2PSK與2DPSK系統(tǒng)性能分析要點

1、2PSK與2DPSK系統(tǒng)性能分析1課程設計目的1. 掌握2PSK、2DPSK的調制與解調原理；2. 掌握仿真軟件matlab的使用方法；3. 完成對2PSK、2DPSK的調制與解調仿真電路設計，并對仿真結果進行分析。2課程設計要求1了解2PSK系統(tǒng)包括幾部分，及每部分的功能特性。2了解2DPSK系統(tǒng)包括幾部分，及每部分的功能特性。3就其調制部分，利用分立元件搭建電路。4掌握理論聯(lián)系實踐的方法。3相關知識31matlab軟件的應用MATLAB是矩陣實驗室（MatrixLaboratory）之意。除具備卓越的數(shù)值計算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實時控制等功能。M

2、ATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學,工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C,F0RTRAN等語言完相同的事情簡捷得多.MATLAB軟件具有以下特點：1）語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富;2）運算符豐富;3）MATLAB既具有結構化的控制語句（如for循環(huán)，while循環(huán)，break語句和if語句），又有面向對象編程的特性。4）程序限制不嚴格，程序設計自由度大。例如，在MATLAB里，用戶無需對矩陣預定義就可使用。5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號的計算機和操作系統(tǒng)上運行。6）MATLAB的圖形功能強大。在FORTRAN和C語

3、言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡單。MATLAB還具有較強的編輯圖形界面的能力。7）MATLAB的缺點是，它和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，所以速度較慢。8）功能強大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含兩個部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個核心內部函數(shù)。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能，圖示建模仿真功能，文字處理功能以及與硬件實時交互功能。功能性工具箱用于多種學科。而學科性工具箱是專業(yè)性比較強的，如

4、control,toolbox,signlproceessingtoolbox,commumnicationtoolbox等。這些工具箱都是由該領域內學術水平很高的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學科范圍內的基礎程序，而直接進行高，精，尖的研究。9）源程序的開放性。開放性也許是MATLAB最受人們歡迎的特點。除內部函數(shù)以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過對源文件的修改以及加入自己的文件構成新的工具箱。3.22PSK部分3.2.1 2PSK信號的定義數(shù)字信號町）的“1”都對應于已調信號衍血®中的載波0相位；數(shù)字信號風"的“0”都對應于已

5、調信號中衍型勰©載波路相位，反之亦然。這種調相方式稱為“絕對調相”。又稱二相絕對調相（2PSK）。3.2.2 2PSK信號的產生第一種方法:鍵控法24圖12PSK信號的鍵控法框圖第二種方法:模擬調制法單極性不歸省信號i電乎變換雙極性點早歸零信號S2PSAr()圖22PSK信號的模擬調制法框圖3.2.3 2PSK信號的解調因2PSK已調信號的包絡幅度不變，所以不能采用包絡檢波法，通常采用相干解調法解出2PSK的已調信號。JCn捕樣判決黠本地相丁-載波co呂叱f.賈常叫濾波器濾艘蠱圖32PSK信號的相干解調框圖抽樣脈沖2PSK信號屬于DSB信號，它的解調，不再能采用包絡檢測的方法，只能進

6、行相干解調。2PSK相干解調系統(tǒng)框圖如下（圖4）<1<1(illJ-|I圖42PSK信相干解調各點波形圖3.32DPSK部分3.3.1 2DPSK信號的定義當數(shù)字信號MJ為“1”時，碼元中載波的相位相對于前一個碼元的載波相位變化n；當數(shù)字信號KJ為“0”時，碼元中載波的相位相對于前一碼元的載波相位不變化，反之亦然。這種調相方式稱為二相相對調相(2DPSK)。二進制移相鍵控2PSK是利用載波相位的絕對數(shù)值來傳送數(shù)字信息，也稱為絕對移相。而2DPSK則是利用相鄰的碼元之間的載波相位差來傳送消息，即相對移相。3.3.2 2DPSK的產生2DPSK信號的產生圖52DPSK信號的調制方框圖圖

7、5中，波形變換器用來完成單極性不歸零波形到雙極性波形的變換，其變換關系為5=2%一'，因為®已3）,所以有G已（一口）。相對移相信號可以看成是把信息碼（絕對碼）變換成相對碼，然后再對相對碼進行絕對移相形成的。3.3.3 2DPSK信號的解調差分相干解調法摘樣判決器延時Tt定吋脈沖尸丿用血咻帶通?!r-un低通4濾波器圖62DPSK信號的差分相干解調方框圖2PSK相干解調系統(tǒng)框圖如下：數(shù)字信息00111001（絕對碼）PSK波形2DPSK的差分相干解調法，不需要專門的本地相干載波，將2DPSK信號延時一個碼元間隔氏后與2DPSK信號本身相乘，相乘的結果反映了前后碼元的相對相位關

8、系，經低通濾波器后送到抽樣判決器，抽樣判決器抽樣的結果即為原始數(shù)字信息，不需要差分譯碼。只有2DPSK信號才能采用這種方法解調，因為它是以前一個碼元的載波相位作為參考相位，而不是未調載波的相位。采用差分相干解調法的2DPSK方式，雖然不需要本地相干載波，但需要能夠精確地延遲一個碼元間隔爲的延遲電路，延遲電路的精度要求很準，實際實現(xiàn)時,延時線不好作，而且2DPSK的抗噪聲性能不如2PSK。4課程設計分析4.1 2PSK.2DPSK調制解調原理4.1.1 2PSK調制與解調2PSK信號的產生方法主要有兩種，即相乘法和開關法。方框圖如下圖1(a),(b)所示：丄wtr)&按性不U丨苓基苗打吵

9、(a)開關法*席信辱(b)相乘法圖8PSK調制方法4122DPSK調制與解調2DPSK調制原理方框圖如下圖9：2DPSK信號的解調，主要有兩種方法，即相位比較法和相干解調法。相干解調法原理方框圖如下圖4：圖10相干解調法原理方框圖4.2 2PSK及2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能4.2.12PSK在相干接收時的誤碼率2PSK相干接收的模型如圖13所示。絕對相移鍵控信號只能采用相干接收，相干接收用的本地載波可以單獨產生，也可以從接收信號中提取，從相干接收的模型圖6.3-7可見，與2ASK相干接收時的模型相同。區(qū)別在于判決門限為0而2ASK為的判決門限為a/2。發(fā)“1”信號時，解調器的輸入發(fā)“0”信號時

10、，解調器的輸出為所以當發(fā)T”信號時，應該是x>0,但由于噪聲的存在，可能出現(xiàn)xvO,這就使得“1”錯判為“0”。所以“1”錯判為“0”的概率則為乜=P(x<0)=f“/i0)必=如虻(6.3-44)同理，發(fā)“0”信號，錯判為“1”的概率為Pq=F(x>O)=po«=-()(6.3-45)當p(o)=尸=+時，系統(tǒng)總的誤碼率為&盲乜5叫=/1門(6.3-46)當廣>>1時，4.2.2 2DPSK信號的差分相干解調1)差分相干接收機的構成差分相干接收機的構成如圖14所示。圖14差分相干接收的框圖可見，采用差分相干接收2DPSK信號時，不用本地載波，而

11、是使用一個1bit的時延電路。工作原理:本位碼：戸（f）=acos呼+&）前位碼：旳（=acos相乘后：再冷匚。値-饑J+遇（2叫f+址+碣）經肝后:0=£皿（比-日_）當比與饑】相同時，輸出為£，判決為W；當比與隅相差劇，輸出為-判決為TS判決規(guī)則ekek1cos（e-e）kk1判決后的數(shù)字信號00+10n0-110n-11nn+102）、誤碼率發(fā)“1”信號的情況下，且前一碼元為“1”旳（£）=a+旳k（）cos（dcI一叫（£）sin（Dct出$）=«+«2t7（/）cosmct-w25（/）sin£Dct

12、9;內=兀（A經LPFJ:忑&）=土業(yè)+牡b+叱山小尬叱3（幼x>0,正確接收，無誤碼；x<0,錯誤接收，出現(xiàn)誤碼。即發(fā)送T碼，接收誤判為0碼的概率為巴=P©<0）利用恒等式可也+$必冷儀i+也+®i+$/-(叼一也一31一形円'1=戸他+九+%+K+%-伍L：-尸-血-旳了<°設盡=J(加+叫1+利+(九+畑耳=(-込#+K-5*則Pel=P(掩爲)(6.3-48)其中n、n、n和n是相互獨立的正態(tài)隨機變量；且均值為0,方差為a2。c1c2s1s2參見公式(6.3-30)可知，隨機變量R服從廣義瑞利分布，隨機變量R服從瑞1

13、2利分布。了(陽=呂尹卷八皆+4,)缶*(6.3-49)子冬)=主占，皿/(6.3-50)在這里，R可以看成余弦信號2acos®t+窄帶高斯變量的包絡，窄帶高斯1c變量的同相分量為(n+n)，正交分量為(n+n)，所以f(R)服從Rice分布：1c2c1s2s1R可看成是一窄帶高斯變量的包絡，同相分量(n-n),正交分量(n-n)且21c2c1s2s均值為0,方差為a2，所以f(R2)服從瑞利分布。將分布函數(shù)代入公式(6.3-48),整理得同理可得可見誤碼率比采用相干解調接收2PSK要高，原因是相干接收時，采用的本地載波沒有噪聲，而在差分相干接收相對相移鍵控信號時，代替本地載波的是1

14、bit時延電路的輸出，它帶來了信道噪聲，因此使誤碼率增加。5仿真5.12PSK仿真部分用matlab搭建好的2PSK仿真圖如下:butterSineWaveBernoulliBinaryGenefstccDataTypeConversion1DataTypeConversionBernoulliBinaryUnipolartoBipolarConverteiProductlAnalogFilterDesignSubsystemProductAnalogFilterDesignlScopebutterUnipolartoBipolarConverterdoubledouble圖152PSK仿真圖

15、2PSK模塊的參數(shù)設置:1）載波模型圖16載波參數(shù)設置2）乘法器模塊圖17乘法器參數(shù)設置3）基帶模塊圖18基帶信號模塊4)UnipolartoBipolarConverte模塊6）濾波器模塊5.2 2DPSK仿真部分用matlab搭建好的2DPSK仿真圖如下圖232DPSK仿真圖2DPSK模塊的參數(shù)設置：1）載波模塊FarametersAmplitude:圖24載波參數(shù)設置oneorrneroilovn.nc:a) +ori'foreachiib) scalarspecifiesthenuiTiberofinputportetobemultip1iedScalarxralueof

16、9;'I-'forelerTient"seproductcauseeal1elementeofaEincleinputvectortobemultiplied.If/iespecifiedmthmatrizproductcomputetheirnrereeofthecorreEporLdirLEinput.MainSietlsI&?Lt：ELtypezNijjTiberofinpute:Samplptime(.-1forinhfitmdj:HelpApply3)基帶模塊4)ITI岡M-arynumber:BlockParameters:UnipolartoBi

17、polarConve.UnipolartoBipolarConverter(mask)(1iitk)Convertaunipolarsicn-1intheranEe0?M-1?whereMistheM-arrnumberjintoabipolarsiEnal.ParametersApplyCancel圖27UnipolartoBipolarConverter參數(shù)設置丁0E_丫-5)碼變換模塊一7ilainSigTL：aldatatypesOperator:ilijiTiberofimtporte:Sampletime(1forird-Lerited):1-1圖28MainiInitialStateproperconditions:Sampletime(-1forinlLHiited):|o.001圖29UnitDelay參數(shù)設置6）濾波器模塊ParametersFilterDesiFilter圖332PSK電路仿真波形6.22DPSK仿真結果圖342DPSK電路仿真波形結論：從以上對比可以看出，對同一調制方式，采用相干解調方式的誤碼率低于采用非相干解調方式淡定誤碼率。若采用相同的解調方式，2PSK的信噪比比較低。反過來，若信噪比r一定，2PSK