2DPSK调制系统的实现1

牡丹江师范学院
本科学生通信原理课程设计
题目 2DPSK调制系统的实现的课程设计
姓名庄丽波
学号2010014019
专业电子信息科学与技术
班级10电子工程班
指导教师王荣芝
牡丹江师范学院
2012 年11 月25 日
通信原理课程设计指导书
课程名称：通信原理
学时数：2周
学分数：
开课院、系（部）工学院电气工程及其自动化系电子信息教研室执笔人：王荣芝
编写时间： 2012.11.08
一、设计目的
（1）巩固和加深学生对2DPSK调制解调技术的基本知识的理解和掌握；
（2）掌握编程和程序调试的基本技能；
（3）利用Multisim进行基本的软件设计，掌握软件设计一般方法，了解软件设计的思路；
（4）掌握书写程序设计报告的能力；
（5）提高运用Multisim解决实际问题的能力；
二、设计任务
2DPSK调制解调技术的设计与仿真
三、设计内容与要求
（1）掌握2DPSK调制解调技术，用仿真软件设计实现2DPSK调制解调器。

（2）深入分析各个小问题，编写个部分程序模块；
（3）对于设计中用到的Multisim软件，要联系实际问题进行具体介绍；
四、设计成果要求
设计论文
五、物资准备
1.到图书馆、物理系资料室查阅相关资料
2.到实验室Multisim辅助设计
六、主要图式、表式
电路图、表、公式要规范，符合设计要求
七、时间安排
2012.11.10 设计动员，发放设计任务书
2012.11.12-2012.11.19 查阅资料、拟定设计程序和进度计划
2012.11.20-2012.11.23 确定设计方案、实验、仿真、编写设计说明书
2012.11.24-2012.11.26 完成设计，交指导教师审阅
2012.11.28 成绩评定
八、考核内容与方式
考核的内容包括：学习态度；技术水平与实际能力；论文(计算书、图纸)撰写质量；创新性；采取审定与答辩相结合的方式，成绩评定按百分制记分。

九、参考书目
[1] 孙屹《Simulink通信仿真开发手册》国防工业出版社 2007
[2] 王兴亮《数字通信原理与技术》（第二版）西安电子科技大学出版社 2009
[3] 南利平．《通信系统简明教程》第二版．北京：清华大学出版社．2007
[4] 聂典，丁伟．《10计数机仿真在电子电路设计中的应用》．北京：电
子工业出版社．2007
[5]华成英，童诗白.《模拟电子技术基础(第四版)》. 高等教育出版社. 2010
[6]樊昌信,曹丽娜.《通信原理》（第六版）国防工业出版社，2010
[7]孙学军等.《通信原理》.电子工业出版社 2007
[8] 樊昌信、徐炳祥等《通信原理》(第5版) 北京国防工业出版社 2009
[9] 张志涌《精通MATLAB6.5版》北京航空航天大学出版社 2007
[10] 邓华《MATLAB通信仿真及应用实例祥解》人民邮电出版社 2008
牡丹江师范学院本科学生课程设计任务书
目录
摘要 (1)
1 设计方案与思路 (2)
2 基本原理与基础知识 (2)
2.1 2DPSK基本原理 (2)
2.2 Multisim软件基础知识 (3)
3 设计方案基本原理 (3)
3.1 2DPSK信号原理 (3)
3.2 2DPSK系统原理 (4)
4 系统仿真实现 (5)
4.1 m序列发生器 (5)
4.1.1 m序列介绍 (5)
4.1.2 74LS74芯片 (6)
4.1.3 74LS86芯片 (7)
4.1.4 m序列电路仿真 (8)
4.2 DPSK的实现 (9)
4.2.1 74LS04芯片 (9)
4.2.2 4066BD芯片 (9)
4.2.3 2DPSK系统仿真 (10)
5 系统仿真的结果 (11)
5.1 m序列仿真结果 (11)
5.2 2DPSK系统仿真结果 (12)
致谢 (14)
参考文献 (15)
2DPSK调制系统的实现的课程设计
摘要：二进制差分相移键控简称为二相相对调相，记作2DPSK。

它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。

所谓相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。

DPSK调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，DPSK技术在中、高速数据传输中得到了十分广泛的应用。

关键字：m序列、2DPSK、相位、调制
1 设计方案与思路
DPSK二进制差分移位键控是利用前后码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。

2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元相对相位的差才唯一决定信息符号本次课程设计实现载波的2DPSK调制输出。

Multisim中的信号发生器的“+”输出正相的载波，另外一端“—”产生反相载波，实现载波的两路输出。

经过4066BD模拟开关，m序列对载波进行相位选择，形成BPSK的调制。

要实现2DPSK调制需要在m序列的输出端再加74LS74和74LS86，使绝对码输入成为相对码输出，成DPSK调制输出。

其间电路用到74LS04反相器，74LS86进行m序列产生的模2的反馈。

2 基本原理与基础知识
2.1 2DPSK基本原理
现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。

作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。

从最早的模拟调幅调频技术的日臻完善，到现在数字调制技术的广泛运用，使得信息的传输更为有效和可靠。

在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。

因为在调制过程中，2PSK 调制容易出反向工作问题，影响2PSK 信号长距离传输。

为克服此缺点，并保持2PSK信号的优点，将2PSK体制改进为二进制差分相移键控体制。

图1 2PSK与2DPSK波形对比
与2PSK的波形不同，2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元的相对相位才唯一确定信息符号。

这说明解调2DPSK信号时，并不依赖于某一固定的载波相位参
考值，只要前后码元的相对相位关系不破坏，则鉴别这个相位关系就可正确恢复数字信息。

这就避免了2PSK方式中的“倒”现象发生。

由于相对移相调制无“反问工作”问题，因此得到广泛的应用。

单从波形上看，2DPSK与2PSK是无法分辩的。

这说明，一方面，只有已知移相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息；另一方面，相对移相信号可以看作是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。

这就为2DPSK信号的调制与解调指出了一种借助绝对移相途径实现的方法。

2.2 Multisim软件基础知识
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。

Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

multisim 10概述：
●通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路
●通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为
●借助高级电路分析, 理解基本设计特征
●通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试
●通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间
3 设计方案基本原理
3.1 2DPSK信号原理
2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。

现
假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。

则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图2所示。

图2 2DPSK信号
在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。

如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。

所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。

定义为本码元初相与前一码元初相之差，假设：
数字信息“0”；
数字信息“1”。

则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下：
数字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1
DPSK信号相位：0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1
或：
1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0
3.2 2DPSK系统原理
2DPSK信号的的键控调制法框图如图3所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。

选相开关作用为当输入为数字信息“0”时接相位0，
当输入数字信息为“1”时接pi。

图3键控法调制原理图
4 系统仿真实现
4.1 m序列发生器
4.1.1 m序列介绍
这是本次课程设计的重点也是难点。

主要利用的集成芯片为74LS744位寄存器，74LS04反相器，74LS86异或。

m序列是最长线性反馈移存器序列的简称，又称伪随机序列，是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种序列。

具有较强的抗干扰能力和较低的截获概率，而且长的ｍ序列更容易在一定的强噪声中被提取，这样就能够充分保证数据的正常通信。

通常产生伪随机序列的电路为反馈移存器。

一般说来，一个n级反馈移位寄存器可能产生的最大周期等于（2n-1）。

现在我们引入M序列的本原多项式的概念。

若一个n次多项式f(x)满足以下条件：
（1）f(x)为既约的；
（2）f(x)可整除（xm+1），m=2n-1；
（3）f(x)除不尽（xq+1），q<m，则f(x)为本原多项式。

设n级移位寄存器的初始状态:a-1 ,a-2,a-3,a-4,…a-n经过一次移位后，状态变为a0，a1，…a-n+1，经过n次移位以后状态变为a-n-1，a-n-2，…a1，a0。

4.1.2 74LS74芯片
74LS74内含两个独立的D上升沿双d触发器，每个触发器有数据输入（D）、置
位输入（）复位输入（）、时钟输入（CP）和数据输出（Q）。

、的低电平使输出预置或清除，而与其它输入端的电平无关。

当、均无效（高电平式）时，符合建立时间要求的D数据在CP上升沿作用下传送到输出端
表174ls74功能表
图474ls74引脚图
4.1.3 74LS86芯片
74ls86是常用的 TTL 2输入端四异或门在数字电路中常用，对应的coms器件是74hc86特点是电源功耗很低。

它的电源电压4.75-5.25V，它能和7486， CT4086， DG74LS86， LH74LS86等元件相互代换。

图574LS86引脚图
4.1.4 m序列电路仿真
图6m序列产生
本电路采用带有两个反馈的四级反馈移位寄存器。

若设初始状态为1111（Q3Q2Q1Q0=1111）；
在CP时刻作用下移位后，由Q1与Q0模二加产生新的输入Q=0，则新状态为Q3Q2Q1Q0=0111；
当移位二次时为Q3Q2Q1Q0=0011；
当移位三次为Q3Q2Q1Q0=0001；
移位四次后为Q3Q2Q1Q0=1000；
移位五次后为Q3Q2Q1Q0=0100；
移位六次后为Q3Q2Q1Q0=0010；
移位七次后为Q3Q2Q1Q0=1001；
移位八次后为Q3Q2Q1Q0=1100；
移位九次后为Q3Q2Q1Q0=0110；
移位十次后为Q3Q2Q1Q0=1011；
移位十一次后为Q3Q2Q1Q0=0101；
移位十二次后为Q3Q2Q1Q0=1010；
移位十三次后为Q3Q2Q1Q0=1101；
移位十四次后为Q3Q2Q1Q0=1110；
移位十五次后为Q3Q2Q1Q0=1111，即又回到了初始状态Q3Q2Q1Q0=1111；
输出序列为：111100010011010111。

4.2 DPSK的实现
BPSK的实现：信号发生器的“+”与“—”端实现正相端和反相端的2路输出，由m序列进行载波的随机选择，从而实现BPSK。

DPSK的实现：我们在BPSK实现的基础上加入触发器实现差分码的输出。

主要用到的芯片为74LS74集成D触发器，74LS86、74LS04和4066BD模拟开关。

4.2.1 74LS04芯片
图7 74LS04芯片引脚图
4.2.2 4066BD芯片
每个封装内部有4个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子，其中输入端和输出端可互换。

当控制端加高电平时，开关导通；当控制端加低电平时开关截止。

模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，呈现很高
的阻抗，可以看成为开路。

模拟开关可传输数字信号和模拟信号，可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。

各开关间的串扰很小，典型值为－50dB。

4066BD内部结构如下图8所示。

图8内部结构
4.2.3 2DPSK系统仿真
图92DPSK产生
0相载波与π相载波分别加到模拟开关4066BD，在数字基带信号的信码中，它的
反极性加到模拟开关的IN1角，它的正极性加到模拟开关的IN2角。

用来控制两个同频反相载波的通断。

当信码为“1”码时，模拟开关中IN1的输入控制端为高电平，模拟开关的IN1导通，输出π相载波，模拟开关中IN2的输入控制端为低电平，模拟开关的IN2截止。

反之，当信码为“0”码时，模拟开关IN1的输入控制端为低电平，模拟开关IN1截止，而模拟开关IN2的输入控制端却为高电平，模拟开关IN2导通，输出0相。

模拟开关两个输出叠加后输出，即为二相PSK调制信号。

5 系统仿真的结果
5.1 m序列仿真结果
图10m序列产生
5.2 2DPSK系统仿真结果
图112DPSK产生
由于74LS04的作用，2DPSK调制图中“0”相与“pi”相连接处存在延时。

总结
本次课程设计是关于2DPSK调制系统的设计与实现，实验中通过Multisim软件中完成对实验设计电路图的仿真。

由于刚开始对实验的原理和过程不是很了解，导致在仿真时仿真波形总不能产生或不对。

后经过多次仿真的比较才产生正确的调制波形。

其次，虽然调制波形出现了，但最后的波形不同步，在绝对码的输出后要加上两个非门，实现延时，使其同步。

通过此次课程，让我对2DPSK调制有更进一步的了解。

更重要的是让我熟练的掌握了Multisim仿真及有关电路设计。

要想成功完成一次课程设计必须对所做实验有深入了解，还要有坚定的毅力。

致谢
经过半个月时间的设计，我们的设计完成了课程设计要求，实现2DPSK调制的仿真。

真心感到只要认真对待肯定会有收获的。

本次课程设计成功完成，训练了我的动手能力与设计能力，加深了对理论知识的理解，大大提高了我的动手能力和创新能力，并学会了如何进行控制系统的MATLAB仿真，学会了如何用MATLAB分析控制系统的性能，对理论在实践中的应用有深刻的理解
本次设计过程中，和同学们的合作加强了我的团队合作能力。

在此，特别感谢王荣芝老师给我们的指导。

2DPSK调制系统的实现的课程设计
参考文献
[1] 孙屹《Simulink通信仿真开发手册》国防工业出版社 2007
[2] 王兴亮《数字通信原理与技术》（第二版）西安电子科技大学出版社 2009
[3] 南利平．《通信系统简明教程》第二版．北京：清华大学出版社．2007
[4] 聂典，丁伟．《10计数机仿真在电子电路设计中的应用》．北京：电子工业出版社．2007
[5]华成英，童诗白.《模拟电子技术基础(第四版)》. 高等教育出版社. 2010
[6]樊昌信,曹丽娜. 《通信原理》（第六版）国防工业出版社，2010
[7]孙学军等. 《通信原理》.电子工业出版社 2007
[8] 樊昌信徐炳祥等《通信原理》(第5版) 北京国防工业出版社 2008
[9] 张志涌《精通MATLAB6.5版》北京航空航天大学出版社 2009
[10] 邓华《MATLAB通信仿真及应用实例祥解》人民邮电出版社 2008
15
课程设计指导教师评定成绩表
指导教师评定成绩：
指导教师签名：年月。