通信系统仿真上机实验指导书(9)

grsv(1)=m+z*cos(2*pi*u); grsv(2)=m+z*sin(2*pi*u);

%--------------------------------------------------------------------------------------------------------------- function [y]=Qfunct(x) % Q函数的计算 y=(1/2)*erfc(x/sqrt(2));

在几个不同的SNR值下，传输N?10000个比特时的仿真结果如图7.3所示。可以看出，仿真结果与式（7.2）给出的理论值Pe之间的一致性。也应该注意到，N?10000个数据比特

?3的仿真可以可靠地对差错概率估计在Pe?10以下，也就是说，用N?10000的数据比特，

在对Pe可靠的估计下应该至少有10个差错。

100仿真值理论值10-110误码率-210-310-410-50246信噪比/dB81012

图7.3 例7-1的运行结果

三、设计内容

1．观察仿真图7.3，说明仿真结果和理论计算结果在低信噪比下为什么情况完全一致，而在高信噪比下一致性稍差？思考应该如何改变仿真过程以使在高信噪比下也能得到更好的一致性？

2．实现一个2DPSK通信系统的蒙特卡罗仿真。设传输信号的相位是??0和??180，

????0?的相位变化对应传输0，??180?的相位变化对应传输1。要求完成在不同SNR参数?N0值下，传输N?10000个比特的仿真，画出测得的2DPSK的误码率及理论差错概率曲

线。

3．完成一个2FSK通信系统的蒙特卡罗仿真，其中信号波形由式（7.3）和（7.4）给出

41

u(t)?1 u2(t)?2?b cos(2?f1t)，　　　０?t?Tb （7.3）

Tb2?b（7.4） cos(2?f2t)，　　　０?t?Tb,

Tb式中，?b是每比特信号能量，Tb是码元周期，?f?f2?f1?1Tb。

4．完成M=4的PSK系统的蒙特卡罗仿真，信号波形由下式给出

2?m)，　　　m?0，1，?，M-1 （7.5） um(t)?AgT(t)cos(2?fct?M其中gT(t)是发送滤波器的脉冲，它决定了传输信号的频谱特性，A是信号的幅度。5．完成M=4的DPSK系统的蒙特卡罗仿真。

42

设计八 载波同步

一、设计目的

1．掌握载波同步的方法，即直接法和插入导频法。 2．理解在DSB信号中插入正交载波作为导频信号。 3．利用Simulink设计载波提取系统，实现信号的解调。

二、设计原理

载波同步的方法有直接法（自同步法）和插入导频法（外同步法）两种。直接法不需要专门发送导频，而在接收信号中设法提取载波。插入导频法是在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上插入正弦波作为导频，在接收端由导频提取出载波。

1．直接法

直接法适用于接收信号中具有载波分量，或接收信号（如DSB-SC信号、PSK信号）经过某种非线性变换后，具有载波的谐波分量的情况。

(1) 非线性变换——滤波法

这种方法是对不含有载波分量的信号先进行非线性处理，使其携带相应的载波分量，然后再用窄带滤波器或锁相环进行滤波，提取出载波分量。对于抑制载波的双边带调制信号常采用平方变换法和平方环法提取载波，如图8.1所示。

s(t)输入已调信号平方律部件e(t)2fc窄带滤波器 2fc二分频fc载波输出

(a) 平方变换法提取载波

s(t)输入已调信号平方律部件e(t)鉴相器（PD）环路滤波器（LF）压控振荡器（VCO）2fc二分频fc载波输出锁相环（PLL）

(b) 平方环法提取载波 图8.1 非线性变换——滤波法

(2) 同相正交环法

同相正交环又叫科斯塔斯（Costas）环，其原理如图8.2所示。由于加于两个乘法器相乘的本地载波分别是压控振荡器的输出信号和它的正交信号，因此，称这种环路为同相正交环。

同相正交环有两个主要的优点：一是当环路锁定后，同相之路的输出v5就是解调所要得到的信号。二是环路的工作频率是载波频率本身，而平方环的工作频率是载波频率的两倍，

43

因此当载波频率很高时，工作频率较低的同相正交环易于实现。因此，同相之路的乘法器兼有提取载波和相干解调的两种功能。同相正交环的缺点是电路较复杂，同时存在相位模糊问题。

同相支路v3v1低通滤波器v5m?(t)解调输出m(t)cos?ct输入已调信号载波输出90o相移压控振荡器环路滤波器v7v2正交支路v4低通滤波器v6

图8.2 同相正交环法提取载波

2．插入导频法

抑制载波的双边带信号本身不含有载波分量；残留边带信号虽含有载波分量，但很难从已调信号的频谱中把它分离出来；单边带信号更是不存在载波分量。对这些信号的载波提取，可以在发送端插入导频载波。插入导频的方法有两种，频域插入法和时域插入法。

(1) 频域插入导频法

插入导频的位置应该在信号频谱为零的位置，否则导频与信号频谱成分重叠在一起，接收时不易取出。对于抑制载波的双边带调制而言，在载频处，已调信号的频谱分量为零，同时对调制信号m(t)进行适当处理，就可以使已调信号在载频附近的频谱分量很小，这样便于插入导频以及解调时易于取出。图8.3所示为插入的导频和已调信号的频谱示意图。插入导频的频率就是fc，但它的相位与被调制载波正交，称为“正交载波”。在接收端提取这一导频，移相后作为相干载波。这种在频域插入导频的原理如图8.4所示。

S(f)0fc?fm导频fcfc?fmf

图8.3 抑制载波双边带信号的导频插入

m(t)调制信号带通滤波器uo(t)信道uo(t)带通滤波器v(t)低通滤波器m(t)解调输出acsin?ct90o相移acsin?ct发送端?accos?ctfc窄带 滤波器?accos?ct90o相移接收端

图8.4 插入导频法原理图

44

(2) 时域插入导频法

时域插入法是对被传输数据信号和导频信号在时间上加以区别，例如按图8.5那样分配。把一定数目的数字信号分作一组，称为一帧。在每一帧中，除有一定数目的数字信号外，在

t0～t1的时隙中传送位同步信号，在t1～t2的时隙内传送帧同步信号，在t2～t3的时隙内传送载波同步信号，而在t3～t4时间内才传送数字信息；以后各帧都如此。这种插入的结果只

是在每帧的一小段时间内才出现载波标准，在接收端用相应的控制信号将载波标准取出。

位同步帧同步载波同步信息位同步帧同步载波同步第二帧信息t0t1t2t3t4第一帧

图8.5 时域插入导频法

三、设计内容

1．构建一个抑制载波的双边带调制解调系统。载波频为10kHz，被调制信号为1kHz的正弦波，试用平方变换法恢复载波并进行解调。

2．用平方环法实现第1题中的双边带解调。 3．用科斯塔斯环法实现第1题中的双边带解调。

4．在图8.4所示的插入导频法中，假设输入调制信号为sin100?t，载波信号为

sin2000?t，画出接收端的解调输出信号的波形。

5．在图8.4所示的插入导频法中，假设输入调制信号为sin100?t，载波信号为

sin2000?t，如果将载波信号作为导频信号，即不经过90°相移，直接与已调信号相加后输

出，画出接收端的解调输出信号的波形。

45