通信系統(tǒng)實驗2DPSK-高毅

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 題目 2DPSK的鍵控調制與相干解調學 院通信工程學號姓名高毅目錄1. 二進制差分相位鍵控（2DPSK）的鍵控調制 .(3) 1.1實驗目的 .(3) 1.2實驗內容 .(3) 1.3實驗原理 .(3) 1.4系統(tǒng)組成、圖符塊參數(shù)設置及仿真結果 .(5) 1.5主要信號的功率譜密度 . (9)2. 二進制差分相位鍵控（2DPSK）的相干解調.(10) 2.1實驗目的 .(10) 2.2實驗內容 . (10) 2.3實驗原理 . (10) 2.4系統(tǒng)組成、圖符塊參數(shù)設置及仿真結果 .(12) 2.5帶通濾波器的單位沖擊相應及幅頻特性曲線 . (16) 2.6低通濾波器

2、的單位沖擊相應及幅頻特性曲線 .(16) 2.7主要信號的功率譜密度 .(17)3. 二進制差分相位鍵控（2DPSK）的系統(tǒng)性能分析.(19) 3.1實驗目的 .(19) 3.2實驗內容 .(19) 3.3實驗原理 .(19) 3.4系統(tǒng)組成、圖符塊參數(shù)設置及仿真結果 .(20)4. 數(shù)據分析及心得體會 .(25)用SystemView仿真實現(xiàn)二進制差分相位鍵控（2DPSK）的鍵控調制1、實驗目的：（1）了解2DPSK系統(tǒng)的鍵控調制電路組成、工作原理和特點；（2）分別從時域、頻域視角觀測2DPSK系統(tǒng)中的基帶信號、載波及已調信號；（3）熟悉系統(tǒng)中信號功率譜的特點。2、實驗內容：以PN碼作為系統(tǒng)

3、輸入信號，碼速率Rb20kbit/s。（1） 采用鍵控調制實現(xiàn)2DPSK的調制，分別觀測二進制符號序列、相對碼、載波信號及2DPSK等信號的波形。（2）獲取主要信號的功率譜密度。3、實驗原理： 在2PSK信號中，信號相位的變化是以未調正弦載波的相位作為參考，用載波相位的絕對數(shù)值來表示數(shù)字信息的，所以稱為絕對移相。但是由于相干載波恢復中載波相位的180相位模糊，導致解調出的二進制基帶信號出現(xiàn)反向現(xiàn)象，從而難以實際應用。為了解決2PSK信號解調過程的反向工作問題，引入二進制差分相位鍵控（2DPSK）。 2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表示數(shù)字信息的。假設前后相鄰碼元的載波相位差為

4、Dj，可定義一種數(shù)字信息與Dj之間的關系為 則一組二進制數(shù)字信息與其對應的2DPSK信號的載波相位關系如下表所示： 二進制數(shù)字信息： 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 2DPSK信號相位： 0 (參) 0 0 0 0 0 或 (參) 0 0 0 0 0 數(shù)字信息與Dj之間的關系也可以定義為 2DPSK信號調制過程波形（采用Dj=0表示數(shù)字0；Dj=表示數(shù)字1）。如圖1所示。 圖1 2DPSK信號調制過程波形圖可以看出，2DPSK信號的實現(xiàn)方法可以采用：首先對二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼，將絕對碼表示二進制信息變換為用相對碼表示二進制信息，然后再進行絕對調相，從而產生二進制差分相位鍵控信

5、號。2DPSK信號調制器原理圖如圖2所示。 圖2 2DPSK信號調制器原理圖其中碼變換即差分編碼器如圖3所示。在差分編碼器中：an為二進制絕對碼序列，dn為差分編碼序列。D觸發(fā)器用于將序列延遲一個碼元間隔，在SystemView中此延遲環(huán)節(jié)一般可不采用D觸發(fā)器，而是采用操作庫中的“延遲圖符塊”。 圖3 差分編碼器4、系統(tǒng)組成、圖符塊參數(shù)設置及仿真結果： 圖4 2DPSK鍵控調制框圖其中圖符0產生絕對碼序列，傳碼率為20kBd（對于二進制調制，比特率為20kbps）。圖符1和圖符2實現(xiàn)差分編碼；圖符3輸出正弦載波，頻率為40k Hz(這里選取其頻率為信號頻率的2倍，意味著一個碼元內有兩個載波)；

6、圖符4對正弦載波反相；圖符5為鍵控開關。圖符4的輸出為2DPSK信號（波形可通過圖符11觀察）。圖符的參數(shù)設置如表1所示。 表1 鍵控法圖符參數(shù)設置表編號庫/名稱參 數(shù)0Source: PN SeqAmp = 1 v，Offset = 0 v，Rate = 20e+3 Hz，Levels = 2，Phase = 0 deg1Operator: DelayNon-Interpolating，Delay = 50.e-6 sec，Output 0 = Delay ，Output 1 = Delay - dT t2 t92Logic: XORGate Delay = 0 sec，Threshold

7、= 0 v，True Output = 1 vFalse Output = -1 v3Source: SinusoidAmp = 1 v，F(xiàn)req = 40e+3 Hz，Phase = 0 deg，Output 0 = Sine t4 t5 t6，Output 1 = Cosine4Operator: Negate5Logic: SPDTSwitch Delay = 0 sec，Threshold = 500.e-3 v，Input 0 = t4 Output 0，Input 1 = t3 Output 0，Control = t2 起始時間0秒，終止時間1.5e-3秒，采樣點數(shù)901，采樣速

8、率600e+3Hz.注：采樣間隔和采樣數(shù)目是相關的參數(shù)，它們之間的關系為： 采樣數(shù)目=（終止時間起始時間）x（采樣速率）+1仿真結果如下：正弦載波（a）正弦載波反相(b)相對碼序列（絕對碼序列XOR相對碼延遲一個碼元序列）(c)相對碼延遲一個碼元生成的序列(d)絕對碼序列 (e)2DPSK已調信號(f)圖5 鍵控調制各點仿真波形相對碼和2DPSK信號的瀑布圖，如圖6所示。圖6 相對碼與2DPSK信號瀑布圖絕對碼和2DPSK信號的瀑布圖，如圖7所示。圖7 絕對碼與2DPSK信號瀑布圖 從圖7瀑布圖波形對比中可以發(fā)現(xiàn)，絕對碼序列中的“1”使已調信號的相位變化相位；絕對碼中的“0”使已調信號的相位變

9、化0相位。5、 主要信號的功率譜密度：調制信號功率譜（樣本數(shù)為時域時的40倍）圖8 調制信號功率譜正弦載波頻譜圖9 正弦載波頻譜2DPSK信號頻譜圖10 2DPSK信號頻譜由圖8可見，基帶信號的大部分能量落在第一個零點（20kHz）的頻率范圍之內，即基帶帶寬為20kHz；又由圖5（e）可見，絕對碼序列為雙極性脈沖序列，不含有直流分量，所以，不含離散譜。由圖9可見，正弦載頻信號的頻譜位于40kHz，且頻譜較純。由圖10可見，2DPSK已調信號的頻譜為DSB信號，因為調制信號為雙極性不歸零脈沖，用雙極性不歸零碼對載波進行相乘的調制，可以達到抑制載波的目的，即已調信號的頻譜中，只有載頻位置，沒有載波

10、分量，頻帶寬度為40kHz。用SystemView仿真實現(xiàn)二進制差分相位鍵控（2DPSK）的相干解調1、實驗目的：（1）了解2DPSK系統(tǒng)相干解調的電路組成、工作原理和特點；（2）掌握2DPSK系統(tǒng)解調過程信號波形的特點；（3）熟悉系統(tǒng)中信號功率譜的特點。2、實驗內容：以2DPSK已調信號作為系統(tǒng)輸入信號，碼速率Rb20kbit/s。（1）采用相干解調加碼反變換法實現(xiàn)2DPSK的解調，分別觀察系統(tǒng)各點波形。（2）獲取主要信號的功率譜密度。3、 實驗原理： 2DPSK信號采用相干解調方式（極性比較法），解調原理圖及各點波形如圖11所示。其解調原理是：對2DPSK信號進行相干解調，恢復出相對碼，再

11、通過碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復出發(fā)送的二進制數(shù)字信息。在解調過程中，若相干解調產生180相位模糊，解調出來的相對碼將產生倒置現(xiàn)象，但是經過碼反變換器后，輸出的絕對碼不會發(fā)生任何倒置現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊度的問題。 圖11 2DPSK信號相干解調器原理圖和解調過程各點時間波形其中碼反變換器即差分譯碼器組成如圖12所示。在差分譯碼器中：為差分編碼序列，為差分譯碼序列。D觸發(fā)器用于將序列延遲一個碼元間隔，在SystemView中此延遲環(huán)節(jié)一般可不使用D觸發(fā)器，而是使用操作庫中的“延遲圖符塊”。 圖12 差分譯碼器 采用Costas環(huán)法提取相干載波，原理框圖如圖13，在SystemView

12、中采用 Costas圖符塊實現(xiàn)。 圖13 Costas環(huán)法提取相干載波4、系統(tǒng)組成、圖符塊參數(shù)設置及仿真結果圖14 2DPSK相干解調框圖 其中，圖符12為帶通濾波器，圖符14利用Costas環(huán)法實現(xiàn)相干載波的提取，圖符13為乘法器，圖符15為低通濾波器，圖符16、17、18實現(xiàn)抽樣判決，圖符19、20實現(xiàn)差分解碼。圖符19輸出接收到的絕對碼。圖符的參數(shù)設置如表2所示。表2 2DPSK相干解調各圖符參數(shù)設置編號庫/名稱參 數(shù)12Operator: Linear SysButterworth Bandpass IIR3 Poles，Low Fc = 20e+3 Hz，Hi Fc =60e+3 H

13、zQuant Bits = None，Init Cndtn = Transient，DSP Mode Disabled，F(xiàn)PGA Aware = True，RTDA Aware = Full14Comm: CostasVCO Freq = 40e+3 Hz，VCO Phase = 0 degMod Gain = 1 Hz/v，Loop Fltr = 1 + 1/s + 1/s2Output 0 = Baseband InPhase ，Output 1 = Baseband Quadrature Output 2 = VCO InPhase ，Output 3 = VCO Quadrature

14、t13 t22RTDA Aware = Full15Operator: Linear SysBessel Lowpass IIR3 Poles，F(xiàn)c = 12e+3 Hz，Quant Bits = None，Init Cndtn = TransientDSP Mode Disabled，F(xiàn)PGA Aware = True，RTDA Aware = Full16Operator: SamplerInterpolating ，Rate = 20e+3 Hz，Aperture = 0 sec，Aperture Jitter = 0 sec17Operator: HoldLast Value ，Gai

15、n = 118Logic: BufferGate Delay = 0 sec，Threshold = 0 v，True Output = 1 vFalse Output = -1 v，Rise Time = 0 sec，F(xiàn)all Time = 0 sec19Logic: XORGate Delay = 0 sec，Threshold = 0 v，True Output = 1 vFalse Output = -1 v，Rise Time = 0 sec，F(xiàn)all Time = 0 sec20Operator: DelayNon-Interpolating，Delay = 50e-6 sec，O

16、utput 0 = Delay t19 t29Output 1 = Delay - dT其中帶通濾波器采用Butterworth Bandpass IIR巴特沃斯帶通濾波器，低通濾波器采用Bessel Lowpass IIR貝塞爾低通濾波器。對于巴特沃斯帶通濾波器，其在大約四分之三的通帶上非常接近線性相位特性，而且在對2DPSK信號進行帶通濾波時，其帶寬較寬，所以基本符合實驗要求。對于貝塞爾低通濾波器，雖然是IIR濾波器，但是其設計思想主要考慮逼近線性相位特性，所以可以采用。從整體對信號的處理結果上來看，兩個濾波器的結果是可以采用的。 起始時間0秒，終止時間1.5e-3秒，采樣點數(shù)901，采樣

17、速率600e+3Hz。注：采樣間隔和采樣數(shù)目是相關的參數(shù)，它們之間的關系為： 采樣數(shù)目=（終止時間起始時間）x（采樣速率）+1仿真結果如下：帶通濾波器的輸出（a）利用Costas環(huán)法提取的相干載波（b）乘法器輸出（c）低通濾波器輸出（d）抽樣判決輸出（e）抽樣判決序列延遲一個碼元后的輸出序列（f）接收到的絕對碼序列（g）圖15 相干解調各點波形2DPSK系統(tǒng)輸入的PN序列和輸出PN序列的瀑布圖如圖16所示。圖16 輸入輸出PN序列瀑布圖從圖16可以看出，解調輸出與輸入PN序列一致，即說明實驗正確。眼圖如圖27所示。無噪聲條件下(a)無噪聲有噪聲條件下(b)信噪比0dB(c)信噪聲比5dB（d）

18、信噪比10dB（e）信噪比20dB（f）信噪比30dB圖27 眼圖（低通濾波器輸出端） 從圖27（a）可以看出，在無噪聲的情況下，眼圖張開度較大，掃跡清晰，眼圖較端正，表明碼間串擾較小。在加一定噪聲的條件下，從（b）（c）（d）（e）（f）眼圖對比中可以看出，隨著信噪比的不斷增大，眼圖張開度不斷變大，掃跡慢慢變得清晰，表明碼間串擾不斷減小。故而，眼圖可以定性反映碼間串擾和噪聲的影響，因此我們可以根據眼圖指示去改善系統(tǒng)性能。5、帶通濾波器的單位沖擊相應及幅頻特性曲線： 圖 17 帶通濾波器單位沖擊響應 圖 18 帶通濾波器幅頻特性曲線6、 低通濾波器的單位沖擊相應及幅頻特性曲線： 圖 19 低通

19、濾波器單位沖擊響應 圖 20 低通濾波器的幅頻特性曲線7、 主要信號的功率譜密度：2DPSK已調信號頻譜圖21 2DPSK已調信號頻譜帶通濾波器輸出信號頻譜圖 22 帶通濾波器輸出信號頻譜乘法器輸出信號頻譜圖 23 乘法器輸出信號頻譜低通濾波器輸出信號頻譜圖 24 低通濾波器輸出信號頻譜接收到的絕對碼序列頻譜圖 25 接收到的絕對碼序列頻譜用SystemView對二進制差分相位鍵控（2DPSK） 進行性能估計1、實驗目的：（1）了解2DPSK系統(tǒng)測試誤碼率電路組成、工作原理和特點；（2）學會分析2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能；（3）掌握使用SystemView軟件對2DPSK系統(tǒng)進行性能估計的方法

20、。 2、實驗內容：以2DPSK作為系統(tǒng)輸入信號，碼速率Rb20kbit/s。（1）采用相干解調法實現(xiàn)2DPSK的解調，測試不同信噪比下的誤碼率。（2）獲取誤碼率曲線。3、實驗原理： 2DPSK信號有兩種解調方式，一種是差分相干解調，另一種是相干解調的碼反變換法。在這里我們是采用相干解調加碼反變換的方式。在發(fā)送“1”符號和“0”符號等概時，最佳判決門限b*=0。此時，碼反變換器輸入端的誤碼率即是2PSK信號采用相干解調時的誤碼率Pe = P(1)P(0/1)+P(0)(1/0)=(1/2)erfc(r)在大信噪比（r1）條件下，上式可近似表示為Pe（1/2r）exp(-r)經碼反變換器輸出變成絕

21、對碼，Pe為麻煩變換器輸出絕對碼序列的誤碼率，分析可得Pe= 2P1+2P2+2P3+2Pn進而可得 Pe=2（1Pe）Pe當Pe1時，上式近似可表示為Pe = 2Pe = erfc(r)即此時碼反變換器輸出端絕對碼序列的誤碼率是碼反變換器輸入端相對碼序列誤碼率的兩倍?？梢?，碼反變換器的影響是使輸出誤碼率增大。4、系統(tǒng)組成、圖符塊參數(shù)設置及仿真結果 測試誤碼率框圖圖 28 誤碼率測試框圖其中，圖符31，圖符34分別對輸入和輸出序列進行采樣，采樣速率為20KHz,圖符33是BER計數(shù)器，一次對比試驗的比特數(shù)為5bits（觀察時間為300e-3s,包含碼元個數(shù)為6000個，一次循環(huán)需對比1199次

22、），參考信號與解調信號差異的門限設為0，時間偏移量為1bit，圖符35為停止接收圖符，當錯誤總數(shù)超過1000時停止本次循環(huán)的仿真進入下一個循環(huán)，圖符36是終值接收器，它與BER的累計均值輸出端相連，當仿真進行時，每一次循環(huán)結束時會顯示本次循環(huán)的BER均值。圖符27輸出加性高斯白噪聲，將信道模擬成一個AWGN信道。圖符45控制SNR，每次循環(huán)后將信噪比遞增1dB，圖符46將輸入端采樣序列延時，使BER計數(shù)器的兩個輸入端位同步。表3 測試系統(tǒng)誤碼率各圖符參數(shù)編號庫/名稱參 數(shù)27Source: Gauss NoiseStd Deviation = 2 v,Mean = 0 v ,Max Rate = 600e+3Hz35Sink:Final ValueInput from t33 Output Port 1，Max Input Rate = 4Hz31Operator:SamplerInterpolating，Rate = 20e+3 Hz，Aperture = 0 secAperture Jitter = 0 sec， Max Rate = 20e+3 Hz35Sink:Cndtnl StopAction = Go To Next L