畢業(yè)論文-通信信號調(diào)制

1、*大學(xué)本科畢業(yè)論文 學(xué)號： 110*話音信號的2DPSK調(diào)制系統(tǒng)學(xué)院名稱： 物理與信息工程學(xué)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(dǎo)教師： * 2015年05月河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文摘 要現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠(yuǎn)、通信容量大、傳輸質(zhì)量好。作為其關(guān)鍵技術(shù)之一的調(diào)制技術(shù)一直是人們研究的一個重要方向。從最早的模擬調(diào)幅調(diào)頻技術(shù)的日臻完善，到現(xiàn)在數(shù)字調(diào)制技術(shù)的廣泛運用，使得信息的傳輸更為有效和可靠。在二進制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進制移相鍵控(2PSK)信號。因為在調(diào)制過程中，2PSK調(diào)制容易出現(xiàn)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(guān)系，因此在實際設(shè)備中，二進制相移鍵控得到了廣泛的運用。 課程設(shè)計介紹了話音信號的2DPSK調(diào)制系統(tǒng)，建立相關(guān)模型并對信號進行模擬調(diào)制和仿真。分析了信號源、差分器、調(diào)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(diào)試。經(jīng)調(diào)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(diào)試后，信號波形有延遲，而后者沒有。關(guān)鍵詞： 2PSK,2DPSK，調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)制和積極相干解調(diào)法仿真113.4.2 2DPSK模擬調(diào)制和差分相干解調(diào)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(diào)制和加噪模塊14第5章調(diào)試過程及結(jié)論155.1差分相干法155.2極性比較法17第6章總結(jié)與體會20參考文獻(xiàn)21致謝2222前 言本課程設(shè)計基于調(diào)制系統(tǒng)和數(shù)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(diào)制系統(tǒng)的局限性，近年來數(shù)字調(diào)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(shù)字調(diào)制系統(tǒng)和人們的生活已經(jīng)密不可分。本課程設(shè)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(shè)計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立；再然后課程設(shè)計介紹了調(diào)制系統(tǒng)中的幅度調(diào)制(AM）、角度調(diào)制(FM和PM），但主要介紹了調(diào)相（PM）；接著我們又為話音信號的2DPSK調(diào)制系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型；最后我們用Systemview對話音信號的2DPSK調(diào)制系統(tǒng)進行調(diào)試，寫總結(jié)與體會，寫參考文獻(xiàn)，寫致謝等等。 第1章 緒論1.1 2DPS

11、K簡述現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠(yuǎn)、通信容量大、傳輸質(zhì)量好。作為其關(guān)鍵技術(shù)之一的調(diào)制技術(shù)一直是人們研究的一個重要方向。在二進制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進制移相鍵控(2PSK)信號。因為在調(diào)制過程中，2PSK調(diào)制容易出現(xiàn)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(diào)相，記作2DPSK。它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數(shù)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(yīng)相同的數(shù)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(diào)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(guān)系不破壞，則鑒別這個相位關(guān)系就可正確恢復(fù)數(shù)字信息。這就避免了2PSK方式中的“倒 ”現(xiàn)象發(fā)生。由于相對移相調(diào)制無“反問工作”問題，因此得到廣泛的應(yīng)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(shù)字信息序列（絕對碼）變換成相對碼，然后再根據(jù)相對碼進行絕對移相而形成。這就為2DPSK信號的調(diào)制與解調(diào)指出了一

13、種借助絕對移相途徑實現(xiàn)的方法。1.2 Systemview 簡述Systemview 是一個用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計及仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設(shè)計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立等各個領(lǐng)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(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；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(shè)計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設(shè)計時，只需從Systemview配置的圖標(biāo)庫中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進行參數(shù)設(shè)置，完成圖標(biāo)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(jié)果。在系統(tǒng)設(shè)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(nèi)，可以通過鼠標(biāo)方便地控制內(nèi)部數(shù)據(jù)的圖形放大、縮小、滾動等。1.3 調(diào)制系統(tǒng)簡述調(diào)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(diào)制可分為連續(xù)波(正弦波)調(diào)制和脈沖調(diào)制。連續(xù)波調(diào)制以單頻正弦波為載波，受控參數(shù)可以是載波的幅度，頻率或相位。因而有調(diào)幅(AM)，調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)三種方式。幅度調(diào)制：幅度調(diào)制是用調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化的過程。 角度調(diào)制：幅度調(diào)制屬于線性調(diào)制，它通過改變載

15、波的幅度，以實現(xiàn)調(diào)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(diào)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(diào)制信號規(guī)律的變化而振幅恒定的調(diào)制方式，稱為頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM），分別簡稱為調(diào)頻和調(diào)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(diào)頻和調(diào)相又統(tǒng)稱為角度調(diào)制。本次的課程設(shè)計我們側(cè)重于調(diào)相(PM)，所謂調(diào)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(chǎn)生線性變化，而所產(chǎn)生的已調(diào)波相應(yīng)地稱為調(diào)相波。載波的相位對其參考相位的偏離值隨調(diào)制信號的瞬時值成比例變化的調(diào)制

16、方式，稱為相位調(diào)制，或稱調(diào)相。調(diào)相和調(diào)頻有密切的關(guān)系。調(diào)相時，同時有調(diào)頻伴隨發(fā)生；調(diào)頻時，也同時有調(diào)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(diào)相制，它主要是用來作為得到調(diào)頻的一種方法。調(diào)相即載波的初始相位隨著基帶數(shù)字信號而變化，例如數(shù)字信號1對應(yīng)相位180°，數(shù)字信號0對應(yīng)相位0°。這種調(diào)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(xiàn)的技術(shù)比較復(fù)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(shù)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(diào)載波的相位作為參考基準(zhǔn)的。由于它利用載波相位的絕對值表示數(shù)字信息，所以又稱為絕對相移。已經(jīng)指出，2PSK相干解調(diào)時，由于載波恢復(fù)中相位有0、p模糊性，導(dǎo)致解調(diào)過程出現(xiàn)反向工作現(xiàn)象，恢復(fù)出的數(shù)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(shù)值傳送數(shù)字

18、信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數(shù)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(shù)字信息的一種方式?，F(xiàn)假設(shè)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(shù)字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關(guān)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(yīng)的數(shù)字信號而得出的，在接收端只能采用相干解調(diào)，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(diào)相和相對調(diào)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(zhǔn)，所以在系統(tǒng)接收端也必須采用相同的

19、基準(zhǔn)相位。如果基準(zhǔn)相位發(fā)生變化，則在接收端回復(fù)的信號將與發(fā)送的數(shù)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(shè)：DF=0數(shù)字信息“0”；DF=p數(shù)字信息“1”。0則數(shù)字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關(guān)系可舉例表示如下：數(shù)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(zhǔn)相位。 DPSK二進制差分移位鍵控調(diào)制以及差分碼的產(chǎn)生如下:圖2.1.3 DPSK調(diào)制器以

20、及差分碼的實現(xiàn)2.2 話音信號的2DPSK信號的調(diào)制原理一般來說，2DPSK信號有兩種調(diào)試方法，即模擬調(diào)制法和鍵控法。2DPSK信號的的模擬調(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。碼變換相乘載波s(t)eo(t)圖2.2.1 模擬調(diào)制法2DPSK信號的的鍵控調(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差分，即變?yōu)樗南鄬Υa。選相開關(guān)作用為當(dāng)輸入為數(shù)字信息“0” 時接相位0，當(dāng)輸入數(shù)字信息為“1”時接pi。圖2.2.2 鍵控法調(diào)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(jīng)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(shù)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(shù)的高通和帶通系數(shù)均設(shè)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(zhuǎn)降）濾波器。假定設(shè)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(jù)參考文獻(xiàn)1，每部分的轉(zhuǎn)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(shù)分別為0、0與1。您可以使用這兩個帶有上述參數(shù)

23、的濾波器部分來實現(xiàn)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(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(shù)字基帶信號傳輸（就是一串?dāng)?shù)字脈沖如0和1不經(jīng)過調(diào)制直接在信道里面進行傳輸）的過程中，信號在傳輸?shù)臅r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?shù)男问剑热缯也?，這樣是可以在信道里面進行傳輸?shù)?，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?dāng)_），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(xiàn)此時的值很接近1，因此，此時的信號的值就當(dāng)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(jù)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(fù)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(jù)位同步信號和設(shè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(diào)制和積極相干解調(diào)法仿真圖3.4.1 2DPSK模擬調(diào)制和極性相干解調(diào)法仿真圖3.4.2 2DPSK模擬調(diào)制和差分相干解調(diào)法仿真圖3.4.2 2DPSK模擬調(diào)制和差分相干解調(diào)法仿真圖 第4章 模塊功能下面我們以2DPSK鍵控調(diào)制和差分相干解調(diào)法仿真為例來說明各個模塊的功能和主要參數(shù)。4.1 信號源 Source library

26、SystemView 軟件本身提供了很多產(chǎn)生二進制信號的模塊，在這次的設(shè)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(shè)置的參數(shù)是Amplitude和Rate。我們設(shè)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(diào)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(shù)需要設(shè)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(diào)制和加噪模塊該模塊的

27、功能是2DPSK的調(diào)制和添加高斯白噪聲3，其中參數(shù)設(shè)置有正弦波：·幅度（Amplitude）：這里采用默認(rèn)值1。·頻率（Frequency）：單位是HZ,在仿真中設(shè)置為2000。·相位（Phase）：單位是rad，在產(chǎn)生正弦波是設(shè)置為0，余弦波時設(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)制框圖如下所示： 圖 4.3 調(diào)制和加噪模塊第5章 調(diào)試過程及結(jié)論5.1 差分相干法2DPSK信號經(jīng)相關(guān)模塊調(diào)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(diào)制框圖當(dāng)輸入信號為數(shù)字信息“0”時，接相位“0”。輸入為數(shù)字信息“1”時，接相位“pi”。圖 5.1.4 加噪經(jīng)過帶通濾波器的波形圖調(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(diào)制信號中的載波成分。圖 5.1.5 經(jīng)低通濾波器波形圖信號經(jīng)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(jīng)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(jīng)相關(guān)模塊調(diào)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(diào)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(diào)制信號經(jīng)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(shè)置為2000Hz。正弦波和與余弦波的頻率設(shè)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(shè)置為1000Hz，通帶上邊頻率設(shè)置為3000Hz。設(shè)置完各模塊參數(shù)，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(xiàn)輸出波形有一個碼元的延時。在調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置十分重要，波形結(jié)果是否正確決定于各個模塊