課程設(shè)計(jì) ----連續(xù)波2dpsk調(diào)制器通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

1、<p>　　題目 連續(xù)波2DPSK調(diào)制器通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真_</p><p>　　班級(jí)_ __________________</p><p>　　學(xué)號(hào)___________________</p><p>　　姓名_________ _________________</p><p>　　時(shí)間__________2011-

2、1-1___________________</p><p>　　《通信原理課程設(shè)計(jì)》任務(wù)書</p><p>　　姓名 班級(jí) 指導(dǎo)老師 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)要求1</b></p><p&

3、gt;　　2、2DPSK基本原理1</p><p>　　2.1 2DPSK信號(hào)原理1</p><p>　　2.2 2DPSK信號(hào)的調(diào)制原理2</p><p>　　2.3 2DPSK信號(hào)的解調(diào)原理3</p><p>　　2.3.1 2DPSK信號(hào)解調(diào)的極性比較法3</p><p>　　2.3.2 2DPSK信號(hào)

4、解調(diào)的差分相干解調(diào)法3</p><p><b>　　3、建立模型4</b></p><p>　　3.1 差分和逆差分變換模型4</p><p>　　3.2 帶通濾波器和低通濾波器的模型4</p><p>　　3.3 抽樣判決器模型4</p><p><b>　　4.模型框圖6

5、</b></p><p>　　5 SystemView元件簡(jiǎn)介7</p><p>　　6 模塊功能分析8</p><p>　　6.1 信號(hào)源source library8</p><p><b>　　6.2 差分器8</b></p><p>　　6.3 調(diào)制和加噪模塊9<

6、;/p><p>　　6.4 解調(diào)模塊9</p><p>　　7調(diào)試過程及結(jié)論11</p><p>　　7.1 極性比較法11</p><p><b>　　8心得體會(huì)14</b></p><p><b>　　9.參考文獻(xiàn)15</b></p><p>

7、;<b>　　1、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　整體框圖設(shè)計(jì)：應(yīng)完成整體構(gòu)圖的思想、設(shè)計(jì)與信號(hào)流程分析；</p><p>　　單元電路設(shè)計(jì)：應(yīng)標(biāo)注元件符號(hào)、序號(hào)，主要元件應(yīng)標(biāo)注型號(hào)、參數(shù)，說明 選用的理由，分析單元電路工作原理； </p><p>　　整體電路設(shè)計(jì)：應(yīng)實(shí)現(xiàn)各單元電路的銜接，完成整體電路原理圖，列出整體

8、電路的元件清單或者列出所需元素參數(shù)的清單；</p><p>　　用Matlab或SystemView 實(shí)現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)。</p><p>　　2、 2DPSK基本原理</p><p>　　2.1、 2DPSK信號(hào)原理</p><p>　　2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對(duì)相位值去表示數(shù)字信息的一種方式?，F(xiàn)假設(shè)用Φ表示本碼元初相與前一碼

9、元初相之差，并規(guī)定：Φ＝0表示0碼，Φ＝π表示1碼。則數(shù)字信息序列與2DPSK信號(hào)的碼元相位關(guān)系可舉例表示如2PSK信號(hào)是用載波的不同相位直接去表示相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)而得出的，在接收端只能采用相干解調(diào)，它的時(shí)域波形圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 2DPSK信號(hào)</p><p>　　在這種絕對(duì)移相方式中，發(fā)送端是采用某一個(gè)相位作為基準(zhǔn)，所以在系統(tǒng)接收端也必須采用相同的基準(zhǔn)相位。

10、如果基準(zhǔn)相位發(fā)生變化，則在接收端回復(fù)的信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字信息完全相反。所以在實(shí)際過程中一般不采用絕對(duì)移相方式，而采用相對(duì)移相方式。</p><p>　　定義 ??為本碼元初相與前一碼元初相之差，假設(shè)：</p><p>　　????→數(shù)字信息“0”；</p><p>　　????→數(shù)字信息“1”。?</p><p>　　則數(shù)字信息序列與2DP

11、SK信號(hào)的碼元相位關(guān)系可舉例表示如下：</p><p>　　數(shù)字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1</p><p>　　2DPSK信號(hào)相位：0 ????????????????????????????</p><p>　　或：???????????????????????????????</p><p>　　對(duì)于?DP

12、SK，令＝０數(shù)字信息“１”</p><p><b>　?。剑睌?shù)字信息“０”</b></p><p>　　2.2、 2DPSK信號(hào)的調(diào)制原理</p><p>　　一般來說，2DPSK信號(hào)有兩種調(diào)試方法，即模擬調(diào)制法和鍵控法。2DPSK信號(hào)的的模擬調(diào)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(zhuǎn)換為雙極性不歸零碼。</

13、p><p><b>　　圖2 模擬調(diào)制法</b></p><p>　　2DPSK信號(hào)的的鍵控調(diào)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(hào)差分，即變?yōu)樗南鄬?duì)碼。選相開關(guān)作用為當(dāng)輸入為數(shù)字信息“0” 時(shí)接相位0，當(dāng)輸入數(shù)字信息為“1”時(shí)接pi。</p><p>　　圖2.2. 2 鍵控法調(diào)制原理圖</p><

14、p>　　2.3 、2DPSK信號(hào)的解調(diào)原理</p><p>　　2DPSK信號(hào)最常用的解調(diào)方法有兩種，一種是極性比較和碼變換法，另一種是差分相干解調(diào)法。</p><p>　　2.3.1 、2DPSK信號(hào)解調(diào)的極性比較法</p><p>　　它的原理是2DPSK信號(hào)先經(jīng)過帶通濾波器，去除調(diào)制信號(hào)頻帶以外的在信道中混入的噪聲，再與本地載波相乘，去掉調(diào)制信號(hào)中的載波

15、成分，再經(jīng)過低通濾波器去除高頻成分，得到包含基帶信號(hào)的低頻信號(hào)，將其送入抽樣判決器中進(jìn)行抽樣判決的到基帶信號(hào)的差分碼，再經(jīng)過逆差分器，就得到了基帶信號(hào)。它的原理框圖如圖2.3.1所示。</p><p>　　圖 2.3 1 極性比較解調(diào)原理圖</p><p>　　2.3.2 、2DPSK信號(hào)解調(diào)的差分相干解調(diào)法</p><p>　　差分相干解調(diào)的原理是2DPSK信號(hào)先

16、經(jīng)過帶通濾波器，去除調(diào)制信號(hào)頻帶以外的在信道中混入的噪聲，此后該信號(hào)分為兩路，一路延時(shí)一個(gè)碼元的時(shí)間后與另一路的信號(hào)相乘，再經(jīng)過低通濾波器去除高頻成分，得到包含基帶信號(hào)的低頻信號(hào)，將其送入抽樣判決器中進(jìn)行抽樣判決，抽樣判決器的輸出即為原基帶信號(hào)。它的原理框圖如圖2.3.2所示。</p><p>　　圖 2.3.2 差分相干解調(diào)原理圖</p><p><b>　　3、建立模型&l

17、t;/b></p><p>　　3.1 、差分和逆差分變換模型</p><p>　　差分變換模型的功能是將輸入的基帶信號(hào)變?yōu)樗牟罘执a。用到的SystemView模塊有延時(shí)器Delay,異或門。由于求差分碼的過程就是將基帶信號(hào)與差分碼前一個(gè)碼元求異或，所以異或門的輸出經(jīng)單位延時(shí)后與基帶信號(hào)分別接到異或門的兩個(gè)輸入端，異或門的輸出就是基帶信號(hào)的差分碼。</p><p

18、>　　3.2 、帶通濾波器和低通濾波器的模型</p><p>　　帶通濾波器模型的作用是只允許通過（fl，fh）范圍內(nèi)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(nèi)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Matlab中帶通濾波器和低通濾波器的模型可以用編寫程序來模擬。</p><p>　　3.3 、抽樣判決器模型&l

19、t;/p><p>　　抽樣判決器的功能是根據(jù)位同步信號(hào)和設(shè)置的判決電平來還原基帶信號(hào)。在Matlab中抽樣判決器可以用simulink中的模塊來模擬。它的模型框圖如圖所示，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.3所示。</p><p>　　圖 3.3 抽樣判決器</p><p><b>　　4、模型框圖</b></p><p>　　2DP

20、SK模擬調(diào)制和差分相干解調(diào)法仿真，如圖4 所示。</p><p>　　圖4 DPSK模擬調(diào)制和差分相干解調(diào)法仿真圖</p><p>　　5 、SystemView元件簡(jiǎn)介</p><p>　?。涸蓟鶐盘?hào)產(chǎn)生器，產(chǎn)生一個(gè)按設(shè)定速率，由不同電平幅度脈沖組成的偽隨機(jī)數(shù)列（PN）信號(hào)。</p><p>　　：正弦波信號(hào)發(fā)生器，在調(diào)制部分作為載波

21、輸入。</p><p>　　：延時(shí)器，使原信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)碼元的延遲。</p><p>　?。撼朔ㄆ?。完成基帶信號(hào)和載波信號(hào)的乘法運(yùn)算以及延時(shí)信號(hào)與原信號(hào)相乘。</p><p>　?。杭臃ㄆ?。完成2ASK信號(hào)和噪聲的加法運(yùn)算。</p><p>　?。簬V波器。主要功能是濾除雜波，使頻率在最高和最低截止頻率之間的信號(hào)通過。</p>

22、<p>　　：低通濾波器。濾除和原始載波相乘后信號(hào)的高頻成分，保留低頻信號(hào)。</p><p>　?。撼闃优袥Q器。主要作用是對(duì)經(jīng)過低通后的信號(hào)進(jìn)行抽樣判決，高于門限電壓的判為1，低于門限電壓的判為0，從而還原原始基帶信號(hào)。</p><p><b>　　：異或門電路。</b></p><p>　?。?jiǎn)蔚峨p擲開關(guān)。在本設(shè)計(jì)中，主要實(shí)現(xiàn)2DP

23、SK信號(hào)的調(diào)制。</p><p><b>　?。悍聪蚱?。</b></p><p>　?。旱幕拘盘?hào)接收器。該接收器平時(shí)無顯示，必須進(jìn)入系統(tǒng)分析窗口才能觀察和分析輸出結(jié)果。</p><p>　?。篠ystemView標(biāo)準(zhǔn)觀察窗口，可在系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后于系統(tǒng)窗口中顯示輸出波形。</p><p><b>　　6 、模塊

24、功能分析</b></p><p>　　下面我們以2DPSK鍵控調(diào)制調(diào)制和差分相干解調(diào)法仿真為例來說明各個(gè)模塊的功能和主要參數(shù)。</p><p>　　6.1、 信號(hào)源source library</p><p>　　SystemView 軟件本身提供了很多產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)的模塊，在這次的設(shè)計(jì)中我們采用的信號(hào)源是PN Seq，它的模型圖如圖2所示，可以設(shè)置的參

25、數(shù)是Amplitude和Rate。我們?cè)O(shè)置為Amplitude 1V, Rate 1e+3</p><p><b>　　圖 2信號(hào)源</b></p><p><b>　　6.2、 差分器</b></p><p>　　由于2DPSK信號(hào)的鍵控調(diào)制法中需要用到相對(duì)碼，我們需要對(duì)信號(hào)源出來的基帶信號(hào)進(jìn)行差分處理。差分器的框圖如圖

26、3所示。它是由二個(gè)模塊組成的子系統(tǒng)。其中異或門有兩個(gè)參數(shù)需要設(shè)置Gate Delay為0，Threshold為100e-3,True Output為800e-3。</p><p>　　圖 3 差分變換模塊</p><p>　　6.3、 調(diào)制和加噪模塊</p><p>　　該模塊的功能是2DPSK的調(diào)制和添加高斯白噪聲，其中參數(shù)設(shè)置有正弦波：幅度（Amplitude）

27、：這里采用默認(rèn)值1。</p><p>　　頻率（Frequency）：?jiǎn)挝皇荋Z,在仿真中設(shè)置為2000。</p><p>　　相位（Phase）：?jiǎn)挝皇莚ad，在產(chǎn)生正弦波是設(shè)置為0，余弦波時(shí)設(shè)置為pi鍵控開關(guān)Switch :鍵控開關(guān)采用SystemView中的Logic模塊，其參數(shù)設(shè)置為Gate Delay為0S,Ctrl Thresh為100e-3V。噪聲模塊不需要設(shè)置參數(shù)。其調(diào)制框

28、圖如下所示： </p><p>　　圖 4 調(diào)制和加噪模塊</p><p>　　6.4、 解調(diào)模塊 </p><p>　　在2DPSK系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中可以用兩種方法實(shí)現(xiàn)解調(diào)：差分相干法解調(diào)和極性比較法解調(diào)。如下圖所示，其中的參數(shù)設(shè)置主要是濾波器的設(shè)置，濾波器用System -View中的Operator Library模塊。輸入濾波器設(shè)計(jì)參數(shù)，即可通過該模型來實(shí)現(xiàn)濾波器

29、。他的主要參數(shù)有：</p><p>　　濾波器設(shè)計(jì)方法：有巴特沃斯(Butterworth)﹑切比雪夫1型(Chebyshev I)﹑切比雪夫2型(Chebyshev II)以及橢圓型（Elliptic）。</p><p>　　濾波器類型：低通（Lowpass）﹑高通（Highpass）﹑帶通（Bandpass）和帶阻(Bandstop)。通帶下邊頻率：?jiǎn)挝皇莚ad/s，是帶通和帶阻濾波器

30、的設(shè)計(jì)參數(shù)。通帶下邊頻率：?jiǎn)挝皇莚ad/s，是帶通和帶阻濾波器的設(shè)計(jì)參數(shù)。除此之外還有相乘器，延時(shí)器和抽樣判決器。它的功能是將輸入的兩個(gè)信號(hào)相乘后輸出。延時(shí)器采用SystemView中的Operator Library模塊。它的功能是將輸入的信號(hào)值延時(shí)一個(gè)預(yù)先設(shè)置的時(shí)間后輸出。抽樣判決器由SystemView中的已經(jīng)存在的Operator Library模塊組裝成子系統(tǒng)。抽樣判決器由D觸發(fā)器，脈沖發(fā)生器和繼電器組成。D觸發(fā)器的功能是在脈

31、沖發(fā)生器的電平發(fā)生跳變是將輸入端的電平輸出，在不跳變時(shí)輸出不發(fā)生改變，繼電器（Relay）的功能是將輸入的電平轉(zhuǎn)換為嚴(yán)格的0電平和1電平形式。</p><p>　　圖5 差分相干法解調(diào)</p><p><b>　　7、調(diào)試過程及結(jié)論</b></p><p>　　7.1、 差分相干法</p><p><b>　　

32、圖6 信號(hào)源波形圖</b></p><p>　　信號(hào)源為頻率為1000HZ的NRZ信號(hào)。</p><p>　　圖 7 差分變換波形圖</p><p>　　基帶信號(hào)變?yōu)椴罘执a就是將基帶信號(hào)與差分碼的前一個(gè)碼元求異或</p><p>　　圖8 鍵控法調(diào)制框圖</p><p>　　當(dāng)輸入信號(hào)為數(shù)字信息“0”時(shí)，接

33、相位“0”。輸入為數(shù)字信息“1”時(shí)，接相位“pi”。</p><p>　　圖9 加噪經(jīng)過帶通濾波器的波形圖</p><p>　　調(diào)制過后加入高斯白噪聲，連接到帶通濾波器，去除調(diào)制信號(hào)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(shí)一個(gè)碼元時(shí)間后與另一路信號(hào)相乘。作用是去除調(diào)制信號(hào)中的載波成分。</p><p>　　圖10 經(jīng)低通濾波器波形圖</p&

34、gt;<p>　　信號(hào)經(jīng)過低通濾波器后，去除高頻成分，得到包含基帶信號(hào)的低頻信號(hào)。</p><p>　　圖11 抽樣判決波形圖</p><p>　　信號(hào)經(jīng)過抽樣判決，便還原原始信號(hào)。比較信號(hào)源與抽樣判決之后的信號(hào)，圖形基本一致，不過有點(diǎn)延遲。</p><p><b>　　8、心得體會(huì)</b></p><p>

35、;　　這次的課程設(shè)計(jì)需要使用SystemView軟件進(jìn)行仿真，我以前對(duì)這軟件一無所知，在開始的時(shí)候覺得十分困難，通過查閱相關(guān)書籍，和上網(wǎng)查閱有關(guān)SystemView的使用，下載教程學(xué)習(xí)SystemView軟件的使用方法，最后終于完成了設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　這次的連續(xù)波2DPSK調(diào)制器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)與SystemView仿真使我加強(qiáng)了對(duì)2DPSK信號(hào)的認(rèn)識(shí)，并且使我了解到利用SystemView軟件進(jìn)行仿真的基

36、本方法。在仿真的過程中遇到了許多的問題，比如基帶信號(hào)的產(chǎn)生方法，對(duì)基帶信號(hào)的差分方法以及最后抽樣判決還原基帶信號(hào)的方法都曾使我感到困惑。在仿真中遇到的一個(gè)難題是基帶碼差分的問題，由于對(duì)差分的過程及其表達(dá)式理解不清，使我在這個(gè)問題上耽擱了很長(zhǎng)的時(shí)間。最后在同學(xué)的提醒下才完成了差分模塊的設(shè)計(jì)。</p><p>　　2dpsk系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以用兩種軟件仿真，一種是Matlab/Simulink;另一種就是我使用的Syst

37、emView。通過在互聯(lián)網(wǎng)上查詢和查看相關(guān)的書籍得知基帶信號(hào)的產(chǎn)生有兩種方法。一種是自己使用Matlab編程產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，在利用Simulink中的From Workplace模塊從工作空間引入，這種方法的有優(yōu)點(diǎn)是可以產(chǎn)生自己定義的信號(hào)，缺點(diǎn)是加大了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。另一種方法是使用Simulink中Bernoulli Binary Generator模塊，它是系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單，但它產(chǎn)生的信號(hào)不受控制。而SystemView直接添加相應(yīng)的模

38、塊，在模塊中設(shè)置參數(shù)即可。權(quán)衡之下，決定用SystemView進(jìn)行這次課設(shè)的設(shè)計(jì)?？傊?，這次課程設(shè)計(jì)對(duì)我的意義十分重大。</p><p><b>　　9、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　樊昌信,張甫翊,徐炳祥,吳成柯.通信原理（第5版）.國防工業(yè)大學(xué)出版社，2001</p><p>　　羅衛(wèi)兵,孫樺,張捷.SystemView動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析

39、及通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2002</p><p>　　杜武林.高頻電路原理與分析[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000-13-15</p><p>　　金光狼.通信原理課程指導(dǎo)書.景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，2010-12-26</p><p>　　馬政，朱三保.無線電管理與使用必讀.北京：法律出版社，1995</p><p