基于systemview的2DPSK信號傳輸仿真設(shè)計

1、 PAGE23 / NUMPAGES23實驗報告題目：基于SYSTEMVIEW的通信系統(tǒng)試驗班級： 專業(yè)： ： 學(xué)號： 成績： 用SystemView仿真實現(xiàn)二進(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK）的調(diào)制1、實驗?zāi)康模海?）了解2DPSK系統(tǒng)的電路組成、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、載波與已調(diào)信號；（3）熟悉系統(tǒng)號功率譜的特點。2、實驗容：以PN碼作為系統(tǒng)輸入信號，碼速率Rb20kbit/s。（1）采用鍵控法實現(xiàn)2DPSK的調(diào)制；分別觀測絕對碼序列、差分編碼序列，比較兩序列的波形；觀察調(diào)制信號、載波與2DPSK等信號的波形。（2）獲取主要信號的功率譜密度。3

2、、實驗原理：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。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為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)制過程波形如圖1所示。1 0 0 1 0 1 1 02圖12DPSK信號調(diào)制過程波形可以看出，2DPSK信號的實現(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)制差分相位鍵控信號。2DPSK信號調(diào)制器原理圖如圖2所示。圖2 2DPSK信號調(diào)制

3、器原理圖QDCKan發(fā)送碼時鐘dn-1dn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)置與仿真結(jié)果：鍵控法：采用鍵控法進(jìn)行調(diào)制的組成如圖4所示。圖4 鍵控法調(diào)制的系統(tǒng)組成其中圖符0產(chǎn)生絕對碼序列，傳碼率為20kbit/s。圖符1和圖符2實現(xiàn)差分編碼；圖符3輸出正弦波，頻率為40k Hz；圖符5對正弦波反相；圖符4為鍵控開關(guān)。圖符4輸出2DPSK信號。圖符的參數(shù)設(shè)置如表1所示。表1：

4、鍵控法圖符參數(shù)設(shè)置表編號庫/名稱參 數(shù)0Source: SinusoidAmp = 1 vFreq = 40e+3 HzPhase = 0 degOutput 0 = Sine t1 t4 t18 Output 1 = Cosine Max Rate (Port 0) = 600e+3 Hz1Operator: NegateMax Rate = 600e+3 Hz2Source: PN SeqAmp = 1 vOffset = 0 vRate = 20e+3 HzLevels = 2Phase = 0 deg3Operator: DelayNon-InterpolatingDelay = 50

5、.e-6 secOutput 0 = Delay Output 1 = Delay - dT t5 4Logic: SPDTSwitch Delay = 0 secThreshold = 500.e-3 vInput 0 = t0 Output 0Input 1 = t1 Output 0Control = t5 Output 05Logic: XORGate Delay = 0 secThreshold = 0 vTrue Output = 1 vFalse Output = -1 vRise Time = 0 secFall Time = 0 sec系統(tǒng)定時：起始時間0秒，終止時間800e

6、-6秒，采樣點數(shù)321，采樣速率400e+3Hz，獲得的仿真波形如圖5所示。絕對碼序列相對碼序列（c）未調(diào)載波信號（d）二相相對調(diào)相（2DPSK）信號圖5調(diào)制過程仿真波形從圖5（b）和（d）波形對比中可以發(fā)現(xiàn)，相對碼序列中的“1”使已調(diào)信號的相位變化相位；相對碼的“0”使已調(diào)信號的相位變化0相位。絕對碼2DPSK信號的瀑布圖如圖6所示。圖6 絕對碼和2DPSK的瀑布圖5、主要信號的功率譜密度：系統(tǒng)定時：起始時間0秒，終止時間30e-3秒，采樣點數(shù)1801，采樣速率600e+3Hz。調(diào)制信號的功率譜如圖10所示。圖10調(diào)制信號的功率譜正弦載波的頻譜如圖11所示。圖11 正弦載波的頻譜2D PSK

7、的功率譜如圖12所示。圖12 2DPSK的功率譜由圖10可見，基帶信號的大部分能量落在第一個零點（10kHz）的頻率圍之，即基帶帶寬為10kHz；又由圖8（b）可見，相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11可見，載頻信號的頻譜位于20kHz，且頻譜較純。由圖12可見，已調(diào)信號的頻譜為DSB信號，因為調(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，沒有載波分量，頻帶寬度為20kHz。6、思考題：觀察功率譜密度，PN序列的功率譜和2DPSK信號的功率譜中，有無離散分量？為什么？它們的帶寬分別是

8、多少？答：PN序列的功率譜中沒有離散分量：“0”、“1”等概的雙極性不歸零信號沒有離散譜，無直流分量和位定時脈沖；B=fs=20KHz。2DPSK信號的功率譜沒有離散分量：2DPSK信號可表示為雙極性非歸零二進(jìn)制基帶信號與正弦載波相乘 ；B=2fs=40KHz。7、數(shù)據(jù)分析與心得體會：用SystemView仿真實現(xiàn)二進(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK）的解調(diào)1、實驗?zāi)康模海?）了解2DPSK系統(tǒng)解調(diào)的電路組成、工作原理和特點；（2）掌握2DPSK系統(tǒng)解調(diào)過程信號波形的特點；（3）熟悉系統(tǒng)號功率譜的特點。2、實驗容：以2DPSK作為系統(tǒng)輸入信號，碼速率Rb10kbit/s。（1）采用相干解調(diào)法實現(xiàn)2D

9、PSK的解調(diào)，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：相干解調(diào)法：2DPSK信號可以采用相干解調(diào)方式(極性比較法)，對2DPSK信號進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對碼，再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。解調(diào)器原理圖和解調(diào)過程各點時間波形如圖13(a)、(b)所示：圖13 2DPSK信號相干解調(diào)器原理圖和解調(diào)過程各點時間波形DQCK位同步時鐘dndn-1an其中碼反變換器即差分譯碼器組成如圖14所示。在差分譯碼器中：dn為差分編碼序列，an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

10、是使用操作庫中的“延遲圖符塊”。圖1 4 差分譯碼器系統(tǒng)組成、圖符塊參數(shù)設(shè)置與仿真結(jié)果：相干解調(diào)法：相干解調(diào)法的系統(tǒng)組成如圖16 所示。圖 16 相干解調(diào)法的系統(tǒng)組成其中，圖符11為帶通濾波器，圖符13實現(xiàn)相干載波的提取，圖符12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輸出再生的絕對碼。圖符的參數(shù)設(shè)置如表3所示。表3：相干解調(diào)法圖符參數(shù)設(shè)置表編號庫/名稱參 數(shù)9Butterworth Bandpass IIR3 PolesLow Fc = 20e+3 HzHi Fc = 60e+3 HzQuant Bits = NoneInit C

11、ndtn = TransientDSP Mode DisabledFPGA Aware = TrueRTDA Aware = Full10Multiplier:NonParametricInputs from 11 9Outputs to 12 2311Comm: CostasVCO Freq = 40e+3 HzVCO Phase = 0 degMod Gain = 1 Hz/vLoop Fltr = 1 + 1/s + 1/s2Output 0 = Baseband InPhase Output 1 = Baseband Quadrature Output 2 = VCO InPhase

12、Output 3 = VCO Quadrature t10 t25RTDA Aware = Full12Operator: Linear SysBessel Lowpass IIR3 PolesFc = 16e+3 HzQuant Bits = NoneInit Cndtn = TransientDSP Mode DisabledFPGA Aware = TrueRTDA Aware = Full13Operator: SamplerInterpolatingRate = 20e+3 HzAperture = 0 secAperture Jitter = 0 sec14Operator: Ho

13、ldLast Value ，Gain = 1 ，Out Rate = 400e+3 HzFalse Output = -1 v，Rise Time = 0 sec，F(xiàn)all Time = 0 sec15Logic: BufferGate Delay = 0 secThreshold = 0 vTrue Output = 1 vFalse Output = -1 vRise Time = 0 secFall Time = 0 sec16Logic: XORGate Delay = 0 secThreshold = 0 vTrue Output = 1 vFalse Output = -1 vRi

14、se Time = 0 secFall Time = 0 sec17Operator: DelayNon-InterpolatingDelay = 50.e-6 secOutput 0 = Delay t16 Output 1 = Delay - dT 調(diào)制信號為PN序列，碼速率Rb10kbit/s；正弦載波的頻率為20k Hz。系統(tǒng)定時：起始時間0秒，終止時間800e-6秒，采樣點數(shù)321，采樣速率400e+3Hz，獲得的仿真波形如圖17所示。（a）二相相對調(diào)相（2DPSK）信號（b）帶通濾波器的輸出（c）提取的相干載波（d）乘法器的輸出（e）低通濾波器的輸出（f）解調(diào)輸出的相對碼（g）解調(diào)

15、輸出的絕對碼圖17相干解調(diào)過程的仿真波形2DPSK系統(tǒng)輸入的PN序列和輸出PN序列的瀑布圖如圖18.1所示。圖18.1 2DPSK系統(tǒng)輸入的PN序列和輸出PN序列的瀑布圖2DPSK信號輸入輸出PN序列的瀑布圖如圖18.2所示圖18.2 2DPSK信號輸入輸出PN序列的瀑布圖眼圖如圖19所示。圖19 眼圖圖19的眼圖是沒有加噪聲情況下的仿真結(jié)果，眼圖開度較大，掃跡清晰。信噪比0dB時的眼圖信噪比5dB時的眼圖信噪比20dB時的眼圖信噪比30dB時的眼圖可以看出隨著信噪比的增加，眼圖質(zhì)量越來越好。主要信號的功率譜密度：系統(tǒng)定時：起始時間0秒，終止時間30e-3秒，采樣點數(shù)24001，采樣速率800

16、e+3Hz，獲得的仿真波形如圖24所示 圖24 2DPSK的譜乘法器輸出信號的譜如圖25所示。圖25 乘法器輸出信號的譜輸出PN序列的基帶譜如圖26所示。圖26 輸出PN序列的基帶譜通過比較相干解調(diào)法和非相干解調(diào)法可以看出，相干解調(diào)法需要提取相干載波，還要進(jìn)行碼反變換，即將相對碼變換為絕對碼；而非相干解調(diào)法不需要提取相干載波，也不需要進(jìn)行碼反變換。6、低通&帶通濾波器的單位沖擊相應(yīng)與幅頻特性曲線：圖27低通濾波器的單位沖擊相應(yīng) 圖28低通濾波器的幅頻特性曲線圖29帶通濾波器的單位沖擊相應(yīng) 圖30帶通濾波器的幅頻特性曲線7、思考題：與相干解調(diào)法相比，差分相干解調(diào)法有哪些優(yōu)勢？答：對于2DPSK信

17、號來說，與相干解調(diào)法相比，差分想干解調(diào)不用提取相干載波，電路構(gòu)造簡單。8、數(shù)據(jù)分析與心得體會：用SystemView對二進(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK）信號的相干解調(diào)進(jìn)行性能估計1、實驗?zāi)康模海?）了解2DPSK系統(tǒng)電路組成、工作原理和特點；（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)行性能估計的方法。2、實驗容：以2DPSK作為系統(tǒng)輸入信號，碼速率Rb10kbit/s。（1）采用相干解調(diào)法實現(xiàn)2DPSK的解調(diào)，分別觀察系統(tǒng)各點波形。（3）獲取主要信號的功率譜密度。3、實驗原理：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

18、調(diào)的碼反變換法。我們這里討論相干解調(diào)碼反變換器的方式，分析模型如圖（a）所示。由圖（a）可知，2DPSK信號采用相干解調(diào)加碼反變換器方式解調(diào)時，在發(fā)送“1”符號和“0”符號概率相等時，最佳判決門限b*=0.此時，2DPSK系統(tǒng)的總誤碼率Pe為Pe=P(1)P(0/1)+P(0)P(1/0)= 1/2erfc(r) (3-1) 在大信噪比（r1）條件下，式（3-1）可近似表示為Pe1/2r exp(-r) (3-2)由式（3-1）確定。該點信號序列是相對碼序列，還需要通過碼反變換器變成絕對碼輸出。因此，此時只需要分析碼反變換器對誤碼率的影響即可。為了分析碼反變換器對誤碼的影響，我們做出一組圖形來

19、加以說明。 發(fā)送絕對碼 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 發(fā)送相對碼 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0（a）無錯：接收相對碼 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 絕對碼 0 1 0 1 1 0 1 1 1（b）錯 1：接收相對碼 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 絕對碼 0 1 1 0 1 0 1 1 1（c）錯 2 接收相對碼 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 絕對碼 0 1 1 1 0 0 1 1 1（d）錯 3 接收相對碼 0 0 1 0 1 00 0 1 0 絕對碼 0 1 1 1 1 0 1 0 1 圖31 碼反變換器對錯碼的影響根據(jù)圖31類推，若碼反

20、變換器輸入相對信序列中連續(xù)出現(xiàn)n個錯碼，則輸出絕對信序列中也只有兩個錯碼。設(shè)Pe為碼反變換器輸入端相對碼序列的誤碼率，Pe為碼反變換器輸出端絕對碼序列的誤碼率，分析可得 Pe=2P1+2P2+2Pn+可得出 Pe=2(1-Pe)Pe=1/21-(erfr)2 （3-3）當(dāng)Pe1時，近似表示為 Pe=2Pe (3-4)4、系統(tǒng)組成、圖符塊參數(shù)設(shè)置與仿真結(jié)果：圖32 BER測試的系統(tǒng)組成其中，圖符19，圖符26分別對輸入和輸出序列進(jìn)行采樣，采樣速率為20KHz , 圖符22是BER計數(shù)器，對比試驗的比特數(shù)為5000bit，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21為停止接收

21、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)入下一循環(huán)，圖符20是終值接收器，它與BER的累計均值輸出端相連，當(dāng)仿真進(jìn)行時，每一次循環(huán)結(jié)束時會顯示本循環(huán)的BER均值。圖符7輸出加性高斯白噪聲，將信道模擬成一個AWGN信道。圖符8控制SNR，每次循環(huán)后將信噪比遞增1Db,圖符23對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：BER測試圖符參數(shù)設(shè)置表編號庫/名稱 參數(shù)6Adder:NonParametricInputs from t8p0 t4p0 Outputs to 9Max Rate = 400e+3 Hz7Source:GaussNoisePwr Density =

22、 12.5e-6 W/HzSystem = 1 ohmMean = 0 vMax Rate = 400e+3 Hz8Operator: GainGain = -9 dBGain Units = dB PowerMax Rate = 400e+3 Hz19Operator: SamplerInterpolatingRate = 20e+3 HzAperture = 0 secAperture Jitter = 0 secMax Rate = 20e+3 Hz20Sink: Final ValueInput from t22 Output Port 1Max Input Rate = 4 Hz21Sink: Cndtnl StopAction = Go To N