2DPSK的調(diào)制與解調(diào)

1、2DPSK調(diào)制解調(diào)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：二進(jìn)制差分相移鍵控簡稱2DPSK。它是數(shù)據(jù)通信中最常用的一種調(diào)制方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是簡單，易于實(shí)現(xiàn)。與2PSK的波形不同，2DPSK波形的同一相位并不對應(yīng)相同的數(shù)字信息符號，而前后碼元的相對相位才唯一確定信息符號。調(diào)制解調(diào)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代通信的重要手段，研究數(shù)字通信調(diào)制解調(diào)理論，提供有效的調(diào)制方式，有著重要意義。本文主要研究了利用Systemview軟件對2DPSK調(diào)制解調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先主要介紹了2DPSK的調(diào)制解調(diào)的基本理論和仿真軟件。然后進(jìn)行仿真模型搭建并分析仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：2DPSK；調(diào)制解調(diào)；Systemview目 錄第1章 緒論11.1 課題研

2、究背景及意義11.2 Systemview軟件介紹11.3 研究內(nèi)容2第2章 2DPSK的調(diào)制解調(diào)原理32.1 2DPSK的調(diào)制原理32.2 2DPSK的解調(diào)原理32.2.1 采用極性比較法解調(diào)模塊42.2.2 采用差分相干解調(diào)模塊4第3章 基于Systemview的仿真分析63.1 產(chǎn)生2DPSK的調(diào)制模塊63.2 2DPSK的解調(diào)模塊63.2.1 采用極性比較法解調(diào)模塊63.2.2 采用差分相干解調(diào)模塊8第4章 結(jié)論11參考文獻(xiàn)12第1章 緒論1.1 課題研究背景及意義二進(jìn)制差分相移鍵控簡稱二進(jìn)制相對調(diào)相，記作2DPSK。它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對載波相

3、位值傳送數(shù)字信息。所謂相對載波相位是指碼元初相與前一碼元初相之差。2DPSK信號的解調(diào)有兩種方式：一種是差分相干解調(diào)，另一種是相干解調(diào)-碼變換法，后者又稱極性比較-碼變換法。與2PSK的波形不同，2DPSK波形的同一相位并不對應(yīng)相同的數(shù)字信息符號，而前后碼元的相對相位才唯一確定信息符號。這說明解調(diào)2DPSK信號時(shí)，并不依賴于某一固定的載波相位參考值，只要前后碼元的相對相位關(guān)系不破壞，則鑒別這個(gè)相位關(guān)系就可正確恢復(fù)數(shù)字信息。這就避免了2PSK方式中的“倒”現(xiàn)象發(fā)生。為了使數(shù)字信號在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號與信道特性相匹配。調(diào)制解調(diào)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代通信的重要手段，研

4、究數(shù)字通信調(diào)制解調(diào)理論，提供有效的調(diào)制方式，有著重要意義。1.2 Systemview軟件介紹SystemView是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊（Token）去描述程序，無需與復(fù)雜的程序語言打交道，不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問與調(diào)整參數(shù)，方便地加入注釋。利用SystemView，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需從SystemView配置的圖標(biāo)庫中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置

5、，完成圖標(biāo)間的連線，然后運(yùn)行仿真操作，最終以時(shí)域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。SystemView的庫資源十分豐富，包括含若干圖標(biāo)的基本庫（Main Library）及專業(yè)庫(Optional Library)，基本庫中包括多種信號源、接收器、加法器、乘法器、各種函數(shù)運(yùn)算器等；專業(yè)庫有通訊（Communication）、邏輯（Logic）、數(shù)字信號處理（DSP）、射頻/模擬（RF/Analog）等；它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和方案論證，尤其適合于無線電話、無繩電話、尋呼機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng)；并可進(jìn)行各種系統(tǒng)時(shí)域和頻域分析、譜分析，及對各種邏輯電路、射

6、頻/模擬電路（混合器、放大器、RLC電路、運(yùn)放電路等）進(jìn)行理論分析和失真分析。SystemView能自動執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給出連接錯誤信息或尚懸空的待連接端信息，通知用戶連接出錯并通過顯示指出出錯的圖標(biāo)。這個(gè)特點(diǎn)對用戶系統(tǒng)的診斷是十分有效的。SystemView的另一重要特點(diǎn)是它可以從各種不同角度、以不同方式，按要求設(shè)計(jì)多種濾波器，并可自動完成濾波器各指標(biāo)，如幅頻特性（伯特圖）、傳遞函數(shù)、軌跡圖等之間的轉(zhuǎn)換。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真分析方面，SystemView還提供了一個(gè)真實(shí)而靈活的窗口用以檢查、分析系統(tǒng)波形。在窗口內(nèi)，可以通過鼠標(biāo)方便地控制內(nèi)部數(shù)據(jù)的圖形放大、縮小、滾動等。另外，分析窗中還帶有一個(gè)

7、功能強(qiáng)大的“接收計(jì)算器”，可以完成對仿真運(yùn)行結(jié)果的各種運(yùn)算、譜分析、濾波。System View還具有與外部文件的接口，可直接獲得并處理輸入/輸出數(shù)據(jù)。提供了與編程語言VC+或仿真工具M(jìn)atlab的接口，可以很方便的調(diào)用其函數(shù)。還具備與硬件設(shè)計(jì)的接口，與Xilinx公司的軟件Core Generator配套，可以將System View系統(tǒng)中的部分器件生成下載FPGA芯片所需的數(shù)據(jù)文件；另外，System View還有與DSP芯片設(shè)計(jì)的接口，可以將其DSP庫中的部分器件生成DSP芯片編程的C語言源代碼。1.3 研究內(nèi)容隨機(jī)給一基帶信號，將其調(diào)制成2DPSK信號。在解調(diào)過程中分別采用相干解調(diào)加碼

8、反變換和差分相干解調(diào)兩種方式對2DPSK信號進(jìn)行解調(diào)。要求用SystemView來實(shí)現(xiàn)對基帶信號的調(diào)制與解調(diào)。畫出框圖及信號波形并對其進(jìn)行分析。第2章 2DPSK的調(diào)制解調(diào)原理2.1 2DPSK的調(diào)制原理在傳輸信號中，2PSK信號具有較好的誤碼率性能。但是，在2PSK信號的載波恢復(fù)過程中存在著180度的相位模糊，即恢復(fù)的本地載波與所需的相干載波可能同相也可能反相，這種相位關(guān)系的不確定性將會造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號與發(fā)送出的數(shù)字基帶信號正好相反，即“1”變?yōu)椤?”，“0”變?yōu)椤?”，判決器輸出輸出數(shù)字信號全部出錯。為了克服此缺點(diǎn)提出二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）方式。2DPSK信號的產(chǎn)生方法是

9、先對二進(jìn)制數(shù)字基帶信號進(jìn)行差分編碼，即把表示數(shù)字信息序列的絕對碼變換成相對碼，然后再根據(jù)相對碼進(jìn)行絕對調(diào)相，從而變成二進(jìn)制差分相移鍵控信號。2DPSK信號調(diào)制器原理框圖如圖2-1所示。載波移相碼變換0開關(guān)關(guān)p絕對碼相對碼圖2-1 2DPSK信號調(diào)制器原理框圖相對（差分）移相方式（2DPSK）的調(diào)制系統(tǒng)如圖2-2所示。載波差分編碼相乘2DPSK相對碼本地載波基帶信號圖2-2 相對移相方式產(chǎn)生2DPSK的調(diào)制系統(tǒng)框圖2.2 2DPSK的解調(diào)原理2DPSK的解調(diào)方法分為兩種：一種是相干解調(diào)加碼反變換即極性比較法，另一種是差分相干解調(diào)即相位比較法。2.2.1 采用極性比較法解調(diào)模塊其解調(diào)原理是：對2D

10、PSK信號進(jìn)行相干解調(diào)，恢復(fù)出相對碼，再經(jīng)碼反變換器變換為絕對碼，從而恢復(fù)出發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。在解調(diào)過程中，由于載波相位模糊性的影響，使得解調(diào)出的相對碼也可能是“1”和“0”倒置，但經(jīng)差分譯碼得到的絕對碼不會發(fā)生任何倒置的現(xiàn)象，從而解決了載波相位模糊帶來的問題。2DPSK的相干解調(diào)原理框圖如圖2-3所示。帶通濾波器低通濾波器抽樣判決器碼反變換載波2DPSK基帶信號乘法器定時(shí)脈沖圖2-3 2DPSK的相干解調(diào)原理框圖2.2.2采用差分相干解調(diào)模塊用這種方法解調(diào)時(shí)不需要專門的相干載波，只需由收到的2DPSK信號延時(shí)一個(gè)碼元間隔T，然后與2DPSK信號本身相乘。相乘器起著相位比較的作用，相乘結(jié)果

11、反映了前后碼元的相位差，經(jīng)低通濾波后在抽樣判決，即可直接恢復(fù)出原是數(shù)字信息，故解調(diào)器中不需要碼反變換器。2DPSK差分相干解調(diào)器原理框圖如圖2-4所示。帶通濾波器低通濾波器抽樣判決器2DPSK信號相乘器延遲T位定時(shí)圖2-4 差分相干解調(diào)器原理框圖 定義DF為本碼元初相與前一碼元初相之差，假設(shè)DF=0數(shù)字信息“0”；DF=數(shù)字信息“1”。則數(shù)字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關(guān)系可舉例表示如下。數(shù)字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1DPSK信號相位：（0） 0 0 0 0 或：（） 0 0 0 0 0 0采用相位后，若已接收2DPSK序列為000，則經(jīng)過解調(diào)后和逆碼變換后可得基帶信

12、號，這一過程如下。2DPSK 信號：（0） 0 0 0 （）0 0 0 0 0 0 DF ： 0 0 0 0 0 0 變換后序列 ：（0）1 0 1 1 1 0 1 1 0 () 0 1 0 0 0 1 0 0 1（相對碼）基帶信號 ： 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1（絕對碼）第3章 基于Systemview的仿真分析3.1 產(chǎn)生2DPSK的調(diào)制模塊在Systemview中產(chǎn)生2DPSK信號的框圖如圖3-1所示?；鶐盘栴l率為200HZ，載波頻率為1000HZ。圖3-1 在Systemview中產(chǎn)生2DPSK2DPSK信號波形與頻譜如圖3-2和3-3所示

13、。圖3-2 2DPSK信號波形圖3-3 2DPSK信號波形頻譜圖3-2和圖3-3為調(diào)制器輸出信號，可與原始信號進(jìn)行對比，看是否有誤碼出現(xiàn)。3.2 2DPSK的解調(diào)模塊3.2.1 采用極性比較法解調(diào)模塊在Systemview中2DPSK的極性比較法的系統(tǒng)框圖如圖3-4所示。10為帶通濾波器通過頻率為800HZ到1200HZ，13為低通濾波器截止頻率為200HZ，16，17，18，20構(gòu)成抽樣判決器，20和21構(gòu)成碼反變換器電路。圖3-4 極性比較法框圖最終解調(diào)出的信號的波形與頻譜如圖3-5和3-6所示。圖3-5 最終解調(diào)出的信號的波形圖3-6 最終解調(diào)出的信號的頻譜圖3-5和圖3-6為了與原始信

14、號進(jìn)行對比，看是否一致。解調(diào)出的信號與原始信號波形比較（瀑布圖）如圖3-7所示。（上圖為原始信號，下圖為解調(diào)輸出信號）圖3-7 解調(diào)出的信號與原始信號波形比較加噪0.0005W/HZ解調(diào)輸出信號與原始信號波形比較（瀑布圖）如圖3-8所示。（上圖為解調(diào)輸出信號，下圖為原始信號）圖3-8 加噪0.0005W/HZ解調(diào)輸出信號與原始信號波形比較（瀑布圖）加噪0.0002W/HZ解調(diào)輸出信號與原始信號波形比較（瀑布圖）如圖3-9所示。（上圖為解調(diào)輸出信號，下圖為原始信號）圖3-9 加噪0.0002W/HZ解調(diào)輸出信號與原始信號波形比較（瀑布圖）圖3-7、圖3-8、圖3-9是說明不同噪聲功率下，解調(diào)輸出

15、信號的誤碼率的大小。結(jié)論得出噪聲越大，誤碼率越大。3.2.2采用差分相干解調(diào)模塊在Systemview中2DPSK的差分相干解調(diào)器框圖如圖3-10所示。12為帶通濾波器通過頻率為800HZ到1200HZ，15為低通濾波器，截止頻率為200HZ，16，17，19，20構(gòu)成抽樣判決器，13和14構(gòu)成差分譯碼模塊。圖3-10 差分相干解調(diào)器框圖最終解調(diào)出的信號的波形與頻譜如圖3-11和3-12所示。圖3-11 最終解調(diào)出的信號的波形圖3-12 最終解調(diào)出的信號的頻譜圖3-11和圖3-12為了與原始信號進(jìn)行對比，看波形是否一致。解調(diào)出的信號與原始信號波形比較如圖3-13所示（瀑布圖）。（上圖為原始信號

16、，下圖為解調(diào)輸出信號）圖3-13 解調(diào)出的信號與原始信號波形比較加噪0.0005W/HZ解調(diào)輸出信號與原始信號波形比較（瀑布圖）如圖3-14所示。（上圖為原始信號，下圖為解調(diào)輸出信號）圖3-14 加噪0.0005W/HZ解調(diào)輸出信號與原始信號波形比較（瀑布圖）加噪0.0002W/HZ解調(diào)輸出信號與原始信號波形比較（瀑布圖）如圖3-15所示。（上圖為原始信號，下圖為解調(diào)輸出信號）圖3-15 加噪0.0002W/HZ解調(diào)輸出信號與原始信號波形比較（瀑布圖）圖3-13、圖3-14、圖3-15是說明不同噪聲功率下，解調(diào)輸出信號的誤碼率的大小。結(jié)論得出噪聲越大，誤碼率越大。第4章 結(jié)論通過本次課程設(shè)計(jì)，

17、我對二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)有了更深入的了解，尤其是對2DPSK系統(tǒng)學(xué)到了很多的東西，例如如何產(chǎn)生2DPSK信號，以及它的調(diào)制與解調(diào)，明白了兩種解調(diào)方式的特點(diǎn)及其它們的區(qū)別。當(dāng)然在做課程設(shè)計(jì)的過程中總會出現(xiàn)各種問題，如進(jìn)行查分編碼和差分譯碼。當(dāng)時(shí)自己在做時(shí)出現(xiàn)了錯誤，在經(jīng)過不斷的修改數(shù)據(jù)下，終于完成實(shí)驗(yàn)。通過小組合作，無形間提高了我們的動手、動腦能力，并且同學(xué)之間還能相互探討問題，研究解決方案，增進(jìn)大家的團(tuán)隊(duì)意識。同時(shí)我也充分認(rèn)識到了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，平時(shí)我們只是一味地學(xué)習(xí)理論知識，很少有自己動手設(shè)計(jì)的時(shí)候，但這次課程設(shè)計(jì)為我們提供了一個(gè)好的機(jī)會，不僅鍛煉了我的動手能力，還使我對通信系

18、統(tǒng)有了感性的認(rèn)識。通過此次課程設(shè)計(jì)我也再一次復(fù)習(xí)了一遍基礎(chǔ)知識，并且把書本上的理論知識和實(shí)際動手聯(lián)系起來讓我懂得了在學(xué)習(xí)的過程中要帶著問題去學(xué)習(xí)，這樣才能提高學(xué)習(xí)的效率。我們必須要聯(lián)系實(shí)際去解決問題，因?yàn)槲覀兊闹R水平有限，在學(xué)習(xí)與實(shí)踐的過程中難免會出現(xiàn)一些問題。這次課程設(shè)計(jì)使我把以往所學(xué)的很多基礎(chǔ)知識都聯(lián)系了起來，在這期間我深刻的體會到了以前所學(xué)的每一樣知識都是有用的。只有把基礎(chǔ)知識一樣樣地學(xué)扎實(shí)了才能在現(xiàn)代技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷拓展，不斷創(chuàng)新。才能在專業(yè)領(lǐng)域上贏得自己的一席之地?？偟膩碚f，這次課程設(shè)計(jì)讓我收獲頗豐，不僅讓我更深一步理解書本的知識，提高我們分析問題和解決問題的能力，而且讓我體會到知識的重要性。同時(shí)我也認(rèn)識到了在學(xué)習(xí)過程中的薄弱知識點(diǎn)，在以后的學(xué)習(xí)中，我一定更加努力學(xué)習(xí)，查缺補(bǔ)漏，爭取將專業(yè)知識學(xué)好。 參考文獻(xiàn)1 黃葆華，楊曉靜，牟華坤著通信原理M西安：西安電子