7实验十二十三MPSK调制与解调.docx
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7实验十二十三MPSK调制与解调
实验十二MPSK调制
【实验目的】
1、了解M进制相位调制(MPSKmodulation)的组成和基本原理。
2、通过搭建MPSK仿真系统,了解MPSK调制实现方法。
【实验原理】
在M进制移相键控调制(MPSK),在M进制符号间隔人内,已调信号的载波相位是M个
可能的离散相位之一,其中每个载波相位对应于
K
K个二进制符号(M=2)。
MPSK的信号表示如下:
s(t)=gT(t)cos[2Jifct+2;rM_1)]
i=1,2,3M0兰t兰Ts
(1)
其中Ts是M进制符号间隔,Ts=(log2M)Tb二kTb;Tb是二进制符合间隔;gT(t)是脉
冲成形滤波器冲击响应。
将
(1)式进一步展开,得到
2二2二
s(t)=gT(t)[cos(i—1)]cos啦—[sin(i-1)]sin£
I.MMJ
=gr(t)[siccosy-asSinM]
式中
a广co晋(iT)心和-1)U1,2「3MOWTs
'与比‘是一组多电平幅度序列,在每个M进制符号间隔Ts内,要保证
ai2ai2=1O^tETs
在每个M进制符号间隔Ts内,MPSK各信号波形具有等能量
Es
2Eg
Ts21Ts2
=Ls(t)dt=2J0gT(t)dt=
其中Eg是脉冲gT(t)的能量,若gT(t)为矩形脉冲,则
gT(t)=
2EsTs
于是得到
I2E
si(t)=d〒MacCOSCOct_assin%t]
fi(t)=
设
cos:
2ft
f2(t)-
孚sin2兀fct
其中
Ts
Si1=0Si(t)f1(t)dt
MPSK信号的每个信号波形可由
fl(t)与f2(t)为两个完备的归一化正交基函数,
fl(t)与f2(t)的线性组合构成,即MPSK信号的正交展开式为
(3)
Si(t)nfi(t)S2f2(t)
EScosM(i-1)
i=1,2,3M
S2
=『S(t)f2(t)dt
is
WsinM(i-1)
i=1,2,3M
(也可以由式
(2)(3)导出)于是得MPSK信号的二维矢量表示为:
s=冷1用2]=[7巨丸,佢比]i=1,
图1、图2是相应地MPSK信号的二维矢量图和产生原理框图(以8PSK为例):
图18PSK信号的二维矢量图
吧申卩序乳
出
比特玛
并
元甕换
为相应
的%底
rt
*>
戒形ei
四电平序列池波赛0"
成形
條耿哽](4PAX£^
•斷(f>
COSAXJ
#tT(0
-si
图2MPSK信号的产生原理框图
图中输入的二进制序列
•bn•经串并变换后成为3比特并行码,这相当于将二进制码变换
为八进制,每三比特码又与%和%电平之间有一定关系。
MPSK信号的平均功率谱密度图如下图所示:
图3MPSK信号的平均功率谱密度
MPSK信号的功率谱密度表达式如下:
PmpskHuWtnc2[(f-仁兀]sinc2[(ffJTs]?
2
【实验步骤】
1、根据MPSK调制原理,下面对二进制随机码进行MPSK调制,将各模块按如下方式连
接:
图4二进制随机码的MPSK调制
2、参数调试
首先在【diagram】下拉菜单的context项输入如下内容:
M=8;
k=log2(M);
T=1;
N0=4;
A=1;
Frequency=10;
Scifunc模块的作用是二进制到M进制的转换,双击它会接连弹出五个窗口,在前两个窗口中进行参数设置,其他窗口缺省设置,参数设置如下:
SetBlackproperl:
ies
Setscifuncjblockpararrtetersonlyregularblockssupported
«npwtport?
siz&s
I
outputportsizes
IFn
inputeventposusizes
「【】
□uftpu*eventsportssizes
nr
inihalcomtinuousstate
Hi
mihaldiscretestate
Systemparametersvector
hi
initialtilingvector(<0(orno
山呦[Il
isblockalwaysactiys(Uno,1:
yes]10
Disinig^|
OK
图5Scifunc第一弹出窗口的参数设置
在弹出的第二个窗口中输入如下内容:
tmp=0;
fori=1:
k;
tmp=tmp+u1(k-i+1)*2F-1);
end
y1=tmp;
参数设置如下表:
表1所有模块的参数设置
库/模块名称
参数
Scicomsources:
clockc①
Period=T;Inittime=k+1
Scicomsources:
clockc②
Period=0.01;Inittime=0
Scicomsources:
sinusoidgenarator①
Magnitude=A;Frequency=Frequency;phase=0
Scicom_sources:
sinusoidgenarator②
Magnitude=A;Frequency=Frequency;
phase=%pi/2
Scicomsignalprocess:
SerialtoBusConverter
Sizeofoutput:
k;Initcountervalue:
0
modnumCommunication:
M-PSKModulator
Numberofstates:
M;inherit:
1
Scicom_sinks:
MScope
Inputportssize:
11
Yminvector=-2-2;Ymaxvector=22;Refreshperoid=3030其他缺省设置
3、记录实验结果
实验仿真波形可参考图6
图6仿真波形
注:
上图是二进制随机码的8PSK调制波形,下图是二进制随机码波形
4、超级模块生成方法
拖动鼠标,选中上面实验系统中的MPSK调制部分,如下所示:
图7MPSK调制超级模块生成的图形界面
点击【diagram】下拉菜单下的RegiontoSuperBlock,生成如下所示的超级模块:
hhF心袱>:
■JillVaw1urd.ii.itielit
|OI©
图8MPSK调制的超级模块生成
右击载波提取超级模块,在下拉菜单下点击Properties—Icon项弹出一个窗口,将窗口中
的内容用如下内容替换:
xstringb(orig
(1),orig
(2),'MPSKModulator',sz
(1),sz
(2),'fill');
得到如下图所示形式:
图9MPSK调制的超级模块生成
这样我们将这个MPSK调制模块MPSKModulator单独保存起来,就可以通过加载应用到
MPSK数字调制系统中去了
【思考题】
1、根据本实验MPSK调制原理,请画出PSK、QPSK的二维矢量图。
【实验目的】
实验十三MPSK解调
1、了解M进制相位解调(MPSKdemodulation)的组成和基本原理。
2、通过搭建MPSK仿真系统,学会如何实现M进制相位调制解调。
【实验原理】
MPSK信号的最佳接收系统的接收信号
r(t)为
r(t)=s(t)nw(t)
i=1,2,M
0_t_Ts
其中nw(t)表示咼斯噪声
接收信号r(t)可用二维矢量表示
+,「2]
i=1,2/M
MPSK的最佳接收原理框图如下图1所示:
输出
图1MPSK的相干解调
(ML)准则,
在MPSK各信号波形等概率出现情况下,最佳接收的判决准则是最大似然
经坐标转换,ML准则的检测是计算接收矢量的相位量度亠:
r二[“]
斗二arctan—
ri
选择'sj=1,2,…M中的信号矢量的相位最接近于接收矢量的相位乞的信号s作为
判决输出S。
根据此判决准则可最佳的划分判决域,下面以8PSK为例,其信号空间图及最
佳判决域的划分如下:
图28PSK信号空间图及其最佳判决域的划分
【实验步骤】
1、根据MPSK解调原理,下面对
MPSK信号进行相关解调,将各模块按如下方式连接:
①
①
帕q」忖
SClhJHt
generator
②
IVPSK
Modulator!
>\
©
*Delays
smusoidgener^r
^lnjryL|n40B■jtntuhi
©
▼
T
MS^apfl
图3MPSK信号相关解调
2、参数调试
首先在【diagram】下拉菜单的context项输入如下内容:
M=8;
k=log2(M);
T=1;
N0=4;
A=1;
Frequency=10;
Scifunc模块的作用是M进制到二进制的转换,双击它会接连弹出五个窗口,在前两个窗口中进行参数设置,其他窗口缺省设置,参数设置如下:
图4Scifunc第一弹出窗口的参数设置在弹出的第二个窗口中输入如下内容:
tmp=u1;
fori=1:
k;
iftmp-2A(k-i)>=0then
y1(k-i+1)=1;tmp=tmp-2A(k-i);
else
y1(k-i+1)=0;
end
end
fori=2:
(k/2+1)tmp=y1(i);
y1(i)=y1(2+k-i);y1(2+k-i)=tmp;
end
参数设置如下表
表1所有模块的参数设置
库/模块名称
参数
Scicomsources:
clockc①
Period=T;Inittime=0
Scicomsources:
clockc②
Period=T;Inittime=0
Scicomsources:
clockc③
Period=0.01;Inittime=0
Scicomsources:
sinusoidgenarator①
Magnitude=A;Frequency=Frequency;phase=0
Scicomsources:
sinusoidgenarator②
Magnitude=A;Frequency=Frequency;phase=%pi/2
Events:
freqdiv
Phase=0;Divisionfactor:
k
Scicomsignalprocess:
BustoSerialConverter
Sizeofoutput=k;Initcountervalue=0
Scicomsignalprocess:
Delay
SizeofDelay=8
modnum_Communication:
M-PSKDemodulator
Numberofstates=M;inherit=1
Scicom_sinks:
MScope
Inputportssize=111
Yminvector=-2-2-2;Ymaxvector=222;Refreshperoid=303030其他缺省设置
3、记录实验结果
实验仿真波形可参考图5
图5仿真结果
注:
上面仿真波形图中的三个波形从上到下依次是MPSK解调后波形、二进制原码波形、MPSK信号波
4、超级模块生成方法
拖动鼠标,选中上面实验系统中的MPSK解调部分,如下所示:
FiliDikfrvBdiIh-wSu&^hL-iiJgrBhLtielx?
图6MPSK解调超级模块的生成
点击【diagram】下拉菜单下的RegiontoSuperBlock,生成如下所示的超级模块:
FiliDikpvtdi*.h-w£i■■曲“LifgrkhLIibIx?
图7MPSK解调超级模块的生成
右击MPSK解调超级模块,在下拉菜单下点击Properties—Icon项弹出一个窗口,将窗口
中的内容用如下内容替换:
xstringb(orig
(1),orig
(2),'MPSKDemodulator',sz
(1),sz
(2),'fill');
得到如下图所示形式:
IPSKftfiH—口匣冈
图8MPSK解调超级模块的生成
这样我们将这个MPSK解调模块MPSKDemodulator单独保存起来,就可以通过加载应用到MPSK解调系统中去了
【思考题】
1、MPSK解调系统的误符率含义是什么?
如何利用Scilab\SCICOS语言编程和模块构建,来测试以上MPSK解调系统的误符率?
M的取值与MPSK解调系统的误符率大小是什么关系?
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- 实验 十二 十三 MPSK 调制 解调