信号为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。且 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。
1.3二进制相移键控调制
相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息,而振幅和频率保持不变。在2PSK中,通常用初始相位为0和π表示二进制的“1”和“0”。因此2PSK的信号的时域表达式为
e2psk(t)=Acos(ωct+φn)
其中,φn表示第n个符号的绝对相位: 0 发送“0”时 φn= π 发送“1”时
因此,上式可改写为
Acosωct 概率为P
e2psk(t)= - Acosωct 概率为1-P
TsA0-A
100图 1.3.1 2PSK信号的时间波形
由于表示信号的两种码元的波形相同,记性相反,鼓2PSK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相乘,即 e2psk(t)=s(t)cosωct
其中
s(t)= ∑ang(t-nTs)
这里,g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲,而an得统计特性为
1 概率为P
an=
-1 概率为1-P
即发送二进制符号“0”时(an取+1),e2psk(t)取0相位;发送二进制符号“1”时(an取-1),e2psk(t)取π相位。
1.4二进制相移键控解调
2PSK信号的解调通常都是采用相干解调, 解调器原理图如图1.4.1所示。在相干解调过程中需要用到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波。
2PSK信号相干解调各点时间波形如图1.4.2所示,当恢复的相干载波产生180°倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调
器输出数字基带信号全部出错。
图 1.4.1
2PSK信号的解调原理图
图 1.4.2
2PSK信号相干解调各点时间波形
图1.4.2是2PSK解调器在无噪声情况下能对2PSK信号的正确解调。(a)是
收到的2PSK信号;(b)是本地载波提取电路提取的同频同相载波信号;(c)是接收的2PSK信号与本地载波相乘得到的波形示意图,此波形经过低通滤波器滤波后得到低通信号;(d)是取样判决器在位定时信号;(e)是对(d)波形取样,再与门限进行比较,做出相应的判决得到恢复的信号;需要注意的是判决规则应与调制规则一致。
2 程序设计与仿真模型建立
2.1设计与仿真基础
MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
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简捷得多,并且MATLAB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。在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C++,JAVA的支持。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。
Simulink是Matlab中的一种可视化仿真工具,也是目前在动态系统的建模和仿真等方面应用最广泛的工具之一 。确切的说,Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包,它支持线性和非线性系统,连续、离散时间模型,或者是两者的混合。系统还可以使多种采样频率的系统,而且系统可以是多进程的。Simulink工作环境进过几年的发展,已经成为学术和工业界用来建模和仿真的主流工具包。在Simulink环境中,它为用户提供了方框图进行建模的图形接口,采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便,故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模,并可直接进行系统的仿真,快
速的得到仿真结果。
它的主要特点在于:1、建模方便、快捷;2、易于进行模型分析;3、优越的仿真性能。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比,具有更直观、方便、灵活的优点。Simulink模块库(或函数库)包含有Sinks(输出方式)、Sources(输入源)、Linear(线性环节)、Nonlinear(非线性环节)、Connection(连接与接口)和Extra(其他环节)等具有不同功能或函数运算的Simulink库模块(或库函数),而且每个子模型库中包含有相应的功能模块,用户还可以根据需要定制和创建自己的模块。用Simulink创建的模型可以具有递阶结构,因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。用户可以从最高级开始观看模型,然后用鼠标双击其中的子系统模块,来查看其下一级的容,以此类推,从而可以看到整个模型的细节,帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。
在定义完一个模型后,用户可以通过Simulink的菜单或Matlab的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便,而命令行方式对于运行仿真的批处理非常有用。采用Scope模块和其他的显示模块,可以在仿真进行的同时就可立即观看到仿真结果,若改变模块的参数并再次运行即可观察到相应的结果,这适用于因果关系的问题研究。仿真的结果还可以存放到Matlab的工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和整理工具,Matlab的所有工具及Simulink本身的应用工具箱都包含这些工具。由于Matlab和SIMULINK的集成在一起的,因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改模型。但是Simulink不能脱离Matlab而独立工作。