通信原理 BPSK传输系统设计与仿真实验指导书Word格式.docx
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1.PC机一台
2.安捷伦科技EESof软件ADS:
AdvancedDesignSystem–2005A
3.计算机操作系统:
Win2000,WinXP,HPUnix11.0,SunUnix5.8等
4.元器件模块:
(1)Sinusoid正弦波信号发生器(Sinusoidsignalgenerator);
(2)Data数字序列信号发生器(Datagenerator);
(3)信号类型转换器(SignalConverters):
TimedToFloat信号类型转换器、FloatToTimed信号类型转换器;
(4)TimedSink信号接收器(TimedDataCollector);
(5)SpectrumAnalyzer频谱分析仪(Spectrumanalyzer);
(6)DF数据流控制器(DataFlowController);
(7)Mpy2乘法器(2-InputMultiplier);
(8)VAR变量和方程式模块(器件)(VariablesandEquationsComponent)。
(9)时钟源Clock,
(10)抽样保持器SampleAndHold,
(11)带通滤波器BPF_RaisedCosineTimed,
(12)低通滤波器为LPF_RaisedCosineTimed,
(13)限幅器Limiter,
三、实验原理
在(2PSK)的调制技术中,载波的相位随数字基带信号改变。
2PSK信号的时域表达式为:
是用双极性码元表示二进制数字基带信号的,即:
设g(t)是幅度为1、宽度为Tb的矩形脉冲,则有:
二进制相移键控信号的时间波形如图所示。
二进制相移键控信号的时间波形
2PSK信号的产生方法主要有两种:
相乘法和相位选择法。
产生2PSK信号的调制器原理图如图6-12所示,其中图(a)是采用乘法器的方法产2PSK信号,图(b)和(c)是采用数字键控(相位选择)的方法产生2PSK信号。
图6-122PSK信号的调制器原理图
3.2PSK信号的解调
2PSK信号的解调只能采用相干解调的方法,也称极性比较法,其原理如图6-13(a)所示,2PSK信号相干解调各点的波形如图6-13(b)、(c)所示。
图6-132PSK相干解调器原理图及各点波形
解调的过程,实质上是接收的已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程。
不考虑噪声时,带通滤波器输出a点波形与输入端2PSK波形相同,a点与b点本地恢复的同步载波相乘,得到c点波形其表达式为:
;
经低通滤波器滤掉高频分量输出为:
得到d点波形,经抽样判决,恢复出原数字信号,如图(b)所示。
x为抽样时刻的值,判别规则为x>
0,判为0,x<
0,判为1。
在相干解调中,要求本地恢复的相干载波相位与接收的2PSK信号同频同相,由于本地恢复的载波相位有随机性,当恢复的载波产生1800倒相时,如图(c)中波形b,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号“1”和“0”正好相反,解调器输出的数字基带信号全部出错,如图(c)所示。
这种现象通常称为“倒л”现象或称反向工作,也称相位模糊。
这对数字传输来说是不能允许的。
克服相位模糊最常用的办法是,采用相对相移键控技术(DPSK)。
四、实验内容
1.设计一个(2PSK)调制/解调系统。
采用乘法器的方法产2PSK信号。
采用相干解调的方法,也称极性比较法,解调2PSK信号,并还原成原始数字信号
2.应用ADS软件:
AdvancedDesignSystem–2005A构建所设计的(2PSK)调制/解调系统模型。
3.应用ADS软件:
AdvancedDesignSystem–2005A对所设计的(2PSK)调制/解调系统进行测试及分析。
(1).记录保存各点的测试数据。
(2).测试、观察、画出(2PSK)调制/解调系统各关键点的时域波形,并对其进行比较、分析。
(3).测试、观察、画出(2PSK)调制/解调系统的基带信号和已调信号的频域波形,并对其进行比较、分析。
五、实验步骤
1.应用ADS软件:
AdvancedDesignSystem–2005A构建所设计的(2PSK)调制/解调系统。
要求采用乘法器的方法产2PSK信号。
开始步骤与(2PSK)调制系统实验相同:
(1)开始运行ADS:
执行“程序->
AdvancedDesignSystem2005A->
RFDesigner”,如图(图1.1)。
图1.1图1.2
(2)新建一个工程文件:
在ADS窗口,执行“File-〉NewProject…”,如图(图1.2)。
在“NewProject”窗口中,创建工程名d:
\学生姓名,如d:
\zhanglibao如图(图1.3),点击OK。
图1.3图1.4
在出现的“SchematicWizard”窗口,选中“Nohelpneeded”如图(图1.4),Finish即可完成创建。
进入原理图窗口如图(图1.5)。
图1.5
(3)创建项目文件:
在原理图窗口中,执行“File-〉NewDesign…”并命名为:
“学生姓名”,如图(图1.6)。
在“TypeofNetwork”中,选中“DigitalSigalProcessingNetwork”,其它的不变点击OK。
图1.6
2.构建(2PSK)调制/解调系统模型及参数设置
(1).寻找元器件
有三种方法:
(a).知道元器件在哪个库中时选择相应的“库函数”,从下方的“元件图”中拉出想要的元器件。
如图(图1.7)
(b).知道元器件名时在“元件名”的位置直接输入“元件名”即可调出元器件。
注意:
输入时系统区分大小写。
(c).前两种都不知道,只知道大概的元器件名时,点击“查找元件图标”,如图(图1.7)。
在出来的窗口中点击
输入sin进行查找,即可出现如图(图1.8)的结果,点中Sinusoid那行即可拉出相应的元器件。
在Libraries中可以看到相应的库名。
图1.7
图1.8
(2)配置系统模型中各模块及参数设置
(a).需要的元器件有:
正弦波发生器,DATA信号发生器,信号类型转换器,信号接收器,频谱仪器,DF数据流控制器,乘法器,VAR变量和方程式器件。
带通滤波器,抽样保持器,时钟源,低通滤波器,限幅器。
在实验一的基础上添加器件。
把实验一中的正弦波发生器,信号类型转换器,信号接收器,乘法器进行复制,再添加新的器件。
图3.1
(b).按照寻找元器件的第二种方法搭建,
正弦波发生器“元件名”为Sinusoid,用两个。
双击如图(图3.1)中的正弦函数,出现如图(图3.2)并按图进行参数设置。
TSemp=Tsemp,Vpeak=1.0V,Frequency=1MHz,Phase=0.0,DecayRatio=0,Delay=0.0sec,DurationTime=1usec,Repetitionlnterval=1usec。
其中Tsemp是变量,会在VAR变量和方程式器件中赋值。
当有不明白的地方时可以点击如图(图3.2)右下角的help帮助进行了解。
当“Displayparameteronschematic”前面打对勾时证明需要显示。
。
图3.2
DATA信号发生器“元件名”为Data;
并按如图(图3.3)进行参数设置。
Rout=50.0m0hm,RTemp=-273.15,TSemp=Tsemp,BitTime=BitTime,SequencePattern=8,Repeat=Yes。
其中Tsemp、BitTime是变量,会在VAR变量和方程式器件中赋值。
图3.3
信号类型转换器(1.黑色箭头表示时系数,2.蓝色箭头表示浮点数)“元件名”为TimedToFloat用三个,FloatToTimed用一个,注意蓝的要和蓝的箭头接,黑的要和黑色箭头接,颜色一定要一致。
信号类型转换器TimedToFloat的作用是把模拟信号变为数字信号如图(图3.4),FloatToTimed是反过来。
信号类型转换器不需要修改参数。
图3.4
信号接收器“元件名”为TimedSink用三个,如图(图3.5)。
频谱分析仪“元件名”为SpectrumAnalyzer用一个。
如图(图3.512)。
图3.5
DF数据流控制器“元件名”为DF,并按如图(图3.6)进行参数设置。
DefaultNumericStart=0,DefaultNumericStop=100,DefaultTimeStart=0usec,DefaultTimeStop=100usec。
并在“display”窗口中在这四项打上对勾,OK进行显示。
图3.6
乘法器“元件名”为Mpy2,这是一个数字乘法器。
如图(图3.7)
图3.7
VAR变量和方程式器件“元件名”为VAR,并按如图(图3.8)进行参数设置。
Tstep=0.1usec,BitTime=10usec。
图3.8
限幅器“元件名”为Limiter,并按如图(图3.9)进行参数设置。
Nlimit=-1V,Plimit=1V,Gain=1。
图3.9
低通滤波器“元件名”为LPF_RaisedCosineTimed,并按如图(图3.10)进行参数设置。
Loss=0.0,CornerFreq=100kHz,ExcessBw=0.5,Delay=1usec。
图3.10
带通滤波器“元件名”为BPF_RaisedCosineTimed,并按如图(图3.11)进行参数设置。
Loss=0.0,FCenter=1000000.0kHz,ExcessBw=0.5,Delay=1usec。
图3.11
抽样保持器:
“元件名”为SampleAndHold,并按如图(图3.12)进行参数设置。
图3.12
时钟源,“元件名”为Clock,并按如图(图3.13)进行参数设置。
图3.13
(3)构建系统连接图
点击图标把找到的元器件进行连接,连接方式如图(图3.14),保存即可。
图3.14
3.运行仿真程序并分析仿真结果:
在原理图窗口中,单击Simulate运行仿真程序,结果正确时,出现如图(图3.15)结果,单击图标,出现显示窗口,点击并拉出图框,在“PlotType”窗口如图(图3.16)中,加入T3(输入数据流)、T4(本地振荡正弦波