2DPSK的调制与解调

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2024年1月4日发(作者：)

成都学院（成都大学）课程设计报告

2DPSK调制解调仿真系统设计

摘要：二进制差分相移键控简称2DPSK。它是数据通信中最常用的一种调制方式，这种方式的优点是简单，易于实现。与2PSK的波形不同，2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元的相对相位才唯一确定信息符号。调制解调技术是实现现代通信的重要手段，研究数字通信调制解调理论，提供有效的调制方式，有着重要意义。

本文主要研究了利用Systemview软件对2DPSK调制解调的系统设计。首先主要介绍了2DPSK的调制解调的基本理论和仿真软件。然后进行仿真模型搭建并分析仿真结果。

关键词：2DPSK；调制解调；Systemview

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目 录

第1章 绪论 ......................................................................... 1

1.1 课题研究背景及意义 .......................................................... 1

1.2 Systemview软件介绍 .......................................................... 1

1.3 研究内容 .................................................................... 2

第2章 2DPSK的调制解调原理 .......................................................... 3

2.1 2DPSK的调制原理 ............................................................. 3

2.2 2DPSK的解调原理 ............................................................. 3

2.2.1 采用极性比较法解调模块 ................................................ 3

2.2.2 采用差分相干解调模块 .................................................. 4

第3章 基于Systemview的仿真分析 .................................................... 6

3.1 产生2DPSK的调制模块 ........................................................ 6

3.2 2DPSK的解调模块 ............................................................. 7

3.2.1 采用极性比较法解调模块 ................................................ 7

3.2.2 采用差分相干解调模块 .................................................. 8

第4章 结论 ........................................................................ 11

参考文献 ........................................................................... 12

II

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

二进制差分相移键控简称二进制相对调相，记作2DPSK。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码元初相与前一码元初相之差。2DPSK信号的解调有两种方式：一种是差分相干解调，另一种是相干解调-码变换法，后者又称极性比较-码变换法。

与2PSK的波形不同，2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元的相对相位才唯一确定信息符号。这说明解调2DPSK信号时，并不依赖于某一固定的载波相位参考值，只要前后码元的相对相位关系不破坏，则鉴别这个相位关系就可正确恢复数字信息。这就避免了2PSK方式中的“倒π”现象发生。

为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道特性相匹配。调制解调技术是实现现代通信的重要手段，研究数字通信调制解调理论，提供有效的调制方式，有着重要意义。

1.2 Systemview软件介绍

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，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码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SystemView，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。用户在进行系统设计时，只需从SystemView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。

SystemView的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库（Main Library）及专业库(Optional

Library)，基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器、各种函数运算器等；专业库有通讯（Communication）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、射频/模拟（RF/Analog）等；它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC电路、运放电路等）进行理论分析和失真分析。SystemView 1

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能自动执行系统连接检查，给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标。这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。SystemView的另一重要特点是它可以从各种不同角度、以不同方式，按要求设计多种滤波器，并可自动完成滤波器各指标，如幅频特性（伯特图）、传递函数、轨迹图等之间的转换。

在系统设计和仿真分析方面，SystemView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。System

View还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。还具备与硬件设计的接口，与Xilinx公司的软件Core Generator配套，可以将System View系统中的部分器件生成下载FPGA芯片所需的数据文件；另外，System View还有与DSP芯片设计的接口，可以将其DSP库中的部分器件生成DSP芯片编程的C语言源代码。

1.3 研究内容

随机给一基带信号，将其调制成2DPSK信号。在解调过程中分别采用相干解调加码反变换和差分相干解调两种方式对2DPSK信号进行解调。

要求用SystemView来实现对基带信号的调制与解调。画出框图及信号波形并对其进行分析。

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第2章 2DPSK的调制解调原理

2.1 2DPSK的调制原理

在传输信号中，2PSK信号具有较好的误码率性能。但是，在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180度的相位模糊，即恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相也可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送出的数字基带信号正好相反，即“1”变为“0”，“0”变为“1”，判决器输出输出数字信号全部出错。为了克服此缺点提出二进制差分相移键控（2DPSK）方式。

2DPSK信号的产生方法是先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字信息序列的绝对码变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对调相，从而变成二进制差分相移键控信号。2DPSK信号调制器原理框图如图2-1所示。

开关载波载波

0

相对码



移相

码变换

绝对码

图2-1 2DPSK信号调制器原理框图

相对（差分）移相方式（2DPSK）的调制系统如图2-2所示。

基带信号

差分编码 相乘

2DPSK相对码

本地载波

图2-2 相对移相方式产生2DPSK的调制系统框图

2.2 2DPSK的解调原理

2DPSK的解调方法分为两种：一种是相干解调加码反变换即极性比较法，另一种是差分相干解调即相位比较法。

2.2.1 采用极性比较法解调模块

其解调原理是：对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码， 3

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从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，使得解调出的相对码也可能是“1”和“0”倒置，但经差分译码得到的绝对码不会发生任何倒置的现象，从而解决了载波相位模糊带来的问题。2DPSK的相干解调原理框图如图2-3所示。

带通滤波器 乘法器

低通滤波器

抽样判决器

码反变换

2DPSK

基带信号

载波

定时脉冲

图2-3 2DPSK的相干解调原理框图

2.2.2采用差分相干解调模块

用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需由收到的2DPSK信号延时一个码元间隔T，然后与2DPSK信号本身相乘。相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波后在抽样判决，即可直接恢复出原是数字信息，故解调器中不需要码反变换器。

2DPSK差分相干解调器原理框图如图2-4所示。

带通滤波器 相乘器

低通滤波器

抽样判决器

2DPSK信号

延迟T

位定时

图2-4 差分相干解调器原理框图

定义为本码元初相与前一码元初相之差，假设

0→数字信息“0”；

π→数字信息“1”。

则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下。

数字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1

DPSK信号相位：（0） ππ0 π π0π00π

或：（π） 00π00π0ππ0采用π相位后，若已接收2DPSK序列为π0πππ0ππ0，则经过解调后和逆码变换后可得基带信号，这一过程如下。2DPSK信号：（0）π 0 π π π 0 π π 0（π）0 π 0 0 0π0 0 π：ππ π0 0ππ 0 ππππ0 0 ππ0 π变换后序列：（0）1 0 1 1 1 0 1 1 0

(π) 0 1 0 0 0 1 0 0 1（相对码）4

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基带信号：1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1（绝对码）

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第3章 基于Systemview的仿真分析

3.1 产生2DPSK的调制模块

在Systemview中产生2DPSK信号的框图如图3-1所示。基带信号频率为200HZ，载波频率为

1000HZ。

图3-1 在Systemview中产生2DPSK

2DPSK信号波形与频谱如图3-2和3-3所示。

图3-2 2DPSK信号波形

图3-3 2DPSK信号波形频谱

图3-2和图3-3为调制器输出信号，可与原始信号进行对比，看是否有误码出现。

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3.2 2DPSK的解调模块

3.2.1 采用极性比较法解调模块

在Systemview中2DPSK的极性比较法的系统框图如图3-4所示。10为带通滤波器通过频率为800HZ到1200HZ，13为低通滤波器截止频率为200HZ，16，17，18，20构成抽样判决器，20和21构成码反变换器电路。

图3-4 极性比较法框图

最终解调出的信号的波形与频谱如图3-5和3-6所示。

图3-5 最终解调出的信号的波形

图3-6 最终解调出的信号的频谱

图3-5和图3-6为了与原始信号进行对比，看是否一致。

解调出的信号与原始信号波形比较（瀑布图）如图3-7所示。

（上图为原始信号，下图为解调输出信号）

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图3-7 解调出的信号与原始信号波形比较

加噪0.0005W/HZ解调输出信号与原始信号波形比较（瀑布图）如图3-8所示。

（上图为解调输出信号，下图为原始信号）

图3-8 加噪0.0005W/HZ解调输出信号与原始信号波形比较（瀑布图）

加噪0.0002W/HZ解调输出信号与原始信号波形比较（瀑布图）如图3-9所示。

（上图为解调输出信号，下图为原始信号）

图3-9 加噪0.0002W/HZ解调输出信号与原始信号波形比较（瀑布图）

图3-7、图3-8、图3-9是说明不同噪声功率下，解调输出信号的误码率的大小。结论得出噪声越大，误码率越大。

3.2.2采用差分相干解调模块

在Systemview中2DPSK的差分相干解调器框图如图3-10所示。12为带通滤波器通过频率为

800HZ到1200HZ，15为低通滤波器，截止频率为200HZ，16，17，19，20构成抽样判决器，13和14构成差分译码模块。

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图3-10 差分相干解调器框图

最终解调出的信号的波形与频谱如图3-11和3-12所示。

图3-11 最终解调出的信号的波形

图3-12 最终解调出的信号的频谱

图3-11和图3-12为了与原始信号进行对比，看波形是否一致。

解调出的信号与原始信号波形比较如图3-13所示（瀑布图）。

（上图为原始信号，下图为解调输出信号）

图3-13 解调出的信号与原始信号波形比较

加噪0.0005W/HZ解调输出信号与原始信号波形比较（瀑布图）如图3-14所示。

（上图为原始信号，下图为解调输出信号）

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图3-14 加噪0.0005W/HZ解调输出信号与原始信号波形比较（瀑布图）

加噪0.0002W/HZ解调输出信号与原始信号波形比较（瀑布图）如图3-15所示。

（上图为原始信号，下图为解调输出信号）

图3-15 加噪0.0002W/HZ解调输出信号与原始信号波形比较（瀑布图）

图3-13、图3-14、图3-15是说明不同噪声功率下，解调输出信号的误码率的大小。结论得出噪声越大，误码率越大。

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第4章 结论

通过本次课程设计，我对二进制数字调制和解调系统有了更深入的了解，尤其是对2DPSK系统学到了很多的东西，例如如何产生2DPSK信号，以及它的调制与解调，明白了两种解调方式的特点及其它们的区别。

当然在做课程设计的过程中总会出现各种问题，如进行查分编码和差分译码。当时自己在做时出现了错误，在经过不断的修改数据下，终于完成实验。通过小组合作，无形间提高了我们的动手、动脑能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。同时我也充分认识到了理论与实践相结合的重要性，平时我们只是一味地学习理论知识，很少有自己动手设计的时候，但这次课程设计为我们提供了一个好的机会，不仅锻炼了我的动手能力，还使我对通信系统有了感性的认识。

通过此次课程设计我也再一次复习了一遍基础知识，并且把书本上的理论知识和实际动手联系起来让我懂得了在学习的过程中要带着问题去学习，这样才能提高学习的效率。我们必须要联系实际去解决问题，因为我们的知识水平有限，在学习与实践的过程中难免会出现一些问题。

这次课程设计使我把以往所学的很多基础知识都联系了起来，在这期间我深刻的体会到了以前所学的每一样知识都是有用的。只有把基础知识一样样地学扎实了才能在现代技术的基础上不断拓展，不断创新。才能在专业领域上赢得自己的一席之地。

总的来说，这次课程设计让我收获颇丰，不仅让我更深一步理解书本的知识，提高我们分析问题和解决问题的能力，而且让我体会到知识的重要性。同时我也认识到了在学习过程中的薄弱知识点，在以后的学习中，我一定更加努力学习，查缺补漏，争取将专业知识学好。

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参考文献

[1] 黄葆华，杨晓静，牟华坤著．通信原理[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2007：196-206

[2] 樊昌信，曹丽娜著．通信原理[M]．北京：国防工业出版社，2007

[3] 谢希仁著．计算机网络第4版[M]．北京：电子工业出版社，2003

[4] 李建新，刘乃安，刘继平著．现代通信系统分析与仿真－MATALAB通信工具箱[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2001

[5] 尤克，胡智娟，陈曦著．现代数字移动通信原理及实际应用[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2001：147，161

[6] 康丽，邵玉斌著．直接序列扩频系统抗干扰性能研究[M]．上海：上海应用技术学院学报(自然科学版)，2006，6(3)：212-215

[7] 曹志刚，钱亚生著．现代通信原理[M]．北京：清华大学出版社，1992

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本文标签： 信号解调系统调制差分