基于systemview的2DPSK信号传输仿真设计

1、 PAGE23 / NUMPAGES23实验报告题目：基于SYSTEMVIEW的通信系统试验班级： 专业： ： 学号： 成绩： 用SystemView仿真实现二进制差分相位键控（2DPSK）的调制1、实验目的：（1）了解2DPSK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2DPSK系统中的基带信号、载波与已调信号；（3）熟悉系统号功率谱的特点。2、实验容：以PN码作为系统输入信号，码速率Rb20kbit/s。（1）采用键控法实现2DPSK的调制；分别观测绝对码序列、差分编码序列，比较两序列的波形；观察调制信号、载波与2DPSK等信号的波形。（2）获取主要信号的功率谱密度。3

2、、实验原理：2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为Dj，可定义一种数字信息与Dj之间的关系为则一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载波相位关系如下表所示数字信息与Dj之间的关系也可以定义为2DPSK信号调制过程波形如图1所示。1 0 0 1 0 1 1 02图12DPSK信号调制过程波形可以看出，2DPSK信号的实现方法可以采用：首先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示二进制信息，然后再进行绝对调相，从而产生二进制差分相位键控信号。2DPSK信号调制器原理图如图2所示。图2 2DPSK信号调制

3、器原理图QDCKan发送码时钟dn-1dn其中码变换即差分编码器如图3所示。在差分编码器中：an为二进制绝对码序列，dn为差分编码序列。D触发器用于将序列延迟一个码元间隔，在SystemView中此延迟环节一般可不采用D触发器，而是采用操作库中的“延迟图符块”。图3差分编码器4、系统组成、图符块参数设置与仿真结果：键控法：采用键控法进行调制的组成如图4所示。图4 键控法调制的系统组成其中图符0产生绝对码序列，传码率为20kbit/s。图符1和图符2实现差分编码；图符3输出正弦波，频率为40k Hz；图符5对正弦波反相；图符4为键控开关。图符4输出2DPSK信号。图符的参数设置如表1所示。表1：

4、键控法图符参数设置表编号库/名称参 数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系统定时：起始时间0秒，终止时间800e

6、-6秒，采样点数321，采样速率400e+3Hz，获得的仿真波形如图5所示。绝对码序列相对码序列（c）未调载波信号（d）二相相对调相（2DPSK）信号图5调制过程仿真波形从图5（b）和（d）波形对比中可以发现，相对码序列中的“1”使已调信号的相位变化相位；相对码的“0”使已调信号的相位变化0相位。绝对码2DPSK信号的瀑布图如图6所示。图6 绝对码和2DPSK的瀑布图5、主要信号的功率谱密度：系统定时：起始时间0秒，终止时间30e-3秒，采样点数1801，采样速率600e+3Hz。调制信号的功率谱如图10所示。图10调制信号的功率谱正弦载波的频谱如图11所示。图11 正弦载波的频谱2D PSK

7、的功率谱如图12所示。图12 2DPSK的功率谱由图10可见，基带信号的大部分能量落在第一个零点（10kHz）的频率围之，即基带带宽为10kHz；又由图8（b）可见，相对码序列为双极性脉冲序列，不含有直流分量，所以，不含离散谱。由图11可见，载频信号的频谱位于20kHz，且频谱较纯。由图12可见，已调信号的频谱为DSB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，没有载波分量，频带宽度为20kHz。6、思考题：观察功率谱密度，PN序列的功率谱和2DPSK信号的功率谱中，有无离散分量？为什么？它们的带宽分别是

8、多少？答：PN序列的功率谱中没有离散分量：“0”、“1”等概的双极性不归零信号没有离散谱，无直流分量和位定时脉冲；B=fs=20KHz。2DPSK信号的功率谱没有离散分量：2DPSK信号可表示为双极性非归零二进制基带信号与正弦载波相乘 ；B=2fs=40KHz。7、数据分析与心得体会：用SystemView仿真实现二进制差分相位键控（2DPSK）的解调1、实验目的：（1）了解2DPSK系统解调的电路组成、工作原理和特点；（2）掌握2DPSK系统解调过程信号波形的特点；（3）熟悉系统号功率谱的特点。2、实验容：以2DPSK作为系统输入信号，码速率Rb10kbit/s。（1）采用相干解调法实现2D

9、PSK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：2DPSK信号可以采用相干解调方式(极性比较法)，对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。解调器原理图和解调过程各点时间波形如图13(a)、(b)所示：图13 2DPSK信号相干解调器原理图和解调过程各点时间波形DQCK位同步时钟dndn-1an其中码反变换器即差分译码器组成如图14所示。在差分译码器中：dn为差分编码序列，an为差分译码序列。D触发器用于将序列延迟一个码元间隔，在SystemView中此延迟环节一般可不使用D触发器，而

10、是使用操作库中的“延迟图符块”。图1 4 差分译码器系统组成、图符块参数设置与仿真结果：相干解调法：相干解调法的系统组成如图16 所示。图 16 相干解调法的系统组成其中，图符11为带通滤波器，图符13实现相干载波的提取，图符12为乘法器，图符15为低通滤波器，图符16、17、18实现抽样判决，图符19、20实现差分解码。图符19输出再生的绝对码。图符的参数设置如表3所示。表3：相干解调法图符参数设置表编号库/名称参 数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，Fall 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 调制信号为PN序列，码速率Rb10kbit/s；正弦载波的频率为20k Hz。系统定时：起始时间0秒，终止时间800e-6秒，采样点数321，采样速率400e+3Hz，获得的仿真波形如图17所示。（a）二相相对调相（2DPSK）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（e）低通滤波器的输出（f）解调输出的相对码（g）解调

15、输出的绝对码图17相干解调过程的仿真波形2DPSK系统输入的PN序列和输出PN序列的瀑布图如图18.1所示。图18.1 2DPSK系统输入的PN序列和输出PN序列的瀑布图2DPSK信号输入输出PN序列的瀑布图如图18.2所示图18.2 2DPSK信号输入输出PN序列的瀑布图眼图如图19所示。图19 眼图图19的眼图是没有加噪声情况下的仿真结果，眼图开度较大，扫迹清晰。信噪比0dB时的眼图信噪比5dB时的眼图信噪比20dB时的眼图信噪比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。主要信号的功率谱密度：系统定时：起始时间0秒，终止时间30e-3秒，采样点数24001，采样速率800

16、e+3Hz，获得的仿真波形如图24所示 图24 2DPSK的谱乘法器输出信号的谱如图25所示。图25 乘法器输出信号的谱输出PN序列的基带谱如图26所示。图26 输出PN序列的基带谱通过比较相干解调法和非相干解调法可以看出，相干解调法需要提取相干载波，还要进行码反变换，即将相对码变换为绝对码；而非相干解调法不需要提取相干载波，也不需要进行码反变换。6、低通&带通滤波器的单位冲击相应与幅频特性曲线：图27低通滤波器的单位冲击相应 图28低通滤波器的幅频特性曲线图29带通滤波器的单位冲击相应 图30带通滤波器的幅频特性曲线7、思考题：与相干解调法相比，差分相干解调法有哪些优势？答：对于2DPSK信

17、号来说，与相干解调法相比，差分想干解调不用提取相干载波，电路构造简单。8、数据分析与心得体会：用SystemView对二进制差分相位键控（2DPSK）信号的相干解调进行性能估计1、实验目的：（1）了解2DPSK系统电路组成、工作原理和特点；（2）学会分析2DPSK系统的抗噪声性能；（3）掌握使用SystemView软件对2DPSK系统进行性能估计的方法。2、实验容：以2DPSK作为系统输入信号，码速率Rb10kbit/s。（1）采用相干解调法实现2DPSK的解调，分别观察系统各点波形。（3）获取主要信号的功率谱密度。3、实验原理：2DPSK信号有两种解调方式，一种是差分相干解调，另一种是相干解

18、调的码反变换法。我们这里讨论相干解调码反变换器的方式，分析模型如图（a）所示。由图（a）可知，2DPSK信号采用相干解调加码反变换器方式解调时，在发送“1”符号和“0”符号概率相等时，最佳判决门限b*=0.此时，2DPSK系统的总误码率Pe为Pe=P(1)P(0/1)+P(0)P(1/0)= 1/2erfc(r) (3-1) 在大信噪比（r1）条件下，式（3-1）可近似表示为Pe1/2r exp(-r) (3-2)由式（3-1）确定。该点信号序列是相对码序列，还需要通过码反变换器变成绝对码输出。因此，此时只需要分析码反变换器对误码率的影响即可。为了分析码反变换器对误码的影响，我们做出一组图形来

19、加以说明。 发送绝对码 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 发送相对码 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0（a）无错：接收相对码 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 绝对码 0 1 0 1 1 0 1 1 1（b）错 1：接收相对码 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 绝对码 0 1 1 0 1 0 1 1 1（c）错 2 接收相对码 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 绝对码 0 1 1 1 0 0 1 1 1（d）错 3 接收相对码 0 0 1 0 1 00 0 1 0 绝对码 0 1 1 1 1 0 1 0 1 图31 码反变换器对错码的影响根据图31类推，若码反

20、变换器输入相对信序列中连续出现n个错码，则输出绝对信序列中也只有两个错码。设Pe为码反变换器输入端相对码序列的误码率，Pe为码反变换器输出端绝对码序列的误码率，分析可得 Pe=2P1+2P2+2Pn+可得出 Pe=2(1-Pe)Pe=1/21-(erfr)2 （3-3）当Pe1时，近似表示为 Pe=2Pe (3-4)4、系统组成、图符块参数设置与仿真结果：图32 BER测试的系统组成其中，图符19，图符26分别对输入和输出序列进行采样，采样速率为20KHz , 图符22是BER计数器，对比试验的比特数为5000bit，参考信号与解调信号差异的门限设为0，时间偏移量为1bit，图符21为停止接收

21、图符，当错误总数超过1000时停止本次循环的仿真进入下一循环，图符20是终值接收器，它与BER的累计均值输出端相连，当仿真进行时，每一次循环结束时会显示本循环的BER均值。图符7输出加性高斯白噪声，将信道模拟成一个AWGN信道。图符8控制SNR，每次循环后将信噪比递增1Db,图符23对输入端采样序列延时，使BER计数器的两个输入端位同步。 表3：BER测试图符参数设置表编号库/名称 参数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