1、2PSK与2DPSK系统性能分析解读2PSK与2DPSK系统性能分析1课程设计目的1. 掌握2PSK、2DPSK的调制与解调原理; 2. 掌握仿真软件matlab的使用方法; 3. 完成对2PSK、2DPSK的调制与解调仿真电路设计,并对仿真结果进行分析。2课程设计要求1了解2PSK系统包括几部分,及每部分的功能特性。2了解2DPSK系统包括几部分,及每部分的功能特性。3就其调制部分,利用分立元件搭建电路。4掌握理论联系实践的方法。3相关知识31 matlab软件的应用MATLAB是矩阵实验室(MatrixLaboratory)之意。除具备卓越的数值计算能力外,它还提供了专业水平的符号计算,文
2、字处理,可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多.MATLAB软件具有以下特点:1)语言简洁紧凑,使用方便灵活,库函数极其丰富;2) 运算符丰富;3)MATLAB既具有结构化的控制语句(如for循环,while循环,break语句和if语句),又有面向对象编程的特性。4)程序限制不严格,程序设计自由度大。例如,在MATLAB里,用户无需对矩阵预定义就可使用。5)程序的可移植性很好,基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。6)MAT
3、LAB的图形功能强大。在FORTRAN和C语言里,绘图都很不容易,但在MATLAB里,数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。7)MATLAB的缺点是,它和其他高级程序相比,程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理,也不生成可执行文件,程序为解释执行,所以速度较慢。8)功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含两个部分:核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又分为两类:功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能,图示建模仿真功能,文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱用于
4、多种学科。而学科性工具箱是专业性比较强的,如control,toolbox,signl proceessing toolbox,commumnication toolbox等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的,所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序,而直接进行高,精,尖的研究。9)源程序的开放性。开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。除内部函数以外,所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件,用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。3.2 2PSK部分3.2.1 2PSK信号的定义数字信号的“1”都对应于已调信号中的载波0相位;数字信号
5、的“0”都对应于已调信号中载波相位,反之亦然。这种调相方式称为“绝对调相 ”。又称二相绝对调相(2PSK)。3.2.2 2PSK信号的产生 第一种方法:键控法 图1 2PSK信号的键控法框图 第二种方法:模拟调制法 图2 2PSK信号的模拟调制法框图3.2.3 2PSK信号的解调 因2PSK已调信号的包络幅度不变,所以不能采用包络检波法, 通常采用相干解调法解出2PSK的已调信号。图3 2PSK信号的相干解调框图2PSK信号属于DSB信号,它的解调,不再能采用包络检测的方法,只能进行相干解调。2PSK相干解调系统框图如下(图4)图4 2PSK信相干解调各点波形图3.3 2DPSK部分3.3.1
6、 2DPSK信号的定义 当数字信号为“1”时,码元中载波的相位相对于前一个码元的载波相位变化; 当数字信号为“0”时,码元中载波的相位相对于前一码元的载波相位不变化,反之亦然。这种调相方式称为二相相对调相(2DPSK)。二进制移相键控2PSK是利用载波相位的绝对数值来传送数字信息,也称为绝对移相。而2DPSK则是利用相邻的码元之间的载波相位差来传送消息,即相对移相。3.3.2 2DPSK的产生2DPSK信号的产生图5 2DPSK信号的调制方框图 图5中,波形变换器用来完成单极性不归零波形到双极性波形的变换,其变换关系为,因为,所以有。相对移相信号可以看成是把信息码(绝对码)变换成相对码,然后再
7、对相对码进行绝对移相形成的。3.3.3 2DPSK信号的解调差分相干解调法图6 2DPSK信号的差分相干解调方框图2PSK相干解调系统框图如下:图7 2PSK及2DPSK信号的波形2DPSK的差分相干解调法,不需要专门的本地相干载波,将2DPSK信号延时一个码元间隔后与2DPSK信号本身相乘,相乘的结果反映了前后码元的相对相位关系,经低通滤波器后送到抽样判决器,抽样判决器抽样的结果即为原始数字信息,不需要差分译码。只有2DPSK信号才能采用这种方法解调,因为它是以前一个码元的载波相位作为参考相位,而不是未调载波的相位。采用差分相干解调法的2DPSK方式,虽然不需要本地相干载波,但需要能够精确地
8、延迟一个码元间隔的延迟电路,延迟电路的精度要求很准,实际实现时,延时线不好作,而且2DPSK的抗噪声性能不如2PSK。4 课程设计分析4.1 2PSK、2DPSK调制解调原理4.1.1 2PSK调制与解调 2PSK信号的产生方法主要有两种,即相乘法和开关法。方框图如下图1(a),(b)所示:(a)开关法(b)相乘法图8 PSK调制方法4.12 2DPSK调制与解调 2DPSK调制原理方框图如下图9:图9 间接法信号调制器原理方框图2DPSK信号的解调,主要有两种方法,即相位比较法和相干解调法。相干解调法原理方框图如下图4:图10 相干解调法原理方框图4.2 2PSK及2DPSK系统的抗噪声性能
9、 4.2.1 2PSK在相干接收时的误码率 2PSK相干接收的模型如图13所示。 图13 2PSK相干接收的框图绝对相移键控信号只能采用相干接收,相干接收用的本地载波可以单独产生,也可以从接收信号中提取,从相干接收的模型图6.3-7可见,与2ASK相干接收时的模型相同。区别在于判决门限为0,而2ASK为的判决门限为a/2。 发“1”信号时,解调器的输入 发“0”信号时,解调器的输出为 所以当发“1”信号时,应该是x0, 但由于噪声的存在,可能出现x0,这就使得“1”错判为“0”。所以“1”错判为“0”的概率则为 同理,发“0”信号,错判为“1”的概率为 4.2.2 2DPSK信号的差分相干解调
10、 1) 差分相干接收机的构成 差分相干接收机的构成如图14所示。 图14 差分相干接收的框图可见,采用差分相干接收2DPSK信号时,不用本地载波,而是使用一个1bit的时延电路。 工作原理: 判 决 规 则 k k -1 cos(k -k -1) 判决后的数字信号 0 0 +1 0 0 -1 1 0 -1 1 +1 0 2)、误码率 发“1”信号的情况下,且前一码元为“1”, 利用恒等式 其中nc1、nc2、ns1和ns2是相互独立的正态随机变量;且均值为0,方差为2。 参见公式(6.3-30)可知,随机变量R1服从广义瑞利分布,随机变量R2服从瑞利分布。 在这里,R1可以看成余弦信号2aco
11、sc t窄带高斯变量的包络,窄带高斯变量的同相分量为(n1c+n2c ),正交分量为(n1s+n2s ),所以f(R1)服从Rice分布: R2可看成是一窄带高斯变量的包络,同相分量(n1c-n2c),正交分量(n1s-n2s)且均值为0,方差为2,所以f(R2 )服从瑞利分布。 将分布函数代入公式(6.3-48),整理得 同理可得 可见误码率比采用相干解调接收2PSK要高,原因是相干接收时,采用的本地载波没有噪声,而在差分相干接收相对相移键控信号时,代替本地载波的是1bit时延电路的输出,它带来了信道噪声,因此使误码率增加。 5 仿真5.1 2PSK仿真部分用matlab搭建好的2PSK仿真
12、图如下:图15 2PSK仿真图2PSK模块的参数设置:1)载波模型图16 载波参数设置2)乘法器模块图17 乘法器参数设置3)基带模块图18 基带信号模块4)Unipolar to Bipolar Converte模块图19 Unipolar to Bipolar Converter参数设置5)数据类型转换模块图20 Data Type Conversion参数设置6)滤波器模块图21 带通滤波器参数设置图22 低通滤波器参数设置5.2 2DPSK仿真部分用matlab搭建好的2DPSK仿真图如下:图23 2DPSK仿真图2DPSK模块的参数设置:1) 载波模块图24 载波参数设置2)乘法器模
13、块图25 乘法器参数设置3)基带模块图26 基带信号参数设置4)Unipolar to Bipolar Converte模块图27 Unipolar to Bipolar Converter参数设置5)码变换模块图28 Logical Operator参数设置图29 Unit Delay参数设置图30 Data Type Conversion参数设置6)滤波器模块图31 带通滤波器参数设置图32 低通滤波器参数设置6结果分析6.1 2PSK仿真结果图33 2PSK电路仿真波形6.2 2DPSK仿真结果图34 2DPSK电路仿真波形结论:从以上对比可以看出,对同一调制方式,采用相干解调方式的误码
14、率低于采用非相干解调方式淡定误码率。若采用相同的解调方式,2PSK的信噪比比较低。反过来,若信噪比r一定,2PSK误码率比较低。由此看来,在抗加性高斯白噪声方面,相干2PSK性能最好。7 参考文献1 张辉,曹丽娜编著.现代通信原理与技术.西安.西安电子科技大学出版社.20022 张辉,曹丽娜编著.通信原理学习指导.西安.西安电子科技大学出版社.20033 曹志刚,钱亚生编著.现代通信原理.北京.清华大学出版社.19924 王形亮等编著.数字通信原理与技术.西安.西安电子科技大学出版社.20005 王秉钧,孙学军等编著.现代通信系统原理.天津.天津大学出版社.20006 周庆龙编著.现代通信系统原理.北京.北京邮电学院出版社.19927 张厥盛,郑继禹编著.锁相技术.西安.西安大学出版社1992
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