2DPSK和2PSK性能分析.docx
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2DPSK和2PSK性能分析
实习题目
指导教师
职称
学生姓名
学号
日期
实习题目
指导教师
职称
学生姓名
学号
日
期
内蒙古师范大学计算机与信息工程学院
《通信原理》课程设计报告
实习题目
指导教师
职称
学生姓名
学号
日期
设计题目
2DPSK和2PSK性能分析
指导教师
职称
讲师
姓名
学号
日期
2DPSK和2PSK性能分析
计算机与信息工程学院####################
指导教师####讲师
摘要三种基本数字调制方式中,相移键控抗噪声性能最好,而差分相频键控DPSK克服了PSK的相干载波恢复中载波相位模糊的缺点,在实际中有更广泛的应用。
本课设中通过对2PSK相干解调和2DPSK差分相干解调进行性能分析,最终得出2DPSK由于去除了“倒π”现象,其性能优于2PSK。
关键词相干解调;差分相干解调;“倒π”现象
2DPSKAnd2PSKPerformanceAnalysis
ComputerandInformationEngineeringCollege2009ZhangLu20091101614
DirectedbyYuZongZuoLecturer
AbstractThephase-shiftkeying(PSKorDPSK)isthebestanti-noiseperformanceinthethreebasicdigitalmodulationscheme,differentialphasefrequencyshiftkeyingDPSK,whichisapplicatedextensively,toovercometheshortcomingsofPSKcoherentcarrierrecovery180degreesinthecarrierphaseambiguity.Thisexperimentsetupby2PSKcoherentdemodulationand2DPSKdifferentialcoherentdemodulationperformanceofthemtocarryontheanalysis,finallyfindsthe2DPSKperformanceissuperiortothatof2PSKduetotheremovalofthe"π"phenomenon
KeywordsCoherentdemodulation;Differentialcoherentdemodulation;The"π"phenomenon
1引言
随着通信技术的日益迅速发展。
数字通信很明显优越于模拟通信。
而数字通信中,在抗加性噪声方面,PSK和DPSK优于2FSK和2ASK,在频带利用率方面,PSK和DPSK高于2FSK,且它们对信道特性变化不敏感。
故它们在数字通信中被广泛应用,对它们的研究分析有助于现代和未来数字调制的发展。
2SystemView软件简介
SystemView是美国ELANIX公司推出的,基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具,它使用功能模块(Token)去描述程序,无需与复杂的程序语言打交道,不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真,快速地建立和修改系统、访问与调整参数,方便地加入注释。
利用SystemView,可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统,各种多速率系统,因此,它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。
用户在进行系统设计时,只需从SystemView配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置,完成图标间的连线,然后运行仿真操作,最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。
SystemView的库资源十分丰富。
SystemView能自动执行系统连接检查,给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息,通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标。
这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。
SystemView的另一重要特点是它可以从各种不同角度、以不同方式,按要求设计多种滤波器,并可自动完成滤波器各指标——如幅频特性(伯特图)、传递函数、根轨迹图等之间的转换。
在系统设计和仿真分析方面,SystemView还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。
SystemView还具有与外部文件的接口,可直接获得并处理输入/输出数据。
3二进制频移键控系统的设计原理
3.1信号表达式
3.1.12PSK已调信号的时域表达式为
3.1.22DPSK已调信号的时域表达式为
3.2二进制相移键控的调制
3.2.12PSK的调制
图12PSK调制原理图
3.2.22DPSK的调制
当为“1”时,载波相位与前一码元的相位相比有π的变化
当为“0”时,载波相位与前一码元的相位相比无变化
图22DPSK调制原理图
,符号
为模2运算。
得到的差分编码序列{
}再决定调相,就形成2DPSK信号。
3.3二进制相移键控的解调
3.3.12PSK的解调
图32PSK解调原理图
乘法器输出为
低通滤波器输出为
3.3.22DPSK的解调
图42DPSK解调原理图
乘法器输出为
低通滤波器输出为
4系统分析
4.1仿真设计
根据2PSK和2DPSK的调制解调原理图,利用SystemView软件进行仿真设计,得到图5。
图5仿真设计图
4.2系统参数设计
系统循环采样点数为3001,采样频率为3000;StartTime:
0秒;StopTime:
300e-3秒;
Token0:
基带信号--PN码序列(Rate=100HZ,Amplitude(幅度)=1v,Offset(偏移)=0v);
Token6、18:
延时单元,延时值为100;
Token8、12:
载波--正弦波发生器(频率=100Hz,振幅=1V);
Token25:
高斯噪声器(振幅=1V);
Token14、37:
模拟低通滤波器(截止频率=105Hz);
Token23、42:
抽样器(抽样频率=200Hz);
Token16、38、48:
判决器,truth:
1,false:
0;
4.3各状态图分析
图6原始信号(10010001100110101011000100)
图7差分信号(11100001000100110010000111)
图82PSK调制信号
图92DPSK调制信号
图102PSK加入高斯白噪声信号
图112DPSK加入高斯白噪声信号
图122PSK加噪声经过相乘器的波形
图132DPSK加噪声经过相乘器的波形
图142PSK经过低通滤波器后的波形
图152DPSK经过低通滤波器后的波形
图162PSK解调输出的波形
图172DPSK解调输出的波形
由以上各图分析可得,输入源码为:
10010001100110101011000100,输出差分码为:
11100001000100110010000111。
由于本地载波与发送端载波同向,故它们解调出的波形一致。
4.42PSK和2DPSK性能比较
4.4.1“倒π”现象
对于相同的数字信号基带序列,由于初始相位不同,2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号,而前后码元相对相位的差才唯一决定信号的符号。
2PSK信号载波恢复过程中,存在着180°的相位模糊即恢复的本地载波与与所需的想干载波可能同相也可能反相,这种相位关系的不确定性将会造成解调出来的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反,即“1”变成“0”,“0”变成“1”,判决器输出的数字信号全部出错,这种现象称为2PSK的“倒π”现象或“反相工作”。
本地载波与发送端载波反向时,2PSK的解调波形与2DPSK完全相反,如图所示。
图18原始信号
图192PSK发生“倒π”现象解调波形
图202DSK解调波形
4.4.2抗噪声性能分析
一般来说,因为信号波形间的相关性导致了DPSK中错误的传播(相邻码元之间),所以DPSK信号的效率要低于PSK。
造成PSK和DPSK这种差异的原因是,前者是将接收信号与原始的无噪声干扰的参考信号比较,而后者则是两个含噪信号之间的比较。
因此,DPSK信号噪声是PSK信号噪声的2倍,可以推测,DPSK估计的误码率大约为PSK的2倍(3dB)。
图212PSK和2DPSK误码率比较(上为2DPSK误码率曲线)
对2DPSK信号的差分相干检测解调系统误码率进行分析,由于存在着带通滤波器输出信号和其延迟的信号相乘的问题,需同时考虑两个相邻的码元。
差分检测时2DPSK系统的误码率为
,其中r=
为接收端带通滤波器输出端信噪比。
通过眼图,观察2PSK和2DPSK在逐渐增大信噪比和增大高斯噪声时的变化。
改变信噪比时,眼图变化如下
图22SNRstart(dB)=0时眼图变化
图23SNRstart(dB)=0.1时眼图变化
改变高斯噪声时,眼图变化如下
图24StdDeviation(v)=5时眼图变化
图25StdDeviation(v)=0.5时眼图变化
图26StdDeviation(v)=0.1时眼图变化
由以上分析可得,2DPSK除了误码率相对2PSK较大外,其它性能都优于2PSK。
5实验小结
通过理论的解说和基于SystemView的仿真分析,可以了解到DPSK调制就是在PSK调制方式的基础上,加入了差分编码的过程,即在与载波相乘之前,将信号的绝对码转换成相对码。
DPSK采用差分相干解调的方式进行,差分相干解调各方面性能都比相关解调优越,不需要相干载波,不需要码反变换的模块。
在抗噪声性能分析中,2PSK与2DPSK都具有较好的抗噪声性能,而DPSK又克服PSK的相位模糊现象,故2DPSK较于2PSK被广泛应用。
6实验心得和总结
本次课设中,我发现了自己的不足,特别是在理解课本里的理论知识方面更为突出,平时以为只是看看书,背背公式就没问题了,实际操作运用时,头脑就是一片茫然,不知道从何下手。
这个课设完成后,我了解到了SystemView软件的各种功能和使用方法。
同时掌握2PSK和2DPSK调制与解调的原理,并通过SystemView在计算机上实现。
本次课程设计的重点是更加深刻的掌握2PSK和2DPSK的数字基带信号的调制和解调,以及对它们的性能比较分析。
本次课程设计在做的过程中,设置各模块参数是一个挑战,如基带信号的频率,延时单元延时值,载波频率各种滤波器的设计都比较耗时,这些参数在某种程度上决定了系统的特性。
同时还有眼图在设置时也出现较多问题,如信噪比设定问题和观察信号时的抽样频率问题。
在进行2PSK和2DPSK的比较时,对照书中的理论,逐渐完善实验的结果和分析内容。
在实验过程中,设置参数和修改仿真图这些步骤中也渗透着抽样定理等理论。
这次课设结合教材理论,通过仿真练习,使得原本深奥难懂的复杂理论推导具体形象起来。
在本文的写作过程中得到了俞宗佐老师的精心指导,在此表示衷心的感谢。
参考文献
[1]李哲英.SystemView动态系统分析与设计软件学习版中文手册,内部资料,2007.
[2]陈星,刘斌.SystemView通信原理实验指导,北航电子工程系内部讲义,2007.
[3]樊昌信,曹丽娜.通信原理(第六版).国防工业出版社,2011.
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- 关 键 词:
- DPSK PSK 性能 分析