吉淑嬌，姜 利

(長(zhǎng)春大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130022)

0 引言

數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)是較為常用的通信系統(tǒng)。利用鍵控法即利用數(shù)字信號(hào)取值離散的特點(diǎn)，通過開關(guān)鍵控載波，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)制。對(duì)載波相位進(jìn)行鍵控可獲得相移鍵控(Phase Shift Keying，PSK)［1］。本文主要通過NI公司開發(fā)的LabVIEW軟件，實(shí)現(xiàn)2PSK的調(diào)制解調(diào)仿真過程。LabVIEW是圖形化編程環(huán)境，具有直觀易學(xué)，編程效率高等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)主要采用模塊化設(shè)計(jì)思想，整個(gè)2PSK系統(tǒng)主要由信號(hào)調(diào)制，信道，信號(hào)解調(diào)等幾個(gè)模塊組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 2PSK系統(tǒng)組成框圖

1 二進(jìn)制頻移鍵控(2PSK)調(diào)制

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，下面以信號(hào)調(diào)制模塊為例，詳細(xì)說明系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程，首先介紹原理，再詳述LabVIEW實(shí)現(xiàn)過程。

1.1 2PSK調(diào)制原理

PSK系統(tǒng)是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。它是一種用載波相位表示輸入信號(hào)信息的調(diào)制技術(shù)。在典型的2PSK中，通常用初始相位0和π分別表示二進(jìn)制“1”和“0”。

由于兩種碼元的波形相同，極性相反，故2PSK信號(hào)可以表述為一個(gè)雙極性全占空矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波的相乘:

式中:

這里，g(t)是脈寬為Ts的單個(gè)矩形脈沖，即發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“1”時(shí)(an取+1)，S2PSK(t)取0相位;發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“0”時(shí)(an取-1)，S2PSK(t)取π相位。調(diào)制框圖如圖2所示。

圖2 2PSK調(diào)制框圖

1.2 2PSK 調(diào)制過程的LabVIEW設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用LabVIEW 8.6作為開發(fā)環(huán)境，使用LabVIEW這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上只要編寫程序流程圖即可，界面很形象直觀。LabVIEW設(shè)計(jì)的程序通常包括前面板和程序面板兩部分。

1.2.1 前面板設(shè)計(jì)：

(1)新建一VI，將輸入序列設(shè)置成“一維數(shù)組”輸入控件，用戶可以任意輸入長(zhǎng)度不等的序列，圖3顯示輸入序列為:101010011

(2)轉(zhuǎn)碼后序列為“一維數(shù)組”顯示控件，用來顯示轉(zhuǎn)碼后的序列

(3)放置“波形圖”顯示控件，顯示轉(zhuǎn)碼后序列的雙極性碼，采樣率、碼速及一周期點(diǎn)數(shù)設(shè)置為數(shù)值輸入控件，根據(jù)需要設(shè)置其值大小。如圖3所示。

圖3 2PSK信號(hào)的產(chǎn)生前面板

1.2.2 程序面板設(shè)計(jì)：

2 總體仿真界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)2PSK的調(diào)制解調(diào)原理，仿真出2PSK的序列波形、變碼后波形以及調(diào)制解調(diào)后的波形。將整體界面按照模塊化設(shè)計(jì)，將幾個(gè)模塊設(shè)計(jì)成子VI，在總體系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)用，這樣使整個(gè)設(shè)計(jì)思路清晰，并利于程序調(diào)試。

2.1 2PSK系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)

整體界面的前面板，將前述各子模塊的前面板整合在一起即可，但整體界面考慮PSK通信系統(tǒng)的流程，從界面的左上角作為“輸入序列”，按照通信過程依次顯示“轉(zhuǎn)碼后序列”、“2PSK”波形一直到抽樣判決后的右下角的“輸出序列”。整個(gè)過程盡量使數(shù)組的數(shù)值顯示和波形顯示每個(gè)格對(duì)齊，所有和通信有關(guān)的信息放在整個(gè)界面的最上方，方便輸入。

圖5為整體界面顯示:當(dāng)輸入序列為01010100時(shí)，設(shè)置各輸入控件的值，如正弦波信號(hào)采樣率為1000，碼速率RB為10，采樣點(diǎn)數(shù)N為1000，載波頻率為100，相位輸入為0，噪聲標(biāo)準(zhǔn)差為0.2，一個(gè)碼周期內(nèi)的點(diǎn)數(shù)為100等。在解調(diào)過程中，經(jīng)過帶通濾波的信號(hào)在相乘器中與本地載波相乘，然后用低通濾波器濾除高頻分量，再進(jìn)行抽樣判決，判決門限設(shè)置為0，如圖中“濾波后波形”中的黃線所示［5］。

2.2 2PSK系統(tǒng)程序面板設(shè)計(jì)

在總體程序面板中，添加while循環(huán)，for循環(huán)以及case等結(jié)構(gòu)模塊，再調(diào)用前面所設(shè)計(jì)的“2PSK調(diào)制”、“信道”以及“2PSK解調(diào)”等子模塊，使用局部變量等模塊，根據(jù)調(diào)制解調(diào)原理實(shí)現(xiàn)整體的2PSK系統(tǒng)的仿真，具體實(shí)現(xiàn)過程如圖6所示。

圖5 2PSK調(diào)制解調(diào)總體界面

圖6 2PSK調(diào)制解調(diào)程序面板

3 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)在LabVIEW8.6的仿真平臺(tái)下，實(shí)現(xiàn)了2PSK調(diào)制解調(diào)仿真設(shè)計(jì)。通過對(duì)整體界面中輸入序列和輸出序列的對(duì)比得知，仿真合理，結(jié)果正確，可廣泛應(yīng)用于通信實(shí)驗(yàn)及科研中。設(shè)計(jì)充分運(yùn)用了虛擬儀器的“軟件即儀器”思想，比用硬件進(jìn)行通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)節(jié)省資金。LabVIEW具有開放性和可擴(kuò)展性，可以根據(jù)用戶需要，對(duì)界面進(jìn)行調(diào)整和添加新的功能，這是傳統(tǒng)儀器無法比擬的。

［1］尹曉琦.基于虛擬儀器的QDPSK調(diào)制系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)［J］.電測(cè)與儀表，2010(12):57-60.

［2］梁芳，楊光.基于LabVIEW的虛擬數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電子測(cè)試，2010(2):43-49.

［3］程學(xué)慶，房曉溪，韓薪莘，等.LabVIEW圖形化編程與實(shí)例應(yīng)用［M］.中國(guó)鐵道出版社，2005.

［4］邵琦，楊絮，呂剛.基于LabVIEW的FSK調(diào)制解調(diào)仿真設(shè)計(jì)［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010(18):45-46.

［5］侯國(guó)屏，王坤，葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)［M］.清華大學(xué)出版社，2005.

［6］居滋培，董大偉，凌奕楓，等，調(diào)制信號(hào)的解調(diào)算法與基于LABVIEW的實(shí)現(xiàn)［J］.電子測(cè)量技術(shù)，2008(12):54-57.