曾光，任峻（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙　410128）

2PSK與2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)與分析

曾光，任峻
（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙410128）

本文介紹了2PSK與2DPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理，采用Systemview軟件構(gòu)建2PSK與2DPSK調(diào)制解調(diào)仿真系統(tǒng)，通過Systemview分析窗口分析接收方載波反相和不反相時(shí)信號(hào)在這兩個(gè)仿真系統(tǒng)中的波形變化，直觀地顯示了2PSK信號(hào)的“反相工作”現(xiàn)象和2DPSK信號(hào)消除"反相工作"的原因：2DPSK解調(diào)輸出為2PSK解調(diào)輸出的差分譯碼，當(dāng)接收方載波反相時(shí)，2PSK解調(diào)輸出電平與正常解調(diào)輸出完全相反（"反相工作"現(xiàn)象），但它們電平改變的位置相同，因此通過差分譯碼后得到的2DPSK的解調(diào)輸出與正常解調(diào)輸出相同。

SystemView仿真；2PSK和2DPSK調(diào)制解調(diào)；反相工作；子系統(tǒng)

數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)是通信系統(tǒng)中常見的一種，也是很多數(shù)字系統(tǒng)的基礎(chǔ)。常見的數(shù)字調(diào)制有2PSK、2DPSK、2ASK、2FSK。而2PSK與2DPSK的抗噪聲能力最強(qiáng)，因此常用于高速數(shù)字通信系統(tǒng)。本文首先分析了2PSK調(diào)制解調(diào)原理，并指出2PSK“反相工作”產(chǎn)生的原因以及2DPSK能去除“反相工作”的原因。然后，我們構(gòu)建了2PSK與2DPSK的仿真系統(tǒng)，分析信號(hào)通過系統(tǒng)各點(diǎn)處的波形，通過波形比較直觀說明2PSK“反相工作”產(chǎn)生的原因以及2DPSK消除“反相工作”的原因。本文中使用一種常見的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真的軟件Systemview構(gòu)建2PSK 與2DPSK的仿真系統(tǒng)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行波形分析［1］。通過軟件，用戶可通過連接圖符構(gòu)建各種通信系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)，通過分析窗口，用戶對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域、頻域和抗噪聲性能的分析，并以波形圖、頻譜圖、眼圖、誤碼率等形式給出分析結(jié)果。

1　2PSK調(diào)制與解調(diào)

2PSK相位鍵控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，在2PSK中，通常用初始化相位0和π分別表示二進(jìn)制“0”和“1”。發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“0”時(shí)，取0相位，發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“1”時(shí)，取π相位，這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制的絕對(duì)相移方式［2-4］。2PSK信號(hào)表示如下，其中｛an｝為發(fā)送的二進(jìn)制碼元序列。

顯然2PSK信號(hào)為二進(jìn)制碼元的雙極性碼與載波cosωct的乘積。2PSK信號(hào)產(chǎn)生通常采用鍵控法，而解調(diào)通常采用相干解調(diào)法，其調(diào)制解調(diào)原理框圖如圖1所示。

圖1（b）接收方解調(diào)器處的載波cosωct是通過載波恢復(fù)得到的，但在其過程中可能會(huì)出現(xiàn)180°的相位模糊，即可能是cosωct也可能是-cosωct。顯然，當(dāng)載波為-cosωct時(shí)，通過乘法器輸出取為-e2PSK（t）×cosωct，通過低通濾波器輸出為｛-an｝的雙極性碼，判決器輸出端是｛-an｝，這就是“反相工作”現(xiàn)象。

帶通濾波器的作用是僅使2PSK信號(hào)通過，屏蔽2PSK信號(hào)頻帶外的噪聲，從而提高信噪比。因此其設(shè)置與2PSK信號(hào)的頻帶設(shè)置一致。低通濾波器的作用是屏蔽高頻部分，獲得低頻的雙極性碼。因此其設(shè)置與雙極性碼的頻帶設(shè)置一致。抽樣判決器對(duì)輸入的雙極性碼進(jìn)行抽樣判決，其判決門限為0，抽樣頻率為雙極性碼元速率RB，以保證每個(gè)碼元進(jìn)行且只進(jìn)行一次抽樣［3］。

2　2DPSK的調(diào)制與解調(diào)

2PSK是根據(jù)載波的絕對(duì)相位來表示數(shù)字信息，而2DPSK則是根據(jù)載波的相對(duì)相位，即前后相鄰碼元的載波相位是否發(fā)生變化來表示數(shù)字信息。假設(shè)Δφ為當(dāng)前碼元an與前一碼元an-1的載波相位差，則an與Δφ的關(guān)系為：

與2PSK類此，數(shù)字信息的相對(duì)碼同樣是用前后相鄰碼元的電平是否發(fā)生變化來表示數(shù)字信息，因此碼元序列｛an｝的相對(duì)碼所對(duì)應(yīng)的2PSK信號(hào)與｛an｝的2DPSK信號(hào)相同。由此，我們可以得到2DPSK信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理框圖如圖2所示。

圖2　2DPSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理框圖

3　2PSK與2DPSK仿真系統(tǒng)的構(gòu)建

數(shù)字信號(hào)的第n個(gè)碼元an的差分碼bn為an與前一個(gè)差分碼bn-1的異或，二進(jìn)制碼元序列｛an｝與其差分碼序列｛bn｝存在以下關(guān)系［2-6］：

因此，差分碼編碼器與譯碼器由異或門XOR和一個(gè)碼元的延時(shí)器組成。

在使用Systemview構(gòu)建2PSK仿真系統(tǒng)時(shí)，我們采用鍵控法得到2PSK信號(hào)，采用相干解調(diào)對(duì)其進(jìn)行解調(diào)，根據(jù)圖1的原理框圖，構(gòu)建仿真系統(tǒng)如圖3所示［5］，其中圖符0是信號(hào)源庫中的 “偽隨機(jī)序列PN Seq”，其參數(shù)f=50 Hz，Am=1 V，phase=0deg，offset=0，產(chǎn)生碼元速率為50波特，幅度為1v的雙極性碼。子系統(tǒng)80是根據(jù)圖1（b）原理框圖設(shè)計(jì)的2PSK調(diào)制子系統(tǒng)，其仿真系統(tǒng)及參數(shù)設(shè)置如圖4所示；子系統(tǒng)110是根據(jù)圖2原理框圖設(shè)計(jì)的2PSK解調(diào)子系統(tǒng)，其仿真系統(tǒng)及參數(shù)設(shè)置如圖5所示。我們根據(jù)圖3設(shè)計(jì)了2DPSK仿真系統(tǒng)，子系統(tǒng)33和43分別為差分編碼和譯碼子系統(tǒng)，其仿真系統(tǒng)及參數(shù)設(shè)置如圖6所示；子系統(tǒng)36和39分別為2PSK調(diào)制和解調(diào)子系統(tǒng)，設(shè)置與子系統(tǒng)80和110相同。使用System View軟件仿真時(shí)首先要做系統(tǒng)定時(shí)，本模型中，系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置為采樣點(diǎn)數(shù)為201，采樣頻率為1 000 Hz。

圖3　2DPSK調(diào)制解調(diào)仿真系統(tǒng)

4　2PSK與2DPSK波形仿真分析

圖7為2DPSK信號(hào)和2PSK信號(hào)與基帶信號(hào) ｛an｝的比較，從圖7（a）中可以看出2DPSK信號(hào)是用相對(duì)相位即相位是否改變表示1，0：｛an｝為“1”時(shí)，前后兩個(gè)碼元的相位差為π，｛an｝為“0”時(shí)，相位差為0；從圖7（b）中可以看出2PSK是采用絕對(duì)相位來表示1，0：｛an｝為“1”時(shí)，表示相位為π，｛an｝為“0”時(shí)，表示相位為0。

圖8分析了在接收方載波反相時(shí)，信號(hào)在2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)傳輸過程中的波形變化過程。其中，圖8（a）比較了2DPSK系統(tǒng)中發(fā)送方差分編碼器的輸出波形 （即2PSK調(diào)制子系統(tǒng)輸入碼元）與接收方差分譯碼器的輸入波形（即2PSK解調(diào)子系統(tǒng)的輸出碼元），這兩種波形正好相反。這是由于解調(diào)器的載波與發(fā)送方載波反相造成的。圖8（a）直觀顯示了2PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)在接收方載波反相時(shí)會(huì)出現(xiàn) “反相”現(xiàn)象。圖8（b）比較了基帶信號(hào)｛an｝與解調(diào)后的2DPSK信號(hào)，這兩種波形正好相同。這是因?yàn)?DPSK的解調(diào)信號(hào)為2PSK解調(diào)信號(hào)的差分譯碼，而差分碼是用電平是否改變表示1、0，當(dāng)載波反相時(shí)，差分譯碼器的輸入波形（即2PSK解調(diào)信號(hào)）雖然完全相反，但它們電平改變的位置相同（如圖8（a）所示），因此其譯碼，即2DPSK的解調(diào)輸出相同。通過圖8的波形比較，我們可以直接看到2PSK信號(hào)的“反相工作”現(xiàn)象，以及2DPSK信號(hào)去除“反相工作”現(xiàn)象的原因。

圖4　2PSK調(diào)制子系統(tǒng)

圖5　2PSK解調(diào)子系統(tǒng)

圖6　差分編碼子系統(tǒng)和差分譯碼子系統(tǒng)

圖7　2DPSK信號(hào)和2PSK信號(hào)與基帶信號(hào)的波形比較

圖8　接收方載波反相時(shí)，信號(hào)在2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)傳輸過程中的波形變化

5　結(jié)　論

文中通過Sytem View構(gòu)建仿真系統(tǒng)并分析波形，我們得出2DPSK調(diào)制解調(diào)就是在2PSK調(diào)制解調(diào)的基礎(chǔ)上加入了差分編碼與譯碼的過程，根據(jù)前后相位變化來表示數(shù)字信息，因此能克服2PSK的相位模糊現(xiàn)象，故2DPSK較于2PSK被廣泛應(yīng)用。

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［2］樊昌信，曹麗娜．通信原理［M］．6版.北京:國防工業(yè)出版社，2006．

［3］常君明，顏彬.數(shù)字通信原理［M］.北京：人民郵電大學(xué)出版社，2009.

［4］何婷婷，任峻.2DPSK的調(diào)制解調(diào)及其System View仿真［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2015（9）:116-118.

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Simulation and analysis of 2PSK and 2DPSK modulation and demodulation system

ZENG Guang，REN Jun
（College of Information Science and Technology，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China）

The paper introduces the basic principles of modulation and demodulation for 2PSK and 2DPSK and builds their simulation system on System View.By using the analysis window of System View，we can analyze waveform changes in the two simulation systems when carrier wave is in phase and out of phase，which intuitively show the reason of"reverse phase work" in 2PSK system and the reason that 2DPSK system can remove"reverse phase work":The 2DPSK demodulator output is the differential decoding of the 2PSK demodulator output.The 2PSK demodulation output when the receiver carrier out of phase is completely contrary to that when the receiver carrier is in phase（this is"reverse phase work"in 2PSK），and their electrical level changes are in the same position.Therefore，after differential decoding of 2PSK demodulator output，2DPSK demodulation output when the receiver carrier out of phase is as same as that when the receiver carrier is in phase.

simulation based on System View；2PSK and 2DPSK modulation and demodulation；reverse phase work；Meta System

TP302

A

1674－6236（2016）11-0078-03

2015-06-23稿件編號(hào)：201506212

曾 光（1995—），男，湖南婁底人。研究方向：通信工程。