2PSK与2DPSK系统性能分析解读.docx
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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
3.1matlab软件的应用
MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)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)MATLAB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。
功能性工具箱用于多种学科。
而学科性工具箱是专业性比较强的,如control,toolbox,signlproceessingtoolbox,commumnicationtoolbox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。
3.22PSK部分
3.2.12PSK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
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)。
3.2.22PSK信号的产生
∙第一种方法:
键控法
图12PSK信号的键控法框图
∙第二种方法:
模拟调制法
图22PSK信号的模拟调制法框图
3.2.32PSK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32PSK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42PSK信相干解调各点波形图
3.32DPSK部分
3.3.12DPSK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π;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。
3.3.22DPSK的产生
2DPSK信号的产生
图52DPSK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,然后再对相对码进行绝对移相形成的。
3.3.32DPSK信号的解调
差分相干解调法
图62DPSK信号的差分相干解调方框图
2PSK相干解调系统框图如下:
图72PSK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
4.12PSK、2DPSK调制解调原理
4.1.12PSK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8PSK调制方法
4.1.22DPSK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
4.22PSK及2DPSK系统的抗噪声性能
4.2.12PSK在相干接收时的误码率
2PSK相干接收的模型如图13所示。
图132PSK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x>0,但由于噪声的存在,可能出现x<0,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
4.2.22DPSK信号的差分相干解调
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
θkθk-1
cos(θk-θk-1)
判决后的数字信号
00
+1
0
π0
-1
1
0π
-1
1
ππ
+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σ2。
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2acosωct+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σ2,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
5.12PSK仿真部分
用matlab搭建好的2PSK仿真图如下:
图152PSK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)UnipolartoBipolarConverte模块
图19UnipolartoBipolarConverter参数设置
5)数据类型转换模块
图20DataTypeConversion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
5.22DPSK仿真部分
用matlab搭建好的2DPSK仿真图如下:
图232DPSK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)UnipolartoBipolarConverte模块
图27UnipolartoBipolarConverter参数设置
5)码变换模块
图28LogicalOperator参数设置
图29UnitDelay参数设置
图30DataTypeConversion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
6.12PSK仿真结果
图332PSK电路仿真波形
6.22DPSK仿真结果
图342DPSK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
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[2] 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.2003
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[5] 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.2000
[6] 周庆龙编著.《现代通信系统原理》.北京.北京邮电学院出版社.1992
[7] 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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