摘 要：數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)作為數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)它的研究是很有必要的。文中使用System View軟件強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析和仿真功能對(duì)常用的數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)2PSK和2DPSK經(jīng)行模擬仿真，簡(jiǎn)單介紹了PSK和DPSK調(diào)制解調(diào)原理，詳細(xì)說明了基于System View軟件設(shè)計(jì)2PSK和2DPSK調(diào)制解調(diào)的過程，并給出相應(yīng)的仿真電路圖和仿真波形圖，效果顯著，為通信系統(tǒng)的構(gòu)成、分析、觀察提供新的思路。

關(guān)鍵詞：數(shù)字調(diào)制解調(diào)；System view；仿真與分析；2PSK；2DPSK

中圖分類號(hào)：TP391.9

伴隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，具有較強(qiáng)抗干擾能力、易于集成、易于加密及差錯(cuò)可控特點(diǎn)的數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。而在實(shí)際信道中，由于各種原因往往會(huì)產(chǎn)生噪聲，致使信號(hào)傳輸不穩(wěn)定，進(jìn)而會(huì)丟失信息，采用什么樣的數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)可以提高通信質(zhì)量，這就引起了人們的注意。因此對(duì)各種數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真與分析具有重要的實(shí)際意義。

為便于大家分析、觀察各種數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，本文通過System view軟件對(duì)常用的數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)2PSK和2DPSK進(jìn)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(diǎn)，便于人們?cè)谕ㄐ蓬l帶調(diào)制中進(jìn)行合理的選擇。

1 2PSK調(diào)制與解調(diào)基本原理及分析

二進(jìn)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(duì)相移方式。在調(diào)制部分中，2PSK信號(hào)可以通過將正弦載波與信號(hào)源產(chǎn)生的雙極性不歸零信號(hào)直接相乘得到。

圖1 2PSK信號(hào)解調(diào)原理圖

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

2 2PSK仿真與分析

已調(diào)信的包絡(luò)中是沒有辦法反映2PSK的調(diào)制信號(hào)的，因此2PSK只能用相干解調(diào)進(jìn)行解調(diào)，因此文中主要對(duì)2PSK相干解調(diào)進(jìn)行仿真分析。

2PSK相干解調(diào)中已調(diào)信號(hào)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(diào)低通濾波輸出波形

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

圖3 2PSK相干解調(diào)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(diào)得到的波形基本上與原基帶信號(hào)保持一致，延遲較小，并且在誤差允許的范圍內(nèi)，因此仿真結(jié)果是正確的。

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

3 2DPSK調(diào)制與解調(diào)基本原理及分析

由于2PSK中“到π”現(xiàn)象的存在，造成解調(diào)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(duì)相移鍵控，即2DPSK。2DPSK屬于相移鍵控的一種，采用碼元的相對(duì)相位的變化實(shí)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(dāng)參考相位為0時(shí)，2DPSK中信號(hào)相位與二進(jìn)制信息對(duì)照表如表1所示，當(dāng)參考相位為π時(shí)，則相位所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制信息的0和π正好相反。

圖4 2DPSK調(diào)制解調(diào)原理圖

從圖4可以清楚的看出，生成的二進(jìn)制信息碼元，經(jīng)絕對(duì)碼變換為相對(duì)碼，再與載波相乘，就可以得到2DPSK已調(diào)信號(hào)。解調(diào)時(shí)我們采用2PSK解調(diào)系統(tǒng)，先與載波信號(hào)相乘，得到需要的2倍頻的正弦分量和直流分量，再進(jìn)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(duì)碼，利用碼反變換器將相對(duì)碼變換為絕對(duì)碼。具體在實(shí)驗(yàn)中，首先延遲一個(gè)碼元的寬度，然后再與原來此時(shí)的碼元進(jìn)行異或運(yùn)算，就可以實(shí)現(xiàn)。

4 2DPSK仿真與分析

2DPSK相干解調(diào)波形仿真圖如圖5。

圖5 2DPSK相干解調(diào)仿真波形

圖5中，調(diào)制載波的頻率設(shè)定為20Hz，2DPSK序列的波特率設(shè)定為10b?s。而在實(shí)際中，由于話帶以內(nèi)以中速傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，2DPSK 采用的是CC ITT建議的一種傳輸方式，波特率應(yīng)為kb?s數(shù)量級(jí)。在仿真中，為了便于觀測(cè)波形，調(diào)制信號(hào)的頻率應(yīng)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(gè)碼元內(nèi)有兩個(gè)正弦波的波形。在這個(gè)模型中，我們?yōu)榱吮阌谘芯?，而忽略了噪聲的影響，噪聲在?shí)際中是一定存在的，因此在實(shí)際中需增加低通濾波器，以便去除帶外噪聲。

下面對(duì)“分析窗口”的波形進(jìn)行觀察并分析。

輸入的二進(jìn)制基帶波形（絕對(duì)碼）如圖6。

圖6 2DPSK相干解調(diào)輸入的基帶信號(hào)

輸入的基帶信號(hào)（絕對(duì)碼）是二進(jìn)制雙極性偽隨機(jī)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(duì)碼經(jīng)過差分編碼器轉(zhuǎn)換成相對(duì)碼，如圖7。

圖7 2DPSK調(diào)制中輸出的相對(duì)碼

2DPSK相干解調(diào)中已調(diào)信號(hào)與載波相乘的波形如圖8。

圖8 2DPSK相干解調(diào)中已調(diào)信號(hào)與載波相乘輸出波形

從圖8中可以看出2DPSK相干解調(diào)中已調(diào)信號(hào)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(diào)輸出波形如圖9。

圖9 2DPSK相干解調(diào)輸出波形

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

2DPSK輸入基帶信號(hào)頻譜圖和2DPSK已調(diào)信號(hào)頻譜圖，如圖10、11所示：

圖10 2DPSK輸入信號(hào)頻譜圖

圖11 2DPSK已調(diào)信號(hào)頻譜圖

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

5 結(jié)束語

為便于大家分析、觀察各種數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，本文通過System view軟件對(duì)常用的數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)2PSK和2DPSK進(jìn)行模擬仿真，通過動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(diǎn)，便于人們?cè)谕ㄐ蓬l帶調(diào)制中進(jìn)行合理的選擇。

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作者簡(jiǎn)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(shù)學(xué)院 信息工程系，河南三門峽 472000