BPSK与QPSK调制解调系统性能仿真

BPSK与QPSK调制解调系统性能仿真比较

计算机与信息工程学院 ****级***班 姓名 学号

指导教师 *** 教授

摘要 本文利用Systemview系统给我们提供的软件平台，对正弦波数字调制系统的移相键控进行仿真，并进一步对BPSK与DPSK及QPSK进行比较。我们可以直观实时的观察到信道输出的波形，已调信号功率频谱，相位星座图等变化，误码率曲线，从而分析得到不同调制方式性能差别。

关键词 Systemview；BPSK、DPSK、QPSK；功率谱；星座图；误码率；

1引言

通信系统越来越复杂，System View是适应这种变化的一个动态系统设计、仿真和分析的可视化设计软件，它提供了开发电子系统的模拟和数字工具。数字相位调制在通信中占有非常重要的地位。二进制中相对相移DPSK的应用解决了绝对相移BPSK的“倒π”现象，四进制QPSK调制效率高、传输速度快，三者各有其优点。但在相同信道下传送相同的信息序列性能各自有所不同。System View仿真将实现基本的BPSK 、DPSK 、QPSK调制解调系统的比较。输出波形的不同，可对功率谱进行比较，也可反映传输速度。星座图的观察，也能实现传输速度的分析。误码率测试，可对系统抗噪声性能比较。

2仿真软件简介

2.1 System view简介

SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块(Token)去描述程序，无需编写程序即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。

利用System View，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。可对线性系统进行拉氏变换和Z变换分析。用户在进行系统设计时，只需从System View配置的图标库中调

出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。

在系统设计和仿真分析方面，System View还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。在窗口内，可以通过鼠标方便地控制内部数据的图形放大、缩小、滚动等。另外，分析窗中还带有一个功能强大的“接收计算器”，可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。

具有与外部文件的接口，可直接获得并处理输入/输出数据。提供了与编程语言VC++或仿真工具Matlab的接口，可以很方便的调用其函数。具备与硬件设计的接口，可以将System View系统中的部分器件生成下载FPGA、DSP芯片所需的数据文件。

2.2 System view窗口 2.2.1系统设计窗口。

它包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计窗工作区。其中设计窗口工作区是用于设置、连接各种图符以创建系统，进行系统仿真等操作；提示栏用于显示系统仿真的状态信息、功能快捷键的功能信息提示和图符的参数显示；滚动条用于移动观察当前的工作区域。当鼠标器位于功能图符上时，则该图符的具体参数就会自动弹出显示（如图2.2.1）。系统视窗最上边一行为主菜单栏，包括：文件（File）、编辑（Edit）、参数优选（Preferences）、视窗观察（View）、便笺（NotePads）、连接（Connetions）、编译器（Compiler）、系统（System）、图符块（Tokens）、工具（Tools）和帮助（Help）共11项功能菜单。

图2.2.1 系统视窗

2.2.2系统分析窗口

设置好系统定时参数后，单击“系统运行”快捷功能按钮

，计算机开始运算各

个数学模型间的函数关系，生成曲线待显示调用。此后，单击“分析窗口”快捷功能按

1

钮，进入分析视窗（SystemView Analysis）进行操作。在分析窗口下，第一行为“主

菜单栏”，包括：File、Edit、Preferences、Windows、Help 五个功能栏；第二行为“工具栏”，自左至右的图标按钮依次见表2.2.2。

表2.2.2

按钮1： 绘制新图 按钮5 ：连点 按钮9 ：横排显示 按钮13：窗口最小化 按钮17：微型窗口

按钮2 ：打印图形 按钮6 ：显示坐标

按钮3 ：恢复 按钮7 ：X轴标记

按钮4 ：点绘 按钮8 ：平铺显示

按钮10：叠层显示 按钮14：打开所有窗口 按钮18：快速缩放

按钮11：X轴对数化 按钮12：Y轴对数化 按钮15：动画模拟 按钮19：输入APG

按钮16：统计 按钮20：返系统窗

2.3 图符库介绍

System View的库资源十分丰富，主要包括：含若干图符库的主库（Main Library）、通信库（Communications Library）、信号处理库（DSP Library）、逻辑库（Logic Library）、射频/模拟库（RF Analog Library）和用户代码库（User Code Library）。

2.3.1图符库的主库

图符 图 符 名 功 能 说 明 连接节点 用于多个图符输入输出信号的汇聚、连接。 信号源 用于产生用户系统所需的信号源。此库中的图符只有输出，没有输入。 子系统 它代表一个复杂的子系统、子函数或仿真的子过程的图符。 加法器 对输入信号进行加法操作。 子系统I/O 用于设置一个嵌套子系统的输入和输出节点。 算 子 对输入数据进行某一算子操作，如延时、平均、滤波等等。 函 数 对输入数据进行某一指定函数操作。 乘法器 对输入信号进行乘法操作。 2

接收器 实现信号的收集、显示、分析以及输出等功能。只有输入，没有输出。 2.3.2本设计中所涉及的库 1.通信库

比特误码率BER：选择测试bit数，门限，时间偏置选择。功能是估计信道的比特误码率。作长时间仿真时,可配合循环选项及停止接收图符进行。 2.算子库

线性系统滤波器：FIR、IIR、Laplace、模拟滤波器等系统设计，SystemView最通用和功能强大的图符之一。

保持器Hold：增益 ，选择保持两采样点之间的最后一个值或零。用于采样或抽样后返回系统采样率。

采样器Sample：采样速率 ，采样点时间宽度 ，采样时间偏差。按设定的采样率采样，输出的结果是输入信号在采样宽度内的线性组合。

采样保持Sample Hold：控制门限值(v)用外部控制采样保持。 延迟Delay：延迟类型，延迟时间选择内插与非内插延迟类型。 增益Gain1.单位选择2.增益对输入信号进行放大。3.逻辑库

缓冲器Buffer：设置输出延时，输出真假值，上下阈值正逻辑缓冲器。单输入，缺省的上下阈值为0.8V和0.2V。

异或门XOR：设置输出延时，输出真假值，阈值。两个或以上的逻辑信号异或操作。

3系统的工作原理

3.1 2PSK(BPSK)调制解调原理

在PSK调制时，载波的相位随调制信号状态不同而改变。如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，此

取负数Negate

3

时它们就处于“同相”状态；如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为“反相”。一般把信号振荡一次（一周）作为360度。如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180度，也就是反相。当传输数字信号时，“1”码控制发0度相位，“0”码控制发180度相位。

载波相位只有0和π两种取值，分别对应于调制信号的“0”和“1”。传“1“信号时，发起始相位为π的载波；当传“0”信号时，发起始相位为0的载波。由“0”和“1”表示的二进制调制信号通过电平转换后，变成由“–1”和“1”表示的双极性NRZ（不归零）信

图3.1.1 2PSK调制

号，然后与载波相乘，即可形成2PSK信号。用开关电路去选择相位相差? 的同频载波(如图3.1.1)产生。

2PSK(BPSK)解调必须采用相干接收法（如图3.1.2）。

带通滤波相乘低通滤波V(t)抽样判决本地载波提取图3.1.2 2PSK解调 3.2 DPSK调制解调原理

差分相移键DPSK控常称为二相相对调相。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。假设相对载波相位值用相位偏移表示，并规定数字信息序列与之间的关系为：

因此2DPSK信号的波形可以有两种。

在调制电路使用模二加法器和延迟器（延迟一个码

载波s(t)则由于初始参考相位有两种可能，

元宽度）可以实现上述转换，把绝对码变成相对码的方法，称其为差分编码器；把相对码变为绝对码的方法，称其为差分译码器。相对相移本质上就是对由绝对码转换而来的差分码的数字信号序列的绝对相移（如图3.2.1）。

移相?码变换A(t)图3.2.1 DPSK调制 4

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