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G3-PLC开放式通信标准促进智能电网发展
来源：今日电子
　　G3-PLC通信标准的发展历程和技术优势
　　G3-PLC是专为智能电网通信而设计的全球电力线通信开放协议，由法国电网输送公司(ERDF)发起，Maxim和SagemCommunications共同开发的方案。G3-PLC属于窄带电力线载波通信(Narrow-BandPowerLineCommunications，简称NB-PLC)标准，通常用于自动抄表(AMR)、能源控制和电网监测等低速数据通信场合。
　　随着通信技术的发展，基于FSK/BPSK开发的技术逐步被更先进的调制技术OFDM(正交频分复用)所取代。OFDM技术具有可靠的工作模式、高效的信道编码技术以及强大的纠错机制，是当今智能电网最安全、最具成本效益的通信模式。目前，基于OFDM技术的NB-PLC标准主要有IEEEP1901.2、ITUG.hnemG.9955、PRIME和G3-PLC。
　　上面曾经提到过，目前基于OFDM技术的NB-PLC标准主要有IEEEP1901.2、ITUG.hnemG.9955、PRIME和G3-PLC。其中电力线通信IEEEP1901.2标准是IEEE(电气和电子工程师协会)于2010年5月成立的P1901.2工作组定义基于OFDM的NB-PLC标准，最终将实现PRIME和G3-PLC的融合和互用。PRIME是一个由供电公司、行业厂家和大学研究所构成的联盟，合作开发基于OFDM电力线技术的公开标准。在对PRIME和G3-PLC作比较之前，有必要先了解一下窄带电力线通信频带的定义，具体如下：
　　1)欧洲电工标准委员会(CENELEC)规定的频带
　　CENELEC-A：3～95kHz，能源供应商专用，根据标准定义或自定义协议层
　　CENELEC-B：95～125kHz，供终端用户使用，根据标准定义或自定义协议层
　　CENELEC-C：125～140kHz，
　　供终端用户使用，CSMA协议层
　　CENELEC-D：140～
　　148.5kHz，供终端用户使用，根据标准定义或自定义协议层
　　2)美国联邦通信委员会(FCC)规定的频带
　　FCC单频带：10～490kHz
　　3)日本无线工业及商贸联合会(ARIB)规定的频带
　　ARIB频带：10～450kHz
　　4)中国规定的频带
　　电力科学研究院频带：3～90kHz
　　单频带：3kHz-500kHz
　　目前，PRIME和G3-PLC的对比研究主要是针对CENELEC-A频段。表1是PRIME和G3-PLC的参数比较。
　　从表1中我们可以看出，G3-PLC的最大数据速率为33.4kbps，而PRIME的最大速率则高达128.6kbps，从速率角度看PRIME较G3-PLC有明显的优势。从表1中前向纠错一栏还可以看出G3-PLC纠错方式有里德-所罗门码、卷积码和重复码，而PRIME则仅有卷积码一种纠错方式，从这一点上来说，G3-PLC纠错能力更强大，也可以说是抗干扰能力更强。因此，针对不同的电力线条件或不同的应用场合，G3-PLC和PRIME各有优势。
　　G3-PLC可跨变压器传输，允许在每一个数据集中器分配更多用户，从而减少集中器的数量，这完全符合ITUG.hnemG.9955最新标准的要求，而PRIME没有此规定。
　　另外，G3-PLC特有的规范支持IPv6互联网协议标准，这极大扩展了电网连接设备的地址数量，确保支持新的应用。而PRIME目前只支持IPv4。
　　还有一点需要提及的是，G3-PLC最大300kbps的速率是指采用DB8PSK编码方式、全FCC带宽(10～487.5kHz)条件的速率，而非CENELEC-A频段的速率。而PRIMER_DATA是接收到的比特流。
　　在发射端，首先对已编码的比特流进行QAM或QPSK调制，然后依次经过串并变换和IFFT变换，再将并行数据转化为串行数据，加上保护间隔(又称“循环前缀”)，形成OFDM码元。在组帧时，加入同步序列和信道估计序列，以便接收端进行突发检测、同步和信道估计，最后输出正交的基带信号。
　　当接收机检测到信号到达时，首先进行同步和信道估计。当完成时间同步、小数倍频偏估计和纠正后，经过FFT变换，进行整数倍频偏估计和纠正，此时得到的数据是QAM或QPSK的已调数据。对该数据进行相应的解调，然后再进行解码处理，就可得到发送的比特流。
　　G3-PLC物理层也采用安全可靠的OFDM技术。下面对G3-PLC物理层的OFDM做一些讨论，重点对其所采用的前向纠错(FEC)技术做一分析和说明。图2是G3-PLC物理层OFDM收发器原理图，与传统OFDM基带收发器不同的是，G3-PLC物理层OFDM收发器是以电力线为数据传输介质。
　　从图2可以看出，G3-PLC物理层也是由发射机和接收机组成的，发射机主要包括前向纠错(FEC)编码器、OFDM调制器和模拟前端(AFE);接收机包括模拟前端(AFE)、OFDM解调器和前向纠错(FEC)解码器。因为编码器和解码器对应，调制器和解调器对应，所以下面将把它们放在一起来介绍。
　　和DQPSK。我们知道，除了固定频段的载波数以外，不同的调制方式也是决定最大通信速率的关键因素。其实符合G3-PLC标准的调制解调芯片MAX2992除了采用标准规定的DBPSK和DQPSK，还采用了D8PSK调制方式，这也是其在FCC频带能达到300kbps高速率的重要原因。不同的调制方式代表了同一个载波所能承载的最大的比特数，每一种调制方式的星座图如图3所示。
　　在OFDM系统中，反快速傅里叶变换(IFFT)主要作用是对子载波进行正交调制，这主要由IFFT旋转因子的正交性决定的，IFFT的另外一个作用就是频域到时域的转换。在G3-PLC中，OFDM信号通过反快速傅里叶变
　　可靠性。CSMA/CA和ARQ机制结合网状路由协议可支持各种网络的通用MAC层服务，在抄表应用中网状路由优于PRIME的树状路由。此外，AES-128加密/解密的CCM(IEEE802.15.4规定的CCM扩充协议)可为通信提供安全和认证。
　　我们前面曾经提到IEEE802.15.4规定最大帧长度为127字节，这显然已经超出了G3-PLC物理层数据“处理”的范围。为了使PHY与MAC层数据无缝对接，就需要对MAC层的数据进行“分割”，以适应G3-PLC物理层数据传输的需求，如图6所示。
　　下面讨论适配层6LoWPAN在G3-PLC中的作用，具体可见图7。在G3-PLC中，IPv6和MAC层之间需要增加一个网络适配层，用来完成包头压缩、分片与重组以及网状路由转发等工作，该适配层就称为6LoWPAN。
　　下面详细介绍G3-PLC中
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8PSK调制解调技术的设计与仿真
沈阳理工大学课程设计专用纸摘 要在数字信号的调制方式中 8PSK 是目前最常用的一种数字信号调制方式,它 具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。调制技术 是通信领域里非常重要的环节， 一种好的调制技术不仅可以节约频谱资源而且可 以提供良好的通信性能。8PSK 调制是一种具有较高频带利用率和良好的抗噪声 性能的调制方式，在数字移动通信中已经得到了广泛的应用。本次设计在理解 8PSK 调制解调原理的基础上应用 MATLAB 语言来完成仿真，仿真出了 8PSK 的调 制以及解调的仿真图， 包括已调信号的波形， 解调后的信号波形， 眼图和误码率。 在仿真的基础上分析比较了各种调制方法的性能， 并通过比较仿真模型与理论计 算的性能，证明了仿真模型的可行性。关键字：8PSK调制解调MATLAB分析与仿真1沈阳理工大学课程设计专用纸目录摘 要??????????????????????????????? 1 目录 ??????????????????????????????? 2 前言 ??????????????????????????????? 3 1.信道 ?????????????????????????????? 4 1.1 信道概念?????????????????????????? 4 1.2 信道分类?????????????????????????? 4 2. 8PSK 的原理 ?????????????????????????? 5 2.1 基本原理?????????????????????????? 5 2.2 8PSK 的调制 ???????????????????????? 7 2.3 8PSK 的解调采用双正交相干解调 ??????????????? 8 2.4 眼图???????????????????????????? 9 3. 设计及仿真??????????????????????????? 10 3.1 MATLAB 软件的介绍 ????????????????????? 10 3.2 8PSK 调制部分 ??????????????????????? 11 3.3 8PSK 解调部分 ??????????????????????? 14 3.4 高斯噪声、眼图 ?????????????????????? 16 4. 总结?????????????????????????????? 20 参考文献 ????????????????????????????? 21 致谢 ??????????????????????????????? 222沈阳理工大学课程设计专用纸前言信息化的社会，数字技术快速发展，数字器件也广泛的利用，数字信号的处 理技术也越来越重要。进入 20 世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、 无线通信迅速发展。特别是在 20 世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规 模集成电路、 电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，通信技术在不同方 向都取得了巨大的成功。 随着技术的进步，特别是超大规模集成电路和数字信号 处理技术的发展， 使得复杂的电路设计得以用少量的几块即成电路模块实现，有 些硬件电路的功能还可以用软件代替实现。 因此使得一些较复杂的调制技术能够 容易地实现并投入使用。 这方面的条件使得新的更复杂的调制体制迅速地不断涌 现。8PSK 的调制与解调具有一系列独特的优点，已经广泛应用于无线通信中， 成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。根据所处理基带信号的进制不 同，分为二进制和多进制，多进制与二进制相比较，其频带利用率更高。现代社 会发展要求通信系统功能越来越强，性能越来越高，构成越来越复杂；这就要借 助于功能强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。MATLAB 完成仿真， 它由一系列工具组成。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。 本设计主要研究数字通信过程 中的调制解调过程。 从原理上说受调载波可以是任意的，只要已调信号适合心动 的传输就可以了，但是实际上，大多数通信系统中，都选择正弦信号作为载波。 这是因为正弦信号简单，便于产生和接收。3沈阳理工大学课程设计专用纸1.信道1.1 信道概念信道：信道就是信号的通道。在数字通信系统模型中，可将其分为狭义信道 和广义信道。 狭义信道： 用来传输电(光） 信号,介于发送设备和接收设备之间的传输媒介； 广义信道：凡信号经过的路径就称之为信道。按所传输信号的形式，可分为 调制信道和编码信道(是数字信道） 。 【注】如无特殊说明，通信领域中提起信道，应理解为广义信道。 发送方调制器的输出端到接收方解调器的输入端，称为调制信道，分为恒 参信道和随参信道； 恒参信道：信道传递函数与时间t无关的信道，如有线电缆、光纤、微波等； 随参信道：信道传递函数与时间t有关的信道，如短波电离层反射、超短波 流星余迹散射等； 发送方编码器的输出端到接收方译码器的输入端，称为编码信道；分为无记 忆信道和有记忆信道； 无记忆信道： 若每个输出的符号只取决于当前的输入符号，而与前后其他的 输入符号无关时，称为无记忆信道。 （即前后码元的接收概率不存在关联性，概 率是统计独立的。 ） 有记忆信道： 若前后码元的接收概率存在关联性， 则称为有记忆的编码信道。1.2 信道分类信道可按不同的方式进行分类： 按用途分：电话信道、电视信道等； 按传输的信号分：模拟信道、数字信道； 按传输媒介分：有线信道、无线信道； 按传输信号频谱分：基带信道、载波信道； 按使用方式分：专用信道、公共信道。 就总体而言， 信道应看作一个线性系统， 满足线性叠加原理。 信号在信道中传输， 存在衰耗和时延， 信道中总是存在噪声， 信号在实际信道中传输， 将会产生失真， 任何信道都有一定的频率带宽，信道不可能传送功率无限大的信号。4沈阳理工大学课程设计专用纸2. 8PSK 的原理2.1 基本原理在八相调相中， 把载波相位的一个周期0-2π 等分成8种相位，已调波相邻相 位之差为2π /8=π /4。 二进制信码的三比码组成一个八进制码元，并与一个已调 波的相位对应。所以在调制时必须将二进制的基带串行码流经过串/并变换，变 为三比特码元，然后进行调相。三比特码元的组合不同，对应的已调波的相位就 不同。 8PSK 信号可用正交调制法产生，方法如图2.1所示。输入的二进制信息序列 经串/并变换后，分为三路并行序列 BAC，每一组并行的 BAC 称为三比特码元。 每路的码元速率是输入数据速率的1/3。A 和 C 送入同相支路的2/4电平变换器， 输出的电平幅度值为B 和 C 送入正交支路的2/4电平变换器，输出的电平幅度 值为 bk。 ak 和 bk 这两个幅度不同而相互正交的矢量合成后就能得到8PSK 信号。 将 在图2.1中，A 用于决定同相支路信号的极性（A 为“1”码时，ak 为正；A 为“0”码时，ak 为负）。B 用于决定正交支路信号的极性（B 为“1”码时，bk 为正；B 为“0”码时，bk 为负）。C 则用于确定同相支路和正交支路信号的幅度 （C 为“1”码时，|ak|&|bk|；C 为“0”码时，|ak|&|bk|）。图 2.1 正交调制法产生 8PSK 信号方框图5沈阳理工大学课程设计专用纸8PSK 绝对移相调制利用载波的 8 种不同相位来表征数字信息。它把输入的 二进制信号序列经过串并变换每次把一个 3 位的码组映射为一个符号的相位， 因此符号率为比特率的 1 / 3，它们与载波相位的映射关系如图 2.2 所示图 2.2 位信息比特到 8PSK 符号的映射关系图 系统根据映射后的相位，计算出 I ,Q 两路的数值，经过成形滤波，送入信 道传输。在接收端，首先经过匹配滤波滤除带外噪声和干扰，然后经过抽样相位 判决，相位解码，并串变换，恢复出原始的数据流。整个 8PSK 调制解调系统的 基带仿真框图如下图 2.3 所示图 2.3 8PSK 的调制解调原理图 由于 8PSK 存在相位模糊问题，因此可采用差分编码技术，将 3 位码组映射 的相位值作为实际相位的增加量；在接收端，抽样判决后的相位值也须先经过相 应的差分解码， 恢复出原始相位值，之后再进行相位解码和并串转换就可恢复出6沈阳理工大学课程设计专用纸原始数据流。采用这样的带差分编码的 8PSK（即 D8PSK.）就可解决相位模糊的 问题设计原理2.2 8PSK 的调制八进制移相键控(8PSK)调制。由于8PSK 将 GMSK 的信号空间从2扩展到8，因 此每个符号可以包括的信息是原来的4倍。8PSK 的符号率保持在271kbps，每个 时隙可以得到69.2kbps 的总速率，并且仍然能够完成 GSM 频谱屏蔽。 对于高速传输，为了提高频带利用率，多采用多进制调制方法，在一个波形 周期（0，TS）内发送多个二进制符号。频带利用率能成倍增加。 8PSK，载波有（0， ?/4， ?/2， 3?/4， ?， 5?/4 ，3?/2， 7?/4 ）八 种不同的初相，可以在一个波形周期（0，TS）内发送3个二进制符号（000，001， 010，011，100，101，110，111）。频带利用率能达到6b/S/HZ。 由于8PSK 信号幅度不是恒定的，因此，被调制信号将不再保持恒定幅度， 它必须能够从任何起点到达任何相位位置。这意味着8-PSK 信号的幅度变化很 大，这给 RF 放大器带来了较大压力，而且可能会导致进一步失真。通过8PSK 设 计的增强功能，即3π ／8旋转则能够降低较大的幅度变化。所以，经过符号映射 后的符号，应再按照 F 式进行3π ／8弧度的符号旋转。 矢量图见图:图2.38PSK 矢量图函数首先将产生的二进制序列送入，在串并变换处分成3个电平，b1,b2和 b3，其中 b1用于决定同相路信号的极性，当其为1时，同路信号的极性为1，当 其为0时，同路信号的极性为-1。b2用于确定正交路信号的极性，当其为1时，正 交路信号的极性为1，当其为0时，正交路信号的极性为-1。7沈阳理工大学课程设计专用纸b3用于确定同相路和正交路的幅度，当8PSK 信号幅度为1时，若 b3为1时同相路 的基带信号幅度应为0.924，而正交路幅度为0.383；若 b3为0时，同相路信号幅 度为0.383，而正交路信号幅度为0.924。求出 I 和 Q 以后就分别与相位相反的 载波叠加。最后相加就得到了调制后的8PSK 信号。原理图见图：图2.4 8PSK 的调制原理图2.3 8PSK 的解调采用双正交相干解调8PSK 信号与信道中的噪声叠加后输入解调器，首先将信号分解成四个独立 的信号，然后分别与相位不同的载波相叠加，然后就是判决电路，当不对时，计 数器加1。判决出以后的信号就是 b1,b2,b3最后将3个信号叠加起来就得到了输 出信号。 蒙特卡罗分析就是分析信号信噪比的误码率和误比特率，然后对信号进 行分析，与理论的误码率和误比特率进行对比。原理图见图2.5。8沈阳理工大学课程设计专用纸图2.58PSK 的双正交相干解调2.4 眼图眼图是信号由垂直扫描进入与同周期的水平扫描锯齿波叠加到示波器上时到 得图案。 眼图能够反映信号在传输过程中受到的信道噪声影响的强度，眼图越模糊， 眼睛越闭合，则说明噪声越强，反之，则说明噪声强度弱，也能说明信道性能更 优良。9沈阳理工大学课程设计专用纸3. 设计及仿真3.1 MATLAB 软件的介绍MATLAB 软 件是 美国 Math works 公司的 产 品， MATLAB 是英 文 MATrix LABoratory(矩阵实验室)的缩写。 MATLAB 软件系列产品是一套高效强大的工程技术数值运算和系统仿真软 件，广泛应用于当今的航空航天、汽车制造、半导体制造、电子通信、医学研究、 财经研究和高等教育等领域， 被誉为 “巨人肩膀上的工具” 研发人员借助 MATLAB 。 软件能迅速测试设想构想， 综合评测系统性能，快速设计更好方案来确保更高技 术要求。同时 MATLAB 也是国家教委重点提倡的一种计算工具。 MATLAB 主要由 C 语言编写而成，采用 LAPACK 为底层支持软件包。 MATLAB 的编程非常简单，它有着比其他任何计算机高级语言更高的编程效 率、更好的代码可读性和移植性，以致被誉为“第四代”计算机语言，MATLAB 是所有 MathWorks 公司产品的数值分析和图形基础环境。此外 MATLAB 还拥有强 大的 2D 和 3D 甚至动态图形的绘制功能，这样用户可以更直观、更迅速的进行多 种算法的比较，从中找出最好的方案。 从通信系统分析与设计、滤波器设计、信号处理、小波分析、神经网络到 控制系统、模糊控制等方面来看，MATLAB 提供了大量的面向专业领域的工具箱。 通过工具箱， 以往需要复杂编程的算法开发任务往往只需一个函数就能实现，而 且工具箱是开放的可扩展集， 用户可以查看或修改其中的算法，甚至开发自己的 算法。 目前， MATLAB 已经广泛地应用于工程设计的各个领域，如电子、通信等领 域；它已成为国际上最流行的计算机仿真软件设计工具。现在的 MATLAB 不再仅 仅是一个矩阵实验室，而是一种实用的、功能强大的、不断更新的高级计算机编 程语言。 现在从电子通信、自动控制图形分析处理到航天工业、汽车工业，甚至是财务 工程。MATLAB 都凭借其强大的功能获得了极大的用武之地。广大学生可以使用 MATLAB 来帮助进行信号处理、通信原理、线性系统、自动控制等课程的学习； 科研工作者可以使用 MATLAB 进行理论研究和算法开发；工程师可以使用 MATLAB 进行系统级的设计与仿真。10沈阳理工大学课程设计专用纸3.2 8PSK 调制部分本设计采用相位选择法进行8PSK 调制。其三位二进制序列与对应控制相位对应 如下表 表1 三位二进制序列与对应控制相位 1 1 1------π /8 0 1 1------7π /8 1 0 0------13π /8 1 1 0------3π /8 0 0 1------9π /8 1 0 1------15π /8 0 1 0------5π /8 0 0 0------11π /8对应上表， 首先生成对应相位的同频载波，再根据输入二进制序列对每连续 三位进行判决，输出相应相位的载波即可。其 MATLAB 程序如下： f=120 g=(sign(rand(1,150)-0.5)+1)/2 sn=randn(1,50*length(g)); dt=2*pi/149; t=0:dt:2* si=[];co=[]; sit=[];sqt=[]; sb2=[]; %si 为正交分量，co 为同相分量 %sit 为同相分量幅度，sqt 为正交分量幅度 %输入二进制序列 %抽样频率 %产生二进制序列 %产生加性高斯白噪声%8PSK 调制过程 for n=1:3:length(g); %一次取3个二进制数 if g(n)==0 && g(n+1)==0 && g(n+2)==0 %b1b2b3=000时正交分量和同相分量的幅值 it=-0.383*ones(1,150); qt=-0.924*ones(1,150); b2=[zeros(1,50) zeros(1,50) zeros(1,50)] elseif g(n)==0 && g(n+1)==0 && g(n+2)==1 it=-0.924*ones(1,150); qt=-0.383*ones(1,150); b2=[zeros(1,50) zeros(1,50) ones(1,50)]11%b1b2b3=001时沈阳理工大学课程设计专用纸elseif g(n)==1 && g(n+1)==0 && g(n+2)==0 it=0.383*ones(1,150); qt=-0.924*ones(1,150); b2=[ones(1,50) zeros(1,50) zeros(1,50) ] elseif g(n)==1 && g(n+1)==0 it=0.924*ones(1,150); qt=-0.383*ones(1,150); b2=[ones(1,50) zeros(1,50) ones(1,50) ] elseif g(n)==0 && g(n+1)==1 && g(n+2)==0 it=-0.383*ones(1,150); qt=0.924*ones(1,150); b2=[zeros(1,50) ones(1,50) zeros(1,50) elseif g(n)==0 && g(n+1)==1 && g(n+2)==1 it=-0.924*ones(1,150); qt=0.383*ones(1,150); b2=[zeros(1,50) ones(1,50) ones(1,50) elseif g(n)==1 && g(n+1)==1 && g(n+2)==1 it=0.924*ones(1,150); qt=0.383*ones(1,150); b2=[ones(1,50) ones(1,50) ones(1,50) elseif g(n)==1 && g(n+1)==1 && g(n+2)==0 it=0.383*ones(1,150); qt=0.924*ones(1,150); b2=[ones(1,50) ones(1,50) zeros(1,50) end sb2=[sb2 b2]; c=cos(f*t); s=sin(f*t); ] ] ] ] && g(n+2)==1sit=[sit it]; sqt=[sqt qt]; co=[co c]; end psk=sit.*co+sqt.*12si=[si s];%调制后的8PSK 信号沈阳理工大学课程设计专用纸仿真结果如下图：图 3.1 二进制序列图 3.28PSK 调制13沈阳理工大学课程设计专用纸3.3 8PSK 解调部分采用双正交相干解调。这里有四个不周相位的本地载波，分别分0，π /2，π /4，π /4，其频率与发送端载波一样。四个不同相位的载波分别与一个周期的 已调信号作乘法运算，然后进行判决。具体判决方法是，把所乘结果的离散数据 相累加，如果其和大于0，则相应判决码输出1，否则输出0。实际上，由于作乘 法运算之后的离散也为一对称的正弦离散信号， 故只需取出此信号内的最大值与 最小值，进行相加并判断其正负即可，这样减少了运算量。 对应2，b2 对应于输入二进制序列的第一位，b1对应于输入二进制序列的第 二位，b3和 b4则对应于第三位，第三位的取值是 b3 b4求同或的值。 因此，程序首先生成四种相位的本地载波，然后对输入的已调信号的每一个 周期内作乘法，再进行上述的判决。程序如下： rpsk=psk+ rs=[]; for m=1:150:50*length(g)-150; %取一个码元 %加入加性高斯白噪声 %rs 用来存放解调后的二进制序列rpsk1=rpsk(m:m+149); sit=rpsk1.*cos(f*t); it=cumtrapz(sit)* it=it(end); if it&0 rs=[rs ones(1,50)]; elseif it&0 rs=[rs zeros(1,50)]; end sqt=rpsk1.*sin(f*t); qt=cumtrapz(sqt)* qt=qt(end); if qt&0 rs=[rs ones(1,50)] ; elseif qt&0 rs=[rs zeros(1,50)]; end%相关后得的 I 路电平 %对得到的电平进行判决%相关后得的 Q 路电平 %对得到的电平进行判决14沈阳理工大学课程设计专用纸sb3=rpsk1.*cos(f*t-pi/4); b3=cumtrapz(sb3)* b3=b3(end); sb4=rpsk1.*sin(f*t-pi/4); b4=cumtrapz(sb4)* b4=b4(end); b5=abs(b3+b4); if b5&2 rs=[rs ones(1,50)] ; elseif b5&2 rs=[rs zeros(1,50)]; end 仿真结果如下图： %得到 b3的电平并判决图3.3 8PSK 解调输出15沈阳理工大学课程设计专用纸图3.4 比较图形3.4 高斯噪声、眼图直接调用 MATLAB 的函数 RANDN 产生均值为0，方差为1的加性高斯随机噪声， 眼图用 MATLAB 系统的函数 EYEDIAGRAM 对加入噪声的已调信号进行眼图观察。 误 码统计中， 对每一次加入噪声后解调输出的二进制序列与输入的二进制序列进行 对比，计算解调后的误码数及其比率。程序如下： EsNodb=2:0.5:12; %设置信噪比范围 Es=1; No=10.^(-EsNodb/10); sigma=sqrt(No/2); %噪声功率，其值随信噪比而变 error=zeros(1,length(EsNodb)); %错误计数 sdata=zeros(1,length(EsNodb)); %进行比较判决抽样值的总的计数 for i=1:length(EsNodb) error(i)=0; sdata(i)=0; while error(i)&1000 %误码数&1000 d=ceil(rand(1,10000)*8); %产生信源10000个,返回大于或 者等于指定表达式的最小整数16沈阳理工大学课程设计专用纸s=sqrt(Es)*exp(j*2*pi/8*(d-1)); %复基带形式 r=s+sigma(i)*(randn(1,length(d))+j*randn(1,length(d))); for m = 1 : 8 rd(m,:) = abs(r-sqrt(Es)*exp(j*2*pi/8*(m-1))); %rd 有 m 行，每行对应 r 与 m 的差值，8*10000的二维数组 end for m=1:length(s) dd(m)=find(rd(:,m)==min(rd(:,m))); %找到 rd 的 m 列中最小的值的 行序号（与之相对的判决电平值）， %dd(m)即为接收到的 m 值，find()函数返 回的是行号 if dd(m)~=d(m) %与发送的 m 相比,进行误码计 数 error(i)=error(i)+1; end end sdata(i)=sdata(i)+10000; end end pe=error./ %仿真得的误码率 figure(5); semilogy(EsNodb,pe,'b*:'); axis([2,12,10^(-2),10^0]); grid on xlabel('Es/No(db)');ylabel('误码率'); legend('仿真结果'); %绘眼图 tt=0:150-1; %显示1个码元周期内的眼图 figure(6); for k=1:9 eyeprsk=rpsk(k*150:(k+1)*150-1); % rpsk 为接收到的8PSK 信号 drawnow plot(tt,eyeprsk); axis([0 40 -5 5]); end17沈阳理工大学课程设计专用纸仿真结果如下图：图 3.5 误码率分析 从图中可以看出， 此调制解调在没有加入噪声的情况下没有误码率，没有延 迟，误码率为 0，符合要求，性能良好。 眼图模块采用 simulink 仿真，模块连接如下图：图 3.6 眼图模块连接图仿真结果如 3.7 图和 3.8 图：18沈阳理工大学课程设计专用纸3.7 未加高斯白噪声的眼图图 3.8 加入高斯白噪声的眼图 由上图可知，眼图越模糊，眼睛越闭合，则说明噪声越强，反之，则说明噪 声强度弱，也能说明信道性能更优良。19沈阳理工大学课程设计专用纸4. 总结在通信和信息传输系统、工业自动化或电子工程技术中，调制和解调应用最 为广泛。本设计研究了8PSK 的调制和解调原理，以及利用 MATLAB 对其调制和解 调进行了编程和编译仿真，得到的结论和理论上是一致的。简单而且快捷。同时 利用 MATLAB 中的8PSK 的通信系统进行了仿真研究了其传输的特性，及传输中噪 声对系统的影响。 而调制和解调的基本原理是利用信号与系统的频域分析和傅里叶变换的基 本性质，将信号的频谱进行搬移，使之满足一定需要，从而完成信号的传输或处 理。调制与解调又分模拟和数字两种，在现代通信中，调制器的载波信号几乎都 是正弦信号，数字基带信号通过调制器改变正弦载波信号的幅度、频率或相位， 产生幅度键控（ASK）、相位键控（PSK）、频率键控（FSK）信号，或同时改变 正弦载波信号的几个参数， 产生复合调制信号。 本课程设计主要介绍基于 Matlab 对8PSK 进制的调制仿真实现. 本研究具有可对比性， 对比2PSK 和4PSK 的通信原理和星座图可发现其中的 不同点，但是频谱图近似相同。通信中信道的信噪比设置越大信噪传输越理想， 与理论上是相符合的。2PSK 和4PSK 的传输系统也具有对比性，本研究在文中列 出了仿真过程中每个元件的仿真参数的设置。 比较其中不同点我们发现其中参数 基本相似。 也说明了他们的传输原理基本相同，都利用了相位的不同表示了不同 的码元传输。通过这次课程设计，培养了我综合运用所学知识,发现、提出、分 析和解决实际问题、锻炼实践的能力,是对我们以后的实际工作能力的具体训练 和一个考察过程。 在这次课程设计中，我能够比较系统的了解数字信号的载波传 输， 尤其是多进制相移监控8PSK。把理论和实践相结合。在做设计的过程中难 免总会出现各种问题，通过查阅资料，自学其中的相关知识，无形间提高了我们 的动手，动脑能力，通过课程设计让我知道了，我们平时所学的知识如果不加以 实践的话等于纸上谈兵。 课程设计主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是 要在设计中发现问题， 并且自己要能找到解决问题的方案， 形成一种独立的意识。 我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，巩固们已经学会的，不 断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实。20沈阳理工大学课程设计专用纸参考文献[1]《电子技术实验教程[M]》王紫婷 西南交大出版社 2001[2]《通信原理》 王福昌 熊兆飞 黄本雄清华大学出版社 2006 国防工业出版社 2003 国防工业出版社 2001 国防工业出版社 [3]《MATLAB 仿真技术与应用教程》 钟麟 王峰 [4]《MATLAB 通信仿真与技术应用》刘敏 魏玲 [5]《Simulink 通信仿真开发手册》孙屹 吴磊[6]《数字通信原理与技术》 （第二版） 王兴亮西安电子科技大学出版社 [7]《徐炳祥等通信原理(第5版) 》 樊昌信 [8]《精通 MATLAB6.5版》 张志涌等 北京国防工业出版社 2005北京航空航天大学出版社[9]《MATLAB 通信仿真及应用实例祥》 邓华等解人民邮电出版社21沈阳理工大学课程设计专用纸致谢通过本次计算机通信课程设计， 让我在除了课本的知识之外的知识有了更好 的理解，对8PSK 调制解调的工作原理有了更好的理解，在设计之前，收集了很 多的材料，但当真正深入设计时，却也遇到了诸多的问题，让我体会到了设计的 要求在于系统性，可行性，准确性，诸多问题的出现给我们的设计带来了难度， 也同时是更大的一次挑战，最终，在老师以及同学的帮助下，克服了种种困难， 顺利的完成了本次计算机通信的课程设计，在此，首先要感谢学校安排此次课程 设计， 让我有机会对本次课程设计能够深入理解和设计，再次感谢老师的细心指 导和改正， 还有同组同学的相互团结和帮助，使我完成了本次计算机通信课程设 计， 使我在求学的道路上有了更多方面知识的获得。设计过程中查阅了大量的有 关 PSK 调制解调设计的书籍， 巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本 上所没有学到过的知识。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的必要 性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从 理论中得出结论， 才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思 考的能力。再次感谢学校，感谢老师，感谢同学。22