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
2FSK系统及其性能估计
———2FSK系统的键控非相干解调
1、实验目的：
（1）了解2FSK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2FSK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∆ϕ，可定义一种数字信息和∆ϕ之间的关系为
则一组二进制数字信息和其对应的2DPSK信号的载波相位关系如下表所示
数字信息和∆ϕ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0产生绝对码序列，传码率为10kbit/s。
图符1和图符2实现差分编码；图符3输出正弦波，频率为20kHz；图符5对正弦波反相；图符4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:
PNSeq
Amp=1v，Offset=0v，Rate=10e+3Hz，
Levels=2，Phase=0deg
1
Operator:
Delay
Non-Interpolating，Delay=100.e-6sec，Output0=Delay，
Output1=Delay-dTt2
2
Logic:
XOR
GateDelay=0sec，Threshold=0v，TrueOutput=1v
FalseOutput=-1v
3
Source:
Sinusoid
Amp=1v，Freq=20e+3Hz，Phase=0deg，
Output0=Sinet4t5，Output1=Cosine
4
Logic:
SPDT
SwitchDelay=0sec，Threshold=500.e-3v，
Input0=t3Output0，Input1=t5Output0，Control=t2
5
Operator:
Negate
系统定时：
起始时间0秒，终止时间1.5e-3秒，采样点数500，采样速率300e+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2DPSK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20kHz。
6、思考题：
（1）如果调制信号PN序列的传码率改为20kbit/s，调制系统中哪些图符的参数要做改变?
怎样改变?
仿真软件的系统定时该如何设置？
（2）观察功率谱密度，PN序列的功率谱和2DPSK信号的功率谱中，有无离散分量？
为什么？
它们的带宽分别是多少？
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＝10kbit/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11为带通滤波器，图符13实现相干载波的提取，图符12为乘法器，图符15为低通滤波器，图符16、17、18实现抽样判决，图符19、20实现差分解码。
图符19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
11
Operator:
LinearSys
ButterworthBandpassIIR
3Poles，LowFc=10e+3Hz，HiFc=30e+3Hz
QuantBits=None，InitCndtn=Transient，
DSPModeDisabled，FPGAAware=True，
RTDAAware=Full
13
Comm:
Costas
VCOFreq=20e+3Hz，VCOPhase=0deg
ModGain=1Hz/v，LoopFltr=1+1/s+1/s^2
Output0=BasebandInPhase，
Output1=BasebandQuadrature
Output2=VCOInPhase，Output3=VCOQuadraturet12
RTDAAware=Full
15
Operator:
LinearSys
BesselLowpassIIR
3Poles，Fc=8e+3Hz，QuantBits=None，InitCndtn=Transient
DSPModeDisabled，FPGAAware=True，RTDAAware=Full
16
Operator:
Sampler
Interpolating，Rate=10e+3Hz，Aperture=0sec，ApertureJitter=0sec
17
Operator:
Hold
LastValue，Gain=1，OutRate=200e+3Hz
18
Logic:
Buffer
GateDelay=0sec，Threshold=0v，TrueOutput=1v
FalseOutput=-1v，RiseTime=0sec，FallTime=0sec
19
Logic:
XOR
GateDelay=0sec，Threshold=0v，TrueOutput=1v
FalseOutput=-1v，RiseTime=0sec，FallTime=0sec
20
Operator:
Delay
Non-Interpolating，Delay=100.e-6sec，Output0=Delayt19
Output1=Delay-dT
调制信号为PN序列，码速率Rb＝10kbit/s；正弦载波的频率为20kHz。
系统定时：
起始时间0秒，终止时间1.95e-3秒，采样点数500，采样速率300e+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。
图182DPSK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、思考题：
（1）在相干解调法中，采用其它方法提取相干载波，试仿真之。
（2）和相干解调法相比，差分相干解调法有哪些优势？
用SystemView对二进制差分相位键控（2DPSK）
进行性能估计
1、实验目的：
（1）了解2DPSK系统电路组成、工作原理和特点；
（2）学会分析2DPSK系统的抗噪声性能；
（3）掌握使用SystemView软件对2DPSK系统进行性能估计的方法。
2、实验内容：
以2DPSK作为系统输入信号，码速率Rb＝10kbit/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）采用非相干解调法实现2DPSK的解调，分别观察系统各点波形。
（3）获取主要信号的功率谱密度。
3、实验原理：
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