用System-View仿真实现2PSK
通信系统实验
实验报告
数字频带传输系统及其性能估计实验——2PSK模拟调制、相干解调
数字频带传输系统及其性能估计实验
——2PSK 模拟调制、相干解调
用System View 仿真实现二进制移相键控（2PSK ）模拟调制
1、实验目的
（1）了解2PSK 系统模拟调制的电路组成、工作原理和特点； （2）分别从时域、频域视角观测2PSK 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）采用模拟调制法实现2PSK 的调制；观测已调的2PSK 波形。 （2）获取主要信号的功率谱密度。 3、实验原理
在二进制数字调控中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控（2PSK ）信号。通常用已调信号载波的0°和180°分别表示二进制数字基带信号的1和0。二进制移相键控信号的时域表达式为
??
?
???-=∑n s n PSK nT t g a t e )()(2t c ωcos
其中，n a 选择双极性，即n a =?
?
?-,1,1P P
-1发送概率为发送概率为
)(t g 是脉宽为S T 、高度为1的矩形脉冲，则有
?
?
?-=,cos ,
cos )(2t t t e c c PSK ωω P P -1发送概率为发送概率为 当发送二进制符号1时，已调信号)(2t e PSK 取0°相位，发送二进制符号0时，
)(2t e PSK 取180°。若用n ?表示第n 个符号的绝对相位，则有
)(2t e PSK )cos(n c t ?ω+=，其中?
????
=1800n ? 符号发送符号发送0,1, 这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式，成为二进
制绝对移相方式。
4、系统组成、图符块参数设置及仿真结果： t c ωcos
图1 2PSK模拟调制与相干解调系统组成
图2 单/双码变换图3 模拟调制
其中图符0产生单极性PN序列，经过图符2、3转换后为双极性PN序列，传码率为20kbit/s；图符6输出正弦波，频率为40kHz；图符4 输出模拟调制的2PSK
编号库/名称参数
(Token 0)Source: PN Seq Amp = v Offset = v
Rate = 20e+3 Hz Levels = 2
Phase = 0 deg Max Rate = 400e+3
Hz
(Token 2)Function: Exponent Constant a = -1
(Token 4)Multiplier: Non Inputs from 8 6 Outputs to 5
Parametric10
(Token 5)Adder: Non Parametric Inputs from 4 12 Outputs to 20
19
(Token 6)Source: Sinusoid Amp = 1 v Freq = 40e+3 Hz
Phase = 0 deg Output 0 = Sine
t7 t4
Output 1 = Cosine
(Token 8)Operator: Negate
(Token 12)Source: Gauss Noise Std Dev = v Mean = 0 v
获得仿真波形图如下：
图4 调制过程仿真波形
图5 原PN序列和2PSK信号的瀑布图5、主要信号的功率谱密度：
图6 单极性PN序列频谱
图7 载波频谱
图8 已调制信号频谱
由图6可见，基带信号的大部分能量落在第一个零点（20kHz）的频率范围之内，即基带带宽为20kHz谱。
由图7可见，载频信号的频谱位于40kHz，且频谱较纯。
由图8可见，已调信号的频谱为2PSK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目的，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40kHz。
用System View 仿真实现 二进制移相键控（2PSK ）（相干）解调
1、实验目的
（1）了解2PSK 系统相干解调的电路组成、工作原理和特点； （2）分别从时域、频域视角观测2PSK 系统中各点的波形； （3）熟悉系统中信号功率谱的特点。 2、实验内容
以已调的2PSK 信号为系统输入信号，码速率Rb=20kbit/s. （1）采用相干解调法实现2PSK 信号的解调，观察各点波形。 （2）获取主要信号的功率谱密度。 3、实验原理
2PSK 信号的解调通常都是采用相干解调，解调器原理图如下。在相干解调过程中需要用到与接收的2PSK 信号同频同相的相干载波。
2PSK 信号相干解调各点时间波形如下：
4、系统组成、图符块参数设置及仿真结果：
带通滤波器 相乘器 低通滤波器 抽样判决器 a c d e 输出 定时
脉冲
t c cos b )
(2t e PSK
图1 2PSK模拟调制与相干解调系统组成
图9 相干载波的提取与相干解调
图符19为相干载波的提取，图符20为带通滤波器，图符13为低通滤波器，图符15、16、17组成抽样判决器。
编号库/名称参数
(Token 20)Operator: Linear Sys
Butterworth Bandpass IIR 3 Poles
Low Fc = 20e+3 Hz Hi Fc = 60e+3 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = Transient
DSP Mode Disabled FPGA Aware = True RTDA Aware = Full
(Token 11)Multiplier: Non Inputs from 20 19 Outputs to 13
Parametric
(Token 19)Comm: Costas VCO Freq = 40e+3 Hz VCO Phase = 0 deg
Mod Gain = 1 Hz/v
Loop Fltr = 1 + 1/s + 1/s^2
Output 0 = Baseband InPhase
Output 1 = Baseband Quadrature
Output 2 = VCO InPhase
Output 3 = VCO Quadrature t11 t21
RTDA Aware = Full
(Token 13)Operator: Linear Sys
Butterworth Lowpass IIR
3 Poles
Fc = 16e+3 Hz Quant Bits = None
Init Cndtn = 0 DSP Mode Disabled
FPGA Aware = True RTDA Aware = Full (Token 15)Operator: Sampler Interpolating Rate = 40e+3 Hz
Aperture = 0 sec Aperture Jitter = 0
sec
(Token 17)Operator: Hold Last Value Gain = 1
Out Rate = 400e+3 Hz
(Token 16)Operator: Compare Comparison = '<' True Output = 1 v
False Output = 0 v A Input = t18 Output
B Input = t17 Output 0
(Token 18)Source: Sinusoid Amp = 0 v Freq = 0 Hz
Phase = 0 deg Output 0 = Sine t16
Output 1 = Cosine
调制信号为PN序列，码速率Rb＝20kbit/s；正弦载波的频率为40k Hz。
系统定时：起始时间0秒，终止时间秒，采样点数200，采样速率400kHz。
获得仿真波形图如下：
图10 相干解调过程的仿真波形
2PSK系统输入的PN序列和输出PN序列的瀑布图如图11所示。
图11 2PSK系统输入的PN序列和输出PN序列的瀑布图没有噪声情况下的仿真结果，眼图张开度较大，扫迹清晰，如下：
图12 眼图
在不同信噪比之下的眼图：
信噪比0dB时的眼图
信噪比3dB时的眼图
信噪比5dB时的眼图
信噪比20dB时的眼图
信噪比50dB时的眼图
由不同信噪比下的眼图可以看到，随着信噪比的增加，眼图质量越来越好。
6、主要信号的功率谱密度：
图13 2PSK的谱
图14 带通滤波器输出信号的谱
图15 低通滤波器输出信号的谱
图16 提取相干载波的谱
图17 乘法器输出的谱
7、低通滤波器的单位冲击相应及幅频特性曲线：
图18 低通滤波器的单位冲击相应
图19 低通滤波器的幅频特性曲线
使用System View 对二进制移相键控（2PSK ）
进行性能估计
1、实验目的
（1）了解2PSK 系统电路组成、工作原理和特点； （2）学会分析2PSK 系统的抗噪声性能；
（3）掌握使用SystemView 软件对2PSK 系统进行性能估计的方法。 2、实验内容
以2PSK 作为系统输入信号，码速率Rb ＝20kbit/s 。
（1）采用相干解调法实现2PSK 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
2PSK 信号相干解调系统性能分析模型如图5-22所示。
假定信道噪声为加性高斯白噪声)(t n ，其均值为0、方差为2n σ；发射端发送的2PSK 信
号为
??
?-=”，发“”发“
，0cos 1cos )(t A t A t s c c T ωω
解调器
图5-22 2PSK 信号相干解调系统性能分析模型
则经信道传输，接收端输入信号为
()()??
?+-+=”，发“
”，发“
0cos 1cos )(t n t a t n t a t y c c i ωω
（5-72）
此处，为简明起见，认为发送信号经信道传输后除有固定衰耗外，未受到畸变，信号幅度：
a A →。
经带通滤波器输出
()()
??
?-+--+=+=”
，发“”发“，0sin )(cos )(cos 1sin )(cos )(cos )(t t n t t n t a t t n t t n t a t n t s t y c s c c c c s c c c i ωωωωωω
（5-73）
其中，t t n t t n t n c s c c i ωωsin )(cos )()(-=为高斯白噪声)(t n 经BPF 限带后的窄带高斯白噪声。
取本地载波为t c ωcos 2，则乘法器输出t t y t z c ωcos )(2)(=
将式（5-73）代入，并经低通滤波器滤除高频分量，在抽样判决器输入端得到
??
?+-+=”，发“”，发“
0)(1)()(t n a t n a t x c c
（5-74）
根据节的分析可知，)(t n c 为高斯噪声，因此，无论是发送“1”还是“0”，)(t x 瞬时值x 的
一维概率密度)(1x f 、)(0x f 都是方差为2
n σ的正态分布函数，只是前者均值为a ，后者均值
为a -，即
()”，发“1]2)(exp[21
2
2
1n n
a x x f σσπ--=
（5-75）
()”，发“0)2)(exp(21
2
2
0n n
a x x f σσπ+-=
（5-76）
其曲线如图5-23所示。
之后的分析完全类似于2ASK 时的分析方法。不难得到（过程从略，读者自己证明）： 当2/1)0()1(==P P 时，2PSK 系统的最佳判决门限电平为
0=*d U
（5-77）
在最佳门限时，2PSK 系统的误码率为
????∞
∞
∞-∞
=+=+=+=01010010)()]1()0([)()()1()()0()1/0()1()0/1()0(dx
x f P P dx x f dx x f P dx x f P P P P P P e
)(21
r erfc =
（5-78）
式中，2
2
2n
a r σ=为接收端带通滤波器输出端信噪比。
在大信噪比下，上式成为
r
e e r
P -≈
π21
（5-79）
数字调制用“星座图”来描述，星座图中定义了一种调制技术的两个基本参数：（1）信号分布；（2）与调制数字比特之间的映射关系。星座图中规定了星座点与传输比特间的对应关系，这种关系称为“映射”，一种调制技术的特性可由信号分布和映射完全定义，即可由星座图来完全定义。
4、系统组成、图符块参数设置及仿真结果：
图5-23 2PSK 图图图图图图图图
图20 2PSK含误码率检测模拟调制与相干解调系统组成
图20 2PSK含误码率检测组成
图符23前面连接原PN序列，设定延迟时间为一个码元长度（Delay = sec）
(Token 23)Operator: Delay Interpolating Delay = sec
Output 0 = Delay t25 Output 1 = Delay
- dT
(Token 24)Comm: BER Rate No. Trials = 500 bits Threshold = v
Offset = sec Output 0 = BER t30
Output 1 = Cumulative Avg t28
Output 2 = Total Errors
Operator: ReSample Rate = 400e+3 Hz
(Token 25、
26)
(Token 29)Operator: Gain Gain = -8 dB
Gain Units = dB Power
Global Link Active
(Token 30)Sink: Cndtnl Stop Action = Go To Next Loop
Memory = Retain all samples
Threshold =
Input from t24 Output Port 0