基于System view的數(shù)字調制解調系統(tǒng)的仿真與分析

摘 要：數(shù)字調制解調系統(tǒng)作為數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分，對它的研究是很有必要的。文中使用System View軟件強大的動態(tài)系統(tǒng)設計、分析和仿真功能對常用的數(shù)字調制解調系統(tǒng)2PSK和2DPSK經行模擬仿真，簡單介紹了PSK和DPSK調制解調原理，詳細說明了基于System View軟件設計2PSK和2DPSK調制解調的過程，并給出相應的仿真電路圖和仿真波形圖，效果顯著，為通信系統(tǒng)的構成、分析、觀察提供新的思路。

關鍵詞：數(shù)字調制解調；System view；仿真與分析；2PSK；2DPSK

中圖分類號：TP391.9

伴隨著通信技術的迅速發(fā)展，在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，具有較強抗干擾能力、易于集成、易于加密及差錯可控特點的數(shù)字調制解調系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應用。而在實際信道中，由于各種原因往往會產生噪聲，致使信號傳輸不穩(wěn)定，進而會丟失信息，采用什么樣的數(shù)字調制解調系統(tǒng)可以提高通信質量，這就引起了人們的注意。因此對各種數(shù)字調制解調系統(tǒng)的仿真與分析具有重要的實際意義。

為便于大家分析、觀察各種數(shù)字調制解調系統(tǒng)，本文通過System view軟件對常用的數(shù)字調制解調系統(tǒng)2PSK和2DPSK進行模擬仿真，通過仿真可以直觀的理解2PSK和2DPSK的工作原理及各自的優(yōu)缺點，便于人們在通信頻帶調制中進行合理的選擇。

1 2PSK調制與解調基本原理及分析

二進制相移鍵控中，我們從載波相位隨基帶變化的波形中按照一定的間隔抽取數(shù)值，用“1”和“0”來代表相位0度和180度，從而形成的就是PSK波形，由于ASK和FSK波形抵抗噪音的能力不如PSK，因此，在數(shù)據(jù)傳遞速度較高的系統(tǒng)中要用到PSK波形。這種將數(shù)字信息用載波的不同相位去直接表示的相位鍵控就是所謂的絕對相移方式。在調制部分中，2PSK信號可以通過將正弦載波與信號源產生的雙極性不歸零信號直接相乘得到。

圖1 2PSK信號解調原理圖

2PSK信號的解調只能用相干解調這種方式。從圖中以及參考波形圖可看出，解調器中本地參考波的相位必須和發(fā)送端解調器的載波同頻同相。然而在實際通信中，參考載波的基準相位很難固定，隨時都會出現(xiàn)跳變且不易考察，因此絕對相移鍵控很少采用。

2 2PSK仿真與分析

已調信的包絡中是沒有辦法反映2PSK的調制信號的，因此2PSK只能用相干解調進行解調，因此文中主要對2PSK相干解調進行仿真分析。

2PSK相干解調中已調信號與載波相乘輸出的波形里包含有頻率不低的部分，而這些部分只用通過低通濾波器才能去除，從而得到需要的成分。通過去除后輸出的波形如圖2所示。

圖2 2PSK相干解調低通濾波輸出波形

由上圖得出經過低通濾波器處理后，只剩下低頻波形，然后進行抽取信號，就能夠得到基帶信號了。2PSK相干解調判決輸出波形如圖3所示。

圖3 2PSK相干解調判決輸出波形

在仿真過程中，判決電壓即為峰值的一半。從圖3可以清楚的看出，2PSK相干解調得到的波形基本上與原基帶信號保持一致，延遲較小，并且在誤差允許的范圍內，因此仿真結果是正確的。

2PSK信號的解調只能用相干解調這種方式。從圖中以及參考波形圖可看出，解調器中本地參考波的相位必須和發(fā)送端解調器的載波同頻同相。然而在實際通信中，參考載波的基準相位很難固定，隨時都會出現(xiàn)跳變且不易考察，因此絕對相移鍵控很少采用。

3 2DPSK調制與解調基本原理及分析

由于2PSK中“到π”現(xiàn)象的存在，造成解調的波形可能與原來的波形是完全相反的，為解決這一問題，引入了相對相移鍵控，即2DPSK。2DPSK屬于相移鍵控的一種，采用碼元的相對相位的變化實現(xiàn)數(shù)字信息的傳遞。具體表示方式為：前后相位變化為π，表示發(fā)送的信息為“1”；前后相位變化為0，表示發(fā)送的信息是“0”。因此，在2DPSK中一定有參考相位。當參考相位為0時，2DPSK中信號相位與二進制信息對照表如表1所示，當參考相位為π時，則相位所對應的二進制信息的0和π正好相反。

圖4 2DPSK調制解調原理圖

從圖4可以清楚的看出，生成的二進制信息碼元，經絕對碼變換為相對碼，再與載波相乘，就可以得到2DPSK已調信號。解調時我們采用2PSK解調系統(tǒng)，先與載波信號相乘，得到需要的2倍頻的正弦分量和直流分量，再進行低通濾波器處理，將那些無用的正弦分量濾除，通過抽樣判決，得到相對碼，利用碼反變換器將相對碼變換為絕對碼。具體在實驗中，首先延遲一個碼元的寬度，然后再與原來此時的碼元進行異或運算，就可以實現(xiàn)。

4 2DPSK仿真與分析

2DPSK相干解調波形仿真圖如圖5。

圖5 2DPSK相干解調仿真波形

圖5中，調制載波的頻率設定為20Hz，2DPSK序列的波特率設定為10b?s。而在實際中，由于話帶以內以中速傳輸數(shù)據(jù)時，2DPSK 采用的是CC ITT建議的一種傳輸方式，波特率應為kb?s數(shù)量級。在仿真中，為了便于觀測波形，調制信號的頻率應為波特率的兩倍，這樣在波形圖上就可以清晰的觀察到在一個碼元內有兩個正弦波的波形。在這個模型中，我們?yōu)榱吮阌谘芯?，而忽略了噪聲的影響，噪聲在實際中是一定存在的，因此在實際中需增加低通濾波器，以便去除帶外噪聲。

下面對“分析窗口”的波形進行觀察并分析。

輸入的二進制基帶波形（絕對碼）如圖6。

圖6 2DPSK相干解調輸入的基帶信號

輸入的基帶信號（絕對碼）是二進制雙極性偽隨機碼（即PN序列），頻率為10Hz，圖6中可看出輸入的序列為“-11-1-1111-1-111-1-1-1”。

輸入的基帶絕對碼經過差分編碼器轉換成相對碼，如圖7。

圖7 2DPSK調制中輸出的相對碼

2DPSK相干解調中已調信號與載波相乘的波形如圖8。

圖8 2DPSK相干解調中已調信號與載波相乘輸出波形

從圖8中可以看出2DPSK相干解調中已調信號與載波相乘輸出的波形中含有很多高頻成分，我們需要用低通濾波器將這些高頻成分濾除，得到需要的直流分量。

2DPSK相干解調輸出波形如圖9。

圖9 2DPSK相干解調輸出波形

在仿真時當?shù)玫揭颜{信號與載波相乘的波形后，再經過低通濾波器、采樣器、保持電路、抽樣判決器，得到解調出的相對碼。最后經過差分譯碼器，就可以得到解調出的絕對碼（即輸入的原始基帶信號），從圖9可以看出2DPSK相干解調出來的波形與輸入的原基帶信號基本保持一致，有一點延遲，但在允許范圍內，仿真正確。

2DPSK輸入基帶信號頻譜圖和2DPSK已調信號頻譜圖，如圖10、11所示：

圖10 2DPSK輸入信號頻譜圖

圖11 2DPSK已調信號頻譜圖

通過圖10和圖11我們可以看到已調信號的包絡中反映不出調制信號的波形，因此2DPSK也不能采用非相干解調的方法來解調。

5 結束語

為便于大家分析、觀察各種數(shù)字調制解調系統(tǒng)，本文通過System view軟件對常用的數(shù)字調制解調系統(tǒng)2PSK和2DPSK進行模擬仿真，通過動態(tài)系統(tǒng)設計、分析、仿真可以直觀的理解2PSK和2DPSK的工作原理及各自的優(yōu)缺點，便于人們在通信頻帶調制中進行合理的選擇。

參考文獻：

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作者簡介：朱平哲（1982.07-），女，碩士研究生，教師，研究方向：圖形圖像處理。

作者單位：三門峽職業(yè)技術學院 信息工程系，河南三門峽 472000