通信原理 BPSK传输系统设计与仿真实验指导书.docx

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通信原理BPSK传输系统设计与仿真实验指导书

《通信原理》实验指导书

信息学院通信教研部

实验、2PSK传输系统设计与仿真

一、实验目的

1.．在前面2PSK调制系统设计与仿真实验的基础上，通过本实验建立起BPSK传输系统的概念，深入理解、掌握二进制相移键控技术（2PSK）的调制/解调原理及在通信传输系统中的应用。

2.掌握（2PSK）调制/解调系统模型的构建技术。

3.掌握（2PSK）调制/解调的设计与实现方法。

4.深入理解、分析、掌握二进制相移键控（2PSK）调制/解调系统各模块间参数的设置及相互间的关联与影响。

5.能够按不同用户的技术指标需求，进行（2PSK）调制/解调系统的设计。

6.掌握（2PSK）调制/解调系统的测试方法。

7.掌握对（2PSK）调制/解调系统的相关参数、信号波形及频谱进行分析的方法。

8.对比原始发送数据信号经调制/与解调系统传输后，还原的数据信号是否与原始发送数据信号一致。

二、实验仪器（软/硬件环境及所需元器件模块）

1.PC机一台

2.安捷伦科技EESof软件ADS：

AdvancedDesignSystem–2005A

3.计算机操作系统：

Win2000,WinXP,HPUnix11.0,SunUnix5.8等

4.元器件模块：

（1）Sinusoid正弦波信号发生器（Sinusoidsignalgenerator）；

（2）Data数字序列信号发生器（Datagenerator）；

（3）信号类型转换器（SignalConverters）：

TimedToFloat信号类型转换器、FloatToTimed信号类型转换器；

（4）TimedSink信号接收器（TimedDataCollector）；

（5）SpectrumAnalyzer频谱分析仪（Spectrumanalyzer）；

（6）DF数据流控制器（DataFlowController）；

（7）Mpy2乘法器（2-InputMultiplier）；

（8）VAR变量和方程式模块（器件）（VariablesandEquationsComponent）。

（9）时钟源Clock，

（10）抽样保持器SampleAndHold，

（11）带通滤波器BPF_RaisedCosineTimed，

（12）低通滤波器为LPF_RaisedCosineTimed，

（13）限幅器Limiter，

三、实验原理

在（2PSK）的调制技术中，载波的相位随数字基带信号改变。

2PSK信号的时域表达式为：

是用双极性码元表示二进制数字基带信号的，即：

设g（t）是幅度为1、宽度为Tb的矩形脉冲，则有：

二进制相移键控信号的时间波形如图所示。

二进制相移键控信号的时间波形

2PSK信号的产生方法主要有两种：

相乘法和相位选择法。

产生2PSK信号的调制器原理图如图6-12所示，其中图（a）是采用乘法器的方法产2PSK信号，图（b）和（c）是采用数字键控（相位选择）的方法产生2PSK信号。

图6-122PSK信号的调制器原理图

3．2PSK信号的解调

2PSK信号的解调只能采用相干解调的方法，也称极性比较法，其原理如图6-13（a）所示，2PSK信号相干解调各点的波形如图6-13（b）、（c）所示。

图6-132PSK相干解调器原理图及各点波形

解调的过程，实质上是接收的已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程。

不考虑噪声时，带通滤波器输出a点波形与输入端2PSK波形相同，a点与b点本地恢复的同步载波相乘，得到c点波形其表达式为：

；

经低通滤波器滤掉高频分量输出为：

得到d点波形，经抽样判决，恢复出原数字信号

，如图（b）所示。

x为抽样时刻的值，判别规则为x>0,判为0，x<0,判为1。

在相干解调中，要求本地恢复的相干载波相位与接收的2PSK信号同频同相，由于本地恢复的载波相位有随机性，当恢复的载波产生1800倒相时，如图（c）中波形b，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号“1”和“0”正好相反，解调器输出的数字基带信号全部出错，如图（c）所示。

这种现象通常称为“倒л”现象或称反向工作，也称相位模糊。

这对数字传输来说是不能允许的。

克服相位模糊最常用的办法是，采用相对相移键控技术（DPSK）。

四、实验内容

1.设计一个（2PSK）调制/解调系统。

采用乘法器的方法产2PSK信号。

采用相干解调的方法，也称极性比较法，解调2PSK信号，并还原成原始数字信号

2.应用ADS软件：

AdvancedDesignSystem–2005A构建所设计的（2PSK）调制/解调系统模型。

3.应用ADS软件：

AdvancedDesignSystem–2005A对所设计的（2PSK）调制/解调系统进行测试及分析。

（1）.记录保存各点的测试数据。

（2）.测试、观察、画出（2PSK）调制/解调系统各关键点的时域波形，并对其进行比较、分析。

（3）.测试、观察、画出（2PSK）调制/解调系统的基带信号和已调信号的频域波形，并对其进行比较、分析。

五、实验步骤

1.应用ADS软件：

AdvancedDesignSystem–2005A构建所设计的（2PSK）调制/解调系统。

要求采用乘法器的方法产2PSK信号。

开始步骤与（2PSK）调制系统实验相同：

（1）开始运行ADS：

执行“程序->AdvancedDesignSystem2005A->RFDesigner”，如图（图1.1）。

图1.1图1.2

（2）新建一个工程文件：

在ADS窗口，执行“File-〉NewProject…”，如图（图1.2）。

在“NewProject”窗口中，创建工程名d：

\学生姓名，如d：

\zhanglibao如图（图1.3），点击OK。

图1.3图1.4

在出现的“SchematicWizard”窗口，选中“Nohelpneeded”如图（图1.4），Finish即可完成创建。

进入原理图窗口如图（图1.5）。

图1.5

（3）创建项目文件：

在原理图窗口中，执行“File-〉NewDesign…”并命名为：

“学生姓名”，如图（图1.6）。

在“TypeofNetwork”中，选中“DigitalSigalProcessingNetwork”，其它的不变点击OK。

图1.6

2.构建（2PSK）调制/解调系统模型及参数设置

（1）.寻找元器件

有三种方法：

（a）.知道元器件在哪个库中时选择相应的“库函数”，从下方的“元件图”中拉出想要的元器件。

如图（图1.7）

（b）.知道元器件名时在“元件名”的位置直接输入“元件名”即可调出元器件。

注意：

输入时系统区分大小写。

如图（图1.7）

（c）.前两种都不知道，只知道大概的元器件名时，点击“查找元件图标”，如图（图1.7）。

在出来的窗口中点击

输入sin进行查找，即可出现如图（图1.8）的结果，点中Sinusoid那行即可拉出相应的元器件。

在Libraries中可以看到相应的库名。

图1.7

图1.8

（2）配置系统模型中各模块及参数设置

（a）.需要的元器件有：

正弦波发生器，DATA信号发生器，信号类型转换器，信号接收器，频谱仪器，DF数据流控制器，乘法器，VAR变量和方程式器件。

带通滤波器，抽样保持器，时钟源，低通滤波器，限幅器。

在实验一的基础上添加器件。

把实验一中的正弦波发生器，信号类型转换器，信号接收器，乘法器进行复制，再添加新的器件。

图3.1

（b）.按照寻找元器件的第二种方法搭建，

正弦波发生器“元件名”为Sinusoid，用两个。

双击如图（图3.1）中的正弦函数，出现如图（图3.2）并按图进行参数设置。

TSemp=Tsemp，Vpeak=1.0V，Frequency=1MHz，Phase=0.0，DecayRatio=0，Delay=0.0sec，DurationTime=1usec，Repetitionlnterval=1usec。

其中Tsemp是变量，会在VAR变量和方程式器件中赋值。

当有不明白的地方时可以点击如图（图3.2）右下角的help帮助进行了解。

当“Displayparameteronschematic”前面打对勾时证明需要显示。

。

图3.2

DATA信号发生器“元件名”为Data；并按如图（图3.3）进行参数设置。

Rout=50.0m0hm，RTemp=-273.15，TSemp=Tsemp，BitTime=BitTime，SequencePattern=8，Repeat=Yes。

其中Tsemp、BitTime是变量，会在VAR变量和方程式器件中赋值。

图3.3

信号类型转换器（1.黑色箭头表示时系数，2.蓝色箭头表示浮点数）“元件名”为TimedToFloat用三个，FloatToTimed用一个，注意蓝的要和蓝的箭头接，黑的要和黑色箭头接，颜色一定要一致。

信号类型转换器TimedToFloat的作用是把模拟信号变为数字信号如图（图3.4），FloatToTimed是反过来。

信号类型转换器不需要修改参数。

图3.4

信号接收器“元件名”为TimedSink用三个，如图（图3.5）。

频谱分析仪“元件名”为SpectrumAnalyzer用一个。

如图（图3.512）。

图3.5

DF数据流控制器“元件名”为DF，并按如图（图3.6）进行参数设置。

DefaultNumericStart=0，DefaultNumericStop=100，DefaultTimeStart=0usec，DefaultTimeStop=100usec。

并在“display”窗口中在这四项打上对勾，OK进行显示。

图3.6

乘法器“元件名”为Mpy2，这是一个数字乘法器。

如图（图3.7）

图3.7

VAR变量和方程式器件“元件名”为VAR，并按如图（图3.8）进行参数设置。

Tstep=0.1usec，BitTime=10usec。

图3.8

限幅器“元件名”为Limiter，并按如图（图3.9）进行参数设置。

Nlimit=-1V，Plimit=1V，Gain=1。

图3.9

低通滤波器“元件名”为LPF_RaisedCosineTimed，并按如图（图3.10）进行参数设置。

Loss=0.0，CornerFreq=100kHz，ExcessBw=0.5，Delay=1usec。

图3.10

带通滤波器“元件名”为BPF_RaisedCosineTimed，并按如图（图3.11）进行参数设置。

Loss=0.0，FCenter=1000000.0kHz，ExcessBw=0.5，Delay=1usec。

图3.11

抽样保持器:

“元件名”为SampleAndHold，并按如图（图3.12）进行参数设置。

图3.12

时钟源，“元件名”为Clock，并按如图（图3.13）进行参数设置。

图3.13

（3）构建系统连接图

点击图标把找到的元器件进行连接，连接方式如图（图3.14）,保存即可。

图3.14

3．运行仿真程序并分析仿真结果：

在原理图窗口中，单击Simulate运行仿真程序，结果正确时，出现如图（图3.15）结果，单击图标，出现显示窗口，点击并拉出图框，在“PlotType”窗口如图（图3.16）中，加入T3（输入数据流）、T4（本地振荡正弦波）、T5（PSK已调输出波），显示仿真结果图形如图（图3.16）。

点击和图标，进行T3（输入数据流）、T4（本地振荡正弦波）、T5（PSK已调输出波）图形的局部放大显示，如图（图3.17、图3.18）所示。

图3.15

图3.16

图

3.17

图3.18

照此方法：

在原理图窗口中，单击Simulate运行程序，运行完后，单击出现显示窗口，点击并拉出图框，在“PlotType”窗口中，加入要显示的图形即可，方法同上。

图3.19中，T17为已调信号波形、T14为本地载波波形，T19为接收端相干解调信号波形。

图3.19

图3.20中，T19为接收端相干解调信号波形，T20为低通滤波器输出信号波形，T16为抽样时钟信号，T15为经抽样判别后还原的数字信号波形，T3为发送端的原始数字信号波形。

可见试验及仿真结果与理论设计、分析结果一致。

六、实验报告

1.保存构建的（2PSK）调制/解调系统模型结构图

2.列出模型中各器件所设置的参数

3.保存实验仿真结果各关键点的波形图。

4.分析、比较（输入数据流）、T4（本地振荡正弦波）、T5（PSK已调输出波）图形。

5.分析、比较（输入数据流）、T4（本地振荡正弦波）、T5（PSK已调输出波）图形。

T19接收端相干解调信号波形，T20低通滤波器输出信号波形，T16抽样时钟信号，T15经抽样判别后还原的数字信号波形，T3发送端的原始数字信号波形。

七、注意事项

1.注意设计过程中要适时保存设计结果。

2.注意适时保存设计的仿真结果。

八、思考题

1．若改变系统设置的参数，对仿真结果会产生什么影响？