畢業(yè)論文-通信信號調制

1、*大學本科畢業(yè)論文 學號： 110*話音信號的2DPSK調制系統(tǒng)學院名稱： 物理與信息工程學院 專業(yè)名稱： 電子信息工程 年級班別： 2011級電信112 姓 名： * 指導教師： * 2015年05月河南師范大學本科畢業(yè)論文摘 要現代通信系統(tǒng)要求通信距離遠、通信容量大、傳輸質量好。作為其關鍵技術之一的調制技術一直是人們研究的一個重要方向。從最早的模擬調幅調頻技術的日臻完善，到現在數字調制技術的廣泛運用，使得信息的傳輸更為有效和可靠。在二進制數字調制中，當正弦載波的相位隨二進制數字基帶信號離散變化時，則產生二進制移相鍵控(2PSK)信號。因為在調制過程中，2PSK調制容易出現反向工作問題，影響

2、2PSK 信號長距離傳輸。為克服此缺點，并保持2PSK信號的優(yōu)點，將2PSK體制改進為二進制差分相移鍵控體制。二進制相移鍵控的基帶信號是由相鄰兩碼元相位的變化來表示的，它與載波相位無直接關系，因此在實際設備中，二進制相移鍵控得到了廣泛的運用。 課程設計介紹了話音信號的2DPSK調制系統(tǒng)，建立相關模型并對信號進行模擬調制和仿真。分析了信號源、差分器、調制和加噪模塊的功能，最后用差分相干法和極性比較法對信號進行了調試。經調試后，信號源與抽樣判決之后的信號，圖形基本一致；不過前者調試后，信號波形有延遲，而后者沒有。關鍵詞： 2PSK,2DPSK，調制系統(tǒng) AbstractModern communi

3、cation systems require communication distance, large capacity, good transmission quality of communication. As one of the key technologies of modulation technology has always been one of the important research direction to people. From the earliest fulfillment of analog modulation frequency modulatio

4、n technology, the digital modulation technique is widely used now, makes the information transmission is more effective and reliable. In binary digital modulation, when sinusoidal carrier phase change with discrete binary digital baseband signal, are produced by the binary phase shift keying (2 PSK)

5、 signal. Because in the process of modulation, 2 PSK modulation is prone to reverse the work problem, affect the 2 PSK signal long distance transmission. To overcome this drawback, and maintain the advantages of 2 PSK signal will be 2 PSK system improvement for binary differential phase shift keying

6、 system. Baseband signal of binary phase shift keying is said by changes in the adjacent two yards yuan phase, it and carrier phase has no direct relation, so in actual equipment, binary phase shift keying has been widely used.Paper introduces the relative phase shift keying signal modulation princi

7、ple, and establish related model for simulating the signal modulation and simulation. Analyzing the splitters,modulation, and poor signal source, add noise module functions, with differential coherent and polarity comparison, finally has carried on the debugging to signal. After debugging, the signa

8、l source and the sampling signal after the verdict, basically the same graphics;But the former after debugging, signal waveform with a delay, while the latter is not. Keywords: 2PSK ，2DPSK，the system of modulation目 錄摘 要Abstract前 言1第1章 緒論21.1 2DPSK簡述21.2 System view 簡述21.3調制系統(tǒng)簡述3第2章 2DPSK基本原理52.1 2DP

9、SK信號原理52.2 話音信號的2DPSK調制原理7第3章 建立模型93.1差分和逆差分變換模型9 3.2 帶通濾波器和低通濾波器的模型93.3 抽樣判決器模型103.4 總模型框圖113.4.1 2DPSK模擬調制和積極相干解調法仿真113.4.2 2DPSK模擬調制和差分相干解調法仿真11第4章模塊功能134.1信號源 Source library134.2差分器134.3 調制和加噪模塊14第5章調試過程及結論155.1差分相干法155.2極性比較法17第6章總結與體會20參考文獻21致謝2222前 言本課程設計基于調制系統(tǒng)和數字帶通傳輸系統(tǒng)中的二進制差分相移鍵控(2DPSK)，由于模擬

10、調制系統(tǒng)的局限性，近年來數字調制系統(tǒng)一直被廣泛的運用于人們的日常生活中，可以這么說，數字調制系統(tǒng)和人們的生活已經密不可分。本課程設計的行文思路是:先大致介PSK、2DPSK的工作原理；而后介紹利用 Systemview 軟件去完成濾波器設計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設計與仿真，直到一般的系統(tǒng)數學模型的建立；再然后課程設計介紹了調制系統(tǒng)中的幅度調制(AM）、角度調制(FM和PM），但主要介紹了調相（PM）；接著我們又為話音信號的2DPSK調制系統(tǒng)建立數學模型；最后我們用Systemview對話音信號的2DPSK調制系統(tǒng)進行調試，寫總結與體會，寫參考文獻，寫致謝等等。 第1章 緒論1.1 2DPS

11、K簡述現代通信系統(tǒng)要求通信距離遠、通信容量大、傳輸質量好。作為其關鍵技術之一的調制技術一直是人們研究的一個重要方向。在二進制數字調制中，當正弦載波的相位隨二進制數字基帶信號離散變化時，則產生二進制移相鍵控(2PSK)信號。因為在調制過程中，2PSK調制容易出現反向工作問題，影響2PSK 信號長距離傳輸。為克服此缺點，并保持2PSK信號的優(yōu)點，將2PSK體制改進為二進制差分相移鍵控體制。二進制差分相移鍵控簡稱為二相相對調相，記作2DPSK。它不是利用載波相位的絕對數值傳送數字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數字信息。所謂相對載波相位是指本碼元初相與前一碼元初相之差。與2PSK的波形不同，

12、2DPSK波形的同一相位并不對應相同的數字信息符號，而前后碼元的相對相位才唯一確定信息符號。這說明解調2DPSK信號時，并不依賴于某一固定的載波相位參考值，只要前后碼元的相對相位關系不破壞，則鑒別這個相位關系就可正確恢復數字信息。這就避免了2PSK方式中的“倒 ”現象發(fā)生。由于相對移相調制無“反問工作”問題，因此得到廣泛的應用。單從波形上看，2DPSK與2PSK是無法分辯的。這說明，一方面，只有已知移相鍵控方式是絕對的還是相對的，才能正確判定原信息；另一方面，相對移相信號可以看作是把數字信息序列（絕對碼）變換成相對碼，然后再根據相對碼進行絕對移相而形成。這就為2DPSK信號的調制與解調指出了一

13、種借助絕對移相途徑實現的方法。1.2 Systemview 簡述Systemview 是一個用于現代工程與科學系統(tǒng)設計及仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設計與仿真，直到一般的系統(tǒng)數學模型建立等各個領域，Systemview 在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個精密的嵌入式分析工具。利用Systemview，可以構造各種復雜的模擬、數字、數?；旌舷到y(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設計時，只需從Systemview配置的圖標庫中調出有關圖標并進行參數設置，完成圖標間的連線，然后運行仿真操作，最終以時域波形、眼圖、功率譜

14、等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結果。在系統(tǒng)設計和仿真分析方面，Systemview還提供了一個真實而靈活的窗口用以檢查、分析系統(tǒng)波形。在窗口內，可以通過鼠標方便地控制內部數據的圖形放大、縮小、滾動等。1.3 調制系統(tǒng)簡述調制，是將要傳送的信息裝載到某一高頻振蕩(載頻)信號上去的過程。按照所采用的載波波形區(qū)分，調制可分為連續(xù)波(正弦波)調制和脈沖調制。連續(xù)波調制以單頻正弦波為載波，受控參數可以是載波的幅度，頻率或相位。因而有調幅(AM)，調頻(FM)和調相(PM)三種方式。幅度調制：幅度調制是用調制信號去控制高頻載波的振幅，使其按調制信號的規(guī)律變化的過程。 角度調制：幅度調制屬于線性調制，它通過改變載

15、波的幅度，以實現調制信號頻譜的搬移，一個正弦載波有幅度、頻率、相位3個參量，因此，不僅可以把調制信號的信息寄托在載波的幅度變化中，還可以寄托在載波的頻率和相位變化中。這種使高頻載波的頻率或相位按照調制信號規(guī)律的變化而振幅恒定的調制方式，稱為頻率調制（FM）和相位調制（PM），分別簡稱為調頻和調相。因為頻率或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，故調頻和調相又統(tǒng)稱為角度調制。本次的課程設計我們側重于調相(PM)，所謂調相就是指用基帶信號控制載波相位，使載波信號的相位隨基帶信號的變化規(guī)律產生線性變化，而所產生的已調波相應地稱為調相波。載波的相位對其參考相位的偏離值隨調制信號的瞬時值成比例變化的調制

16、方式，稱為相位調制，或稱調相。調相和調頻有密切的關系。調相時，同時有調頻伴隨發(fā)生；調頻時，也同時有調相伴隨發(fā)生，不過兩者的變化規(guī)律不同。實際使用時很少采用調相制，它主要是用來作為得到調頻的一種方法。調相即載波的初始相位隨著基帶數字信號而變化，例如數字信號1對應相位180°，數字信號0對應相位0°。這種調相的方法又叫相移鍵控PSK，其特點是抗干擾能力強，但信號實現的技術比較復雜。 第2章 2DPSK基本原理2.1 2DPSK信號原理在介紹2DPSK之前我們先介紹2PSK。相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞數字信息，而振幅和頻率保持不變。在2PSK中，通常用初始相位0和p分別表

17、示二進制0和1。由于表示信號的兩種碼元的波形相同，極性相反，故2PSK信號一般可以表述為一個雙極性全占空矩形脈沖序列與一個正弦載波的相乘。前邊討論的2PSK信號中，相位變化是以未調載波的相位作為參考基準的。由于它利用載波相位的絕對值表示數字信息，所以又稱為絕對相移。已經指出，2PSK相干解調時，由于載波恢復中相位有0、p模糊性，導致解調過程出現反向工作現象，恢復出的數字信號1和0倒置，從而使2PSK難以實際利用?；谶@個原因我們采用二進制差分相移鍵控(2DPSK）來彌補2PSK的不足之處。二進制差分相移鍵控(2DPSK)常簡稱為相對相移鍵控，記作2DPSK。它不是利用載波相位的絕對數值傳送數字

18、信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數字信息。2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對相位值去表示數字信息的一種方式?，F假設用表示本碼元初相與前一碼元初相之差，并規(guī)定：0表示0碼，p表示1碼(或0表示1碼，p表示0碼)，則數字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關系可舉例表示如2PSK信號是用載波的不同相位直接去表示相應的數字信號而得出的，在接收端只能采用相干解調，它的時域波形圖如圖2.1所示。圖2.1.1 2DPSK信號讓我們首先先來看看相對相移鍵控和絕對相移鍵控:圖2.1.2 絕對調相和相對調相的矢量圖在這種絕對移相方式中，發(fā)送端是采用某一個相位作為基準，所以在系統(tǒng)接收端也必須采用相同的

19、基準相位。如果基準相位發(fā)生變化，則在接收端回復的信號將與發(fā)送的數字信息完全相反。所以在實際過程中一般不采用絕對移相方式，而采用相對移相方式。定義DF為本碼元初相與前一碼元初相之差，假設：DF=0數字信息“0”；DF=p數字信息“1”。0則數字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關系可舉例表示如下：數字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1DPSK信號相位：0 p p 0 p p 0 p 0 0 p或：p 0 0 p 0 0 p 0 p p 0 2DPSK二進制差分移位鍵控首先一定要規(guī)定參考相位或基準相位。 DPSK二進制差分移位鍵控調制以及差分碼的產生如下:圖2.1.3 DPSK調制器以

20、及差分碼的實現2.2 話音信號的2DPSK信號的調制原理一般來說，2DPSK信號有兩種調試方法，即模擬調制法和鍵控法。2DPSK信號的的模擬調制法框圖如圖2.2.1所示，其中碼變換的過程為將輸入的單極性不歸零碼轉換為雙極性不歸零碼。碼變換相乘載波s(t)eo(t)圖2.2.1 模擬調制法2DPSK信號的的鍵控調制法框圖如圖2.2.2所示，其中碼變換的過程為將輸入的基帶信號差分，即變?yōu)樗南鄬Υa。選相開關作用為當輸入為數字信息“0” 時接相位0，當輸入數字信息為“1”時接pi。圖2.2.2 鍵控法調制原理圖第3章 建立模型3.1 差分和逆差分變換模型差分變換模型的功能是將輸入的基帶信號變?yōu)樗牟?/p>

21、分碼。用到的SystemView2模塊有延時器Delay,異或門。由于求差分碼的過程就是將基帶信號與差分碼前一個碼元求異或，所以異或門的輸出經單位延時后與基帶信號分別接到異或門的兩個輸入端，異或門的輸出就是基帶信號的差分碼。3.2 帶通濾波器和低通濾波器的模型 帶阻濾波器（bandstop filters，簡稱BSF）是指能通過大多數頻率分量、但將某些范圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器，與帶通濾波器的概念相對。其中點阻濾波器（notch filter）是一種特殊的帶阻濾波器，它的阻帶范圍極小，有著很高的Q值（Q Factor）。低通濾波器是容許低于截止頻率的信號通過， 但高于截止頻率的信號不

22、能通過的電子濾波裝置。低通濾波器允許從直流到某個截止頻率(fCUTOFF) 的信號通過。將通用濾波器二階傳遞函數的高通和帶通系數均設為零，即得到一個二階低通濾波器傳遞公式：對于高于f0的頻率，信號按該頻率平方的速率下降。在頻率f0處，阻尼值使輸出信號衰減。您可以級聯(lián)多個這樣的濾波器部分來得到一個更高階的（更陡峭的轉降）濾波器。假定設計要求一個截止頻率為10kHz的四階貝塞爾(Bessel) 低通濾波器。根據參考文獻1，每部分的轉降頻率分別為16.13及18.19 kHz，阻尼值分別為1.775及0.821，并且這兩個濾波器分區(qū)的高通、帶通和低通系數分別為0、0與1。您可以使用這兩個帶有上述參數

23、的濾波器部分來實現所要求的濾波器。截止頻率為輸出信號衰減3 dB的頻率點。帶通濾波器模型的作用是只允許通過（fl，fh）范圍內的頻率分量、但將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平。低通濾波器模型的作用是只允許通過（0，fh）范圍內的頻率分量，并且將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平。在SystemView中帶通濾波器和低通濾波器的模型可以用operator library中的模塊模擬。3.3 抽樣判決器模型在數字基帶信號傳輸（就是一串數字脈沖如0和1不經過調制直接在信道里面進行傳輸）的過程中，信號在傳輸的時候必須要有一定的波形，最容易想到的就是矩形脈沖波形，但是這樣的話有一定的問題，那就是其頻譜是很

24、寬的，不利于傳輸，因此，必須要選擇其它樣式的波形進行傳輸，即對矩形脈沖進行碼型變換和波形變換，變成一種合適在信道中傳輸的形式，比如正弦波，這樣是可以在信道里面進行傳輸的，這樣就要對信號進行“抽樣”，得到在不同的時刻的一些離散的值，但是，由于在信號的傳輸過程中有各種干擾（噪聲和碼間串擾），不同時刻的值跟原先實際的不一定相同，比如在第一個時刻抽樣得到的是0.9（這樣就進行所謂的“判決”，可以發(fā)現此時的值很接近1，因此，此時的信號的值就當成1，從而得到1，同樣在其它的時候得到不同的抽樣值根據情況判斷此處原來的值到底是0還是1），利用這種方式就可以將原來的基帶信號恢復或者再生。這就是所謂的“抽樣判決器

25、”。抽樣判決器的功能是根據位同步信號和設置的判決電平來還原基帶信號。在SystemView中抽樣判決器可以用Logic Library中的模塊來模擬。它的模型框圖如圖所示，它的內部結構圖如圖3.3所示。圖 3.3.1 抽樣判決器3.4 總模型框圖3.4.1 2DPSK模擬調制和積極相干解調法仿真圖3.4.1 2DPSK模擬調制和極性相干解調法仿真圖3.4.2 2DPSK模擬調制和差分相干解調法仿真圖3.4.2 2DPSK模擬調制和差分相干解調法仿真圖 第4章 模塊功能下面我們以2DPSK鍵控調制和差分相干解調法仿真為例來說明各個模塊的功能和主要參數。4.1 信號源 Source library

26、SystemView 軟件本身提供了很多產生二進制信號的模塊，在這次的設計中我們采用的信號源是PN Seq，它的模型圖如圖 4.1所示，可以設置的參數是Amplitude和Rate。我們設置為Amplitude 1V, Rate 1e+3。圖 4.1 信號源4.2 差分器由于2DPSK信號的鍵控調制法中需要用到相對碼，我們需要對信號源出來的基帶信號進行差分處理。差分器的框圖如圖4.2所示。它是由二個模塊組成的子系統(tǒng)。其中異或門有兩個參數需要設置Gate Delay為0，Threshold為100e-3,True Output為800e-3。圖 4.2 差分變換模塊4.3 調制和加噪模塊該模塊的

27、功能是2DPSK的調制和添加高斯白噪聲3，其中參數設置有正弦波：·幅度（Amplitude）：這里采用默認值1。·頻率（Frequency）：單位是HZ,在仿真中設置為2000。·相位（Phase）：單位是rad，在產生正弦波是設置為0，余弦波時設置為pi。鍵控開關Switch :鍵控開關采用SystemView中的Logic模塊，其參數設置為Gate Delay為0S,Ctrl Thresh為100e-3V。噪聲模塊不需要設置參數。其調制框圖如下所示： 圖 4.3 調制和加噪模塊第5章 調試過程及結論5.1 差分相干法2DPSK信號經相關模塊調試后的波形圖如下：

28、圖 5.1.1 信號源波形圖信號源為頻率為1000HZ的NRZ信號。圖 5.1.2 差分變換波形圖基帶信號變?yōu)椴罘执a就是將基帶信號與差分碼的前一個碼元求異或。圖 5.1.3 鍵控法調制框圖當輸入信號為數字信息“0”時，接相位“0”。輸入為數字信息“1”時，接相位“pi”。圖 5.1.4 加噪經過帶通濾波器的波形圖調制過后加入高斯白噪聲，連接到帶通濾波器，去除調制信號以外的在信道中混入的噪聲，再連接到相乘器。此相乘器是一路延時一個碼元時間后與另一路信號相乘。作用是去除調制信號中的載波成分。圖 5.1.5 經低通濾波器波形圖信號經過低通濾波器后，去除高頻成分，得到包含基帶信號的低頻信號。圖 5.1

29、.6 抽樣判決波形圖信號經過抽樣判決，便還原原始信號。比較信號源與抽樣判決之后的信號，圖形基本一致，不過有點延遲。5.2極性比較法2DPSK信號經相關模塊調試后的波形圖如下：圖 5.2.1 信號源波形圖圖 5.2.2 鍵控法調制框圖圖 5.2.3 過低通波形圖圖 5.2.4 首次抽樣波形圖調制信號經過帶通濾波器之后，與本地的載波相乘，然后通過低通濾波器，去除信號中的高頻成分，得到包含基帶信號的低頻成分。最后抽樣判決，得到基帶信號的差分碼波形。圖 5.2.5 逆差分變換波形圖信號通過逆差分變換之后，便得到基帶信號。圖 5.2.6 2次通過低通濾波器波形圖圖 5.2.7 最后抽樣判決波形圖比較圖5.2.7和圖5.2.1可知，系統(tǒng)搭建正確，還原了原始信號。在仿真中基帶信號的頻率為2000HZ，即碼元傳輸速率為Rs=0.0005B，則低通濾波器的阻帶邊頻率設置為2000Hz。正弦波和與余弦波的頻率設置為fc=2000Hz， 2DPSK信號的頻率范圍近似為（fc-Rs，fc+Rs），則帶通濾波器的通帶下邊頻率設置為1000Hz，通帶上邊頻率設置為3000Hz。設置完各模塊參數，檢查無錯誤后啟動仿真，用示波器觀察各點的波形。比較基帶信號波形和輸出波形，發(fā)現輸出波形有一個碼元的延時。在調試的過程中發(fā)現參數的設置十分重要，波形結果是否正確決定于各個模塊