基于Systemview的二进制数字频带传输系统设计——2PSK系统

基于Systemview的二进制数字频带传输系统设计——2PSK系统

1、技术指标：

（1）设计出规定的2PSK数字通信系统的结构；

（2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止

频率等）；

（3）用Matlab或SystemView 实现该数字通信系统；

（4）观察仿真并进行波形分析；

（5）系统的性能评价。

2、基本原理；

二进制移相键控（2PSK）的基本原理：

2PSK,二进制移相键控方式，是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的一种数字调制方式。就是根据数字基带信号的两个电平(或符号)使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。两个载波相位通常相差180度，此时称为反向键控(PSK),也称为绝对相移方式。

3、建立模型描述；

（1）2PSK信号的产生

2PSK的产生：模拟法和数字键控法，就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。

2PSK信号与2ASK信号的时域表达式在形式上是完全相同的，所不同的只是两者基带信号s(t)的构成，一个由双极性NRZ码组成，另一个由单极性NRZ码组成。因此，求2PSK信号的功率谱密度时，也可采用与求2ASK信号功率谱密度相同的方法。

（2）2PSK信号的功率谱

2PSK信号的功率谱密度及其功率谱示意图如下:

分析2PSK信号的功率谱：（1）当双极性基带信号以相等的概率（p=1/2）出现时，2PSK信号的功率谱仅由连续谱组成。而一般情况下，2PSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。其中，连续谱取决于基带信号经线性调制后的双边带谱，而离散谱则由载波分量确定（2）2PSK的连续谱部分与2ASK 信号的连续谱基本相同因此，2PSK信号的带宽、频带利用率也与2ASK信号的相同

其中，数字基带信号带宽。这就表明，在

数字调制中，2PSK的频谱特性与2ASK相似。相位调制和频率调制一样，本质上是一种非线性调制，但在数字调相中，由于表征信息的相位变化只有有限的离散取值，因此，可以把相位变化归结为幅度变化。这样一来，数字调相同线性调制的数字调幅就联系起来了，为此可以把数字调相信号当作线性调制信号来处理了。

（3）2PSK的解调系统

①2PSK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相干解调系统框图及个测试行波形如下：

5.1-1 2PSK相干解调系统框图及各个测试点波形

②利用Costas环对2PSK信号进行解调

2PSK 调制和Costas环解调系统组成如下图所示：

图2 2PSK 调制和Costas环解调系统组成

4、模型组成模块功能描述（或程序注释）

Systemview软件对2PSK系统进行仿真

4.1 2PSK信号的产生

5.2.1-1 键控法产生2PSK信号框图

其中：

Token0：PN码源，参数：Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝10Hz、No.of levels＝2；

Token1：乘法器；

Token2：正弦载波信号源，参数：Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝10Hz；

Token3：Systemview观察窗；

Token4：Realtime观察窗；

分析：

键控法产生2PSK信号，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，我选用的s(t)为双极性NRZ脉冲序列信号。

仿真结果如下：

4.2.1-2 2PSK信号的波形

分析：

2PSK信号与2ASK信号的时域表达式在形式上是完全相同的，所不同的只是两者基带信号的构成，一个由双极性NRZ码组成，另一个由单极性NRZ码组成。

4.22PSK相干解调系统

2PSK相干解调系统框图

其中：

Token1，2，14，3，4:Realtime观察窗；

Token0：PN码源，参数：Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝10Hz、No.of levels＝2；

Token5,10：乘法器；

Token9：加法器；

Token11：巴特沃斯低通滤波器，截止频率为15Hz（因为原始调制信号为10Hz）；

Token12：抽样判决器；

Token6：高斯噪声源；

Token7，8，13：正弦载波信号源，Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝50Hz（因不是实际工程应用，所以取低频率以便于仿真观察），其中Token13因需要作为抽样判决器的判决门限应将其Amp设为0

分析：2PSK信号相干解调的过程实际上是输入已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程，故常称为极性比较法解调。由于2PSK信号实际上是以一个固定初相的末调载波为参考的，因此，解调时必须有与此同频同相的同步载波。如果同步载波的相位发生变化，如0相位变为π相位或π相位变为0相位，则恢复的数字信息就会发生“0”变“1”或“1”变“0”，从而造成错误的恢复。这种因为本地参考载波倒相，而在接收端发生错误恢复的现象称为“倒π”现象或“反向工作”现象。绝对移相的主要缺点是容易产生相位模糊，造成反向工作。这也是它实际应用较少的主要原因。

仿真结果如下：

分析：以上波形从上到下依次是调制信号波形、2PSK波形、相乘输出波形、滤波后的波形、抽样判决后输出波形。

2PSK 信号的频谱和功率谱：

图5.2.4 2PSK 信号的频谱和功率谱

分析：

2PSK 信号的功率谱特点：（1）当双极性基带信号以相等的概率（p=1/2）出现时，2PSK 信号的功率谱仅由连续谱组成。而一般情况下，2PSK 信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。其中，连续谱取决于数字基带信号s(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱则由载波分量确定。 （2）2PSK 的连续谱部分与2ASK 信号的连续谱基本相同（仅差一个常数因子）。因此，2PSK 信号的带宽、频带利用率也与2ASK 信号的相同

5.2.5 误比特率BER 分析

（1）原理：误比特率（BER ：Bit Error Rate ）是指二进制传输系统出现码传输错误的概率，也就是二进制系统的误码率，它是衡量二进制数字调制系统性能的重要指标，误比特率越低说明抗干扰性能越强。对于多进制数字调制系统，一般用误符号率（Symble Error Rate ）表示，误符号率和误比特率之间

可以进行换算，例如采用格雷编码的MPSK 系统，其误比特率和误符号率之间的换算关系近似为： 其中，M 为进制数，且误比特率

小于误符号率。

（2）2PSK 系统BER 分析的仿真分析系统

M P P MPSK s MPSK b 2,,log