2DPSK的調(diào)制解調(diào)及其SystemView仿真

摘要：本文介紹了2DPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理并在SystemView平臺上構(gòu)建了一個2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真模型。通過使用SystemView分析窗口觀察信號的波形和頻譜，我們能直接觀測到信號在傳輸過程中的波形和頻譜的變化，這有助于我們更深刻地理解2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的工作原理和各個設(shè)備的功能。

關(guān)鍵詞：SystemView仿真;2DPSK調(diào)制解調(diào);差分相干解調(diào);波形分析

SystemView是一種信號級的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和分析。在它的圖標(biāo)庫中提供了大量的信號源、接收端、功能塊、算子圖符和函數(shù)庫，用戶只需用鼠標(biāo)從SystemView庫中選擇所需圖符并將這些圖符拖到設(shè)計窗口中連接起來，就能構(gòu)成各種通信系統(tǒng)的仿真模型。通過 SystemView的分析窗口，能直接觀測到傳輸過程中的信號的波形和頻譜變化，并能方便的進(jìn)行各種比較分析，這有助于我們更深刻地理解通信系統(tǒng)的工作原理和各個設(shè)備的功能。本文以2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)為例，詳細(xì)說明如何應(yīng)用SystemView構(gòu)建仿真系統(tǒng)和分析信號在傳輸過程中的變化。

1 2DPSK調(diào)制解調(diào)基本原理

2PSK是根據(jù)載波的絕對相位來表示數(shù)字信息，而2DPSK則是利用載波的相對相位，即前后相鄰碼元的載波相位值是否變化來表示數(shù)字信息，若相位改變，則數(shù)字信息為0，否則為1。與2DPSK類似，數(shù)字信息的相對碼同樣是用前后相鄰碼元是否發(fā)生變化表示數(shù)字信息，若碼元改變，則數(shù)字信息為0，否則為1。表 1給出一個數(shù)字信息序列、其對應(yīng)相對碼，對應(yīng)2DPSK信號的相位以及相對碼的2PSK信號相位。

從表1中可以看出，一個數(shù)字信息序列的2DPSK信號可以看成是其相對碼的2PSK信號。因此，2DPSK信號的一種常見調(diào)制方法是先用差分編碼器將二進(jìn)制數(shù)字基帶信號轉(zhuǎn)換為相對碼，然后將相對碼和載波相乘，得到相對碼的2PSK信號，即數(shù)字基帶信號的2DPSK信號。這種調(diào)制方法被稱為模擬調(diào)制。其原理框圖如圖1所示。由于數(shù)字信號的第n個碼元an的差分碼bn為an與前一個差分碼bn-1的異或，即bn=an⊕bn-1。因此，框圖中的差分編碼器由異或門XOR和一個碼元的延時器組成。

2DPSK信號根據(jù)前后相鄰碼元的載波相位值是否變化來表示數(shù)字信息，這也是差分相干解調(diào)法的基本原理。它的原理框圖如圖2所示。2DPSK信號先經(jīng)過帶通濾波器，去除調(diào)制信號頻帶以外的的噪聲。此后該信號分為兩路，原2DPSK信號和延時一個碼元后的2DPSK信號。當(dāng)前者為第n個碼元 an=cos(ωct+φn)時，后者剛好為第n-1個碼元an-1=cos(ωct+φn-1)。將兩者相乘，則此時的積信號為 bn=0.5[cos(φn-1 - φn)+cos(2ωct+φn-1)]。通過低通濾波器去除第二項高頻成分，得到第一項的低頻信號cn=cos(φn-1 - φn)。顯然，若前后碼元an-1和an的相位相同，則數(shù)字信號為0，此時cn=cos0=1;否則數(shù)字信號為1，此時cn=cosπ=-1。將cn送入抽樣判決器中進(jìn)行抽樣判決，即可根據(jù)cn的值判決輸出數(shù)字基帶信號。

2 基于SystemView的2DPSK仿真設(shè)計

系統(tǒng)采用模擬調(diào)制法產(chǎn)生2DPSK信號，采用差分相干解調(diào)對2DPSK信號進(jìn)行解調(diào)。使用System View軟件仿真時首先要做系統(tǒng)定時，本模型中，系統(tǒng)時間設(shè)置為采樣點數(shù)為256采樣頻率為20 000 Hz。

根據(jù)調(diào)制解調(diào)的原理框圖，在SystemView模塊庫中選擇相應(yīng)的虛擬設(shè)備構(gòu)建2DPSK調(diào)制解調(diào)仿真系統(tǒng)，并設(shè)置觀察點觀察信號的波形和頻譜。整個仿真系統(tǒng)如圖3所示。圖3左邊為2DPSK模擬調(diào)制系統(tǒng)，設(shè)備0產(chǎn)生雙極性二進(jìn)制信號基帶信號，是信號源庫中的“偽隨機(jī)序列PN Seq”，設(shè)置頻率為1 000 Hz，通過設(shè)定觀察點5可以觀察設(shè)備0的二進(jìn)制基帶信號：設(shè)備1和設(shè)備2構(gòu)成碼變換器，兩個設(shè)備的作用是對上述雙極性基帶信號進(jìn)行差分編碼，設(shè)備1是邏輯庫中的異或門XOR，設(shè)備2是算子庫中的延遲delay，延遲時間是一個碼元的時間間隔0.001 s，通過觀察點6可以觀察差分編碼后的波形;設(shè)備3為正弦載波，設(shè)頻率為2 000 Hz，通過觀察點8可以觀察載波波形;設(shè)備4是乘法器，通過觀察點9可以觀察輸出的2DPSK信號波形。

圖3的右半部分是2DPSK信號的差分相干解調(diào)。設(shè)備10為帶通濾波器，中心頻率為載波頻率fs=2000Hz，2DPSK經(jīng)過設(shè)備10去除調(diào)制信號頻帶以外的噪聲;設(shè)備12為延遲器，延遲時間為一個碼元的時間間隔0.001 s;設(shè)備12為乘法器，通過設(shè)備18可以觀察經(jīng)乘法器后的輸出波形;設(shè)備13為低通濾波器，它對應(yīng)基帶信號的中心頻率fS=1 000 Hz，通過設(shè)備19可以觀察經(jīng)過低通濾波器后去除高頻成分得到包含基帶信號的低頻信號，設(shè)備14、15、16、17構(gòu)成抽樣判決器。其中設(shè)備14為采樣保持器，設(shè)備16為抽樣頻率為1 000 Hz的抽樣脈沖，該頻率為數(shù)字基帶信號頻率，因此設(shè)備14的作用是對設(shè)備13輸出的每個碼元進(jìn)行采樣并將其值保持一個碼元周期。設(shè)備15為邏輯比較器，它將設(shè)備14輸出的碼元抽樣值與設(shè)備17設(shè)定的判決門限值進(jìn)行比較，從而輸出數(shù)字信息。這里我們設(shè)定判決門限值為0，比較規(guī)則為：大于門限值輸出0，否則輸出1。最后設(shè)置觀察點20觀察解調(diào)出來的波形，分析其與基帶信號波形，判斷仿真是否正確。

3 基于SystemView的2DPSK仿真分析

二進(jìn)制基帶信號經(jīng)過異或門和延時器組成的差分編碼器進(jìn)行差分編碼，把用絕對碼表示的二進(jìn)制基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Υa表示的二進(jìn)制信息，圖4中上面的波形為設(shè)備 0產(chǎn)生的雙極性二進(jìn)制基帶信號。為了方便觀察，我們將該波形上移了1V的電平，即將[-1，1]的雙極性碼波形上移到[0，2]。圖4中下面的波形為該基帶信號經(jīng)過差分編碼器編碼后的信號。從圖中可以看出當(dāng)相對碼信號電平改變時，表示數(shù)字信號“1”;否則，表示數(shù)字信號“0”。

圖5為經(jīng)過差分編碼后的信號與正弦載波相乘后得2DPSK信號與基帶信號的比較。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可以唯一確定信號符號。通過圖形可以看出，2DPSK信號前后兩個碼元的相位差為π，即波形不連續(xù)時，表示數(shù)字信息“1”;相位差為0，即波形連續(xù)時表示數(shù)字信息“0”。

圖6為2DPSK信號經(jīng)過差分相干解調(diào)后的信號與基帶信號的比較，其中電平為[0，2]的是波形上移后的基帶信號的雙極性碼波形，電平為[0，1]的是解調(diào)后的信號波形。從圖中可以看出解調(diào)信號就是基帶信號延遲一個碼元后的波形。這對于實際系統(tǒng)來說是正常的，因為2DPSK系統(tǒng)要經(jīng)過差分變換和濾波等過程，必然會導(dǎo)致出現(xiàn)傳輸延遲的情況。

4 結(jié)論

文中使用SyternView構(gòu)建了一個2DPSK調(diào)制解調(diào)仿真系統(tǒng)，并通過波形對比分析了2DPSK信號的調(diào)制原理。最后將基帶信號與解調(diào)后的信號進(jìn)行波形比較，驗證了2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的正確性。