基于MATLAB的4Psk调制

设计题目：                                

班    级：                                

姓    名：                                

学    号：                                

起止日期：                                

              信息工程学院通信工程系

一 设计内容........................................................................1

二 设计目的........................................................................1

三 设计要求........................................................................1

四 实验条件........................................................................1

五 系统设计........................................................................1

1 系统原理简介...........................................................1

2 设计方案...................................................................4

3 方案实施...................................................................4

4 仿真结果分析...........................................................7

六 设计心得..................................................................7

七 参考文献.................................................................7

一  设计内容

1、了解数字调制系统的基本原理；

2、利用matlab对随机产生的二进制信号进行数字调制的软件实现

二  设计目的

通过对数字通信系统的仿真，了解数字通信系统的仿真实现方法，掌握各种数字调制解调系统的性能，包括了解数字信号的时域表示、掌握数字信号的频带传输，数字通信系统的信道编码，学会用傅立叶变换方法分析信号的频域成分。

三  设计要求

任务：

编写M文件实现随机产生的二进制序列的4PSK调制，画出二进制序列及已调信号的时域波形及频谱图。

四  实验条件

利用计算机及MATLAB为开发软件

五   系统设计

1 系统原理

四进制绝对相移键控（4PSK）直接利用载波的四种不同相位来表四进制信息。

如下图

由于一个想为代表两个比特信息，因此每个四进制码元可用两个二进制码元的组合来表示。两个二进制码元中的前一码元用a表示，后一比特用b表示，则双比特ab与载波相位关系如下表

4PSK的调制方法有正交调制方式，相位选择法，插入脉冲法等。本文采用正交调制方式。正交调制原理如图

4PSK可以看作两个正交的2PSK调制器构成。图中串并转换将输入的二进制序列分为两个速度减慢的两个并行双极性序列a和b，在分别进行极性变换。再调制到coswt和sinwt载波上。两路相乘器输出的信号是相互正交的抑制载波的双边带调制信号，相位与各路码元的极性有关，分别由码元a和码元b决定，经相加电路后输出两路的合波即是4PSK信号，图中两个乘法器，一个用于产生0和180两个相位，另一个用于产生90和270两个相位。相加后可以得到45，135，225，315四种相位状态。

(2)FFT快速傅里叶变换

FFT是离散傅立叶变换的快速算法，可以将一个信号变换到频域。有些信号在时域上是很难看出什么特征的，但是如果变换到频域之后，就很容易看出特征了。这就是很多信号分析采用FFT变换的原因。另外，FFT可以将一个信号的频谱提取出来，这在频谱分析方面也是经常用的。

    模拟信号，经过采样量化之后，就变成了数字信号。采样定理告诉我们，采样频率要大于信号频率的两倍，采样得到的数字信号，就可以做FFT变换了。N个采样点，经过FFT之后，就可以得到N个点的FFT结果。为了方便进行FFT运算，通常N取2的整数次方。

假设采样频率为Fs，信号频率F，采样点数为N。那么FFT之后结果就是一个为N点的复数。每一个点就对应着一个频率点。这个点的模值，就是该频率值下的幅度特性。

2  设计方案

首先利用round(rand())产生一个随机二进制序列，也可采用fix（rand()*2）产生该二进制随机序列，然后采用stairs函数画出该二进制序列直方图，通过if语句实现4PSK调制，用plot函数实现已调波绘图。最后本设计采用快速傅里叶变换实现时域到频域的变换采用plot绘出频谱图。

3 方案实施

（1）程序

主程序

A=1;

fc=2;

N1=8;

N=500;

Ts=1;

dt=Ts/fc/N1;

t=0:dt:N*Ts-dt;

Lt=length(t);

d=sign(randn(1,N));

dd=sigexpand((d+1)/2,fc*N1);

gt=ones(1,fc*N1);

nrz=conv(dd,gt);

subplot(311);

plot(t,nrz(1:length(t)));

axis([0 10 0 2]);title('输入信号');

psk1=zeros(size(t));

psk2=zeros(size(t));

psk3=zeros(size(t));

psk4=zeros(size(t));

for k=1:2*fc*N1:Lt

if nrz(k)==0

if nrz(k+fc*N1)==0

x=k;

for x=k:k+2*fc*N1-1       

psk1(x)=A*cos(2*pi*fc*t(x));

end

else

x=k;

for x=k:k+2*fc*N1-1  

psk2(x)=A*cos(2*pi*fc*t(x)+3*pi/2);

end

end

elseif nrz(k+fc*N1)==0

x=k;

for x=k:k+2*fc*N1-1 

psk3(x)=A*cos(2*pi*fc*t(x)+pi/2);

end

elseif  nrz(k+fc*N1)==1

x=k;

for x=k:k+2*fc*N1-1 

psk4(x)=A*cos(2*pi*fc*t(x)+pi);

end

end

end

 psk= psk1+psk2+psk3+psk4;

 subplot(312)

 plot(t,psk)

 axis([0 10 -1 1]);

 title('4PSK调制信号')

 subplot(313)

 [f,F]=T2F(t,psk);

 plot(f,F)

 title('调制信号频谱')

 axis([-5 5 -30 30])

 调用函数

function[out]=sigexpand(d,M)

N=length(d);

out=zeros(M,N);

out(1,:)=d;

out=reshape(out,1,M*N);

function[f,sf]=T2F(t,st)

dt=t(2)-t(1);

T=t(end);

df=1/T;

N=length(st);

f=-N/2*df:df:N/2*df-df;

sf=fft(st);

sf=T/N*fftshift(sf);

4  仿真结果及分析

依据仿真结果，00载波为0相位，01载波为270相位，11载波相位为90，说明已调波正确，已调波频谱中心位于载波频率2处也正确。

六　　设计心得  

    通过这次课程设计，我知道了只有理论是远远行不通的，只有在理论与实践相结合的前提下，才能从中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和思考能力。设计过程中遇到很多困难，然后从书中找材料，和同学商量，还发现对以前的很多知识掌握的都不好，因此绕了很多弯。从一开始老是出错，到后来仿真不出结果，在很多错误的地方纠结，整天泡在学校机房和同学一起商讨，但结果还是不令人满意。但是通过这次实践，我对这些知识掌握得更加牢固了，作为电子信息专业的学生，我们不仅仅要学会电子知识，更重要的是学以致用，而且现在科技日新月异，更应不断充实自己，这样才能在毕业时有更好的就业机会，才能更好地实现自己的理想！

七　参考文献

【１】樊昌信，通信原理，北京，国防工业出版社

【２】刘卫国，ＭＡＴＬＡＢ程序设计教程，北京，中国水利水电出版社

【３】陈怀琛，数字信号处理教程－ＭＡＴＬＡＢ释义与实现，北京，电子工业出版社

【４】王洪元,MATLAB语言及其在电子信息工程中的应用，北京，清华大学出版社

【5】黄文梅，熊桂林，杨勇，信号分析与处理， 国防科技大学出版社