DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計 2016 年 3 月 4 日課 程 通信綜合課程設(shè)計 題 目 4DPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計 院 系 電氣信息工程學院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 通信綜合課程設(shè)計（報告）東北石油大學課程設(shè)計任務(wù)書課程 通信綜合課程設(shè)計 題目 4DPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè) 姓名 學號 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等主要內(nèi)容1了解循環(huán)碼調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)包括幾部分，及每部分的功能特性。2就其調(diào)制部分，利用分立元件搭建電路。3. 對 4DPSK 仿真結(jié)果分析。基本要求使用 SystemView 軟件實現(xiàn) 4DPSK 系統(tǒng)的硬件仿真。主要參考資料1 童詩白模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)北京:高等教育

2、出版社2002.2 張建華數(shù)字電子技術(shù)北京:機械工業(yè)出版社2004.3 陳汝全電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊北京:機械工業(yè)出版社2005.4 樊昌信.宮錦文.劉忠成編著.通信原理及系統(tǒng)實驗.電子工業(yè)出版社.2007.完成期限 2016 年 2 月 22 日2016 年 3 月 4 日 指導教師 專業(yè)負責人 2016 年 2 月 22 日摘要介紹了目前在 DSP、通訊和控制系統(tǒng)中廣泛使用的仿真工具 SystemView，并建立了基于 Sy8temView 運行環(huán)境的 4DPSK 調(diào)制與解調(diào)的仿真系統(tǒng)通過從發(fā)端經(jīng)信道到收端整個系統(tǒng)的特性仿真，完成調(diào)制解調(diào)的同時，對已調(diào)信號的相位進行分析并作出星座圖。在現(xiàn)

3、實生活中數(shù)字信號的傳輸可分為基帶傳輸和帶通傳輸。不經(jīng)載波調(diào)制而直接傳輸數(shù)字基帶信號的方式稱為數(shù)字基帶傳輸。然而，實際中大多數(shù)信道因具有帶通特性而不能直接傳輸基帶信號。為了使數(shù)字信號在帶通信道中傳輸，必須對數(shù)字基帶信號進行數(shù)字調(diào)制。常用的數(shù)字調(diào)制方式包括振幅鍵控、頻移鍵控和相移鍵控三種基本方式。這三種方式雖是最近幾十年里最基礎(chǔ)的數(shù)字信號編碼解碼方式，但還不是很完善，有許多值得改進的地方4DPSK（4 differential phase shift keying）即四相差分相移鍵控技術(shù)是多進制數(shù)字調(diào)相系統(tǒng)中經(jīng)常使用的一種技術(shù)，它除了可以實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)的最基本目標外，還具有抗干擾能力強、誤碼性能好、

4、頻譜利用率高、對臨道干擾小等優(yōu)點，而且，它成功地解決了四進制絕對移相鍵控（4PSK）在相干解調(diào)過程中產(chǎn)生的相位模糊問題，使系統(tǒng)的性能得以提高。第三代移動通信系統(tǒng)中的 VV-CDMA 采用的就是這種調(diào)制方式。此外，隨著技術(shù)的進步，特別是超大規(guī)模集成電路和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使得復雜的電路設(shè)計得以用少量的集成電路模塊實現(xiàn)，甚至使用軟件代替實現(xiàn)。因此根據(jù)這一現(xiàn)實要求，使用SystemView 軟件實現(xiàn) 4DPSK 系統(tǒng)的硬件仿真，使得 4DPSK 可以更好的被理解和應(yīng)用。關(guān)鍵字：system view、4DPSK、仿真通信綜合課程設(shè)計（報告）目錄1.設(shè)計要求12.方案設(shè)計12.1 關(guān)于 system v

5、iew12.2 4DPSK 的調(diào)制原理 12.3 4DPSK 的解調(diào)原理 22.4 4DPSK 調(diào)制系統(tǒng)的電路組成 32.5 4DPSK 解調(diào)系統(tǒng)的電路組成 43.設(shè)計結(jié)果分析64.小結(jié)7通信綜合課程設(shè)計（報告）11.設(shè)計要求1了解循環(huán)碼調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)包括幾部分，及每部分的功能特性。2就其調(diào)制部分，利用分立元件搭建電路。3. 對 4DPSK 仿真結(jié)果分析。4掌握理論聯(lián)系實踐的方法。2.方案設(shè)計2.1 關(guān)于 system viewSystem view 是美國 Elanix 公司設(shè)計開發(fā)的用于現(xiàn)代工程與科學系統(tǒng)設(shè)計、仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析工具，是基于 windows 環(huán)境的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件

6、工具。它界面友好，使用方便。使用它，用戶可以使用代表不同功能的塊圖符(Token)方便快速地建立全部動態(tài)系統(tǒng)和子系統(tǒng)的精確模型，無須與復雜的程序語言打交道，不用寫代碼，即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計與仿真。利用 system view 可以構(gòu)造各種復雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌贤ㄐ畔到y(tǒng)和多速率系統(tǒng)，也可以用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)以及離散和連續(xù)時間的的設(shè)計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設(shè)計時，只需從 system view 配置的圖符中調(diào)出有關(guān)圖符，進行各個圖符的參數(shù)設(shè)置和相互間的連線，即可進行仿真操作，給出分析結(jié)果。System view 的圖符資源十分豐富，包括基本庫和專業(yè)庫?；編彀臃ㄆ鳌⒊朔ㄆ?、多種

7、信號源、接收器、各種函數(shù)運算器等，專業(yè)庫有通信庫、邏輯庫、數(shù)字信號處理庫、射頻/模擬庫等。用戶可以快速建立和修改系統(tǒng)的運行參數(shù)，實現(xiàn)實時修改系統(tǒng)參數(shù)，實時顯示運行結(jié)果的動態(tài)仿真。SystemView 的主要特點包括：1)多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng)2)設(shè)計組織結(jié)構(gòu)圖3)豐富的功能模塊4)廣泛的濾波器和線性系統(tǒng)設(shè)計5)先進的信號分析和塊處理窗口2.2 4DPSK 的調(diào)制原理如圖 1 所示，4DPSK 調(diào)制系統(tǒng)包括串并轉(zhuǎn)換電路、碼元變換電路以及相乘電通信綜合課程設(shè)計（報告）2路。輸入的基帶信號先經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換電路變成兩路速率減半的序列，再經(jīng)碼元變換為兩路雙極性信號 I(t)、Q(t)，再分別對兩個正交的載波

8、信號進行調(diào)制、相加，即可得到 4DPSK 信號。圖 1 4DPSK 調(diào)制系統(tǒng)的原理框圖2.3 4DPSK 的解調(diào)原理如圖 2 所示，此 4DPSK 解調(diào)器采用的是相干解調(diào)-碼反變換器方式，即極性比較法。電路主要包括相乘器、抽樣判決器、碼反變換器及并串轉(zhuǎn)換電路等。4DPSK 已調(diào)信號與本地載波相乘后，經(jīng)低通濾波器濾除高頻成分量，得到同相支路和正交支路的兩路碼元分量，經(jīng)抽樣判決器完成波形恢復。然后，兩支路碼元分別經(jīng)碼反變換后，送入并串轉(zhuǎn)換電路完成并串變換，得到 4DPSK 解調(diào)信號。這種調(diào)制方法主要利用了延遲電路將前一碼元信號延遲一碼元時間后，分別作為上、下支路的相干載波，可直接比較前后碼元的相位

9、。圖 2 4DPSK 解調(diào)系統(tǒng)的原理框圖通信綜合課程設(shè)計（報告）32.4 4DPSK 調(diào)制系統(tǒng)的電路組成如圖 3，在 4DPSK 調(diào)制系統(tǒng)中設(shè)計完成了串并轉(zhuǎn)換電路、碼元變換電路以及相乘電路，并在其信號輸出時加入高斯噪聲。在其解調(diào)系統(tǒng)中設(shè)計完成了低通濾波器、抽樣判決電路、碼反變換電路以及并串轉(zhuǎn)換電路。最終，在解調(diào)輸出端得到了與原輸入碼元序列在時間上略有延遲的 4DPSK 解調(diào)信號。圖 3 4DPSK 調(diào)制系統(tǒng)的電路圖 4 4DPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)4DPSK 調(diào)制系統(tǒng)的電路如圖 4 所示，二進制源序列碼元信息由圖符 0 產(chǎn)生，通信綜合課程設(shè)計（報告）4其波形可在圖符 1 的觀察窗進行觀察。串/并轉(zhuǎn)

10、換及電平轉(zhuǎn)換電路由圖中亞系統(tǒng)圖符 2 完成。圖符 11 的正弦波產(chǎn)生 76.8Hz 的載波，其相同分量和正交分量分別經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換后的雙比特碼相乘。正弦波產(chǎn)生器本身就有同向和正交兩路輸出。因此，圖中不用另加 /2 移相器。碼元與載波相乘分別完成兩個獨立的 2DPSK調(diào)制后，將兩路信號相加，即可得到最后的 4DPSK 信號。該信號可由圖符 13 的觀察窗進行觀察。圖符 27 和圖符 8 觀察窗所示的是經(jīng)差分編碼后的兩路波形。圖 5 串并轉(zhuǎn)換亞系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖 5 所示為串并轉(zhuǎn)換亞系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換的方法是：兩路抽樣器分別分別以 9.6Hz 的抽樣率對源序列進行抽樣。其中一列先經(jīng)過一個碼元

11、寬度的實踐延遲，這樣上一路抽取第奇數(shù)個碼元，下一路抽取第偶數(shù)個碼元，完成串并轉(zhuǎn)換。為了使兩路信號抽樣后在相位上對齊，抽取奇數(shù)個碼元的支路也進行了相應(yīng)的時間延遲。串并變換后的兩路信號分別由圖符 22、23 觀察窗進行觀察。為了便于觀察，信號被抽樣后應(yīng)經(jīng)過保持器保持。2.5 4DPSK 解調(diào)系統(tǒng)的電路組成圖 6 4DPSK 解調(diào)系統(tǒng)通信綜合課程設(shè)計（報告）54DPSK 解調(diào)系統(tǒng)的電路如圖 6 所示。解調(diào)時本地載波采用與調(diào)制載波同頻同相的正弦波信號。4DPSK 已調(diào)信號與本地載波相乘后，經(jīng)接受低通濾波器濾除高頻成分量，得到同相和正交支路的碼元分量，在亞系統(tǒng) 44 中完成波形恢復（反相器的作用是模擬相

12、干解調(diào)中年載波相位 180模糊的情況）。 之后，兩支路碼元經(jīng)差分解碼后，送入亞系統(tǒng) 53 中，完成并串變換，解調(diào)器輸出的信號由圖符54 的觀察窗觀察。圖 7 抽樣判決亞系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖抽樣判決電路如圖 7：兩路信號經(jīng)延遲后，在以各自的碼元速率進行抽樣。延遲圖符 56、61 得到延遲時間是從濾波器輸出碼元的開始時刻到眼圖張開度最大時刻的時間差。圖符 58、62 是算子邏輯庫中的比較器，完成判決功能。選用信號源庫中幅度為 0V 的階躍信號作為基準信號。為了保證比較器兩個輸入信號的速率相同，該階躍信號也應(yīng)以碼元速率進行抽樣。比較結(jié)果經(jīng)保持器將數(shù)據(jù)速率恢復為系統(tǒng)抽樣頻率后輸出。圖 8 并串轉(zhuǎn)換亞系統(tǒng)內(nèi)部

13、結(jié)構(gòu)圖并串變換電路如圖 8：先用 9.6Hz 的方波與恢復的兩路輸出波形相乘，取出同相和正交通道的波形信息，再將其中一路延遲一個碼元寬度的時間，是兩路信號錯開，然后將兩路信號相加即可。通信綜合課程設(shè)計（報告）6 3.設(shè)計結(jié)果分析圖 9 4DPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)內(nèi)所有觀察窗所示波形圖圖 9 為 4DPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)內(nèi)所有觀察窗所示波形圖。Sink1 為源序列碼元信息，Sink22、23 分別為經(jīng)串并轉(zhuǎn)換后兩路信號波形，Sink27、8 分別為經(jīng)差分編碼后的兩路信號波形，Sink13 為 4DPSK 調(diào)制信號波形，Sink42、43 為低通濾波器輸出波形，Sink51、52 分別為經(jīng)差分解碼后

14、的兩路波形信號，Sink54 為 4DPSK 解調(diào)信號波形。圖 10 源序列碼元信息、4DPSK 調(diào)制信號以及 4DPSK 解調(diào)信號波形圖通信綜合課程設(shè)計（報告）7由圖 10 可以看出解調(diào)輸出波形與原調(diào)制碼元序列在時間上略有延遲，與原調(diào)制碼元序列基本相同的，表明系統(tǒng)傳輸無誤碼。圖 11 4DPSK 信號的矢量圖與星座圖4.小結(jié)調(diào)制和解調(diào)的基本原理是利用信號與系統(tǒng)的頻域分析和傅里葉變換的基本性質(zhì)，將信號的頻譜進行搬移，使之滿足一定需要，從而完成信號的傳輸或處理。調(diào)制與解調(diào)又分模擬和數(shù)字兩種，在現(xiàn)代通信中，調(diào)制器的載波信號幾乎都是正弦信號，數(shù)字基帶信號通過調(diào)制器改變正弦載波信號的幅度、頻率或相位，

15、產(chǎn)生幅度鍵控（ASK）、差分相位鍵控（DPSK）、頻率鍵控（FSK）信號，或同時改變正弦載波信號的幾個參數(shù)，產(chǎn)生復合調(diào)制信號。本課程設(shè)計主要介紹基于 System View 對 4DPSK 進制的調(diào)制仿真實現(xiàn).通過這次課程設(shè)計，我學習并掌握了 4DPSK 的調(diào)制解調(diào)原理，了解了 4DPSK調(diào)制解調(diào)電路的構(gòu)成，通過實踐鞏固了課堂上學習的理論知識。另外，學習并能較熟練的使用 System View 動態(tài)系統(tǒng)分析工具軟件。在使用 System View 進行仿真的過程中，再一次復習并鞏固了課堂上所學到的知識，同時也掌握一項軟件的通信綜合課程設(shè)計（報告）8使用，為今后的學習提供了一定的幫助。參考文獻1 樊昌信，張甫翊，徐炳祥等. 通信原理M. 北京：國防工業(yè)出版社，2001.2 張志勇. 精通 MATLABM. 北京：北京航空航天大學出版社，2003.3 童詩白模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)北京:高等教育出版社2002.4 張建華數(shù)字電子技術(shù)北京:機械工業(yè)出版社2004.5 陳汝全電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊北京:機械工業(yè)出版社2005.6 樊昌信.宮錦文.劉忠成編著.通信原理及系統(tǒng)實驗.電子工業(yè)出版社.2007.東北石油大學課程設(shè)計成績評價表課程名稱通信綜合課程設(shè)計題目名稱4D