2psk鍵控調(diào)制相干解調(diào)

-.z.2PSK及其性能估計(jì)——鍵控調(diào)制，相干解調(diào)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）了解2PSK系統(tǒng)的電路組成、工作原理和特點(diǎn)；（2）分別從時(shí)域、頻域視角觀測(cè)2PSK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)號(hào)功率譜的特點(diǎn)；（4）學(xué)會(huì)分析2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能；（5）掌握使用SystemView軟件對(duì)2DPSK系統(tǒng)進(jìn)行性能估計(jì)的方法。2、實(shí)驗(yàn)容：（1）以PN碼作為系統(tǒng)輸入信號(hào)，碼速率Rb＝20kbit/s。采用鍵控法實(shí)現(xiàn)2PSK的調(diào)制；觀察絕對(duì)碼序列、調(diào)制信號(hào)、載波及2PSK等信號(hào)的波形。獲取主要信號(hào)的功率譜密度。（2）以2PSK作為系統(tǒng)輸入信號(hào)，碼速率Rb＝20kbit/s。采用相干解調(diào)法實(shí)現(xiàn)2PSK的解調(diào)，分別觀察系統(tǒng)各點(diǎn)波形;獲取主要信號(hào)的功率譜密度。3、實(shí)驗(yàn)原理：在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)控中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控（2PSK）信號(hào)。通常用已調(diào)信號(hào)載波的0°和180°分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的1和0。二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)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(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)1時(shí)，已調(diào)信號(hào)取0°相位，發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)0時(shí)，取180°。若用表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位，則有，其中這種以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，成為二進(jìn)制絕對(duì)移相方式。數(shù)字相位調(diào)制是用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波的相位，使載波的相位發(fā)生跳變的一種調(diào)制方式，2PSK(二進(jìn)制相位鍵控)調(diào)制可采用直接調(diào)相法即雙極性數(shù)字基帶信號(hào)與載波直接相乘的方法，也可采用相位選擇法即由振蕩器和反相器電路來實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法。其原理框圖如下，這就是一種數(shù)字鍵控法。2PSK信號(hào)調(diào)制過程波形如圖所示：2PSK信號(hào)可以采用相干解調(diào)方式，對(duì)2PSK信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出絕對(duì)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(diǎn)時(shí)間波形如圖(a)、(b)所示：（a）2PSK信號(hào)相干解調(diào)系統(tǒng)性能分析模型如下圖所示。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(hào)為2PSK信號(hào)相干解調(diào)系統(tǒng)性能分析模型則經(jīng)信道傳輸，接收端輸入信號(hào)為（1）此處，為簡(jiǎn)明起見，認(rèn)為發(fā)送信號(hào)經(jīng)信道傳輸后除有固定衰耗外，未受到畸變，信號(hào)幅度：。經(jīng)帶通濾波器輸出（2）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（2）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（3）根據(jù)分析可知，為高斯噪聲，因此，無論是發(fā)送“1”還是“0”，瞬時(shí)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（4）（5）其曲線如上圖所示。之后的分析完全類似于2ASK時(shí)的分析方法。不難得到：當(dāng)時(shí)，2PSK系統(tǒng)的最佳判決門限電平為（6）在最佳門限時(shí)，2PSK系統(tǒng)的誤碼率為（7）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（8）數(shù)字調(diào)制用“星座圖”來描述，星座圖中定義了一種調(diào)制技術(shù)的兩個(gè)基本參數(shù)：（1）信號(hào)分布；（2）與調(diào)制數(shù)字比特之間的映射關(guān)系。星座圖中規(guī)定了星座點(diǎn)與傳輸比特間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系稱為“映射”，一種調(diào)制技術(shù)的特性可由信號(hào)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(shè)置及仿真結(jié)果：鍵控法：采用鍵控法進(jìn)行調(diào)制的組成如圖所示。其中圖符0產(chǎn)生絕對(duì)碼序列，傳碼率為20kbit/s；圖符1輸出正弦波，頻率為20kHz；圖符2對(duì)正弦波反相；圖符3為鍵控開關(guān)。圖符3輸出2PSK信號(hào)。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(kù)/名稱參數(shù)0Source:PNSeqAmp=1v，Offset=0v，Rate=20e+3Hz，Levels=2，Phase=0deg，Ma*Rate=600e+3Hz1Source:SinusoidAmp=1v，F(xiàn)req=40e+3Hz，Phase=0deg，Output0=Sinet3t2t14，Output1=Cosine2Operator:NegateMa*Rate=600e+3Hz3Logic:SPDTSwitchDelay=0sec，Threshold=500e-3v，Input0=t1Output0，Input1=t2Output0，Control=t0Output0，Ma*Rate=600e+3Hz相干解調(diào)法：相干解調(diào)法的系統(tǒng)組成如圖所示。其中，圖符4為帶通濾波器，圖符6實(shí)現(xiàn)相干載波的提取，圖符5為乘法器，圖符7為低通濾波器，圖符8、9、10實(shí)現(xiàn)抽樣判決。圖符10輸出絕對(duì)碼。圖符的參數(shù)設(shè)置如表2所示。表2：相干解調(diào)法圖符參數(shù)設(shè)置表編號(hào)庫(kù)/名稱參數(shù)4Operator:LinearSysButterworthBandpassIIR3Poles，LowFc=20e+3Hz，HiFc=60e+3Hz，QuantBits=NoneInitdtn=Transient，DSPModeDisabled，Ma*Rate=600e+3Hz5Multiplier:NonParametricInputsfromt4p0t6p2，Outputsto7，Ma*Rate=600e+3Hz6m:CostasVCOFreq=40e+3Hz，VCOPhase=0deg，ModGain=1Hz/v，LoopFltr=1+1/s+1/s^2，Output0=BasebandInPhase，Output1=BasebandQuadrature，Output2=VCOInPhaset5t19，Output3=VCOQuadrature，Ma*Rate(Port2)=600e+3Hz7Operator:LinearSysBesselLowpassIIR3Poles，F(xiàn)c=8e+3Hz，QuantBits=None，Initdtn=Transient，DSPModeDisabled，Ma*Rate=600e+3Hz8Operator:SamplerInterpolating，Rate=40e+3Hz，Aperture=0sec，ApertureJitter=0sec，Ma*Rate=20e+3Hz9Operator:HoldLastValue，Gain=1，OutRate=600e+3Hz，Ma*Rate=600e+3Hz10Logic:BufferGateDelay=0sec，Threshold=0v，TrueOutput=1v，F(xiàn)alseOutput=-1v，RiseTime=0sec，F(xiàn)allTime=0sec，Ma*Rate=600e+3Hz調(diào)制信號(hào)為PN序列，碼速率Rb＝20kbit/s；正弦載波的頻率為40kHz。系統(tǒng)定時(shí)：起始時(shí)間0秒，終止時(shí)間831.667e-6秒，采樣點(diǎn)數(shù)500，采樣速率600kHz。性能估計(jì)：性能估計(jì)的系統(tǒng)組成如圖所示。圖符的參數(shù)設(shè)置如表3所示。表3：性能估計(jì)圖符參數(shù)設(shè)置表編號(hào)庫(kù)/名稱參數(shù)25、26Operator:ReSampleRate=600e+3Hz30Sink:FinalValueInputfromt28OutputPort132Operator:SmplDelayDelay=30samples，Attribute=Passive，InitialCondition=0v，F(xiàn)illLastRegister，Output0=Delayt33，Output1=Delay-dT33m:BERRateNo.Trials=3bits，Threshold=500e-3v，Offset=0sec，Output0=BER，Output1=CumulativeAvgt30，Output2=TotalErrors圖符26前面連接原PN序列。調(diào)制獲得仿真波形圖如下：從絕對(duì)碼和已調(diào)波的波形對(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π相位；絕對(duì)碼的“0”使已調(diào)信號(hào)的相位變化0°相位。絕對(duì)碼和2PSK的覆蓋圖和瀑布圖如圖所示：解調(diào)獲得仿真波形圖如下：2PSK系統(tǒng)輸入的PN序列和輸出PN序列的覆蓋圖和瀑布圖如圖所示：眼圖：沒有噪聲情況下的仿真結(jié)果，眼圖開度較大，掃跡清晰，如下：在不同信噪比之下的眼圖：信噪比5dB時(shí)的眼圖信噪比20dB時(shí)的眼圖信噪比30dB時(shí)的眼圖信噪比50dB時(shí)的眼圖可以看出隨著信噪比的增加，眼圖質(zhì)量越來越好。誤碼率曲線如下圖：5、主要信號(hào)的功率譜密度：由圖可見，基帶信號(hào)的大部分能量落在第一個(gè)零點(diǎn)（20kHz）的頻率圍之，即基帶帶寬為20kHz譜。由