《数据通信》系统设计——用System_View仿真实现2PSK

1、数据通信课程系统设计报告数字频带传输系统及其性能估计实验2PSK模拟调制、相干解调数字频带传输系统及其性能估计实验2PSK模拟调制、相干解调用System View仿真实现二进制移相键控（2PSK）模拟调制1、 实验目的（1）了解2PSK系统模拟调制的电路组成、工作原理和特点；（2）分别从时域、频域视角观测2PSK系统中的基带信号、载波及已调信号；（3）熟悉系统中信号功率谱的特点。2、 实验内容以PN码作为系统输入信号，码速率Rb20kbit/s。（1）采用模拟调制法实现2PSK的调制；观测已调的2PSK波形。（2）获取主要信号的功率谱密度。3、 实验原理在二进制数字调控中，当正弦载波的相位随

2、二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控（2PSK）信号。通常用已调信号载波的0°和180°分别表示二进制数字基带信号的1和0。二进制移相键控信号的时域表达式为其中，选择双极性，即=是脉宽为、高度为1的矩形脉冲，则有 当发送二进制符号1时，已调信号取0°相位，发送二进制符号0时，取180°。若用表示第n个符号的绝对相位，则有，其中 这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式，成为二进制绝对移相方式。其模拟调制原理图如下：码型变换乘法器双极性不归零4、 系统组成、图符块参数设置及仿真结果：图1 2PSK模拟调制与相干解调系统组成 图

3、2 单/双码变换 图3 模拟调制其中图符0产生单极性PN序列，经过图符2、3转换后为双极性PN序列，传码率为20kbit/s；图符6输出正弦波，频率为40kHz；图符4 输出模拟调制的2PSK信号；图符12 输出高斯噪声。图符参数设置如下表：编号库/名称参数(Token 0)Source: PN SeqAmp = 500.e-3 v Offset = 500.e-3 vRate = 20e+3 Hz Levels = 2Phase = 0 deg Max Rate = 400e+3 Hz(Token 2)Function: ExponentConstant a = -1(Token 4)Mul

4、tiplier: Non ParametricInputs from 8 6 Outputs to 5 10(Token 5)Adder: Non ParametricInputs from 4 12 Outputs to 20 19(Token 6)Source: SinusoidAmp = 1 v Freq = 40e+3 HzPhase = 0 deg Output 0 = Sine t7 t4 Output 1 = Cosine (Token 8)Operator: Negate(Token 12)Source: Gauss NoiseStd Dev = 100.e-3 v Mean

5、= 0 v系统定时：起始时间0秒，终止时间497.5e-6秒，采样点数200，采样速率400kHz。获得仿真波形图如下：图4 调制过程仿真波形图5 原PN序列和2PSK信号的瀑布图5、 主要信号的功率谱密度：图6 单极性PN序列频谱图7 载波频谱图8 已调制信号频谱由图6可见，基带信号的大部分能量落在第一个零点（20kHz）的频率范围之内，即基带带宽为20kHz谱。由图7可见，载频信号的频谱位于40kHz，且频谱较纯。由图8可见，已调信号的频谱为2PSK信号，因为调制信号为双极性不归零脉冲，用双极性不归零码对载波进行相乘的调制，可以达到抑制载波的目的，即已调信号的频谱中，只有载频位置，没有载波

6、分量，频带宽度为40kHz。用System View仿真实现二进制移相键控（2PSK）（相干）解调1、 实验目的（1） 了解2PSK系统相干解调的电路组成、工作原理和特点；（2） 分别从时域、频域视角观测2PSK系统中各点的波形；（3）熟悉系统中信号功率谱的特点。2、实验内容以已调的2PSK信号为系统输入信号，码速率Rb=20kbit/s.（1）采用相干解调法实现2PSK信号的解调，观察各点波形。（2）获取主要信号的功率谱密度。3、实验原理2PSK信号的解调通常都是采用相干解调，解调器原理图如下。在相干解调过程中需要用到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波。带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决

7、器acde输出定时脉冲b2PSK信号相干解调各点时间波形如下：4、系统组成、图符块参数设置及仿真结果：图1 2PSK模拟调制与相干解调系统组成 图9 相干载波的提取与相干解调图符19为相干载波的提取，图符20为带通滤波器，图符13为低通滤波器，图符15、16、17组成抽样判决器。图符参数设定如下：编号库/名称参数(Token 20)Operator: Linear SysButterworth Bandpass IIR3 PolesLow Fc = 20e+3 Hz Hi Fc = 60e+3 HzQuant Bits = None Init Cndtn = TransientDSP Mode

8、 Disabled FPGA Aware = TrueRTDA Aware = Full(Token 11)Multiplier: Non ParametricInputs from 20 19 Outputs to 13(Token 19)Comm: 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 Outp

9、ut 3 = VCO Quadrature t11 t21 RTDA Aware = Full(Token 13)Operator: Linear SysButterworth Lowpass IIR 3 PolesFc = 16e+3 Hz Quant Bits = NoneInit Cndtn = 0 DSP Mode DisabledFPGA Aware = True RTDA Aware = Full(Token 15)Operator: SamplerInterpolating Rate = 40e+3 HzAperture = 0 sec Aperture Jitter = 0 s

10、ec(Token 17)Operator: HoldLast Value Gain = 1Out Rate = 400e+3 Hz(Token 16)Operator: CompareComparison = '<' True Output = 1 vFalse Output = 0 v A Input = t18 Output 0B Input = t17 Output 0(Token 18)Source: SinusoidAmp = 0 v Freq = 0 HzPhase = 0 deg Output 0 = Sine t16 Output 1 = Cosine 调

11、制信号为PN序列，码速率Rb20kbit/s；正弦载波的频率为40k Hz。系统定时：起始时间0秒，终止时间497.5e-6秒，采样点数200，采样速率400kHz。获得仿真波形图如下：图10 相干解调过程的仿真波形2PSK系统输入的PN序列和输出PN序列的瀑布图如图11所示。图11 2PSK系统输入的PN序列和输出PN序列的瀑布图没有噪声情况下的仿真结果，眼图张开度较大，扫迹清晰，如下：图12 眼图在不同信噪比之下的眼图：信噪比0dB时的眼图信噪比3dB时的眼图信噪比5dB时的眼图信噪比20dB时的眼图信噪比50dB时的眼图由不同信噪比下的眼图可以看到，随着信噪比的增加，眼图质量越来越好。6

12、、 主要信号的功率谱密度：图13 2PSK的谱图14 带通滤波器输出信号的谱图15 低通滤波器输出信号的谱图16 提取相干载波的谱图17 乘法器输出的谱7、低通滤波器的单位冲击相应及幅频特性曲线：图18 低通滤波器的单位冲击相应图19 低通滤波器的幅频特性曲线使用System View对二进制移相键控（2PSK）进行性能估计1、实验目的（1）了解2PSK系统电路组成、工作原理和特点；（2）学会分析2PSK系统的抗噪声性能；（3）掌握使用SystemView软件对2PSK系统进行性能估计的方法。 2、实验内容以2PSK作为系统输入信号，码速率Rb20kbit/s。（1）采用相干解调法实现2PSK

13、的解调，分别观察系统各点波形。（2）获取主要信号的功率谱密度。3、实验原理2PSK信号相干解调系统性能分析模型如图5-22所示。假定信道噪声为加性高斯白噪声，其均值为0、方差为；发射端发送的2PSK信号为 图5-22 2PSK信号相干解调系统性能分析模型则经信道传输，接收端输入信号为 （5-72）此处，为简明起见，认为发送信号经信道传输后除有固定衰耗外，未受到畸变，信号幅度：。经带通滤波器输出 （5-73）其中，为高斯白噪声经BPF限带后的窄带高斯白噪声。取本地载波为，则乘法器输出将式（5-73）代入，并经低通滤波器滤除高频分量，在抽样判决器输入端得到 （5-74）根据2.5节的分析可知，为高

14、斯噪声，因此，无论是发送“1”还是“0”，瞬时值的一维概率密度、都是方差为的正态分布函数，只是前者均值为，后者均值为，即 （5-75） （5-76）其曲线如图5-23所示。之后的分析完全类似于2ASK时的分析方法。不难得到（过程从略，读者自己证明）：当时，2PSK系统的最佳判决门限电平为 （5-77）在最佳门限时，2PSK系统的误码率为 （5-78）式中，为接收端带通滤波器输出端信噪比。在大信噪比下，上式成为 （5-79）数字调制用“星座图”来描述，星座图中定义了一种调制技术的两个基本参数：（1）信号分布；（2）与调制数字比特之间的映射关系。星座图中规定了星座点与传输比特间的对应关系，这种关系

15、称为“映射”，一种调制技术的特性可由信号分布和映射完全定义，即可由星座图来完全定义。4、系统组成、图符块参数设置及仿真结果：图20 2PSK含误码率检测模拟调制与相干解调系统组成图20 2PSK含误码率检测组成图符23前面连接原PN序列，设定延迟时间为一个码元长度（Delay = 50.e-6 sec）图符参数设定如下：(Token 23)Operator: DelayInterpolating Delay = 50.e-6 secOutput 0 = Delay t25 Output 1 = Delay - dT (Token 24)Comm: BER RateNo. Trials = 500 bits Threshold = 500.e-3 vOffset = 10.e-9 sec Output 0 = BER t30 Output 1 = Cumulative Avg t28 Output 2 = Total Errors (Token 25、26)