靳殿苛

渤海大學(xué)工學(xué)院

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基于system view的差分相干解調(diào)性能仿真分析

靳殿苛

渤海大學(xué)工學(xué)院

本文主要針對2DPSK，介紹了其相應(yīng)的調(diào)制解調(diào)原理，并建立了解調(diào)的模型，通過仿真軟件對產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行了進(jìn)一步的分析。數(shù)字調(diào)制作為通信系統(tǒng)中一個重要的部分，有時域上的也有頻域上的，通過仿真軟件System View我們可以看到存在于調(diào)制解調(diào)過程中每個階段的波形，并對每個階段的調(diào)制解調(diào)性能進(jìn)行跟蹤。

2DPSK System View 性能

通信的原理就是跨越距離存在的因素將消息從一個地方傳送到另外一個地方，這里的消息來源于信息源。消息作為信息的一種物理表現(xiàn)方式，比如我們?nèi)粘Ｉ钪兴佑|的文字、數(shù)據(jù)、語音等，都是可以稱為消息。我們可以對消息進(jìn)一步分類：數(shù)字消息和模擬消息。這里的數(shù)字消息包括了文字和數(shù)據(jù)之類，而類似圖像和語音之類則可以稱為模擬信息。通信系統(tǒng)中傳遞的形式都是以信號的形式存在的，所以接收到的消息需要經(jīng)過轉(zhuǎn)化，從而變成電信號，信號才是通信信道中傳輸?shù)拿浇椤?/p>

通信的主要宗旨是為了實現(xiàn)消息的傳送，信息中包括了有用和無用的內(nèi)容，而有用的內(nèi)容則歸為信息。消息的存在是具體的，實實在在的，而信息的存在是抽象、虛幻的，通常用信息量這個詞來表示消息中信息的內(nèi)容數(shù)量。從客觀上來講通信主要負(fù)責(zé)信息的傳遞，傳遞的過程要盡量做到不失真和高效率傳遞，而且要盡量消除一些沒用的信息，甚至是一些有害的信息。

1　數(shù)字調(diào)制的意義

當(dāng)用到的測量儀器沒電的時候，關(guān)于那些非電量的信號而言，其頻譜比較低，而且變化的范圍常常是從0化到20，甚至8，90kHz。當(dāng)遇到的信號很弱的時候，尤其在信號的傳輸階段很容易受到相同頻率信號的影響，比如那些低頻噪聲，工頻或者是直流漂移的時候，采用放大的方式是行不通的，所以為了解決這個困境，調(diào)制解調(diào)的方法得到了廣泛的應(yīng)用。調(diào)制解調(diào)對于減少在電路中受到的干擾有很大的促進(jìn)作用，而且在信噪比方面也可以起到提高的效果。

當(dāng)在調(diào)制某個方法的時候引入調(diào)制解調(diào)的相關(guān)技術(shù)可以實現(xiàn)對頻譜的遷移，比如可以把低頻的遷移到高頻的頻譜上，然后低頻信號在經(jīng)過調(diào)制后就會產(chǎn)生高頻的調(diào)制波，這個形成后的高頻波包括了初始輸入信號的所有信息，接著在放大交流之后，被調(diào)波的信號就自動加強(qiáng)了，此時就需要進(jìn)行解調(diào)的技術(shù)了，把經(jīng)過調(diào)制的波重新恢復(fù)成最初的原始信號，這個過程就是解調(diào)，經(jīng)過解調(diào)后生成的信號與最初的信號對比，放大了。因此這個調(diào)制解調(diào)的過程可以實現(xiàn)信號的放大，可以實現(xiàn)低頻信號向高頻信號轉(zhuǎn)化，這對于低頻干擾有很大的制約作用。

借用數(shù)字基帶信號對相應(yīng)的載波進(jìn)行參數(shù)上的控制，這個過程就是數(shù)字調(diào)制，當(dāng)數(shù)字基帶信號發(fā)生改變的時候，載波中的參數(shù)也會相應(yīng)發(fā)生改變，其中數(shù)字調(diào)制可以按照載波參數(shù)的定義不同而有著不同的調(diào)制方式，比如調(diào)頻，調(diào)相和調(diào)幅等幾種調(diào)制方式，另外在這幾個基礎(chǔ)上又可以進(jìn)一步的發(fā)生演變。基帶信號不適合長距離的傳輸，因為長距離的傳送過程中存在著損耗，失真等因素的影響。如果需要克服距離帶來的障礙，那么可以在傳輸?shù)倪^程中引入調(diào)制的技術(shù)，在數(shù)字系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制處于很重要的角色，而且對通信技術(shù)的發(fā)展具有很大的理論與研究意義。對調(diào)制的系統(tǒng)進(jìn)行仿真便于我們理解影響調(diào)制系統(tǒng)性能的一些因素，而且也有利于改進(jìn)傳輸?shù)男阅?。調(diào)制作為數(shù)字通信技術(shù)中的一個十分重要的知識點，通信系統(tǒng)中性能方面需要改進(jìn)的話那么就必須引入數(shù)字調(diào)制的相關(guān)知識，數(shù)字調(diào)制對于系統(tǒng)性能的改善有著很大的意義。

2　數(shù)字調(diào)制解調(diào)的概述

所謂的數(shù)字相位的調(diào)制，我們也可以把其稱之移相鍵控，2DPSK就是作為數(shù)字相位調(diào)制中的一種，改變載波的相位然后再傳遞數(shù)字信號，這個就是數(shù)字相位的調(diào)制過程。數(shù)字相位如果再一次細(xì)分的話就是有相對的移相與絕對的移相。

在數(shù)字通信的系統(tǒng)中，要想在信道中進(jìn)行數(shù)字基帶信號的傳輸，就需要保證信道中的傳輸特性是以低通帶為主的，但是現(xiàn)實的信道中，并不是這么回事，很多的信道都是有著帶傳通的性質(zhì)，沒有經(jīng)過調(diào)制處理的基帶信號是不可以在信道中進(jìn)行傳輸?shù)?，將基帶信號進(jìn)行調(diào)制處理，從而產(chǎn)生已調(diào)的數(shù)字信號。

要想實現(xiàn)二進(jìn)制的相位調(diào)制方式有兩種，分別是相位調(diào)制和MZM推免調(diào)制，其中的相位調(diào)制的主要優(yōu)勢就是有著簡單的結(jié)構(gòu)，功率的輸出是一定的，但是該調(diào)制也有缺點就是對于π相移對電壓的話，那么對其穩(wěn)定性方面的要求也就比較嚴(yán)格。運(yùn)用MZM的推挽方式，那么最大的優(yōu)勢就是相位的狀態(tài)只有0與π，解調(diào)運(yùn)用的是相位的方法，但是存在的缺點就是有著比較復(fù)雜的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)，對于電壓方面的要求是要時刻保持穩(wěn)定性。

3　2DPSK的調(diào)制模塊

在對相位進(jìn)行調(diào)制的時候，一般采用的比較多是進(jìn)行差分解調(diào)，邏輯的信號的表示采用的是前碼元和后碼元的差值，這樣的設(shè)置是為了避免在判決絕對相位中存在著模糊的現(xiàn)象。關(guān)于2DPSK信號的解調(diào)可以分為兩種形式，分別是相干的解調(diào)和差分的相干解調(diào)。

調(diào)制的模塊中分別是由開關(guān)電路和差分編碼模塊共同組成的，由于在這個調(diào)制的期間用引入相位碼的知識，所以就需要將絕對碼變成相對碼，接著把絕對碼進(jìn)行調(diào)相，最后產(chǎn)生的信號就是所謂的二進(jìn)制差分相移鍵控信號了。

相干解調(diào)的部件主要包括相乘器，抽樣判決器，碼反變換器等等組成，對于在抽樣變換的器件中常常將正弦波的信號轉(zhuǎn)為二進(jìn)制的電平信號，前提是這個正弦信號要先通過低通的濾波器，最后生成的就是相對碼。每個不同過程都可以通過示波器的手段進(jìn)行查看具體的波形。

要想實現(xiàn)二進(jìn)制的相位調(diào)制方式有兩種，分別是相位調(diào)制和MZM推免調(diào)制，其中的相位調(diào)制的主要優(yōu)勢就是有著簡單的結(jié)構(gòu)，功率的輸出是一定的，但是該調(diào)制也有缺點就是對于如果是π的相移對電壓的話，那么對其穩(wěn)定性方面的要求也就比較嚴(yán)格。運(yùn)用MZM的推挽方式，那么最大的優(yōu)勢就是相位的狀態(tài)只有0與π，解調(diào)運(yùn)用的是相位的方法，但是存在的缺點就是有著比較復(fù)雜的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)，對于電壓方面的要求是要時刻保持穩(wěn)定性。

4　差分相干解調(diào)原理

從圖1-1中比較容易看出，2DPSK的解調(diào)可以選擇同步的檢測法，然而如果一定要選擇同步的檢測法，那么需要將輸出的序列進(jìn)行改變，生成絕對碼序列。如果采用相位比較法，也就是所謂的差分相干法，就不需要添加碼變換器了，而且差分相干解調(diào)中不需要特定的相干載波，屬于一種比較好的解調(diào)方法，雖然從上圖中可以看出，差分相干解調(diào)增加了延遲電路，這種成本投資上增大了壓力，但是帶來的效益是降低了誤碼率。

跟相干解調(diào)對比的話，差分相關(guān)解調(diào)實現(xiàn)起來就簡單些，這部分的設(shè)計可以不用碼反變換器的這個部分，其中的差分相干解調(diào)的調(diào)制部分可以直接套用相干解調(diào)的調(diào)制部分，兩者就是指解調(diào)方面有些許的出入。

5　差分相干解調(diào)的仿真

2DPSK跟其他的信號有所不同，因為其不存在載波的分量，所以該信號的解調(diào)采用的必須是相干解調(diào)。

如果信噪比是處于小的情況下，那么噪聲的干擾對解調(diào)接收機(jī)的影響就會差些，相反，對于非相干的解調(diào)的影響效果卻要好些，但是如果信噪比是大于-8dB的時候，噪聲對相干解調(diào)和非相干解調(diào)的影響就會反過來。

圖1-1　 2DPSK的差分相干解調(diào)的原理圖

數(shù)字通信系統(tǒng)中誤碼率是評價該系統(tǒng)性能好壞的標(biāo)尺之一。雖然2DPSK的解調(diào)可以分為相干和差分相干，但是本文中主要是以差分相干解調(diào)為主，對差分相干解調(diào)的性能進(jìn)行了分析，2DPSK系統(tǒng)對于噪聲性能的研究本文主要是通過仿真軟件System View進(jìn)行的測試的。System View作為一個在電子過程中充當(dāng)?shù)慕巧欠抡孳浖?，System View涉及的領(lǐng)域很廣，遍布了數(shù)學(xué)模型建立，信號處理，以及濾波器的設(shè)計等等，System View軟件功能強(qiáng)大，界面友好，基本庫豐富，里面包括了乘法器，加法器以及各種各樣的信號源，除此之外System View中還可以與Matlab仿真軟件甚至VC++編程軟件進(jìn)行接口的兼容。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，無線通信的不斷進(jìn)步，引用System View軟件進(jìn)行仿真效果顯著。

圖1-2　 差分相干解調(diào)法的仿真模型

最后通過圖1-2我們可以看出雖然相干解調(diào)的過程跟差分的解調(diào)是有不一樣的，但是示波器中顯示的最終的結(jié)果圖是一樣的，其次還可以再將信號進(jìn)行改變的時候，輸入信號保持不一樣，這樣依然也能夠獲得相應(yīng)的調(diào)制的信號。

6　結(jié)語

通過仿真軟件的使用對2DPSK的認(rèn)識進(jìn)一步加強(qiáng)了，另外在仿真的過程中遇到了一些關(guān)于基帶信號的差分難題，而且對于這個差分知識的認(rèn)識剛好存在著誤解，經(jīng)過仿真軟件從示波器中觀察到了時域波形和頻域上波形的變化。

［1］武曉霞.基于的新型調(diào)制格式在高速光纖傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用.北京郵電大學(xué)，2006

［2］張建立.通信干擾效果試驗評估系統(tǒng)材料匯編.2000.2

［3］徐穆洵.現(xiàn)代通信對抗研究.通信對抗編輯部.1995.7