DPSK调制与解调键控调制相干解调.docx
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DPSK调制与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40可定义一种数字信息与40之间的关系为
表示数字信息“0”
表示数字信息T”
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
二进制数字信息:
11010011
2DPSK信号相位
（0）7100龙兀龙0717T
或
（龙）0龙兀000龙00
数字信息与dp之间的关系也可以定义为
0,表示数字信息“1”
兀,表示数字信息“0”
2DPSK信号调制过程波形如图1所示。
1
0010110
绝对円U1
图12DPSK信号调制过程波形
可以看岀，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。
开关电路
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，｛〃計为差分编码序列。
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S
图3差分編码器
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I0kbit/So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
库冷称
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・dTl2
2
Logic:
XOR
GateDelay=0sec,Threshold=0v,TnieOutput=1v
FalseOutput=-1v
3
Source:
Sinusoid
Amp=1v.Freq=20e+3Hz,Phase=0deg.
Output0=Sinet4t5,Output1=Cosine
4
Logic:
SPDT
SwitchDelay=0sec,Threshold=5OO.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,釆样点数500,采样速率3OOe+3Hz,
获得的仿真波形如图5所示。
0
250e-6
500"
750e-6TimeinSeconds
1e-3
1.25&-3
1.5e-3
SystemVe*
（a）
绝对码序列
差分码（18）
0
111
250e-6
11•11
500e^
•III
750e-S
••11••1
1e-3
Bill
1.25e-3
••1
4.5*3
Illi
500e-6
750e^
TimeinSeconds
1e-3
1.25e-3
1.5e-3
SystemVie^
（b）
相对码序列
opu二一dsry
（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
的相位变化兀相位；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。
WaterfallPioto£w9
02&0e-S500"750"1e-31.25e-34.5*3
IIIIIIII•0IIIIII••II«IIIIIIIII
1.25e-31.5e-3
SystemVe*
「A/WWWWWWWWWVWWWV—•11—I1i11—•—I—•—ti11•i—i1—I11—i11i11•—I
0250e-3500"750"1e-3
TimeinSeconds
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。
FowerSpectrumof正弦载疲（dBn50ohns）MixedRad:
匆「355e“3
匆4355e^3
FrequencyinHz（dF=25Jf
SystemVe^
图II正弦载波的频谱
2DPSK的功率谱如图12所示。
025e+350e-375e+3
FrequencyinKz（dF=24.41?
SystemVie**
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；乂由图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。
111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訂的，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20kHzo
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：
（b）
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，｛必｝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X
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输岀再生的绝对码。
图符的参数设置如表3所示。
表3：
相「•解调法图符参数设置表
编号
库/名称
参数
11
Operator:
LinearSys
ButteworthBandpassHR
3Poles,LowFc=10e+3Hz,HiFc=30e+3HzQuantBits=None,InitCndtn=Transient♦DSPModeDisabled»FPGAAware=True,RTDAAware=Full
13
Comm:
Costas
VCOFreq=20e+3Hz,VCOPhase=0degModGain=1Hz/v,LoopFltr=1+1/s+l/sA2Output0=BasebandInPhase,
Output1=BasebandQuadrature
Output2=VCOInPhase,Output3=VCOQuadraturetl2
RTDAAware=Full
15
Operator:
LinearSys
BesselLowpassHR
3Poles•Fc=8e+3Hz,QuantBits=None.InilCndtn=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=-lv»RiseTime=0sec,FallTime=0sec
20
Operator:
Delay
Non-Interpolating>Delay=100.e-6sec^Output0=Delay119
Output1=Delay-dT
调制信号为PN序列，码速率/?
/7=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，釆样点数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
带通输出（112）
TimeinSeconds
（b）带通滤波器的输岀
（f）解调输出的相对码
输出绝对玛（125）
图17相丁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。
WaterfallPloto£w!
3
SystemVeA*
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。
025e-650e-675e-61OOe-&
TimeinSeconds
信噪比OdB时的眼图
Sliced接收浣波器后信号QioRepeatsSt：
art二25e"&s^Length.=10
&25e-650e-675e-6化0“
TimeinSeconds
信噪比5dB时的眼图
Sliced搔收谑波器后信号（NoRepeat^Start二25e"6s?
Length=10
025e-050e675e-S1OOe-&
TimeixtSeconds
信噪比20dB时的眼图
Sliced接收濾波器后信号QloStart二25e-8s?
Length二10
TimeinSeconds
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。
PowerSpectrumo£2DPSK（dBm50ulms）
0
输出P\序列的基带谱如图26所示。
图26输岀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
7requencyResponse:
GainindBvs：
F
reqinHz（dF=195Hz）
0-
■Ml-
—
——
.inn-
f-
\
.9fin-
.qnn-
・250・
L
20（
皿40e
x+360e
£80e
+3100
643
低通滤波器的幅频特性曲线
7、思考题：
（1）在相干解调法中，釆用其它方法提取相干载波，试仿真之。
（2）与相干解调法相比，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）釆用相干解调法实现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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