2DPSK载波调制信号的调制解调与性能分析.

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实践教学

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兰州理工大学

计算机与通信学院

2013年春季学期

通信系统仿真课程设计

题目：2DPSK载波调制信号的调制解调与性能分析

专业班级：通信工程

姓名：刘旺春

学号：10250423

指导教师：李立

成绩：

摘要

设计了差分编码移相键控(2DPSK)调制解调系统的工作流程图,并利用 MATLAB 软件对该系统的动态进行了模拟仿真。利用仿真的结果,从基带信号的波形图可以衡量数字信号的传输质量;由系统的输入和输出波形图可以看出,仿真实验良好。2DPSK调制解调系统的仿真设计,为以后进一步研究基于MATLAB的通信实验仿真系统奠定了坚实的基础。

关键字：2DPSK ; 差分移相编码 ; 仿真设计

目录

第1章2DPSK原理介绍 (1)

1.12DPSK的基本原理 (1)

1.22DPSK的调制原理 (2)

1.32DPSK的解调原理 (3)

1.3.1 极性比较法................................................... - 4 - 1.3.2 相位比较法................................................... - 4 - 1.3.3 带通滤波器和低通滤波器的模型.................................. - 5 - 第2章系统仿真.. (6)

2.12DPSK调制和差分相干解调法仿真图 (6)

2.1.1调试过程及结论................................................. - 7 - 总结.. (10)

参考文献 (11)

附录 (12)

第1章 2DPSK 原理介绍

1.1 2DPSK 的基本原理

说到2DPSK ，就不得不说一下二进制移相键控（2PSK ）。所谓二进制移相键控（2PSK ）方式是指受键控的载波相位按基带脉冲而改变的一种数字调制方式。即若发送二进制符号0则载波初始相位取0，若发送二进制符号1 则载波初始相位取π，如图1所示（假设一个码元用一个周期的正弦波表示）。这种移相通常被称为绝对移相方式，如果采用绝对移相方式，由于发送端是以某一个相位作基准的，因而在接收系统中也必须有这样一个固定基准相位作参考。如果这个参考相位发生变化（0相位变π相位或π相位变0相位），则恢复的数字信息就会由0变为1或由1变为0，从而造成错误。这种现象常称为2PSK 方式的“倒π”现象或“反向工作”现象。为此实际中一般采用一种所谓的差分移相键控（2DPSK ）方式。2DPSK 方式是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。例如，假设相位值用相位偏移ϕ∆表示（ϕ∆定义为本码元初相与前一码元初相之差），设编码结果如图1.1所示。这样就避免了2PSK 中的倒π现象。产生2DPSK 信号时，先将输入的绝对码转换成相对码，然后再用相对码用二进制绝对移相方式对载波进行调相。

2DPSK 方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。即本码元初相与前一码元初相之差。假设前后相邻码元的载波相位差为ϕ∆，可定义一种数字信息与ϕ∆之间的关系为：

⎩⎨

⎧=∆”

表示数字信息“”表示数字信息“1,

0,

0πϕ

下面将为大家介绍一下2DPSK 的调制与解调原理。

图1.1 相对移相示例

1.2 2DPSK 的调制原理

众所周知2PSK 调制是将传输的数字码元“1”用初始相位为180°的正弦波表示，而数字码元“0”用初始相位为0°的正弦波表示。若设()t a 是传输数字码元的绝对码，则2PSK 已调信号在任一个码元时间T 内的表达式为

()()[]()01,sin 或=+=t a t a ct A t s ω （1）

若将传输数字码元的绝对码()t a 先进行差分编码得相对码()t b ，其差分编译码如下： 差分编码为 ()()()T t b t a t b -⊕= （2） 差分译码为 ()()()T t b t b t a -⊕= （3） 再将相对码()t b 进行2PSK 调制，则所得到的即是2DPSK 已调信号，其在任一码元时间T 内的表达式为

()()[]()01,sin 或=+=t b t b ct A t s πω

（4） 差分编码移相2DPSK 在数字通信系统中是一种重要的调制方式，其抗噪性能和信道频带利用率均优于移幅键控(ASK)和移频键控(FSK)，因而在实际的数据传输系统中得到广泛的应用。2DPSK 调制解调系统的原理框图如图1.2所示。

2DPSK 调制原理是指载波的相位受数字信号的控制而改变，通常用相位0°来表示“1”，而用180°来表示“0”。差分移相键控2DPSK 信号的参考相位不是未调波的相位，而是相邻的前一位码元的载波相位。2DPSK 信号的产生只需要在二相调制前加一套相对码变换电路就可以实现，2DPSK 的调制方框图见图1.3，其中()t S 为载波，()t Eo 为已调信号。

差分编码

低

通滤波

调相

带

通滤波

相乘

抽样判决

差分解码

分频 晶振

+

数字信号输入

数字信号输入

噪声

图1.2 2DPSK 调制解调系统原理框图

1.3 2DPSK 的解调原理

基于DFT 的2DPSK 解调算法实际中接收到的2DPSK 信号在经过带通滤波后，由于码元跳变处的高频分量被过滤掉，滤波后的2DPSK 信号波形分为稳定区和过渡区，码元中间部分是稳定区，前、后部分为过渡区。稳定区内的信号基本无损失，波形近似为正弦波，而过渡区内的波形则不是正弦波，并且幅度明显降低。调制信息基本上只存在于码元稳定区。从上述分析出发，可以得到基于DFT 的数字解调方案。

具体解调方法：对每个码元稳定区内的采样点按照公式（5）做DFT ：

n k x N I N k k /2cos /11π∑==

（5）

n k x N Q N

k k /2sin /11

π∑==

其中，n 代表每个载波周期的采样点个数，N 代表做DFT 时使用的稳定区内的采样点个数(通常取多个载波整周期)。然后，提取出前后码元的相位跳变信息T ϕ来进行解调判

决：计算()I Q /arctan

=ϕ， 并根据Q 和I 的正负情况确定T ϕ的取值范围。把本码元的相位记为b ϕ，前一码元的相位记为a ϕ，则

()mod 2πϕϕϕϕd a b T +-= （6） 其中d ϕ是进行了位同步点调整时附加的相位。

可见，在每个码元周期只需要计算一次相位值即本码元的相位，然后相减得到跳变相位，就可以依据判决条件恢复原始数据，而不需要像文献中所提到的对每个码元要随着窗函数的移动多次计算谱值，因而大大减轻了计算量，非常适合于软件无线电的数字化实时解调。

当调频信号不包括载波分量时，必须采用相干解调，2DPSK 的解调可采用两种方法。其一是极性比较法，然后再用码变换器变为绝对码。另外还有一种实用的方法叫做差分相干解调法，二者的原理框图分别如图1.4，图1.5。

载波 移相

码变换

开关

Eo(t)

S(t)

图1.3 2DPSK 的调制方框图