用System-View仿真实现2PSK

通信系统实验实验报告数字频带传输系统及其性能估计实验——2PSK模拟调制、相干解调数字频带传输系统及其性能估计实验——2PSK模拟调制、相干解调用SystemView仿真实现二进制移相键控（2PSK）模拟调制1、实验目的（1）了解2PSK系统模拟调制的电路组成、工作原理和特点；（2）分别从时域、频域视角观测2PSK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＝20kbit/s。（1）采用模拟调制法实现2PSK的调制；观测已调的2PSK波形。（2）获取主要信号的功率谱密度。3、实验原理在二进制数字调控中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控（2PSK）信号。通常用已调信号载波的0°和180°分别表示二进制数字基带信号的1和0。二进制移相键控信号的时域表达式为nsnPSKnTtgate)()(2tccos其中，na选择双极性，即na=,1,1PP1发送概率为发送概率为)(tg是脉宽为ST、高度为1的矩形脉冲，则有,cos,cos)(2ttteccPSKPP1发送概率为发送概率为当发送二进制符号1时，已调信号)(2tePSK取0°相位，发送二进制符号0时，)(2tePSK取180°。若用n表示第n个符号的绝对相位，则有)(2tePSK)cos(nct，其中1800n符号发送符号发送0,1,这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式，成为二进制绝对移相方式。其模拟调制原理图如下：码型变换乘法器双极性不归零)(2tePSKtccos4、系统组成、图符块参数设置及仿真结果：图12PSK模拟调制与相干解调系统组成图2单/双码变换图3模拟调制其中图符0产生单极性PN序列，经过图符2、3转换后为双极性PN序列，传码率为20kbit/s；图符6输出正弦波，频率为40kHz；图符4输出模拟调制的2PSK信号；图符12输出高斯噪声。图符参数设置如下表：编号库/名称参数(Token0)Source:PNSeqAmp=500.e-3vOffset=500.e-3vRate=20e+3HzLevels=2Phase=0degMaxRate=400e+3Hz(Token2)Function:ExponentConstanta=-1(Token4)Multiplier:NonParametricInputsfrom86Outputsto510(Token5)Adder:NonParametricInputsfrom412Outputsto2019(Token6)Source:SinusoidAmp=1vFreq=40e+3HzPhase=0degOutput0=Sinet7t4Output1=Cosine(Token8)Operator:Negate(Token12)Source:GaussNoiseStdDev=100.e-3vMean=0v系统定时：起始时间0秒，终止时间497.5e-6秒，采样点数200，采样速率400kHz。获得仿真波形图如下：图4调制过程仿真波形图5原PN序列和2PSK信号的瀑布图5、主要信号的功率谱密度：图6单极性PN序列频谱图7载波频谱图8已调制信号频谱由图6可见，基带信号的大部分能量落在第一个零点（20kHz）的频率范围之内，即基带带宽为20kHz谱。由图7可见，载频信号的频谱位于40kHz，且频谱较纯。由图8可见，已调信号的频谱为2PSK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仿真实现二进制移相键控（2PSK）（相干）解调1、实验目的（1）了解2PSK系统相干解调的电路组成、工作原理和特点；（2）分别从时域、频域视角观测2PSK系统中各点的波形；（3）熟悉系统中信号功率谱的特点。2、实验内容以已调的2PSK信号为系统输入信号，码速率Rb=20kbit/s.（1）采用相干解调法实现2PSK信号的解调，观察各点波形。（2）获取主要信号的功率谱密度。3、实验原理2PSK信号的解调通常都是采用相干解调，解调器原理图如下。在相干解调过程中需要用到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波。2PSK信号相干解调各点时间波形如下：4、系统组成、图符块参数设置及仿真结果：带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器acde输出定时脉冲tccosb)(2tePSK图12PSK模拟调制与相干解调系统组成图9相干载波的提取与相干解调图符19为相干载波的提取，图符20为带通滤波器，图符13为低通滤波器，图符15、16、17组成抽样判决器。图符参数设定如下：编号库/名称参数(Token20)Operator:LinearSysButterworthBandpassIIR3PolesLowFc=20e+3HzHiFc=60e+3HzQuantBits=NoneInitCndtn=TransientDSPModeDisabledFPGAAware=TrueRTDAAware=Full(Token11)Multiplier:NonParametricInputsfrom2019Outputsto13(Token19)Comm:CostasVCOFreq=40e+3HzVCOPhase=0degModGain=1Hz/vLoopFltr=1+1/s+1/s^2Output0=BasebandInPhaseOutput1=BasebandQuadratureOutput2=VCOInPhaseOutput3=VCOQuadraturet11t21RTDAAware=Full(Token13)Operator:LinearSysButterworthLowpassIIR3PolesFc=16e+3HzQuantBits=NoneInitCndtn=0DSPModeDisabledFPGAAware=TrueRTDAAware=Full(Token15)Operator:SamplerInterpolatingRate=40e+3HzAperture=0secApertureJitter=0sec(Token17)Operator:HoldLastValueGain=1OutRate=400e+3Hz(Token16)Operator:CompareComparison=''TrueOutput=1vFalseOutput=0vAInput=t18Output0BInput=t17Output0(Token18)Source:SinusoidAmp=0vFreq=0HzPhase=0degOutput0=Sinet16Output1=Cosine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497.5e-6秒，采样点数200，采样速率400kHz。获得仿真波形图如下：图10相干解调过程的仿真波形2PSK系统输入的PN序列和输出PN序列的瀑布图如图11所示。图112PSK系统输入的PN序列和输出PN序列的瀑布图没有噪声情况下的仿真结果，眼图张开度较大，扫迹清晰，如下：图12眼图在不同信噪比之下的眼图：信噪比0dB时的眼图信噪比3dB时的眼图信噪比5dB时的眼图信噪比20dB时的眼图信噪比50dB时的眼图由不同信噪比下的眼图可以看到，随着信噪比的增加，眼图质量越来越好。6、主要信号的功率谱密度：图132PSK的谱图14带通滤波器输出信号的谱图15低通滤波器输出信号的谱图16提取相干载波的谱图17乘法器输出的谱7、低通滤波器的单位冲击相应及幅频特性曲线：图18低通滤波器的单位冲击相应图19低通滤波器的幅频特性曲线使用SystemView对二进制移相键控（2PSK）进行性能估计1、实验目的（1）了解2PSK系统电路组成、工作原理和特点；（2）学会分析2PSK系统的抗噪声性能；（3）掌握使用SystemView软件对2PSK系统进行性能估计的方法。2、实验内容以2PSK作为系统输入信号，码速率Rb＝20kbit/s。（1）采用相干解调法实现2PSK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2PSK信号相干解调系统性能分析模型如图5-22所示。假定信道噪声为加性高斯白噪声)(tn，其均值为0、方差为2n；发射端发送的2PSK信号为”，发“”发“，0cos1cos)(tAtAtsccT×BPFLPF抽判定时脉冲解调器tccos2)(ty)(tz)(tx}{na)(ts信道发送端)(tsT)(tn)(tyidU图5-222PSK信号相干解调系统性能分析模型则经信道传输，接收端输入信号为”，发“”，发“0cos1cos)(tntatntatycci（5-72）此处，为简明起见，认为发送信号经信道传输后除有固定衰耗外，未受到畸变，信号幅度：aA。经带通滤波器输出”，发“”发“，0sin)(cos)(cos1sin)(cos)(cos)(ttnttntattnttntatntstycsccccsccci（5-73）其中，ttnttntncsccisin)(cos)()(为高斯白噪声)(tn经BPF限带后的窄带高斯白噪声。取本地载波为tccos2，则乘法器输出ttytzccos)(2)(将式（5-73）代入，并经低通滤波器滤除高频分量，在抽样判决器输入端得到”，发“”，发“0)(1)()(tnatnatxcc（5-74）根据2.5节的分析可知，)(tnc为高斯噪声，因此，无论是发送“1”还是“0”，)(tx瞬时值x的一维概率密度)(1xf、)(0xf都是方差为2n的正态分布函数，只是前者均值为a，后者均值为a，即”，发“1]2)(exp[21221nnaxxf（5-75）”，发“0)2)(exp(21220nnaxxf（5-76）其曲线如图5-23所示。之后的分析完全类似于2ASK时的分析方法。不难得到（过程从略，读者自己证明）：当2/1)0()1(PP时，2PSK系统的最佳判决门限电平为0dU（5-77）在最佳门限时，2PSK系统的误码率为01010010)()]1()0([)()()1()()0()1/0()1()0/1()0(dxxfPPdxxfdxxfPdxxfPPPPPPe)(21rerfc（5-78）式中，222nar为接收端带通滤波器输出端信噪比。在大信噪比下，上式成为reerP21（5-79）数字调制用“星座图”来描述，星座图中定义了一种调制技术的两个基本参数：（1）信号分布；（2）与调制数字比特之间的映射关系。星座图中规定了星座点与传输比特间的对应关系，这种关系称为“映射”，一种调制技术的特性可由信号分布和映射完全定义，即可由星座图来完全定义。4、系统组成、图符块参数设置及仿真结果：图5-232PSK图图图图图图图图)1/0(P)0/1(PdUax)(xf)(0xf)(1xfa0图202PSK含误码率检测模拟调制与相干解调系统组成图202PSK含误码率检测组成图符23前面连接原PN序列，设定延迟时间为一个码元长度（Delay=50.e-6sec）图符参数设定如下：(Token23)Operator:DelayInterpolatingDelay=50.e-6secOutput0=Delayt25Output1=Delay-dT(Token24)Comm:BERRateNo.Trials=500bitsThreshold=500.e-3vOffset=10.e-9secOutput0=BERt30Output1=Cumulati