数字频带传输系统及其性能估计

1、数字频带传输系统及其性能估计 2ASK的模拟调制相干解调及抗噪声性能分析一、 二进制振幅键控（2ASK）的模拟调制1、实验目的：1了解2ASK系统的电路组成、工作原理和特点；2分别从时域、频域视角观测2ASK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。载波信号的频率为40kHz.（1）采用乘法器实现2ASK的调制；并观察调制信号、载波信号及2ASK等信号的波形。（2）获取主要信号的功率谱密度。3、实验原理：振幅键控是正弦载波幅度随着基带信号的变化而变化的数字调制。设发送的二进制符号序列由0,1序列组成,发送

2、0序号的概率为P,发送1序号的概率为1-P,且相互独立.该二进制序号可表示为其中 是二进制基带信号的时间间隔, 是时间间隔为的矩形脉冲 则2ASK信号的一般时域表达式为：则由上式可知,2ASK信号可以通过一个基带信号与载波信号相乘后生成,其原理框图如下: 图1 2ASK调制原理框图 图2 2ASK信号调制过程波形4、系统组成、图符块参数设置及仿真结果：模拟相乘法采用乘法器进行调制的组成如图3所示。图3 模拟调制的系统组成其中图符0产生消息信号序列，传码率为20kbit/s。图符1输出正弦波，频率为40k Hz。图符3为一乘法器。图符的参数设置如表1所示。 表1：模拟法图符参数设置表编号库/名称

3、参 数0Source: PN SeqAmp = 1 v，Offset = 1 v，Rate = 20e+3 Hz，Levels = 2，Phase = 0 deg1Source: SinusoidAmp = 1 v，Freq = 40e+3 Hz，Phase = 0 deg2Logic: XORGate Delay = 0 sec，Threshold = 0 v，True Output = 1 vFalse Output = -1 v系统定时：起始时间0秒，终止时间747.5e-6秒，采样点数300，采样速率400e+3Hz，获得的仿真波形如图4所示。（a） 消息信号序列（b） 未调载波信号（

4、c）2ASK信号图4 调制过程仿真波形从图(c)和(a)（b）波形对比中可以发现，图(c)的波形是（a）与（b）波形的相乘所形成的。消息序列和2ASK的覆盖图如图5所示。 图5 消息序列与2ASK的覆盖图瀑布图如图6 图6 消息序列与2ASK的瀑布图5、主要信号的功率谱密度：调制信号的功率谱如图7所示。图7 调制信号的功率谱正弦载波的频谱如图8所示。图8 正弦载波的频谱2ASK的功率谱如图9所示。图9 2ASK的功率谱由图7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；由图8可见，载频信号的频谱位于40kHz，且频谱较纯。由图9可见，已调信号的频

5、谱为ASK信号，因为调制信号为单极性不归零脉冲，用单极性不归零码对载波进行相乘的调制，在已调信号的频谱中，在载频位置具有载波的冲击分量，而频带宽度为40kHz。二、二进制振幅键控（2ASK）的解调1、实验目的：（1）了解2ASK系统解调的电路组成、工作原理和特点；（2）掌握2ASK系统解调过程信号波形的特点；（3）熟悉系统中信号功率谱的特点。2、实验内容：以2ASK作为系统输入信号，码速率Rb20kbit/s。（1）采用相干解调法实现2ASK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：相干解调法：ASK信号可以采用相干解调方式，对2ASK信号进行相干解调，恢复出

6、二进制码。解调器原理图和解调过程各点时间波形如图所示：图10 2ASK解调原理框图 图11 2ASK信号解调过程波形4、 系统组成、图符块参数设置及仿真结果：相干解调法：相干解调法的系统组成如图12 所示。 图12 相干解调法的系统组成其中，图符6为带通滤波器，图符12实现相干载波的提取，图符9为乘法器，图符10为低通滤波器，图符27、28、29实现抽样判决。图符的参数设置如表2所示。表2：相干解调法图符参数设置表编号库/名称参 数6Operator: Linear SysButterworth Bandpass IIR3 Poles，Low Fc =20e+3 Hz，Hi Fc = 60e+

7、3 HzQuant Bits = None，Init Cndtn = Transient，DSP Mode Disabled，FPGA Aware = True，RTDA Aware = Full12Comm: 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 Quadratu

8、re t12 RTDA Aware = Full10Operator: Linear SysBessel Lowpass IIR3 Poles，Fc = 16e+3 Hz，Quant Bits = None，Init Cndtn = TransientDSP Mode Disabled，FPGA Aware = True，RTDA Aware = Full28Operator: SamplerInterpolating ，Rate = 20e+3 Hz，Aperture = 0 sec，Aperture Jitter = 0 sec27Operator: HoldLast Value ，Gai

9、n = 1，Out Rate = 400e+3 Hz29Logic: BufferGate Delay = 0 sec，Threshold = 500e-3 v，True Output = 2 vFalse Output =0 v，Rise Time = 0 sec，Fall Time = 0 sec调制信号为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1.2475e-3秒，采样点数500，采样速率400e+3Hz，获得的仿真波形如图13所示。（a）二相振幅调制（2ASK）信号（b）带通滤波器的输出（c）提取的相干载波（d）乘法器的输出（

10、e）低通滤波器的输出 （f）解调输出的基带信号图13 相干解调过程的仿真波形2ASK系统输入的PN序列和输出PN序列的瀑布图如图14所示。图14 2ASK系统输入的PN序列和输出PN序列的瀑布图眼图15是没有加噪声情况下的仿真结果，眼图张开度较大，线迹清晰。图15 眼图图16 信噪比0dB时的眼图图17 信噪比5dB时的眼图图18 信噪比20dB时的眼图图19 信噪比30dB时的眼图可以看出随着信噪比的增加，眼图质量越来越好。5、主要信号的功率谱密度：2ASK的谱如图20所示。图20 2ASK的频谱乘法器输出信号的谱如图21所示。图21 乘法器输出信号的谱输出PN序列的基带谱如图22所示。图2

11、2 输出PN序列的基带谱6、低通滤波器的单位冲击相应及幅频特性曲线：图23 低通滤波器的单位冲击相应图24 低通滤波器的幅频特性曲线三、系统的抗噪声性能分析1、实验目的通过仿真操作掌握SystemView系统误比特率分析的方法。2、实验内容以相干接收2ASK调制传输系统为误比特率分析对象，被调载频为40KHz，以PN码作为二进制信源，码速率Rb20KHzbit/s，信道为加性高斯白噪声信道，对该系统的误比特率BER进行分析。3、实验原理误比特率（BER：Bit Error Rate）是指二进制传输系统出现码传输错误的概率，也就是二进制系统的误码率，它是衡量二进制数字调制系统性能的重要指标，误比

12、特率越低说明抗干扰性能越强。对于多进制数字调制系统，一般用误符号率（Symble Error Rate）表示，误符号率和误比特率之间可以进行换算，例如采用格雷编码的MPSK系统，其误比特率和误符号率之间的换算关系近似为：通常将信噪比用每比特所携带的能量除以噪声功率谱密度来表示，即Eb/N0 ，对基带信号，定义信噪比为     这里的A为信号的幅度（通常取归一化值），是高斯噪声的标准差。在仿真过程中，为了能得到一个通信系统的RBE曲线，通常需要在信号源或噪声源后边加入一个增益图符来控制信噪比的大小，这里采用后一种方法。4、系统组成、图符块参数设置及仿真结果

13、： 图25 BER测试系统图符上图中图符22为比特误码率, 23，24为采样图符，25为停止接收器图符，26为终值接受计算器图符，27为增益图符，28为采样延迟图符，其他图符同上面分析的调制与解调。其中图符22有三个输出值，实时BER值，BER累计均值，错误总数。图符25与26分别应与22的错误总数与BER累计均值相连。表3 BER测试系统图符参数编号库名称参数22Comm:BER RateBER Rate No.Trials=1e+3, bitsThreshold = 100e-3v, Offset = 0 23Operator:SamplerRate = 20e+3 Hz, Aperture = 0,secAperture Jitter = 0 sec24Operator:SamplerRate = 20e+3 Hz, Aperture = 0,secAperture Jitter = 0 sec25Sink: Cndtnl StopAction = Go To Next Loop, Memory = Retain all samplesThreshol