4DPSK调制解调系统设计

课程设计
2016年3 月4 日
通信综合课程设计（报告）
东北石油大学课程设计任务书
课程通信综合课程设计
题目4DPSK调制解调系统设计
专业姓名学号
主要内容、基本要求、主要参考资料等
主要内容
1．了解循环码调制解调系统包括几部分，及每部分的功能特性。

2．就其调制部分，利用分立元件搭建电路。

3. 对4DPSK仿真结果分析。

基本要求
使用SystemView软件实现4DPSK系统的硬件仿真。

主要参考资料
[1] 童诗白．模拟电子技术基础．北京:高等教育出版社．2002.
[2] 张建华．数字电子技术．北京:机械工业出版社．2004.
[3] 陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京:机械工业出版社．2005.
[4] 樊昌信.宫锦文.刘忠成编著.通信原理及系统实验.电子工业出版社.2007.. 完成期限2016年2月22日~2016年3月4日
指导教师
专业负责人
2016年2 月22日
摘要
介绍了目前在DSP、通讯和控制系统中广泛使用的仿真工具SystemView，并建立了基于Sy8temView运行环境的4DPSK调制与解调的仿真系统．通过从发端经信道到收端整个系统的特性仿真，完成调制解调的同时，对已调信号的相位进行分析并作出星座图。

在现实生活中数字信号的传输可分为基带传输和带通传输。

不经载波调制而直接传输数字基带信号的方式称为数字基带传输。

然而，实际中大多数信道因具有带通特性而不能直接传输基带信号。

为了使数字信号在带通信道中传输，必须对数字基带信号进行数字调制。

常用的数字调制方式包括振幅键控、频移键控和相移键控三种基本方式。

这三种方式虽是最近几十年里最基础的数字信号编码解码方式，但还不是很完善，有许多值得改进的地方
4DPSK（4 differential phase shift keying）即四相差分相移键控技术是多进制数字调相系统中经常使用的一种技术，它除了可以实现调制解调的最基本目标外，还具有抗干扰能力强、误码性能好、频谱利用率高、对临道干扰小等优点，而且，它成功地解决了四进制绝对移相键控（4PSK）在相干解调过程中产生的相位模糊问题，使系统的性能得以提高。

第三代移动通信系统中的VV-CDMA采用的就是这种调制方式。

此外，随着技术的进步，特别是超大规模集成电路和数字技术的发展，使得复杂的电路设计得以用少量的集成电路模块实现，甚至使用软件代替实现。

因此根据这一现实要求，使用SystemView 软件实现4DPSK系统的硬件仿真，使得4DPSK可以更好的被理解和应用。

关键字：system view、4DPSK、仿真
通信综合课程设计（报告）
目录
1.设计要求 (1)
2.方案设计 (1)
2.1关于system view (1)
2.2 4DPSK的调制原理 (1)
2.3 4DPSK的解调原理 (2)
2.4 4DPSK调制系统的电路组成 (3)
2.5 4DPSK解调系统的电路组成 (4)
3.设计结果分析 (6)
4.小结 (7)
1.设计要求
1．了解循环码调制解调系统包括几部分，及每部分的功能特性。

2．就其调制部分，利用分立元件搭建电路。

3. 对4DPSK仿真结果分析。

4．掌握理论联系实践的方法。

2.方案设计
2.1关于system view
System view是美国Elanix公司设计开发的用于现代工程与科学系统设计、仿真的动态系统分析工具，是基于windows环境的用于系统仿真分析的可视化软件工具。

它界面友好，使用方便。

使用它，用户可以使用代表不同功能的块图符(Token)方便快速地建立全部动态系统和子系统的精确模型，无须与复杂的程序语言打交道，不用写代码，即可完成各种系统的设计与仿真。

利用system view可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合通信系统和多速率系统，也可以用于各种线性或非线性控制系统以及离散和连续时间的的设计和仿真。

用户在进行系统设计时，只需从system view配置的图符中调出有关图符，进行各个图符的参数设置和相互间的连线，即可进行仿真操作，给出分析结果。

System view的图符资源十分丰富，包括基本库和专业库。

基本库包括加法器、乘法器、多种信号源、接收器、各种函数运算器等，专业库有通信库、逻辑库、数字信号处理库、射频/模拟库等。

用户可以快速建立和修改系统的运行参数，实现实时修改系统参数，实时显示运行结果的动态仿真。

SystemView的主要特点包括：
1)多速率系统和并行系统
2)设计组织结构图
3)丰富的功能模块
4)广泛的滤波器和线性系统设计
5)先进的信号分析和块处理窗口
2.2 4DPSK的调制原理
如图1所示，4DPSK调制系统包括串并转换电路、码元变换电路以及相乘电路。

输入的基带信号先经过串并转换电路变成两路速率减半的序列，再经码元变换为两路双极性信号I(t)、Q(t)，再分别对两个正交的载波信号进行调制、相加，即可得到4DPSK信号。

图1 4DPSK调制系统的原理框图
2.3 4DPSK的解调原理
如图2所示，此4DPSK解调器采用的是相干解调-码反变换器方式，即极性比较法。

电路主要包括相乘器、抽样判决器、码反变换器及并串转换电路等。

4DPSK已调信号与本地载波相乘后，经低通滤波器滤除高频成分量，得到同相支路和正交支路的两路码元分量，经抽样判决器完成波形恢复。

然后，两支路码元分别经码反变换后，送入并串转换电路完成并串变换，得到4DPSK解调信号。

这种调制方法主要利用了延迟电路将前一码元信号延迟一码元时间后，分别作为上、下支路的相干载波，可直接比较前后码元的相位。

图2 4DPSK解调系统的原理框图
2.4 4DPSK调制系统的电路组成
如图3，在4DPSK调制系统中设计完成了串并转换电路、码元变换电路以及相乘电路，并在其信号输出时加入高斯噪声。

在其解调系统中设计完成了低通滤波器、抽样判决电路、码反变换电路以及并串转换电路。

最终，在解调输出端得到了与原输入码元序列在时间上略有延迟的4DPSK解调信号。

图3 4DPSK调制系统的电路
图4 4DPSK调制解调系统
4DPSK调制系统的电路如图4所示，二进制源序列码元信息由图符0产生，其
波形可在图符1的观察窗进行观察。

串/并转换及电平转换电路由图中亚系统图符2完成。

图符11的正弦波产生76.8Hz的载波，其相同分量和正交分量分别经过串/并转换后的双比特码相乘。

正弦波产生器本身就有同向和正交两路输出。

因此，图中不用另加π/2移相器。

码元与载波相乘分别完成两个独立的2DPSK调制后，将两路信号相加，即可得到最后的4DPSK信号。

该信号可由图符13的观察窗进行观察。

图符27和图符8观察窗所示的是经差分编码后的两路波形。

图5 串并转换亚系统内部结构图
图5所示为串并转换亚系统内部结构。

实现串并转换的方法是：两路抽样器分别分别以9.6Hz的抽样率对源序列进行抽样。

其中一列先经过一个码元宽度的实践延迟，这样上一路抽取第奇数个码元，下一路抽取第偶数个码元，完成串并转换。

为了使两路信号抽样后在相位上对齐，抽取奇数个码元的支路也进行了相应的时间延迟。

串并变换后的两路信号分别由图符22、23观察窗进行观察。

为了便于观察，信号被抽样后应经过保持器保持。

2.5 4DPSK解调系统的电路组成
图6 4DPSK解调系统
4DPSK解调系统的电路如图6所示。

解调时本地载波采用与调制载波同频同相的正弦波信号。

4DPSK已调信号与本地载波相乘后，经接受低通滤波器滤除高频成分量，得到同相和正交支路的码元分量，在亚系统44中完成波形恢复（反相器的作用是模拟相干解调中年载波相位180°模糊的情况）。

之后，两支路码元经差分解码后，送入亚系统53中，完成并串变换，解调器输出的信号由图符54的观察窗观察。

图7 抽样判决亚系统内部结构图
抽样判决电路如图7：两路信号经延迟后，在以各自的码元速率进行抽样。

延迟图符56、61得到延迟时间是从滤波器输出码元的开始时刻到眼图张开度最大时刻的时间差。

图符58、62是算子逻辑库中的比较器，完成判决功能。

选用信号源库中幅度为0V的阶跃信号作为基准信号。

为了保证比较器两个输入信号的速率相同，该阶跃信号也应以码元速率进行抽样。

比较结果经保持器将数据速率恢复为系统抽样频率后输出。

图8 并串转换亚系统内部结构图
并串变换电路如图8：先用9.6Hz的方波与恢复的两路输出波形相乘，取出同相和正交通道的波形信息，再将其中一路延迟一个码元宽度的时间，是两路信号错开，，然后将两路信号相加即可。

3.设计结果分析
图9 4DPSK调制解调系统内所有观察窗所示波形图
图9为4DPSK调制解调系统内所有观察窗所示波形图。

Sink1为源序列码元信息，Sink22、23分别为经串并转换后两路信号波形，Sink27、8分别为经差分编码后的两路信号波形，Sink13为4DPSK调制信号波形，Sink42、43为低通滤波器输出波形，Sink51、52分别为经差分解码后的两路波形信号，Sink54为4DPSK解调信号波形。

图10 源序列码元信息、4DPSK调制信号以及4DPSK解调信号波形图
由图10可以看出解调输出波形与原调制码元序列在时间上略有延迟，与原调制码元序列基本相同的，表明系统传输无误码。

图11 4DPSK信号的矢量图与星座图
4.小结
调制和解调的基本原理是利用信号与系统的频域分析和傅里叶变换的基本性质，将信号的频谱进行搬移，使之满足一定需要，从而完成信号的传输或处理。

调制与解调又分模拟和数字两种，在现代通信中，调制器的载波信号几乎都是正弦信号，数字基带信号通过调制器改变正弦载波信号的幅度、频率或相位，产生幅度键控（ASK）、差分相位键控（DPSK）、频率键控（FSK）信号，或同时改变正弦载波信号的几个参数，产生复合调制信号。

本课程设计主要介绍基于System View对4DPSK进制的调制仿真实现.
通过这次课程设计，我学习并掌握了4DPSK的调制解调原理，了解了4DPSK 调制解调电路的构成，通过实践巩固了课堂上学习的理论知识。

另外，学习并能较熟练的使用System View动态系统分析工具软件。

在使用System View进行仿真的过程中，再一次复习并巩固了课堂上所学到的知识，同时也掌握一项软件的
使用，为今后的学习提供了一定的帮助。

参考文献
[1] 樊昌信，张甫翊，徐炳祥等. 通信原理[M]. 北京：国防工业出版社，2001.
[2] 张志勇. 精通MATLAB[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[3] 童诗白．模拟电子技术基础．北京:高等教育出版社．2002.
[4] 张建华．数字电子技术．北京:机械工业出版社．2004.
[5] 陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京:机械工业出版社．2005.
[6] 樊昌信.宫锦文.刘忠成编著.通信原理及系统实验.电子工业出版社.2007.
东北石油大学课程设计成绩评价表
指导教师：2016 年3 月5日。