沈阳理工大学通信系统课程设计报告2 工 程 与 科 学 绘 图 控 制 系 统 的 设 计 与 仿 真 数 字 信 号 处 理 技 术 通 讯 系 统 设 计 与 仿 真 3.2.3 MATLAB 特点 此 高 级 语 言 可 用 于 技 术 计 算 此 开 发 环 境 可 对 代 码 、 文 件 和 数 据 进 行 管 理 交 互 式 工 具 可 以 按 迭 代 的 方 式 探 查 、 设 计 及 求 解 问 题 二 维 和 三 维 图 形 函 数 可 用 于 可 视 化 数 据 各 种 工 具 可 用 于 构 建 自 定 义 的 图 形 用 户 界 面
7、 3.2.4 MATLAB 系列工具优势（1）友好的工作平台和编程环境MATLAB 由 一 系 列 工 具 组 成 。 这 些 工 具 方 便 用 户 使 用 MATLAB 的 函 数 和 文件 ， 其 中 许 多 工 具 采 用 的 是 图 形 用 户 界 面 。 包 括 MATLAB 桌 面 和 命 令 窗 口 、历 史 命 令 窗 口 、 编 辑 器 和 调 试 器 、 路 径 搜 索 和 用 于 用 户 浏 览 帮 助 、 工 作 空 间、 文 件 的 浏 览 器 。 随 着 MATLAB 的 商 业 化 以 及 软 件 本 身 的 不 断 升 级 ， MATLAB的 用 户 界 面
8、也 越 来 越 精 致 ， 更 加 接 近 Windows 的 标 准 界 面 ， 人 机 交 互 性 更 强， 操 作 更 简 单 。 而 且 新 版 本 的 MATLAB 提 供 了 完 整 的 联 机 查 询 、 帮 助 系 统 ，极 大 的 方 便 了 用 户 的 使 用 。 简 单 的 编 程 环 境 提 供 了 比 较 完 备 的 调 试 系 统 ， 程序 不 必 经 过 编 译 就 可 以 直 接 运 行 ， 而 且 能 够 及 时 地 报 告 出 现 的 错 误 及 进 行 出错 原 因 分 析 。 （ 2） 简 单 易 用 的 程 序 语 言MATLAB 一 个 高 级 的
9、矩 阵 /阵 列 语 言 ， 它 包 含 控 制 语 句 、 函 数 、 数 据 结 构、 输 入 和 输 出 和 面 向 对 象 编 程 特 点 。 用 户 可 以 在 命 令 窗 口 中 将 输 入 语 句 与 执行 命 令 同 步 ， 也 可 以 先 编 写 好 一 个 较 大 的 复 杂 的 应 用 程 序 （ M 文 件 ） 后 再 一起 运 行 。 新 版 本 的 MATLAB 语 言 是 基 于 最 为 流 行 的 C 语 言 基 础 上 的 ， 因 此沈阳理工大学通信系统课程设计报告3语 法 特 征 与 C 语 言 极 为 相 似 ， 而 且 更 加 简 单 ， 更 加 符 合
10、 科 技 人 员 对 数 学表 达 式 的 书 写 格 式 。 使 之 更 利 于 非 计 算 机 专 业 的 科 技 人 员 使 用 。 而 且 这 种 语言 可 移 植 性 好 、 可 拓 展 性 极 强 ， 这 也 是 MATLAB 能 够 深 入 到 科 学 研 究 及 工 程计 算 各 个 领 域 的 重 要 原 因 。 （ 3） 强 大 的 科 学 计 算 机 数 据 处 理 能 力MATLAB 是一个包含大量计算算法的集合。其拥有 600 多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化
11、和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如 C 复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。 3.3 绝对相移键控调制仿真为了提高通信系统的频带利用率，多元数字调制是一个重要的途径。相同的码元宽度占据相同频带宽度的资源，多元调制情况下一个符号(码元)代表了若干比特的信息。相同资本资源下，传输了更多信息。提高频带利用率是以降低功率利用率为代价的。相同的发射功率下，信号空间中元数越多，各个信号之间的距离越小，抗干扰能力越差。因为相同的噪声功率使信号偏离原有位置相同的距离，信号之间的距离俞小接收时判错的概率越大。为了降低误码率，只有提高发射功率。对于移动
12、设备等场合提高功率又是难以实现的。工程实践中应权衡二者的关系。应用仿真的方法，可以得出多元调制情况下频带利用率，功率利用率，误码率与调制方式，传输环境之间的定量关系，为系统规划，设计提供有参考的价值的信息。 4.课程设计分析4.1 MPSK 的概念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 个不同沈阳理工大学通信系统课程设计报告4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
13、位有 M 种可能取值，q n=2n/M(n=1,2,M)。因此MPSK 信号可表示为S(t) = cos( 0t+ n) = cos ( 0t+2n/M)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-nT s)cos( 0t+ n)=cos 0tg(t-nT s)cos n-sin 0tg(t-nT)sin n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
14、随之减少，这就使它的抗噪声性能变差。16PSK (16 Phase Shift Keying 16 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 ） 。“16PSK“中 的 “PSK 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 ， 16PSK 对 应 16 种 状 态 的 P
15、SK。 如 果 是 其 一半 的 状 态 ， 即 8 种 ， 则 为 EPSK， 如 果 是 其 2 倍 的 状 态 ， 则 为 32PSK。4.2 16PSK 调制解调 沈阳理工大学通信系统课程设计报告54.2.1 16PSK图 4.1 4 位比特信息到 16RSK 符号的映射关系16PSK（绝对相移键控）是用载波的 16 种不同相位表示不同的数字信息。16PSK 调制的 16 个矢量端点均匀分布在圆上，其数学表达式包括同相分量和正交分量两部分。16PSK 是将输入的二进制信号序列经过串并转换每次将一个 4位的码元映射为一个符号的相位，因此符号速率为比特率的 1/4。不同的码元和对应的相位映
16、射如图 4-1 所示4.2.2 16PSK 调制解调框图二进制将每 4 比特码元变换为相应的串 / 并变换tcostcsin成型滤波器 )(tL)(tQkbisac,1nb2,3nb4,naic,nisGT成型滤波器 GT信 号PSK16八电平序列八电平序列沈阳理工大学通信系统课程设计报告6图 4.2 16PSK 调制框图最大似然检测)(xr)(1tf0(_)dtTs0(_)dtTs2输出TsTs1r2r图 4.3 16PSK 最佳接收框图5 仿真5.1 16PSK 仿真模块建模16PSK 基带调制仿真系统如图 5-1沈阳理工大学通信系统课程设计报告7图 5.1 16PSK 基带调制仿真仿真系统中各模块的主要参数沈阳理工大学通信系统课程设计报告8图 5-2 随机整数发生器主要参数图 5-3 16PS 调制器主要参数
