《數(shù)據(jù)通信》系統(tǒng)設計——用System_View仿真實現(xiàn)2PSK

1、數(shù)據(jù)通信課程系統(tǒng)設計報告數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)及其性能估計實驗2PSK模擬調制、相干解調數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)及其性能估計實驗2PSK模擬調制、相干解調用System View仿真實現(xiàn)二進制移相鍵控（2PSK）模擬調制1、 實驗目的（1）了解2PSK系統(tǒng)模擬調制的電路組成、工作原理和特點；（2）分別從時域、頻域視角觀測2PSK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)輸入信號，碼速率Rb20kbit/s。（1）采用模擬調制法實現(xiàn)2PSK的調制；觀測已調的2PSK波形。（2）獲取主要信號的功率譜密度。3、 實驗原理在二進制數(shù)字調控中，當正弦載波的相位隨

2、二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進制移相鍵控（2PSK）信號。通常用已調信號載波的0°和180°分別表示二進制數(shù)字基帶信號的1和0。二進制移相鍵控信號的時域表達式為其中，選擇雙極性，即=是脈寬為、高度為1的矩形脈沖，則有 當發(fā)送二進制符號1時，已調信號取0°相位，發(fā)送二進制符號0時，取180°。若用表示第n個符號的絕對相位，則有，其中 這種以載波的不同相位直接表示相應二進制數(shù)字信號的調制方式，成為二進制絕對移相方式。其模擬調制原理圖如下：碼型變換乘法器雙極性不歸零4、 系統(tǒng)組成、圖符塊參數(shù)設置及仿真結果：圖1 2PSK模擬調制與相干解調系統(tǒng)組成 圖

3、2 單/雙碼變換 圖3 模擬調制其中圖符0產(chǎn)生單極性PN序列，經(jīng)過圖符2、3轉換后為雙極性PN序列，傳碼率為20kbit/s；圖符6輸出正弦波，頻率為40kHz；圖符4 輸出模擬調制的2PSK信號；圖符12 輸出高斯噪聲。圖符參數(shù)設置如下表：編號庫/名稱參數(shù)(Token 0)Source: PN SeqAmp = 500.e-3 v Offset = 500.e-3 vRate = 20e+3 Hz Levels = 2Phase = 0 deg Max Rate = 400e+3 Hz(Token 2)Function: ExponentConstant a = -1(Token 4)Mul

4、tiplier: Non ParametricInputs from 8 6 Outputs to 5 10(Token 5)Adder: Non ParametricInputs from 4 12 Outputs to 20 19(Token 6)Source: SinusoidAmp = 1 v Freq = 40e+3 HzPhase = 0 deg Output 0 = Sine t7 t4 Output 1 = Cosine (Token 8)Operator: Negate(Token 12)Source: Gauss NoiseStd Dev = 100.e-3 v Mean

5、= 0 v系統(tǒng)定時：起始時間0秒，終止時間497.5e-6秒，采樣點數(shù)200，采樣速率400kHz。獲得仿真波形圖如下：圖4 調制過程仿真波形圖5 原PN序列和2PSK信號的瀑布圖5、 主要信號的功率譜密度：圖6 單極性PN序列頻譜圖7 載波頻譜圖8 已調制信號頻譜由圖6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譜。由圖7可見，載頻信號的頻譜位于40kHz，且頻譜較純。由圖8可見，已調信號的頻譜為2PSK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

6、分量，頻帶寬度為40kHz。用System View仿真實現(xiàn)二進制移相鍵控（2PSK）（相干）解調1、 實驗目的（1） 了解2PSK系統(tǒng)相干解調的電路組成、工作原理和特點；（2） 分別從時域、頻域視角觀測2PSK系統(tǒng)中各點的波形；（3）熟悉系統(tǒng)中信號功率譜的特點。2、實驗內容以已調的2PSK信號為系統(tǒng)輸入信號，碼速率Rb=20kbit/s.（1）采用相干解調法實現(xiàn)2PSK信號的解調，觀察各點波形。（2）獲取主要信號的功率譜密度。3、實驗原理2PSK信號的解調通常都是采用相干解調，解調器原理圖如下。在相干解調過程中需要用到與接收的2PSK信號同頻同相的相干載波。帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決

7、器acde輸出定時脈沖b2PSK信號相干解調各點時間波形如下：4、系統(tǒng)組成、圖符塊參數(shù)設置及仿真結果：圖1 2PSK模擬調制與相干解調系統(tǒng)組成 圖9 相干載波的提取與相干解調圖符19為相干載波的提取，圖符20為帶通濾波器，圖符13為低通濾波器，圖符15、16、17組成抽樣判決器。圖符參數(shù)設定如下：編號庫/名稱參數(shù)(Token 20)Operator: Linear SysButterworth Bandpass IIR3 PolesLow Fc = 20e+3 Hz Hi Fc = 60e+3 HzQuant Bits = None Init Cndtn = TransientDSP Mode

8、 Disabled FPGA Aware = TrueRTDA Aware = Full(Token 11)Multiplier: Non ParametricInputs from 20 19 Outputs to 13(Token 19)Comm: 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 Outp

9、ut 3 = VCO Quadrature t11 t21 RTDA Aware = Full(Token 13)Operator: Linear SysButterworth Lowpass IIR 3 PolesFc = 16e+3 Hz Quant Bits = NoneInit Cndtn = 0 DSP Mode DisabledFPGA Aware = True RTDA Aware = Full(Token 15)Operator: SamplerInterpolating Rate = 40e+3 HzAperture = 0 sec Aperture Jitter = 0 s

10、ec(Token 17)Operator: HoldLast Value Gain = 1Out Rate = 400e+3 Hz(Token 16)Operator: CompareComparison = '<' True Output = 1 vFalse Output = 0 v A Input = t18 Output 0B Input = t17 Output 0(Token 18)Source: SinusoidAmp = 0 v Freq = 0 HzPhase = 0 deg Output 0 = Sine t16 Output 1 = Cosine 調

11、制信號為PN序列，碼速率Rb20kbit/s；正弦載波的頻率為40k Hz。系統(tǒng)定時：起始時間0秒，終止時間497.5e-6秒，采樣點數(shù)200，采樣速率400kHz。獲得仿真波形圖如下：圖10 相干解調過程的仿真波形2PSK系統(tǒng)輸入的PN序列和輸出PN序列的瀑布圖如圖11所示。圖11 2PSK系統(tǒng)輸入的PN序列和輸出PN序列的瀑布圖沒有噪聲情況下的仿真結果，眼圖張開度較大，掃跡清晰，如下：圖12 眼圖在不同信噪比之下的眼圖：信噪比0dB時的眼圖信噪比3dB時的眼圖信噪比5dB時的眼圖信噪比20dB時的眼圖信噪比50dB時的眼圖由不同信噪比下的眼圖可以看到，隨著信噪比的增加，眼圖質量越來越好。6

12、、 主要信號的功率譜密度：圖13 2PSK的譜圖14 帶通濾波器輸出信號的譜圖15 低通濾波器輸出信號的譜圖16 提取相干載波的譜圖17 乘法器輸出的譜7、低通濾波器的單位沖擊相應及幅頻特性曲線：圖18 低通濾波器的單位沖擊相應圖19 低通濾波器的幅頻特性曲線使用System View對二進制移相鍵控（2PSK）進行性能估計1、實驗目的（1）了解2PSK系統(tǒng)電路組成、工作原理和特點；（2）學會分析2PSK系統(tǒng)的抗噪聲性能；（3）掌握使用SystemView軟件對2PSK系統(tǒng)進行性能估計的方法。 2、實驗內容以2PSK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)2PSK

13、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2PSK信號相干解調系統(tǒng)性能分析模型如圖5-22所示。假定信道噪聲為加性高斯白噪聲，其均值為0、方差為；發(fā)射端發(fā)送的2PSK信號為 圖5-22 2PSK信號相干解調系統(tǒng)性能分析模型則經(jīng)信道傳輸，接收端輸入信號為 （5-72）此處，為簡明起見，認為發(fā)送信號經(jīng)信道傳輸后除有固定衰耗外，未受到畸變，信號幅度：。經(jīng)帶通濾波器輸出 （5-73）其中，為高斯白噪聲經(jīng)BPF限帶后的窄帶高斯白噪聲。取本地載波為，則乘法器輸出將式（5-73）代入，并經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，在抽樣判決器輸入端得到 （5-74）根據(jù)2.5節(jié)的分析可知，為高

14、斯噪聲，因此，無論是發(fā)送“1”還是“0”，瞬時值的一維概率密度、都是方差為的正態(tài)分布函數(shù)，只是前者均值為，后者均值為，即 （5-75） （5-76）其曲線如圖5-23所示。之后的分析完全類似于2ASK時的分析方法。不難得到（過程從略，讀者自己證明）：當時，2PSK系統(tǒng)的最佳判決門限電平為 （5-77）在最佳門限時，2PSK系統(tǒng)的誤碼率為 （5-78）式中，為接收端帶通濾波器輸出端信噪比。在大信噪比下，上式成為 （5-79）數(shù)字調制用“星座圖”來描述，星座圖中定義了一種調制技術的兩個基本參數(shù)：（1）信號分布；（2）與調制數(shù)字比特之間的映射關系。星座圖中規(guī)定了星座點與傳輸比特間的對應關系，這種關系

15、稱為“映射”，一種調制技術的特性可由信號分布和映射完全定義，即可由星座圖來完全定義。4、系統(tǒng)組成、圖符塊參數(shù)設置及仿真結果：圖20 2PSK含誤碼率檢測模擬調制與相干解調系統(tǒng)組成圖20 2PSK含誤碼率檢測組成圖符23前面連接原PN序列，設定延遲時間為一個碼元長度（Delay = 50.e-6 sec）圖符參數(shù)設定如下：(Token 23)Operator: DelayInterpolating Delay = 50.e-6 secOutput 0 = Delay t25 Output 1 = Delay - dT (Token 24)Comm: BER RateNo. Trials = 500 bits Threshold = 500.e-3 vOffset = 10.e-9 sec Output 0 = BER t30 Output 1 = Cumulative Avg t28 Output 2 = Total Errors (Token 25、26)