2psk鍵控調(diào)制相干解調(diào)

1、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)中信號(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)內(nèi)容：以PN碼作為系統(tǒng)輸入信號(hào)，碼速率Rb二20kbit/s。i. 采用鍵控法實(shí)現(xiàn)2PSK的調(diào)制；ii. 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。iii. 獲取主要信號(hào)的功率譜密度。以2PSK作為系統(tǒng)輸入信號(hào)，碼速率Rb=20kbit/soi. 采用相干

2、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;ii. 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0o二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為e2PSK(t)二工ang(t-COS®Cn其中，a選擇雙極性，即ari,發(fā)送概率為p1,發(fā)送概率為i-pg(t)是脈寬為TS、高度為1的矩形脈沖，則有e2PSK(t)=發(fā)送概率為P發(fā)送概率為1-P當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)1時(shí)，已調(diào)信號(hào)e2PSK(t)取0°相位，發(fā)

3、送二進(jìn)制符號(hào)0時(shí),其中®n,發(fā)送1符號(hào),發(fā)送0符號(hào)0沁(t)取180°。若用申n表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位，則有e2PSK(t)=COS(°ct+%)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COSWtc0°e2PSKt1180°兀1相移1st開關(guān)電路b信號(hào)與載波直接采用相位選擇法器電路來實(shí)現(xiàn)調(diào)框圖如下，這就相位發(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)字基帶相乘的方法，也可即由振蕩器和反相制的方法。其原理是一種數(shù)字鍵

4、控法2PSK信號(hào)調(diào)制過程波形如圖所示：絕對(duì)瑪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：e定時(shí)脈沖(a)coswtbca)0010110(b)2PSK信號(hào)相干解調(diào)系統(tǒng)性能分析模型如下圖所示2PSK信號(hào)相干解調(diào)系統(tǒng)性能分析模型解調(diào)器定時(shí)脈沖假定信道噪聲為加性高斯白噪聲"，其均值為0、方差為°n2;發(fā)射端發(fā)送的2PSK信號(hào)為fAcos°t,發(fā)1"s(t)=2cT-Acos°t,發(fā)“0"c則經(jīng)信道傳輸，接收端輸入信號(hào)為f

5、acos°t+nC)發(fā)T兒")-acos°t+nC)發(fā)“0"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：A-a。經(jīng)帶通濾波器輸出y(t)=s(t)+n(t)ifacos°t+n(t)cos°t一n(t)sin°t,發(fā)“1"=2cccsc-acos°t+n(t)cos°t一n(t)sin°t,發(fā)“0"(2)cccsc(2)其中，巴二nc(t)cos°c-ns(t)sin°c為高斯白噪聲n(t)經(jīng)BPF限帶后的窄帶高斯白噪聲。

6、取本地載波為2C0S°ct，則乘法器輸出Z=2y(t)C0S°ct，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a+n(t)，發(fā)Tca+n(t)，發(fā)"0".c(3)根據(jù)分析可知，代為高斯噪聲，因此，無論是發(fā)送T還是“0”，x(t)瞬時(shí)值x的維概率密度fi(x)、f(X)都是方差為°:的正態(tài)分布函數(shù)，只是前者均值為a后者均值為一a，即(x)P(0/1)dP(1/0)圖5-232PSK圖圖圖圖圖圖圖圖f(x)=.1exp-(X一a)2發(fā)T2兀°2°2nn0(x)=春exp(n-)，發(fā)“0”2o2n其曲線如上

7、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)p(l)=p(0)=1/2時(shí)，2PSK系統(tǒng)的最佳判決門限電平為U*=0d在最佳門限時(shí)，2PSK系統(tǒng)的誤碼率為P=P(0)P(1/0)+PP(0/1)=P(0)f0f(x)dx+P(1)卜f(x)dxe-800101=erfc(vr)2>=f8f(x)dxP(0)+P(1)=f8f(x)dxa2r=22n01式中，3；為接收端帶通濾波器輸出端信噪比。在大信噪比下，上式成為廠1Pue-re2nr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

8、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、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二1v，Offset二0v,Rate二20e+3Hz,Levels二2,Phase二0deg,MaxRate=600e+3Hz1Source:Sinus

9、oidAmp=1v,Freq=40e+3Hz,Phase=0deg,Output0=Sinet3t2t14,Output1=Cosine2Operator:NegateMaxRate=600e+3Hz3Logic:SPDTSwitchDelay=0sec,Threshold=500e-3v,Input0=t1Output0,Input1=t2Output0,Control=t0Output0,MaxRate=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

10、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:LinearSys3Poles,LowFc二20e+3Hz,HiFc二60e+3Hz,QuantBits=NoneButterworthBandpassIIRInitCndtn二Transient,DSPModeDisabled,MaxRate二600e+3Hz5Multiplier:NonInputsfromt4p0t6p2,Outputsto7,MaxRate二600e+3HzParametric6Comm:CostasVCOFreq=40e+3Hz,VCOPhase=0deg,ModGain=

11、1Hz/v,LoopFltr=1+1/s+1/sA2,Output0=BasebandInPhase,Output1=BasebandQuadrature,Output2=VCOInPhaset5t19,Output3=VCOQuadrature,MaxRate(Port2)=600e+3Hz7Operator:LinearSys3Poles,Fc=8e+3Hz,QuantBits=None,InitCndtn=Transient,BesselLowpassIIRDSPModeDisabled,MaxRate=600e+3Hz8Operator:SamplerInterpolating,Rat

12、e=40e+3Hz,Aperture=0sec,ApertureJitter=0sec,MaxRate=20e+3Hz9Operator:HoldLastValue,Gain=1,OutRate=600e+3Hz,MaxRate=600e+3Hz10Logic:BufferGateDelay=0sec,Threshold=0v,TrueOutput=1v,FalseOutput=-1v,RiseTime=0sec,FallTime=0sec,MaxRate=600e+3Hz調(diào)制信號(hào)為PN序列，碼速率Rb二20kbit/s；正弦載波的頻率為40k缶。系統(tǒng)定時(shí)起始時(shí)間0秒，終止時(shí)間831.667e

13、-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二600e+3Hz30Sink:FinalValueInputfromt28OutputPort132Operator:SmplDelayDelay二30samples，Attribute二Passive，InitialCondition=0v，F(xiàn)illLastRegister，Output0二Delayt33，Output1二Delay-dT33Comm:BERRateNo.Trials二3

14、bits，Threshold二500e-3v，Offset二0sec,Output0二BER，Output1二CumulativeAvgt30，Output2二TotalErrors圖符26前面連接原PN序列調(diào)制獲得仿真波形圖如下：正弦敦波014)3&0口£丈TimeltlSecurniES-ysterriiView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n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：Overlay絕對(duì)碼已調(diào)波(tl"A1ater£al1Flot

15、uf*11&00&6解調(diào)獲得仿真波形圖如下：低通輸出（tig）cacce-eBCOe-?TimeinSeconis3TimeinSeGumis絕對(duì)碼輸出to)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，眼圖張開度較大，掃跡清晰，如下：50-&©TineinSeGumlsSliced低通輸岀(HoRepeat,Start=27e6e,Length=100在不同信噪比之下的眼圖：信噪比5dB時(shí)的眼圖Sliced低通輸岀（HoRepeat,Start信噪比30dB時(shí)的眼圖信噪比50dB時(shí)的眼圖Sliced低通輸出

16、（HoRepeat,Start信噪比20dB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：10De+3l&Oe+aFreijuerLcyinHr(.ilF=60Ho£絕對(duì)馮Ci1ME+3-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）的頻率范圍之內(nèi)，即基帶帶寬為20kHz譜由圖可見，載頻信號(hào)的頻譜位于40kHz，且頻譜較純。FowerSpectrumo£已調(diào)波(dBm50ohms)MiKedRad:CSC-E-?1O3t-21Me-2250e-2MOe-ZD50-5-11flOe31Me+32flO-e-b32&0e-b3Fre-piencyinHe(-dT=£0HMOt-ZSystemView由圖可見，已調(diào)信號(hào)的頻譜為2PSK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