4DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 2016 年 3 月 4 日課 程 通信綜合課程設(shè)計(jì) 題 目 4DPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 通信綜合課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程 通信綜合課程設(shè)計(jì) 題目 4DPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè) 姓名 學(xué)號(hào) 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(duì) 4DPSK 仿真結(jié)果分析?；疽笫褂?SystemView 軟件實(shí)現(xiàn) 4DPSK 系統(tǒng)的硬件仿真。主要參考資料1 童詩(shī)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(jī)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(cè)北京:機(jī)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(shí)驗(yàn).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(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)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(yùn)行環(huán)境的 4DPSK 調(diào)制與解調(diào)的仿真系統(tǒng)通過(guò)從發(fā)端經(jīng)信道到收端整個(gè)系統(tǒng)的特性仿真，完成調(diào)制解調(diào)的同時(shí)，對(duì)已調(diào)信號(hào)的相位進(jìn)行分析并作出星座圖。在現(xiàn)

3、實(shí)生活中數(shù)字信號(hào)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(hào)的方式稱為數(shù)字基帶傳輸。然而，實(shí)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(hào)。為了使數(shù)字信號(hào)在帶通信道中傳輸，必須對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)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(hào)編碼解碼方式，但還不是很完善，有許多值得改進(jìn)的地方4DPSK（4 differential phase shift keying）即四相差分相移鍵控技術(shù)是多進(jìn)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(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)的最基本目標(biāo)外，還具有抗干擾能力強(qiáng)、誤碼性能好、

4、頻譜利用率高、對(duì)臨道干擾小等優(yōu)點(diǎn)，而且，它成功地解決了四進(jìn)制絕對(duì)移相鍵控（4PSK）在相干解調(diào)過(guò)程中產(chǎn)生的相位模糊問(wèn)題，使系統(tǒng)的性能得以提高。第三代移動(dòng)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(jìn)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(fù)雜的電路設(shè)計(jì)得以用少量的集成電路模塊實(shí)現(xiàn)，甚至使用軟件代替實(shí)現(xiàn)。因此根據(jù)這一現(xiàn)實(shí)要求，使用SystemView 軟件實(shí)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(jì)（報(bào)告）目錄1.設(shè)計(jì)要求12.方案設(shè)計(jì)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(jì)結(jié)果分析64.小結(jié)7通信綜合課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）11.設(shè)計(jì)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(duì) 4DPSK 仿真結(jié)果分析。4掌握理論聯(lián)系實(shí)踐的方法。2.方案設(shè)計(jì)2.1 關(guān)于 system viewSystem view 是美國(guó) Elanix 公司設(shè)計(jì)開發(fā)的用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真的動(dòng)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)和子系統(tǒng)的精確模型，無(wú)須與復(fù)雜的程序語(yǔ)言打交道，不用寫代碼，即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。利用 system view 可以構(gòu)造各種復(fù)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(shí)間的的設(shè)計(jì)和仿真。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需從 system view 配置的圖符中調(diào)出有關(guān)圖符，進(jìn)行各個(gè)圖符的參數(shù)設(shè)置和相互間的連線，即可進(jìn)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(kù)和專業(yè)庫(kù)?；編?kù)包括加法器、乘法器、多種

7、信號(hào)源、接收器、各種函數(shù)運(yùn)算器等，專業(yè)庫(kù)有通信庫(kù)、邏輯庫(kù)、數(shù)字信號(hào)處理庫(kù)、射頻/模擬庫(kù)等。用戶可以快速建立和修改系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)修改系統(tǒng)參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行結(jié)果的動(dòng)態(tài)仿真。SystemView 的主要特點(diǎn)包括：1)多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng)2)設(shè)計(jì)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(jì)5)先進(jìn)的信號(hào)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(jì)（報(bào)告）2路。輸入的基帶信號(hào)先經(jīng)過(guò)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(hào) I(t)、Q(t)，再分別對(duì)兩個(gè)正交的載波

8、信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、相加，即可得到 4DPSK 信號(hào)。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(hào)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(fù)。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(hào)。這種調(diào)制方法主要利用了延遲電路將前一碼元信號(hào)延遲一碼元時(shí)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(jì)（報(bào)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(jì)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(hào)輸出時(shí)加入高斯噪聲。在其解調(diào)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)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(shí)間上略有延遲的 4DPSK 解調(diào)信號(hào)。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(jìn)制源序列碼元信息由圖符 0 產(chǎn)生，通信綜合課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）4其波形可在圖符 1 的觀察窗進(jìn)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(guò)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(gè)獨(dú)立的 2DPSK調(diào)制后，將兩路信號(hào)相加，即可得到最后的 4DPSK 信號(hào)。該信號(hào)可由圖符 13 的觀察窗進(jìn)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(shí)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(duì)源序列進(jìn)行抽樣。其中一列先經(jīng)過(guò)一個(gè)碼元

11、寬度的實(shí)踐延遲，這樣上一路抽取第奇數(shù)個(gè)碼元，下一路抽取第偶數(shù)個(gè)碼元，完成串并轉(zhuǎn)換。為了使兩路信號(hào)抽樣后在相位上對(duì)齊，抽取奇數(shù)個(gè)碼元的支路也進(jìn)行了相應(yīng)的時(shí)間延遲。串并變換后的兩路信號(hào)分別由圖符 22、23 觀察窗進(jìn)行觀察。為了便于觀察，信號(hào)被抽樣后應(yīng)經(jīng)過(guò)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(jì)（報(bào)告）54DPSK 解調(diào)系統(tǒng)的電路如圖 6 所示。解調(diào)時(shí)本地載波采用與調(diào)制載波同頻同相的正弦波信號(hào)。4DPSK 已調(diào)信號(hào)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(fù)（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(hào)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(hào)經(jīng)延遲后，在以各自的碼元速率進(jìn)行抽樣。延遲圖符 56、61 得到延遲時(shí)間是從濾波器輸出碼元的開始時(shí)刻到眼圖張開度最大時(shí)刻的時(shí)間差。圖符 58、62 是算子邏輯庫(kù)中的比較器，完成判決功能。選用信號(hào)源庫(kù)中幅度為 0V 的階躍信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)。為了保證比較器兩個(gè)輸入信號(hào)的速率相同，該階躍信號(hào)也應(yīng)以碼元速率進(jìn)行抽樣。比較結(jié)果經(jīng)保持器將數(shù)據(jù)速率恢復(fù)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(fù)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(gè)碼元寬度的時(shí)間，是兩路信號(hào)錯(cuò)開，然后將兩路信號(hào)相加即可。通信綜合課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）6 3.設(shè)計(jì)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(hào)波形，Sink27、8 分別為經(jīng)差分編碼后的兩路信號(hào)波形，Sink13 為 4DPSK 調(diào)制信號(hào)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(hào)，Sink54 為 4DPSK 解調(diào)信號(hào)波形。圖 10 源序列碼元信息、4DPSK 調(diào)制信號(hào)以及 4DPSK 解調(diào)信號(hào)波形圖通信綜合課程設(shè)計(jì)（報(bào)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(shí)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(wú)誤碼。圖 11 4DPSK 信號(hào)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(hào)與系統(tǒng)的頻域分析和傅里葉變換的基本性質(zhì)，將信號(hào)的頻譜進(jìn)行搬移，使之滿足一定需要，從而完成信號(hào)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(hào)幾乎都是正弦信號(hào)，數(shù)字基帶信號(hào)通過(guò)調(diào)制器改變正弦載波信號(hào)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(hào)，或同時(shí)改變正弦載波信號(hào)的幾個(gè)參數(shù)，產(chǎn)生復(fù)合調(diào)制信號(hào)。本課程設(shè)計(jì)主要介紹基于 System View 對(duì) 4DPSK 進(jìn)制的調(diào)制仿真實(shí)現(xiàn).通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)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(guò)實(shí)踐鞏固了課堂上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)。另外，學(xué)習(xí)并能較熟練的使用 System View 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具軟件。在使用 System View 進(jìn)行仿真的過(guò)程中，再一次復(fù)習(xí)并鞏固了課堂上所學(xué)到的知識(shí)，同時(shí)也掌握一項(xiàng)軟件的通信綜合課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）8使用，為今后的學(xué)習(xí)提供了一定的幫助。參考文獻(xiàn)1 樊昌信，張甫翊，徐炳祥等. 通信原理M. 北京：國(guó)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(xué)出版社，2003.3 童詩(shī)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(jī)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(cè)北京:機(jī)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(shí)驗(yàn).電子工業(yè)出版社.2007.東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表課程名稱通信綜合課程設(shè)計(jì)題目名稱4D