2DPSK的调制与解调

2DPSK的调制与解调 2DPSK 010711 01071056 基于SYSTEMVIEW软件的2DPSK信号的调制与解调 1. 进一步掌握SYSTEMVIEW软件的基本用法，在此基础上，学会用该软件分析各信号的波 形以及通信系统部分模块的参数。 2. 理解2DPSK信号的调制和解调过程 3. 学会用SYSTEMVIEW软件模拟2DPSK信号的调制及解调 2DPSK 2DPSK信号有两种方式进行调制，一种是键控法，另一种是模拟法。 1. 键控法调制2DPSK信号的框图如下： 载波u(t) 180?移向 2DPSK信号 u’(t) 产生差分码作为控制信号 码变换 s(t) 由以上框图可以看出，键控法进行2DPSK调制时，差分码作为开关的控制信号，开关 的输出就是2DPSK信号。 2. 对于数字调制系统，其调制可以用模拟调制法实现。下面以2DPSK为例来说明模拟调制法的实现方法，其框图如下： 码变换 乘法器 2DPSK信号 s(t) 双极性的差分码 载波 由上面的框图可以看出，载波与双极性的差分码作用在乘法器的两个输入端，输出便是 2DPSK信号，在模拟法调制中，差分码并不是控制信号，而类似于调制信号，与载波作用。 2DPSK 2DPSK信号有两种解调方式，一种是差分相干解调，另一种是相干解调加码反变换器。 在本次实验中，我们主要讨论2DPSK信号的后一种解调方式。下面就是2DPSK信号相干解调加码反变换器的解调框图： 带通低通抽样码反乘法调制滤波滤波判决变换器 信号 器 器 器 器 2DPSK信号 载波信号 定时脉冲 在实际当中，对于一个通信系统来说，接收方如果想得到与发送方同频同相的载波信号并 不是非常容易，而在本次模拟中，载波信号通过costas环可以从已调的2DPSK信号而得到。而且抽样判决部分由：抽样器、保持器和数据寄存器组成。 实码反变换器 差分码入 差分码入 码反变换器 图符9为异或门，图符10为延迟。 下面，利用SYSTEMVIEW软件，来说明2DPSK信号的具体调制和解调步骤。 其中，调制部分运用了键控法和模拟法，解调部分只运用了相干解调加码反变换器的方法。 2DPSK SYSTEMVIEW SYSTEMVIEW 1. 2DPSK 图3-1 图3-1是在SYSTEMVIEW环境下用键控法产生2DPSK信号的框图。图中，0图符用来产生伪随机码（即绝对码），根据差分码的产生原理，绝对码和延迟一个码元时间的绝对码 进行异或可以得到差分码，也就是图中异或门（图符2）的输出即为差分码，作为开关（图 符3）的控制信号。 图符4产生载波信号，载波信号一个直接加到开关的输入端，另一个经过180?的相位变换加到开关的另一个输入端，由差分码作控制，产生2DPSK信号。 其中，伪随机序列的频率是20KHZ，载波频率是40KHZ；延时器的延迟应该是一个码元 的时间间隔，即50e-6 s；产生的差分码是双极性码。 2. 2DPSK 图3-2 图3-2是在SYSTEMVIEW环境下用模拟法产生2DPSK信号的框图。图中，0图符产生一个伪随机序列，和键控法一样，用来产生差分码；7图符产生载波，与差分码作用于乘法器的两端，乘法器的输出就是2DPSK信号。 与键控法类似，伪随机序列的频率为20KHZ，载波频率为40KHZ；延时器的延迟应该是一个码元的时间间隔，即50e-6 s；产生的差分码是双极性码。 2DPSK 2DPSK 2DPSK 2DPSK 3. 2DPSK 图3-3 图3-3就是2DPSK信号的调制以及解调框图。由于调制部分在上面已经说明（码元的速 率等参数和讨论调制时完全一致），在此不再赘述，只对解调部分进行说明。 图中，图符6输出的应为一2DPSK信号，在图符6到图符8之间为信号传输的信道，在 实际当中，信道中是具有一定的噪声干扰的，所以在接收方，一开始就应该加一个带通滤波 器，滤除一部分噪声信号的干扰。而20KHZ的差分码与40KHZ的载波相乘得到的2DPSK信号中有用信号应该在20KHZ和60KHZ两个频率点上，所以，设计带通滤波器时，两个 截止频率应该设定在20KHZ和60KHZ的两端。本次实验中，由于模拟中不存在外来的干 扰，所以将两个截止频率设在10KHZ以及70KHZ就可以说明问题了。 同时，在实际的相干解调时，必须知道发送端载波的信息，那么通过已调信号（2DPSK信号）得到发送端载波的信息就尤为重要。依据压控振荡器的原理构成的COSTAS环可以实现载波的同步提取，实验中，就用这种方法来从已调信号中获得一个与发送方同频同相的 载波信号。 而后，获得的载波信号与接收到的已调信号进行相乘（图符9的输出），结果会有许多不同频率的分量，而我们需要的分量就是调制信号的分量，所以必须加低通滤波器进行滤波， 低通滤波器的截止频率设定为15KHZ。 这样，对输出的信号就可以抽样判决了，图符10，11，14分别为采样器、数据保持器以及数据寄存器，这三部分构成采样保持电路，其后通过异或门的码反变换变可以得到调制信 号。其中采样器的采样频率应该与调制信号的码元速率保持一致，即20KHZ；延时器的延时为50e-6 s；数据保持器的增益为1；数据寄存器的门限电压为在0左右，在这里设置为0v。 通过以上的描述，我们可以大致了解2DPSK信号的调制以及解调的各部分模块的作用以 及部分实现方法，下面，我们来讨论一下各部分电路的输出曲线以及特性曲线，检验通过以 上步骤是否可以达到2DPSK信号的调制及解调的目的。 1. 2DPSK 参照图3-1，各主要部分的输出曲线如下： 图3-1-1 图3-1-2 图3-1-1和图3-1-2分别为伪随机序列的绝对码与差分码，可以用差分码的产生规则进行 验证，没有错误。 图3-1-3 图3-1-4 图3-1-3为键控法调制产生的2DPSK信号，图3-1-4为2DPSK信号与差分码的覆盖图，从图中可以看出差分码输出电平变换一次，2DPSK信号的相位就会发生相应变化，这样， 调制信号的信息就反映在2DPSK信号的相位上了，达到调制的目的。 3-1-4 图3-1-5 图3-1-6 3-1-53-1-62DPSK Sa(w)0KHZ 2DPSK0KHZ40KHZ 0KHZ40KHZ 3-1-5 20KHZ3-1-62DPSK 40KHZ2DPSK 40KHZ40KHZ40KHZ 2. 2DPSK 由于解调时使用的2DPSK信号就是由模拟法产生的，所以下面的各曲线均取自图3-3电路中调制部分。 图3-2-1 图3-2-2 图3-2-1和图3-2-2分别为产生的伪随机序列的绝对码及相对码，和上面类似，可以用差 分码的产生规则进行验证，没有错误。 图3-2-3 图3-2-4 图3-2-3为用模拟法产生的2DPSK信号，图3-2-4为2DPSK信号与差分码的覆盖图，与上面一样，从图中可以看出差分码输出电平变换一次，2DPSK信号的相位就会发生相应变化，这样，调制信号的信息就反映在2DPSK信号的相位上了。 图3-2-5 图3-2-6 图3-1-5、3-1-6分别为差分信号以及2DPSK信号功率谱密度。原理在上面的分析中已经 阐述明确，就不再赘述了。 总之，在频域当中才能清楚的看到基带信号调制的过程，下面讨论解调部分。 2DPSK 这部分所示曲线是由图3-3中解调电路中各器件产生的。 本实验中的带通滤波器和低通滤波器时域与频域特性曲线如下： 图3-3-1 图3-3-2 图3-3-1以及图3-3-2分别为解调部分带通滤波器单位冲击响应（时域）和幅频响应（频 域），带通滤波器的截止频率分别为10KHZ和70KHZ。在幅频响应图中可以清楚地看到，带通滤波器的输入信号可以在10KHZ到70KHZ的区域内（增益为1）可以通过，在其他频率区域则有衰减，说明滤波器可以达到滤波的目的。 图3-3-3 图3-3-4 图3-3-3和图3-3-4分别为解调部分低通滤波器单位冲击响应（时域）和幅频响应（频域）， 带通滤波器的截止频率为15KHZ。由频域中的幅频响应可以看出，低通滤波器可以达到要 求，滤除载波和已调信号相乘得到信号的其他高频分量，从而得到低频分量。 需要说明的是，本实验中，我们对滤波器相频特性并不是特别关心，所以没有描绘出滤波 器相频特性以及群延迟特性曲线。 同时，为验证COSTAS环可以有效从已调信号中得到与发送方同频同相的载波信号，下 面将发送方的载波信号与通过COSTAS环得到的载波信号进行对比，如下： 图3-3-5 图3-3-6 图3-3-5和图3-3-6为发送方的载波信号与通过COSTAS环得到的载波信号，可以看出两 者完全一致，那么COSTAS环可以达到提取同频同相载波信号的目的。 下面，从2DPSK信号刚刚进入接收方开始，对各重要部分的曲线进行分析。 图3-3-7 图3-3-8 图3-3-9 图3-3-7、图3-3-8和图3-3-9分别为2DPSK信号经过带通滤波器后输出y1(t)、y1(t)与载波相乘得到的信号y2(t)以及y2(t)经过低通滤波器后得到的信号y3 (t)的功率谱密度。从图3-3-7可看出，在截止频率以外的其他频率分量得到了有效的滤除，同时，信号的中心频率 在40KHZ处，仍然属于一个已调信号；从图3-3-8中可以看出，y1(t)与载波相乘后得到了 一些其他不需要的频率分量，比较明显的是中心频率在80KHZ处的分量，需要滤除，否则产生干扰，而中心频率在0KHZ出的频率分量正是我们所要的基波分量，需要保留；从图 3-3-9中可以看出，经过低通滤波器，一些高频分量已经得到有效滤除，剩下的成分正是需 要的调制信号成分。 为更清楚的说明上述过程，下面列出了图3-3-7、图3-3-8、图3-3-9信号所对应的时域当中的表现，对应起来分别是图3-3-10、3-3-11、3-3-12。 图3-3-10 图3-3-11 图3-3-12 显然，从图3-3-10和图3-3-11难以得到大量关于信号的精确描述，也就是说这时在时域 上对信号进行研究意义并不很大。而从图3-3-12中就可以看出稍多一些的信号信息，这时 信号在时域中表征的信息才有研究的价值，比如在示波器上得到的眼图就是有很多图3-3-12 中这样的信号叠加而成。 图3-3-13 图3-3-14 3-3-133-3-14 从输出信号的功率谱密度可以看出，该信号的中心频率在0KHZ处，达到解调的目的。 图3-3-15 图3-3-15所示为接收方抽样判决前信号所对应的眼图，在眼图中可以清楚地看出，最佳 判决电平为0V。 1. 了解了不同通信系统的原理和信息传输，以通信系统设计为核心，掌握通信系 设计的方法及参数选择原则，提高利用计算机软件进行通信技术研究的能力。 2. 这次实验了解到了如何对于2DPSK信号的解调，最基本的方法是抽样—保持—判决 —恢复信号。 3. 同时通过实验了解到在解调的过程中要加入滤波器，滤去不必要的高频信号和噪 同时学习对于2DPSK解调过程中滤波器的参数的设置，滤波器的参数的设置对于最终的 复有着重要的作用。 4.同时了解到在使用Systemview的过程中，对于整个实验系统的频率的设定是十分 要的，他将决定我们能否实验成功。