1、2PSK及其性能估計 鍵控調制，相干解調1、實驗目的：（1）了解2PSK系統的電路組成、工作原理和特點；（2）分別從時域、頻域視角觀測2PSK系統中的基帶信號、載波及已調信號；（3）熟悉系統中信號功率譜的特點；（4）學會分析2DPSK系統的抗噪聲性能；（5）掌握使用SystemView軟件對2DPSK系統進行性能估計的方法。2、實驗內容：（1）以PN碼作為系統輸入信號，碼速率Rb20kbit/s。i. 采用鍵控法實現2PSK的調制；ii. 觀察絕對碼序列、調制信號、載波及2PSK等信號的波形。iii. 獲取主要信號的功率譜密度。（2）以2PSK作為系統輸入信號，碼速率Rb20kbit/s。i.

2、 采用相干解調法實現2PSK的解調，分別觀察系統各點波形;ii. 獲取主要信號的功率譜密度。3、實驗原理：在二進制數字調控中，當正弦載波的相位隨二進制數字基帶信號離散變化時，則產生二進制移相鍵控（2PSK）信號。通常用已調信號載波的0°和180°分別表示二進制數字基帶信號的1和0。二進制移相鍵控信號的時域表達式為其中，選擇雙極性，即=是脈寬為、高度為1的矩形脈沖，則有 當發送二進制符號1時，已調信號取0°相位，發送二進制符號0時，取180°。若用表示第n個符號的絕對相位，則有，其中 這種以載波的不同相位直接表示相應二進制數字信號的調制方式，成為二進制絕對

3、移相方式。數字相位調制是用數字基帶信號控制載波的相位， 使載波的相位發生跳變的一種調制方式，2PSK( 二進制相位鍵控) 調制可采用直接調相法即雙極性數字基帶信號與載波直接相乘的方法，也可采用相位選擇法即由振蕩器和反相器電路來實現調制的方法。其原理框圖如下，這就是一種數字鍵控法。2PSK信號調制過程波形如圖所示：2PSK信號可以采用相干解調方式，對2PSK信號進行相干解調，恢復出絕對碼，從而恢復出發送的二進制數字信息。解調器原理圖和解調過程各點時間波形如圖(a)、(b)所示：（a）2PSK信號相干解調系統性能分析模型如下圖所示。假定信道噪聲為加性高斯白噪聲，其均值

4、為0、方差為；發射端發送的2PSK信號為 2PSK信號相干解調系統性能分析模型則經信道傳輸，接收端輸入信號為（1）此處，為簡明起見，認為發送信號經信道傳輸后除有固定衰耗外，未受到畸變，信號幅度：。經帶通濾波器輸出（2）其中，為高斯白噪聲經BPF限帶后的窄帶高斯白噪聲。取本地載波為，則乘法器輸出，將式（2）代入，并經低通濾波器濾除高頻分量，在抽樣判決器輸入端得到 （3） 根據分析可知，為高斯噪聲，因此，無論是發送“1”還是“0”，瞬時值的一維概率密度、都是方差為的正態分布函數，只是前者均值為，后者均值為，即 （4） （5）其曲線如上圖所示。之后的分析完全類似于2ASK時的分析方法。不難得到：當時

5、，2PSK系統的最佳判決門限電平為 （6）在最佳門限時，2PSK系統的誤碼率為 （7）式中，為接收端帶通濾波器輸出端信噪比。在大信噪比下，上式成為 （8）數字調制用“星座圖”來描述，星座圖中定義了一種調制技術的兩個基本參數：（1）信號分布；（2）與調制數字比特之間的映射關系。星座圖中規定了星座點與傳輸比特間的對應關系，這種關系稱為“映射”，一種調制技術的特性可由信號分布和映射完全定義，即可由星座圖來完全定義。4、系統組成、圖符塊參數設置及仿真結果：鍵控法：采用鍵控法進行調制的組成如圖所示。其中圖符0產生絕對碼序列，傳碼率為20kbit/s；圖符1輸出正弦波，頻率為20k Hz；圖符2對正弦波反

6、相；圖符3為鍵控開關。圖符3輸出2PSK信號。圖符的參數設置如表1所示。 表1：鍵控法圖符參數設置表編號庫/名稱參 數0Source: PN SeqAmp = 1 v，Offset = 0 v，Rate = 20e+3 Hz，Levels = 2，Phase = 0 deg，Max Rate = 600e+3 Hz1Source: SinusoidAmp = 1 v，Freq = 40e+3 Hz，Phase = 0 deg，Output 0 = Sine t3 t2 t14 ，Output 1 = Cosine2Operator: NegateMax Rate = 600e+3 Hz3Log

7、ic: SPDTSwitch Delay = 0 sec，Threshold = 500e-3 v，Input 0 = t1 Output 0，Input 1 = t2 Output 0，Control = t0 Output 0，Max Rate = 600e+3 Hz相干解調法：相干解調法的系統組成如圖所示。 其中，圖符4為帶通濾波器，圖符6實現相干載波的提取，圖符5為乘法器，圖符7為低通濾波器，圖符8、9、10實現抽樣判決。圖符10輸出絕對碼。圖符的參數設置如表2所示。表2：相干解調法圖符參數設置表編號庫/名稱參 數4Operator: Linear Sys Butterworth Ba

8、ndpass IIR3 Poles，Low Fc = 20e+3 Hz，Hi Fc = 60e+3 Hz，Quant Bits = None Init Cndtn = Transient， DSP Mode Disabled，Max Rate = 600e+3 Hz5Multiplier: Non ParametricInputs from t4p0 t6p2 ，Outputs to 7，Max Rate = 600e+3 Hz6Comm: CostasVCO Freq = 40e+3 Hz，VCO Phase = 0 deg，Mod Gain = 1 Hz/v，Loop Fltr = 1 +

9、 1/s + 1/s2，Output 0 = Baseband InPhase ，Output 1 = Baseband Quadrature ，Output 2 = VCO InPhase t5 t19 ，Output 3 = VCO Quadrature ，Max Rate (Port 2) = 600e+3 Hz7Operator: Linear SysBessel Lowpass IIR 3 Poles，Fc = 8e+3 Hz，Quant Bits = None，Init Cndtn = Transient，DSP Mode Disabled，Max Rate = 600e+3 Hz

10、8Operator: SamplerInterpolating，Rate = 40e+3 Hz，Aperture = 0 sec，Aperture Jitter = 0 sec， Max Rate = 20e+3 Hz9Operator: HoldLast Value，Gain = 1，Out Rate = 600e+3 Hz，Max Rate = 600e+3 Hz10Logic: BufferGate Delay = 0 sec，Threshold = 0 v，True Output = 1 v，False Output = -1 v，Rise Time = 0 sec，Fall Time

11、 = 0 sec，Max Rate = 600e+3 Hz調制信號為PN序列，碼速率Rb20kbit/s；正弦載波的頻率為40k Hz。系統定時：起始時間0秒，終止時間831.667e-6秒，采樣點數500，采樣速率600kHz。 性能估計：性能估計的系統組成如圖所示。圖符的參數設置如表3所示。表3：性能估計圖符參數設置表編號庫/名稱參 數25、26Operator: ReSampleRate = 600e+3 Hz30Sink: Final ValueInput from t28 Output Port 132Operator: Smpl DelayDelay = 30 samples， A

12、ttribute = Passive， Initial Condition = 0 v， Fill Last Register， Output 0 = Delay t33 ， Output 1 = Delay - dT33Comm: BER RateNo. Trials = 3 bits， Threshold = 500e-3 v， Offset = 0 sec， Output 0 = BER ， Output 1 = Cumulative Avg t30 ， Output 2 = Total Errors圖符26前面連接原PN序列。調制獲得仿真波形圖如下： 從絕對碼和已調波的波形對比中可以發

13、現，絕對碼序列中的“1”使已調信號的相位變化相位；絕對碼的“0”使已調信號的相位變化0°相位。絕對碼和2PSK的覆蓋圖和瀑布圖如圖所示：解調獲得仿真波形圖如下： 2PSK系統輸入的PN序列和輸出PN序列的覆蓋圖和瀑布圖如圖所示：眼圖：沒有噪聲情況下的仿真結果，眼圖張開度較大，掃跡清晰，如下： 在不同信噪比之下的眼圖： 信噪比5dB時的眼圖 信噪比20dB時的眼圖信噪比30dB時的眼圖信噪比50dB時的眼圖可以看出隨著信噪比的增加，眼圖質量越來越好。誤碼率曲線如下圖：5、主要信號的功率譜密度：由圖可見，基帶信號的大部分能量落在第一個零點（20kHz）的頻率范圍之內，即基帶帶寬為20kHz譜。由圖