通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)2DPSK-高毅

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 題目 2DPSK的鍵控調(diào)制與相干解調(diào)學(xué) 院通信工程學(xué)號姓名高毅目錄1. 二進(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK）的鍵控調(diào)制 .(3) 1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.(3) 1.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 .(3) 1.3實(shí)驗(yàn)原理 .(3) 1.4系統(tǒng)組成、圖符塊參數(shù)設(shè)置及仿真結(jié)果 .(5) 1.5主要信號的功率譜密度 . (9)2. 二進(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK）的相干解調(diào).(10) 2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.(10) 2.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 . (10) 2.3實(shí)驗(yàn)原理 . (10) 2.4系統(tǒng)組成、圖符塊參數(shù)設(shè)置及仿真結(jié)果 .(12) 2.5帶通濾波器的單位沖擊相應(yīng)及幅頻特性曲線 . (16) 2.6低通濾波器

2、的單位沖擊相應(yīng)及幅頻特性曲線 .(16) 2.7主要信號的功率譜密度 .(17)3. 二進(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK）的系統(tǒng)性能分析.(19) 3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.(19) 3.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 .(19) 3.3實(shí)驗(yàn)原理 .(19) 3.4系統(tǒng)組成、圖符塊參數(shù)設(shè)置及仿真結(jié)果 .(20)4. 數(shù)據(jù)分析及心得體會 .(25)用SystemView仿真實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK）的鍵控調(diào)制1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）了解2DPSK系統(tǒng)的鍵控調(diào)制電路組成、工作原理和特點(diǎn)；（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(diào)信號；（3）熟悉系統(tǒng)中信號功率譜的特點(diǎn)。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)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(diào)制實(shí)現(xiàn)2DPSK的調(diào)制，分別觀測二進(jìn)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(shí)驗(yàn)原理： 在2PSK信號中，信號相位的變化是以未調(diào)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(fù)中載波相位的180相位模糊，導(dǎo)致解調(diào)出的二進(jìn)制基帶信號出現(xiàn)反向現(xiàn)象，從而難以實(shí)際應(yīng)用。為了解決2PSK信號解調(diào)過程的反向工作問題，引入二進(jìn)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(shè)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(guān)系為 則一組二進(jìn)制數(shù)字信息與其對應(yīng)的2DPSK信號的載波相位關(guān)系如下表所示： 二進(jìn)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(guān)系也可以定義為 2DPSK信號調(diào)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(diào)制過程波形圖可以看出，2DPSK信號的實(shí)現(xiàn)方法可以采用：首先對二進(jìn)制數(shù)字基帶信號進(jìn)行差分編碼，將絕對碼表示二進(jìn)制信息變換為用相對碼表示二進(jìn)制信息，然后再進(jìn)行絕對調(diào)相，從而產(chǎn)生二進(jìn)制差分相位鍵控信

5、號。2DPSK信號調(diào)制器原理圖如圖2所示。 圖2 2DPSK信號調(diào)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(jìn)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(shè)置及仿真結(jié)果： 圖4 2DPSK鍵控調(diào)制框圖其中圖符0產(chǎn)生絕對碼序列，傳碼率為20kBd（對于二進(jìn)制調(diào)制，比特率為20kbps）。圖符1和圖符2實(shí)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(nèi)有兩個載波)；

6、圖符4對正弦載波反相；圖符5為鍵控開關(guān)。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(shè)置如表1所示。 表1 鍵控法圖符參數(shù)設(shè)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(diǎn)數(shù)901，采樣速

8、率600e+3Hz.注：采樣間隔和采樣數(shù)目是相關(guān)的參數(shù)，它們之間的關(guān)系為： 采樣數(shù)目=（終止時間起始時間）x（采樣速率）+1仿真結(jié)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(diào)信號(f)圖5 鍵控調(diào)制各點(diǎn)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(diào)信號的相位變化相位；絕對碼中的“0”使已調(diào)信號的相位變

9、化0相位。5、 主要信號的功率譜密度：調(diào)制信號功率譜（樣本數(shù)為時域時的40倍）圖8 調(diào)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(diǎn)（20kHz）的頻率范圍之內(nèi)，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(diào)信號的頻譜為DSB信號，因?yàn)檎{(diào)制信號為雙極性不歸零脈沖，用雙極性不歸零碼對載波進(jìn)行相乘的調(diào)制，可以達(dá)到抑制載波的目的，即已調(diào)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(shí)現(xiàn)二進(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK）的相干解調(diào)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）了解2DPSK系統(tǒng)相干解調(diào)的電路組成、工作原理和特點(diǎn)；（2）掌握2DPSK系統(tǒng)解調(diào)過程信號波形的特點(diǎn)；（3）熟悉系統(tǒng)中信號功率譜的特點(diǎn)。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：以2DPSK已調(diào)信號作為系統(tǒng)輸入信號，碼速率Rb20kbit/s。（1）采用相干解調(diào)加碼反變換法實(shí)現(xiàn)2DPSK的解調(diào)，分別觀察系統(tǒng)各點(diǎn)波形。（2）獲取主要信號的功率譜密度。3、 實(shí)驗(yàn)原理： 2DPSK信號采用相干解調(diào)方式（極性比較法），解調(diào)原理圖及各點(diǎn)波形如圖11所示。其解調(diào)原理是：對2DPSK信號進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對碼，再

11、通過碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。在解調(diào)過程中，若相干解調(diào)產(chǎn)生180相位模糊，解調(diào)出來的相對碼將產(chǎn)生倒置現(xiàn)象，但是經(jīng)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(diào)器原理圖和解調(diào)過程各點(diǎn)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(shí)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(shè)置及仿真結(jié)果圖14 2DPSK相干解調(diào)框圖 其中，圖符12為帶通濾波器，圖符14利用Costas環(huán)法實(shí)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(shí)現(xiàn)抽樣判決，圖符19、20實(shí)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(shè)置如表2所示。表2 2DPSK相干解調(diào)各圖符參數(shù)設(shè)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(jìn)行帶通濾波時，其帶寬較寬，所以基本符合實(shí)驗(yàn)要求。對于貝塞爾低通濾波器，雖然是IIR濾波器，但是其設(shè)計(jì)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(jié)果上來看，兩個濾波器的結(jié)果是可以采用的。 起始時間0秒，終止時間1.5e-3秒，采樣點(diǎn)數(shù)901，采樣

17、速率600e+3Hz。注：采樣間隔和采樣數(shù)目是相關(guān)的參數(shù)，它們之間的關(guān)系為： 采樣數(shù)目=（終止時間起始時間）x（采樣速率）+1仿真結(jié)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(diào)各點(diǎn)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(diào)輸出與輸入PN序列一致，即說明實(shí)驗(yàn)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?dāng)_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?dāng)_不斷減小。故而，眼圖可以定性反映碼間串?dāng)_和噪聲的影響，因此我們可以根據(jù)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(yīng)及幅頻特性曲線： 圖 17 帶通濾波器單位沖擊響應(yīng) 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(yīng)及幅頻特性曲線： 圖 19 低通

19、濾波器單位沖擊響應(yīng) 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(diào)信號頻譜圖21 2DPSK已調(diào)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(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK） 進(jìn)行性能估計(jì)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）了解2DPSK系統(tǒng)測試誤碼率電路組成、工作原理和特點(diǎn)；（2）學(xué)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(jìn)行性能估計(jì)的方法

20、。 2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：以2DPSK作為系統(tǒng)輸入信號，碼速率Rb20kbit/s。（1）采用相干解調(diào)法實(shí)現(xiàn)2DPSK的解調(diào)，測試不同信噪比下的誤碼率。（2）獲取誤碼率曲線。3、實(shí)驗(yàn)原理： 2DPSK信號有兩種解調(diào)方式，一種是差分相干解調(diào)，另一種是相干解調(diào)的碼反變換法。在這里我們是采用相干解調(diào)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(diào)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(jīng)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(jìn)而可得 Pe=2（1Pe）Pe當(dāng)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。可見，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(shè)置及仿真結(jié)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(jìn)行采樣，采樣速率為20KHz,圖符33是BER計(jì)數(shù)器，一次對比試驗(yàn)的比特?cái)?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(diào)信號差異的門限設(shè)為0，時間偏移量為1bit，圖符35為停止接收圖符，當(dāng)錯誤總數(shù)超過1000時停止本次循環(huán)的仿真進(jìn)入下一個循環(huán)，圖符36是終值接收器，它與BER的累計(jì)均值輸出端相連，當(dāng)仿真進(jìn)行時，每一次循環(huán)結(jié)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(jì)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