2DPSK的调制和解调(键控调制 相干解调)解析
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用SystemView 仿真实现
二进制差分相位键控(2DPSK )的调制
1、实验目的:
(1)了解2DPSK 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2DPSK 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 =10kbit/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∆ϕ,可定义一种数字信息与∆ϕ之间的关系为
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
数字信息与∆ϕ 之间的关系也可以定义为
2DPSK 信号调制过程波形如图1所示。
0,01φπ⎧∆=⎨
⎩表示数字信息“”,表示数字信息“”
()()1 1 0 1 0 0 1 10
2DPSK 0 0 0 0 0 00 0 0 0
ππππππ
ππππ二进制数字信息:信号相位:或0,10φπ⎧∆=⎨
⎩表示数字信息“”
,表示数字信息“”
图1 2DPSK 信号调制过程波形
可以看出,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。
图2 2DPSK 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:{a n }为二进制绝对码序列,{d
n }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”。
绝对码
相对码
载波
DPSK 信号10
1100101 0 0 1 0 1 1 0 2
开关电路图3差分编码器
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4产生绝对码序列,传码率为20kbit/s。图符5和图符3实现差分编码;图符0输出正弦波,频率为40k Hz;图符1对正弦波反相;图符2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
系统定时:起始时间0秒,终止时间 1.2475e-3秒,采样点数500,采样速率200e+3Hz,获得的仿真波形如图5所示。
(a)绝对码序列
(b)相对码序列
(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π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。
图6 绝对码和相对码的瀑布图
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。
图11 正弦载波的频谱
2DPSK的功率谱如图12所示。
图12 2DPSK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;又由图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。
由图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 =20kbit/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:
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:{ˆn
d }为(a )
a
b
c
d
e f
(b )e 21011
000
a
b
c
d
e f
(b )带通e 2DPSK (t )a c 低通
d e 抽样
码反
f 101100
0图13 2DPSK 信号相干解调器原理图和解调过程各点时间波形