2DPSK的調制解調及其SystemView仿真

　　SystemView是一種信號級的系統仿真軟件，主要用于電路與通信系統的設計、仿真和分析。在它的圖標庫中提供了大量的信號源、接收端、功能塊、算子圖符和函數庫，用戶(hù)只需用鼠標從SystemView庫中選擇所需圖符并將這些圖符拖到設計窗口中連接起來(lái)，就能構成各種通信系統的仿真模型。通過(guò) SystemView的分析窗口，能直接觀(guān)測到傳輸過(guò)程中的信號的波形和頻譜變化，并能方便的進(jìn)行各種比較分析，這有助于我們更深刻地理解通信系統的工作原理和各個(gè)設備的功能。本文以2DPSK調制解調系統為例，詳細說(shuō)明如何應用SystemView構建仿真系統和分析信號在傳輸過(guò)程中的變化。

　　1 2DPSK調制解調基本原理

　　2PSK是根據載波的絕對相位來(lái)表示數字信息，而2DPSK則是利用載波的相對相位，即前后相鄰碼元的載波相位值是否變化來(lái)表示數字信息，若相位改變，則數字信息為0，否則為1。與2DPSK類(lèi)似，數字信息的相對碼同樣是用前后相鄰碼元是否發(fā)生變化表示數字信息，若碼元改變，則數字信息為0，否則為1。表 1給出一個(gè)數字信息序列、其對應相對碼，對應2DPSK信號的相位以及相對碼的2PSK信號相位。

　　從表1中可以看出，一個(gè)數字信息序列的2DPSK信號可以看成是其相對碼的2PSK信號。因此，2DPSK信號的一種常見(jiàn)調制方法是先用差分編碼器將二進(jìn)制數字基帶信號轉換為相對碼，然后將相對碼和載波相乘，得到相對碼的2PSK信號，即數字基帶信號的2DPSK信號。這種調制方法被稱(chēng)為模擬調制。其原理框圖如圖1所示。由于數字信號的第n個(gè)碼元an的差分碼bn為an與前一個(gè)差分碼bn-1的異或，即bn=an⊕bn-1。因此，框圖中的差分編碼器由異或門(mén)XOR和一個(gè)碼元的延時(shí)器組成。

　　2DPSK信號根據前后相鄰碼元的載波相位值是否變化來(lái)表示數字信息，這也是差分相干解調法的基本原理。它的原理框圖如圖2所示。2DPSK信號先經(jīng)過(guò)帶通濾波器，去除調制信號頻帶以外的的噪聲。此后該信號分為兩路，原2DPSK信號和延時(shí)一個(gè)碼元后的2DPSK信號。當前者為第n個(gè)碼元 an=cos(ωct+φn)時(shí)，后者剛好為第n-1個(gè)碼元an-1=cos(ωct+φn-1)。將兩者相乘，則此時(shí)的積信號為 bn=0.5[cos(φn-1 - φn)+cos(2ωct+φn-1)]。通過(guò)低通濾波器去除第二項高頻成分，得到第一項的低頻信號cn=cos(φn-1 - φn)。顯然，若前后碼元an-1和an的相位相同，則數字信號為0，此時(shí)cn=cos0=1;否則數字信號為1，此時(shí)cn=cosπ=-1。將cn送入抽樣判決器中進(jìn)行抽樣判決，即可根據cn的值判決輸出數字基帶信號。

　　2 基于SystemView的2DPSK仿真設計

　　系統采用模擬調制法產(chǎn)生2DPSK信號，采用差分相干解調對2DPSK信號進(jìn)行解調。使用System View軟件仿真時(shí)首先要做系統定時(shí)，本模型中，系統時(shí)間設置為采樣點(diǎn)數為256采樣頻率為20 000 Hz。

　　根據調制解調的原理框圖，在SystemView模塊庫中選擇相應的虛擬設備構建2DPSK調制解調仿真系統，并設置觀(guān)察點(diǎn)觀(guān)察信號的波形和頻譜。整個(gè)仿真系統如圖3所示。圖3左邊為2DPSK模擬調制系統，設備0產(chǎn)生雙極性二進(jìn)制信號基帶信號，是信號源庫中的“偽隨機序列PN Seq”，設置頻率為1 000 Hz，通過(guò)設定觀(guān)察點(diǎn)5可以觀(guān)察設備0的二進(jìn)制基帶信號：設備1和設備2構成碼變換器，兩個(gè)設備的作用是對上述雙極性基帶信號進(jìn)行差分編碼，設備1是邏輯庫中的異或門(mén)XOR，設備2是算子庫中的延遲delay，延遲時(shí)間是一個(gè)碼元的時(shí)間間隔0.001 s，通過(guò)觀(guān)察點(diǎn)6可以觀(guān)察差分編碼后的波形;設備3為正弦載波，設頻率為2 000 Hz，通過(guò)觀(guān)察點(diǎn)8可以觀(guān)察載波波形;設備4是乘法器，通過(guò)觀(guān)察點(diǎn)9可以觀(guān)察輸出的2DPSK信號波形。

　　圖3的右半部分是2DPSK信號的差分相干解調。設備10為帶通濾波器，中心頻率為載波頻率fs=2000Hz，2DPSK經(jīng)過(guò)設備10去除調制信號頻帶以外的噪聲;設備12為延遲器，延遲時(shí)間為一個(gè)碼元的時(shí)間間隔0.001 s;設備12為乘法器，通過(guò)設備18可以觀(guān)察經(jīng)乘法器后的輸出波形;設備13為低通濾波器，它對應基帶信號的中心頻率fS=1 000 Hz，通過(guò)設備19可以觀(guān)察經(jīng)過(guò)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，設備14、15、16、17構成抽樣判決器。其中設備14為采樣保持器，設備16為抽樣頻率為1 000 Hz的抽樣脈沖，該頻率為數字基帶信號頻率，因此設備14的作用是對設備13輸出的每個(gè)碼元進(jìn)行采樣并將其值保持一個(gè)碼元周期。設備15為邏輯比較器，它將設備14輸出的碼元抽樣值與設備17設定的判決門(mén)限值進(jìn)行比較，從而輸出數字信息。這里我們設定判決門(mén)限值為0，比較規則為：大于門(mén)限值輸出0，否則輸出1。最后設置觀(guān)察點(diǎn)20觀(guān)察解調出來(lái)的波形，分析其與基帶信號波形，判斷仿真是否正確。

　　3 基于SystemView的2DPSK仿真分析

　　二進(jìn)制基帶信號經(jīng)過(guò)異或門(mén)和延時(shí)器組成的差分編碼器進(jìn)行差分編碼，把用絕對碼表示的二進(jìn)制基帶信號轉變?yōu)橄鄬Υa表示的二進(jìn)制信息，圖4中上面的波形為設備 0產(chǎn)生的雙極性二進(jìn)制基帶信號。為了方便觀(guān)察，我們將該波形上移了1V的電平，即將[-1，1]的雙極性碼波形上移到[0，2]。圖4中下面的波形為該基帶信號經(jīng)過(guò)差分編碼器編碼后的信號。從圖中可以看出當相對碼信號電平改變時(shí)，表示數字信號“1”;否則，表示數字信號“0”。

　　圖5為經(jīng)過(guò)差分編碼后的信號與正弦載波相乘后得2DPSK信號與基帶信號的比較。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可以唯一確定信號符號。通過(guò)圖形可以看出，2DPSK信號前后兩個(gè)碼元的相位差為π，即波形不連續時(shí)，表示數字信息“1”;相位差為0，即波形連續時(shí)表示數字信息“0”。

　　圖6為2DPSK信號經(jīng)過(guò)差分相干解調后的信號與基帶信號的比較，其中電平為[0，2]的是波形上移后的基帶信號的雙極性碼波形，電平為[0，1]的是解調后的信號波形。從圖中可以看出解調信號就是基帶信號延遲一個(gè)碼元后的波形。這對于實(shí)際系統來(lái)說(shuō)是正常的，因為2DPSK系統要經(jīng)過(guò)差分變換和濾波等過(guò)程，必然會(huì )導致出現傳輸延遲的情況。

　　4 結論

　　文中使用SyternView構建了一個(gè)2DPSK調制解調仿真系統，并通過(guò)波形對比分析了2DPSK信號的調制原理。最后將基帶信號與解調后的信號進(jìn)行波形比較，驗證了2DPSK調制解調系統的正確性。