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(hào)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(hào)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(hào)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(huì) .(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(shí)域、頻域視角觀測(cè)2DPSK系統(tǒng)中的基帶信號(hào)、載波及已調(diào)信號(hào)；（3）熟悉系統(tǒng)中信號(hào)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(hào)，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(cè)二進(jìn)制符號(hào)序列、相對(duì)碼、載波信號(hào)及2DPSK等信號(hào)的波形。（2）獲取主要信號(hào)的功率譜密度。3、實(shí)驗(yàn)原理： 在2PSK信號(hào)中，信號(hào)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(duì)數(shù)值來表示數(shù)字信息的，所以稱為絕對(duì)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(hào)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(hào)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(duì)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(duì)應(yīng)的2DPSK信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)調(diào)制過程波形圖可以看出，2DPSK信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法可以采用：首先對(duì)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，將絕對(duì)碼表示二進(jìn)制信息變換為用相對(duì)碼表示二進(jìn)制信息，然后再進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相，從而產(chǎn)生二進(jìn)制差分相位鍵控信

5、號(hào)。2DPSK信號(hào)調(diào)制器原理圖如圖2所示。 圖2 2DPSK信號(hào)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(duì)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(gè)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(duì)碼序列，傳碼率為20kBd（對(duì)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(hào)頻率的2倍，意味著一個(gè)碼元內(nèi)有兩個(gè)載波)；

6、圖符4對(duì)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(hào)（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(hào)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(shí)間0秒，終止時(shí)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(shí)間起始時(shí)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(duì)碼序列（絕對(duì)碼序列XOR相對(duì)碼延遲一個(gè)碼元序列）(c)相對(duì)碼延遲一個(gè)碼元生成的序列(d)絕對(duì)碼序列 (e)2DPSK已調(diào)信號(hào)(f)圖5 鍵控調(diào)制各點(diǎn)仿真波形相對(duì)碼和2DPSK信號(hào)的瀑布圖，如圖6所示。圖6 相對(duì)碼與2DPSK信號(hào)瀑布圖絕對(duì)碼和2DPSK信號(hào)的瀑布圖，如圖7所示。圖7 絕對(duì)碼與2DPSK信號(hào)瀑布圖 從圖7瀑布圖波形對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，絕對(duì)碼序列中的“1”使已調(diào)信號(hào)的相位變化相位；絕對(duì)碼中的“0”使已調(diào)信號(hào)的相位變

9、化0相位。5、 主要信號(hào)的功率譜密度：調(diào)制信號(hào)功率譜（樣本數(shù)為時(shí)域時(shí)的40倍）圖8 調(diào)制信號(hào)功率譜正弦載波頻譜圖9 正弦載波頻譜2DPSK信號(hào)頻譜圖10 2DPSK信號(hào)頻譜由圖8可見，基帶信號(hào)的大部分能量落在第一個(gè)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(duì)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(hào)的頻譜位于40kHz，且頻譜較純。由圖10可見，2DPSK已調(diào)信號(hào)的頻譜為DSB信號(hào)，因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)為雙極性不歸零脈沖，用雙極性不歸零碼對(duì)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(hào)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(hào)波形的特點(diǎn)；（3）熟悉系統(tǒng)中信號(hào)功率譜的特點(diǎn)。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：以2DPSK已調(diào)信號(hào)作為系統(tǒng)輸入信號(hào)，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(hào)的功率譜密度。3、 實(shí)驗(yàn)原理： 2DPSK信號(hào)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(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對(duì)碼，再

11、通過碼反變換器變換為絕對(duì)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(duì)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(duì)碼不會(huì)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(hào)相干解調(diào)器原理圖和解調(diào)過程各點(diǎn)時(shí)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(gè)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(duì)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(hào)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(duì)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(duì)2DPSK信號(hào)進(jìn)行帶通濾波時(shí)，其帶寬較寬，所以基本符合實(shí)驗(yàn)要求。對(duì)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(duì)信號(hào)的處理結(jié)果上來看，兩個(gè)濾波器的結(jié)果是可以采用的。 起始時(shí)間0秒，終止時(shí)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(shí)間起始時(shí)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(gè)碼元后的輸出序列（f）接收到的絕對(duì)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(duì)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(hào)的功率譜密度：2DPSK已調(diào)信號(hào)頻譜圖21 2DPSK已調(diào)信號(hào)頻譜帶通濾波器輸出信號(hào)頻譜圖 22 帶通濾波器輸出信號(hào)頻譜乘法器輸出信號(hào)頻譜圖 23 乘法器輸出信號(hào)頻譜低通濾波器輸出信號(hào)頻譜圖 24 低通濾波器輸出信號(hào)頻譜接收到的絕對(duì)碼序列頻譜圖 25 接收到的絕對(duì)碼序列頻譜用SystemView對(duì)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(cè)試誤碼率電路組成、工作原理和特點(diǎn)；（2）學(xué)會(huì)分析2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能；（3）掌握使用SystemView軟件對(duì)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(hào)，碼速率Rb20kbit/s。（1）采用相干解調(diào)法實(shí)現(xiàn)2DPSK的解調(diào)，測(cè)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(hào)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(hào)和“0”符號(hào)等概時(shí)，最佳判決門限b*=0。此時(shí)，碼反變換器輸入端的誤碼率即是2PSK信號(hào)采用相干解調(diào)時(shí)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(duì)碼，Pe為麻煩變換器輸出絕對(duì)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(shí)，上式近似可表示為Pe = 2Pe = erfc(r)即此時(shí)碼反變換器輸出端絕對(duì)碼序列的誤碼率是碼反變換器輸入端相對(duì)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(cè)試誤碼率框圖圖 28 誤碼率測(cè)試框圖其中，圖符31，圖符34分別對(duì)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(duì)比試驗(yàn)的比特?cái)?shù)為5bits（觀察時(shí)間為300e-3s,包含碼元個(gè)數(shù)為6000個(gè)，一次循環(huán)需對(duì)比1199次

22、），參考信號(hào)與解調(diào)信號(hào)差異的門限設(shè)為0，時(shí)間偏移量為1bit，圖符35為停止接收?qǐng)D符，當(dāng)錯(cuò)誤總數(shù)超過1000時(shí)停止本次循環(huán)的仿真進(jìn)入下一個(gè)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(shí)，每一次循環(huán)結(jié)束時(shí)會(huì)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(gè)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(shí)，使BER計(jì)數(shù)器的兩個(gè)輸入端位同步。表3 測(cè)試系統(tǒng)誤碼率各圖符參數(shù)編號(hào)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