2DPSK的调制和解调键控调制相干解调.docx
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2DPSK的调制和解调键控调制相干解调
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、载波及已调信号;
(3)熟悉系统中信号功率谱的特点。
2、实验内容:
以PN码作为系统输入信号,码速率Rb=10kbit/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、载波及2DPSK等信号的波形。
(2)获取主要信号的功率谱密度。
3、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,可定义一种数字信息与之间的关系为
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。
10010110
2
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22DPSK信号调制器原理图
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、图符块参数设置及仿真结果:
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4产生绝对码序列,传码率为20kbit/s。
图符5和图符3实现差分编码;图符0输出正弦波,频率为40kHz;图符1对正弦波反相;图符2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:
键控法图符参数设置表
编号
库/名称
参数
0
Source:
Sinusoid
Amp=1v,Freq=40e+3Hz,Phase=0deg,
Output0=Sinet1t2,Output1=Cosine
1
Operator:
Negate
2
Logic:
SPDT
SwitchDelay=0sec,Threshold=500.e-3v,
Input0=t0Output0,Input1=t1Output0,Control=t3
3
Logic:
XOR
GateDelay=0sec,Threshold=0v,TrueOutput=1v
FalseOutput=-1v
4
Source:
PNSeq
Amp=1v,Offset=0v,Rate=20e+3Hz,
Levels=2,Phase=0deg
5
Operator:
Delay
Non-Interpolating,Delay=50.e-6sec,Output0=Delay,
Output1=Delay-dTt3
系统定时:
起始时间0秒,终止时间1.2475e-3秒,采样点数500,采样速率200e+3Hz,获得的仿真波形如图5所示。
(a)绝对码序列
(b)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π相位;相对码的“0”使已调信号的相位变化0°相位。
绝对码和2DPSK的瀑布图如图6所示。
图6绝对码和相对码的瀑布图
5、主要信号的功率谱密度:
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
2DPSK的功率谱如图12所示。
图122DPSK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)的频率范围之内,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40kHz。
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)熟悉系统中信号功率谱的特点。
2、实验内容:
以2DPSK作为系统输入信号,码速率Rb=20kbit/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。
(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132DPSK信号相干解调器原理图和解调过程各点时间波形
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:
{}为差分编码序列,{}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,而是使用操作库中的“延迟图符块”。
图14差分译码器
4、系统组成、图符块参数设置及仿真结果:
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9为带通滤波器,图符11实现相干载波的提取,图符10为乘法器,图符14为低通滤波器,图符15、16、19实现抽样判决,图符17、18实现差分解码。
图符13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
9
Operator:
LinearSys
ButterworthBandpassIIR
3Poles,LowFc=20e+3Hz,HiFc=60e+3Hz
QuantBits=None,InitCndtn=Transient,
DSPModeDisabled,FPGAAware=True,
RTDAAware=Full
11
Comm:
Costas
VCOFreq=40e+3Hz,VCOPhase=0deg
ModGain=1Hz/v,LoopFltr=1+1/s+1/s^2
Output0=BasebandInPhase,
Output1=BasebandQuadrature
Output2=VCOInPhase,Output3=VCOQuadraturet10
RTDAAware=Full
14
Operator:
LinearSys
BesselLowpassIIR
3Poles,Fc=16e+3Hz,QuantBits=None,InitCndtn=Transient
DSPModeDisabled,FPGAAware=True,RTDAAware=Full
15
Operator:
Sampler
Interpolating,Rate=20e+3Hz,Aperture=0sec,ApertureJitter=0sec
16
Operator:
Hold
LastValue,Gain=1,OutRate=200e+3Hz
17
Logic:
XOR
GateDelay=0sec,Threshold=0v,TrueOutput=1v
FalseOutput=-1v,RiseTime=0sec,FallTime=0sec
18
Operator:
Delay
Non-Interpolating,Delay=50.e-6sec,Output0=Delayt19
Output1=Delay-dT
19
Logic:
Buffer
GateDelay=0sec,Threshold=0v,TrueOutput=1v
FalseOutput=-1v,RiseTime=0sec,FallTime=0sec
调制信号为PN序列,码速率Rb=20kbit/s;正弦载波的频率为40kHz。
系统定时:
起始时间0秒,终止时间1.2475e-3秒,采样点数500,采样速率200e+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所示。
低通滤波与乘法器输出的瀑布图
2DPSK系统输入的PN序列和输出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,眼图张开度较大,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。
5、主要信号的功率谱密度:
2DPSK的谱如图24所示。
图242DPSK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、低通滤波器的单位冲击相应及幅频特性曲线:
低通滤波器的单位冲击相应
低通滤波器的幅频特性曲线
7、带通滤波器的单位冲击相应及幅频特性曲线:
带通滤波器的单位冲击相应
带通滤波器的幅频特性曲线
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- DPSK 调制 解调 键控 相干