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故当“1”和“O”等概率出现时无直流分量,有利于在信道中传输,且在接收端恢复信号的判决电平为零,抗干扰能力较强。在Simulink的环境下产生二进制数字信号可以使用随机整数产生器 “Random Integer Generator”模块,它可以用来产生【0,M-1】范围内具有均匀分布的随机整数,M的大小可在随机整数产生器中的“M-ary number”项中选择输入任意正整数。考虑到设计要求二进制信源数据率是2Mbps,因此M-ary number”选择为2,信源输出为0和1二进制数据;为满足信源数据率为2Mbps ,我们在设置“Random Integer Generator”模块中 “Sample time”参数为“1/2e6”,其他参数设置保持默认。
2Mbps二进制信源模型搭建方式及参数的设置如图3-2和3-3所示:
图3-2随机整数产生器图3-3随机整数产生器参数设置
随机整数产生器输出部分波形如图3-4所示,我们可以清楚地看到信源输出为0和1的二进制数据。
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图3-4 二进制信源波形
截取其中一部分波形,如图3-5红色范围内,我们可以看到输出二进制随机信源为10001100,满足设计要求产生随机二进制信源。
图3-5 二进制信源放大波形
3.2.2 星座映射
在数字通信系统中,符号“1”用“+1”来表示,符号“0”要用“-1”来表示,我们初始选择的信源是0和1两种符号的二进制数据,为满足数字传输要求,我们需要进行映射,把单极性二进制数字映射到星座图上,字符0映射-1,相位为180°,字
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符1映射为1,相位为0°,这样可以把单极性二进制信源转换为双极性二进制信源,本文中选择用Simulink库中“BPSK Modulator Baseband”模块实现对BPSK的极性转换和星座图的映射。
“BPSK Modulator Baseband”模型及参数的设置如图3-6和3-7所示:
图3-6 星座映射模块图3-7 BPSK Modulator Baseband模块参设置
单击“BPSK Modulator Baseband”模块参数设置中的View Constellation,我们可以观察该模块对信号进行星座映射的效果图如图3-8所示:
图3-8 星座映射效果图
而单极性二进制信源经过“BPSK Modulator Baseband”模块,信号星座图和前后输出波形如图3-9和3-10所示:
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图3-9 星座映射模块图3-10 星座映射图
图3-11 星座映射波形输出模块图3-12 映射前后波形
从图3-10,我们可以很清楚地看到,实验结果输出的星座图和理论效果图是一致的,都是把字符0映射为-1,相位为180°,字符1映射为1,相位为0°,能够达到星座映射的效果。从图3-12,我们可以看到星座映射前后波形的极性发生了变化,单极性的二进制信源转换为双极性信源,字符0映射为-1,字符1映射为1,能够达到信源字符极性的要求。 3.2.3 发送滤波器
在数字通信系统中,为了使接收端得到的信号具有最大化的信噪比,要求发送和接收系统使用匹配滤波器。在BPSK调制/解调系统中,匹配滤波器通常使用较多的是升余弦滚降滤波器。在调制端和解调端各自分别采用平方根升余弦响应,构成一对匹配的滤波器。
同时带通系统设计的核心问题之一是滤波器的选取,根据对信源的分析,为了使系统冲激响应h(t)拖尾收敛速度加快,减小抽样时刻偏差造成的码间干扰(ISI)问题,要求发送滤波器应具有升余弦滚降特性,同时为了得到最大输出信噪比,在此选择平方根升余弦滤波器作为发送(接收)滤波器,滚降系数为0.45,接收滤波器与发送滤
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波器相匹配,以得到最佳的通信性能(即误码率最小)。
在数字通信系统中,矩形基带脉冲存在两个缺陷 1。码平衡性好的已调信号,功率谱形状由基带脉冲形状决定,矩形脉冲带外能量太多,邻信道功率比(ACPR)不好。2。矩形基带脉冲通过带限系统后码间串扰(ISI)严重,不利于信号的传输和恢复。另外考虑到矩形波信号时域有限,对矩形波信号进行傅里叶变换之后频域无限,有拖尾。因而矩形波信号不利于传输。
根据3.1节的设计方案可以知道,发送滤波器主要完成成形滤波过程,发送滤波器也就是成形滤波器,根据其冲激响应得到FIR滤波器,对基带信号做FIR滤波,工程应用中常常在成形滤波的同时对基带信号进行内插,体现在成形滤波器对信号进行上采样的过程,最终使矩形波信号时域无限,频域有限,利于传输。所以需要对信号用升余弦滚降滤波器进行成形,因为升余弦滚降滤波器的响应是升余弦的,所以时域无限,因此频域变成有限利于传输。
本文中选用Simulink中的“Raised Cosine Transmit Filter”模型作为发送滤波器,其模型和参数设置如图3-13和3-14所示:
图3-13 升余弦滚降滤波器图3-14 发送滤波器模块参数设置
考虑到工程应用中常常在成形滤波的同时对基带信号进行内插,体现在成形滤波器对信号进行上采样的过程,因此我们可以选择设置发送滤波器参数设置中的Upsamplingfactor(N)点数为8,一个周期进行8点内插。
成形滤波器模块及输出前后波形分别如图3-15和3-16所示:
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