2dpsk课程设计

武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书1二进制数字频带传输系统设计——2DPSK系统1技术指标设计一个2DPSK数字调制系统，要求：（1）设计出规定的数字通信系统的结构；（2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）；（3）用Matlab或SystemView实现该数字通信系统；（4）观察仿真并进行波形分析；（5）系统的性能评价。2基本原理2.12DPSK信号基本原理在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，产生二进制移相键控(2PSK)信号。因为在调制过程中，2PSK调制及解调过程中容易出反向工作问题，即倒π现象，影响2PSK信号长距离传输。2DPSK不同于2PSK的基本原理，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本码元初相与前一码元初相之差。假设相对载波相位值用相位偏移△Φ表示，并规定数字信息序列与△Φ之间的关系为进制差分相移键控常简称为二相相对调相，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本码元初相与前一码元初相之差。假设前后相邻码元的载波相位差为△Φ，可定义一种数字信息与△Φ之间的关系为△Φ=0,表示数字信息“0”武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书2π,表示数字信息“1”则一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载波相位关系如下所示:二进制数字信息：11010011102DPSK信号相位：0π00πππ0π00或π0ππ000π0ππ数字信息与△Φ之间的关系也可以定义为△Φ=0,表示数字信息“1”π,表示数字信息“0”图12DPSK信号原理图2.22DPSK调制原理2DPSK信号一般有两种调制方法，即模拟调制法与键控法。2DPSK模拟调制法框图如图，原始信号经过码型变换后由绝对吗变换为相对码。然后与载波相乘进行绝对移相。武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书3图2模拟调制方框图2DPSK键控调制法是先将原始信号经过码型变换后由绝对吗变换为相对码。然后通过键控的方法使键控器在输入不同电平时输出初始相位不同的正弦波或者余弦波。2DPSK键控调制法框图如下。图3键控调制方框图2.32DPSK解调原理2DPSK信号一般有两种解调方法，即同步检测法和差分相干解调法。2DPSK同步检测法的原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，再与本地载波相乘，去掉调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决得到基带信号的差分码，再经过逆差分器，就得到了基带信号。它的原理框图如图武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书4图4极性解调方框图2DPSK差分相干解调的原理是信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，此后该信号分为两路，一路延时一个码元的时间后与另一路的信号相乘，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决，抽样判决器的输出即为原基带信号。它的原理框图如图图5差分相干解调方框图3建立模型描述3.1差分变换和逆差分变换模型差分变换模型的功能是将输入的基带信号变为它的差分码。用到的模块有延时器和异或门。由于求差分码的过程就是将基带信号与差分码前一个码元求异或，所以异或门的输出经单位延时后与基带信号分别接到异或门的两个输入端，异或门的输出就是基带信号的差分码。逆差分变换就是将差分码延迟一个码元宽度后与原码相乘就得到了绝对码。武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书5nanb1nbbTnanb1nbbT图6差分变换与逆差分变换原理图3.2调制与解调模型2DPSK的调制主要有模拟调制和键控调制。模拟调制既是将需要被调制的基带波形与载波相乘，一般基带信号码元宽度应为载波周期的整数倍，经过调制后不同码元对应着初始相位不同的载波。键控调制是用基带信号作为控制信号，使得当基带信号不同时，输入的载波的初始相位不同，最后与模拟调制达到相同的效果，即经过调制后不同码元对应着初始相位不同的载波。2DPSK的解调主要有同步解调与差分相干解调。同步解调既是将通过带通滤波器之后的信号与本地载波相乘去掉载波成分，然后再进行其他的工作步骤。差分相干解调是将经过带通滤波器之后的信号延迟一个码元周期之后再与其本身相乘，在去除载波成分的同时也完成了逆差分变换的功能。3.3带通滤波器和低通滤波器的模型带通滤波器的作用是将（fl，fh）频率范围外噪声衰减到极低水平，fl为低通截止频率，fh为高通截止频率。低通滤波器模型的作用是将（0，fs）频率范围外的成分衰减到极低水平，fs为截止频率。3.4抽样判决器模型抽样判决器的功能是根据位同步信号和设置的判决电平来还原基带信号。武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书64模型组成模块功能描述4.1使用systemview各图符功能介绍：原始基带信号产生器，产生一个按设定速率，由不同电平幅度脉冲组成的伪随机数列（PN）信号。：正弦波信号发生器，在调制部分作为载波输入。：延时器，使原信号产生一个码元的延迟。：乘法器。完成基带信号和载波信号的乘法运算以及延时信号与原信号相乘。：加法器。完成2ASK信号和噪声的加法运算。：带通滤波器。主要功能是滤除杂波，使频率在最高和最低截止频率之间的信号通过。：低通滤波器。滤除和原始载波相乘后信号的高频成分，保留低频信号。：抽样判决器。主要作用是对经过低通后的信号进行抽样判决，高于门限电压的判为1，低于门限电压的判为0，从而还原原始基带信号。：异或门电路。：单刀双掷开关。在本设计中，主要实现2DPSK信号的调制。：反向器。：基本信号接收器。该接收器平时无显示，必须进入系统分析窗口才能观察和分析输出结果。：数据列表，生成并在系统窗口显示接收到的数据表。：SystemView标准观察窗口，可在系统运行结束后于系统窗口中显示输出波形。4.2模块功能描述4.2.1各种组成系统图模拟调制与差分相干解调组合系统武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书7图7模拟调制差分相干解调系统图键控调制与极性解调组合系统图8键控调制与极性解调系统图武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书8图9模拟调制与极性解调系统图图10键控调制差分相干解调系统图4.2.2各模块功能描述如前图，由2DPSK两种解调方法与调制方法可以组成四种基带传输系统，由于上述四种系统中所使用的各功能模块有重复，所以只就模拟调制与差分相干解调系统和键控调制武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书9与极性解调系统为例来做各模块功能的描述。4.2.2.1模拟调制与差分相干解调系统信号源模块图11信号源模块该模块通过一个信号源图符产生频率为10赫兹的原始双极性非归零信号，也就是我们所说的绝对码。差分变换模块图12差分变换模块该模块通过一个异或图符与一个延迟图符来实现对原始信号的差分变换。延迟图符的延迟时间设置为0.1s,异或图符的门限电压设置为0.5V，正确输出设置为1V，错误输出设置为-1V。模拟调制模块武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书10图13模拟调制模块该模块通过一个相乘图符和一个正弦信号图符来实现对相对码的绝对相移，即对相对码进行2PSK调制。正弦信号频率设置为10赫兹。加噪信道模块图14加噪信道模块该模块由一个高斯噪声信号图符和一个加法图符以及一个带通滤波图符组成。该模块用来模拟一个有高斯噪声信道，带通滤波器用来滤除有用信号频带以外的噪声，其低通截止频率设置为1赫兹，高通截止频率设置为20赫兹，而且高斯噪声信号图符输入的噪声功率可以更改。差分相干解调模块武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书11图15差分相干解调模块该模块由一个相乘图符和一个延迟图符组成，通过将信号延迟一个码元周期之后与原信号相乘实现差分相干解调。该延迟图符的延迟时间设置为0.1s。抽判模块图16抽判模块该模块由一个低通滤波器图符和一个抽判图符组成。通过该模块滤除高频率成分并通过抽判来还原原始绝对码。低通滤波器的截止频率设置为8赫兹，抽判器门限电压设置为0V，错误输出设置为0V,正确输出设置为2V。4.2.2.2键控调制与极性解调系统此系统的信号源模块和差分变换模块以及加噪信道模块与模拟调制与差分相干解调系统的各对应模块组成成分相同。但是参数设置并不一样，信号源模块频率为100赫兹；差分变换模块中延迟图符延迟时间为0.01s，异或图符门限电压设置为0.2V，错误输出为0V，正确输出为1V；加噪信道模块中带通滤波器高通截止频率为150赫兹，低通截止频率为250赫兹。下面介绍其他不同模块的组成以及参数设置。键控调制模块武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书12图17键控调制模块该模块由一个正弦信号图符和一个反相图符以及一个单刀双掷开关图符组成。该模块的作用是用相对码作为控制信号，使得当相对码不同时，选择不同的输入，既使输入的载波的初始相位不同，最后与模拟调制达到相同的效果，即经过调制后不同码元对应着初始相位不同的载波。正弦信号的频率设置为200赫兹。极性解调模块图18极性解调模块该模块由一正弦信号图符和一个相乘器图符组成。输入信号与本地载波相乘后去除载波成分。正弦信号频率设置为200赫兹。抽判模块武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书13图19抽判模块该模块由两个低通滤波器图符以及两个抽判图符和一个逆差分变换图符组成。具体功能是先还原相对码，然后经过逆差分变换变为绝对码。由于此时的绝对码型不够完善，再用一次低通将频率较高成分去掉。两低通滤波器截止频率设置为50赫兹。延迟器延迟时间设置为0.01s。5调试过程及结论5.1模拟调制与差分相干解调系统噪声较小时信号源发出波形图20信号源波形此波是一频率为10赫兹的双极性非归零信号逆差分变换后波形武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书14图21差分变换后波形经过差分变换后变为原码的相对码。与载波相乘后波形图22调制后波形经过信道并经过带通滤波器后波形图23经过带通后波形差分相干解调后波形图24差分解调后波形经过低通滤波器后波形武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书15图25低通后波形抽判后波形图26抽判后波形观察此波并与信号源发出波形作比较，发现经过抽判后得到的波形与信号源发出的波形基本一致，但是有一定时间的延迟。噪声较小时眼图图27眼图观察眼图可见当噪声较小时眼睛睁开较大。噪声较大时的输入信号波形武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书16图28信号源输入波形最后解调得到波形图29解调后波形由上图可见经过解调并没有完全还原信号源发出的波形，可见信道中的噪声对信号传输质量有影响。噪声较大时的眼图图30眼图当噪声较大时，眼图眼睛睁开较小，也验证了强噪声对信号传输质量有影响。5.2键控调制与极性解调系统噪声较小时信号源输入波形武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书17图31信号源输入波形经过差分变换后波形图32差分变换后波形经过键控调制后波形图33键控调制后波形与本地载波相乘后波形武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书18图34与载波相乘后波形第一次经过低通滤波器后波形图35一次低通后波形第一次抽判后波形图36一次抽判后波形经过逆差分变换后波形武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书19图37逆差分变换后波形最后接收到的波形图38最后接收波形将此图与信号源发出信号波形作比较，发现经过解调后能够基本再现原来波形，但是有一定时间延迟。高斯噪声较小时的眼图图39眼图此时眼睛睁开幅度较大。当加入信道中的高斯噪声较大时信源输出波形武汉理工大学《专业课程设计2（通信原理）》课程设计说明书20图