基于system_view的4DPSK調(diào)制與解調(diào)的仿真(共18頁)

1、目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc415440343 引言(ynyn) 頁 共 16 頁引言(ynyn)在現(xiàn)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(zh d)改進的地方。QDPSK（4 differential phase

2、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、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（QPSK）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(fzhn)，使得復(fù)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)QDPSK系統(tǒng)的硬件仿真，使得QDPSK

3、可以更好的被理解和應(yīng)用。1.QDPSK的組成、原理1.1 QDPSK的調(diào)制(tiozh)原理多進制數(shù)字相位調(diào)制又稱多進制，它利用載波(zib)的多種不同相位或相位差來表征數(shù)字信息的調(diào)制方式。QDPSK（四相相對移調(diào)制）信號是利用前后碼元之間的相對相位變化來表示數(shù)字信息。QDPSK信號(xnho)的調(diào)制通常采用碼變換加調(diào)相法。先將輸入的雙比特碼進行碼形變換，再用碼形變換器輸出的雙比特進行四相絕對移相，所得到的輸出信號便是四相相對移相信號。如圖1.1所示，QDPSK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

4、號I(t)、Q(t)，再分別對兩個正交的載波信號進行調(diào)制、相加，即可得到QDPSK信號。圖1.1 QDPSK調(diào)制系統(tǒng)的原理框圖圖1.2 QDPSK調(diào)制圖像未加噪的圖像圖1.3 QDPSK調(diào)制(tiozh)加噪圖像1.2 QDPSK的解調(diào)(ji dio)原理QDPSK信號的解調(diào)通常采用碼反變換加相干(xinggn)解調(diào)法。QDPSK信號可以看做兩個載波正交2DPSK信號的合成，因此對QDPSK信號的解調(diào)可以采用與2DPSK信號類似的解調(diào)方法進行解調(diào)。如圖1.4所示，此QDPSK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。QDP

5、SK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(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QDPSK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。圖1.4 QDPSK解調(diào)系統(tǒng)的原理框圖圖1.5 QDPSK解調(diào)(ji dio)后圖像1.3 QDPSK調(diào)制中差分編碼(bin m)與解碼QDPSK可有兩路載波正交的2PSK信號(xnho)相加而成，這可用正交型調(diào)制器實現(xiàn)。雙比特信碼,（有00，01，10，11四種組合方式

6、）與QPSK信號相位的關(guān)系稱為QPSK相位邏輯，共有4 1=24種然而，正交型調(diào)制電路本身所產(chǎn)生的QPSK信號剛好滿足循環(huán)碼相位邏輯關(guān)系，也就是說產(chǎn)生循環(huán)碼相位邏輯QPSK信號的電路很簡單，這是循環(huán)碼相位邏輯QPSK信號的優(yōu)點之一它還有另一個更重要的優(yōu)點：由于循環(huán)碼所有相鄰碼組只相差一個碼元，故當(dāng)載波相位受噪聲干擾錯成相鄰相位，解調(diào)器輸出碼組錯成相鄰碼組時，只有一位碼出錯而其他23種相位邏輯關(guān)系中，都有可能兩位碼全出錯由于循環(huán)碼相位邏輯關(guān)系具有以上兩個優(yōu)點，所以最為常用。QPSK同步解調(diào)電路所恢復(fù)的參考載波存在相位模糊解調(diào)器輸出存在四種可能的并行碼組，除一種外其他三種都是錯誤的解決上述QPSK

7、解調(diào)相位模糊的辦法是采用QDPSK相對調(diào)相，用載波相位的變化值表示碼符，則收端所恢復(fù)的參考載波相位的模糊不影響碼符的正確解調(diào)。圖1.6 QDPSK調(diào)制，解調(diào)總框圖是正交型QDPSK調(diào)制、解調(diào)總框圖圖1.6中，,發(fā)端原始的井行雙比特信碼（對應(yīng)的四進制碼為）經(jīng)差分編碼變換為相對碼xitayl相（對應(yīng)的四進制碼為zt相），然后由正交調(diào)制器進行循環(huán)碼相位邏輯QPSK絕對調(diào)相得到QDPSK信號，收端由正交同步解調(diào)器進行循環(huán)碼相位邏輯QPSK解調(diào)及差分解碼等與發(fā)端相反的處理，得到正確的并行雙比特。以下對此進行詳細討論。具有循環(huán)碼相位邏輯的QDPSK調(diào)制關(guān)系如圖1.7所示QDPSK調(diào)制中用到正交型QPSK調(diào)

8、制、解調(diào)電路，具有圖1.7所示的循環(huán)碼相位邏輯關(guān)系:圖1.7 循環(huán)碼相位(xingwi)邏輯關(guān)系由(3)(6)式即呵得到(d do)循環(huán)碼相位邏輯QDPSK差分變換電路如圖1.7所示，圖示，為異或門模二加電路，完成循環(huán)碼一自然二進制碼變換兩位D觸發(fā)器將雙比特自然二進制碼延遲一個(y )碼符周期，得到超前一個周期的碼符二位級連全加器通用四位全加器的低二位，其中，Bl及i(Z=l，2)分別為本位兩個數(shù)據(jù)的輸入端及和數(shù)輸出端，Co為最低位前級進位輸入端完成模4加、減運算其中，圖3(a)中的加法運算是一目了然的；圖3(b)中減法運算是根據(jù)“減去某數(shù)等于加上該數(shù)的補碼（求反加1）”規(guī)律進行：從D觸發(fā)器的

9、反相輸出端輸出數(shù)據(jù)實現(xiàn)求反，二位全加器最低位進位端C。=l實現(xiàn)加1，完成了對減數(shù)求反加l的求補碼運算，再與被減數(shù)相加，就完成了減法運算另外，該減法電路當(dāng)被減數(shù)小于減數(shù)時可自動形成借位，在圖1.7(a)和(b)的兩位二進制加、減運算中，不管進位與借位，只從兩位全加器的和數(shù)輸出端輸出兩位數(shù)據(jù)就實現(xiàn)了模4加、減運算。圖1.8 差分編碼與差分譯碼原理框圖注：循環(huán)碼一自然二進制碼變換自然二進制碼一循環(huán)碼變換由圖1.8可見，無論是差分編碼還是差分解碼其電路都是由三片集成塊（四位異或門一片，雙D觸發(fā)器一片，四位全加器一片）及很少的外部連線組成在采用集成電路片數(shù)及外部連線最少的準則下。，電路最簡單我們所研制的

10、BS-2衛(wèi)星直播電視數(shù)字(shz)伴音接收機和調(diào)試用伴音發(fā)端中的差分解碼及差分(ch fn)編碼就是采用圖3所示電路，各用了四位異或門SN74LS86 -片、雙D觸發(fā)器SN74LS74一片、四位全加器SN74LS283-片經(jīng)室內(nèi)聯(lián)調(diào)及室外試收表明(biomng)，該電路工作穩(wěn)定、性能良好。圖1.9 QDPSK差分編碼圖像1.4 QDPSK中抽樣判決通過相乘器MC1496的信號，輸出的信號均值不等于0，此信號經(jīng)過電容和濾波器后，反向放人器后得到的均值為零但正負不對稱的信號，在此2DPSK系統(tǒng)示，抽樣判決器輸入信號是個均值為零且正負對稱信號，判決電平Ve由比較器LM710的負向段對地的電平?jīng)Q定，電

11、位器R39來調(diào)節(jié)Ve的電甲的高低，使判決電平處于信號輸入的圖眼的巾心位置（即最佳判決門限），確保對輸入信號的解調(diào)不會山現(xiàn)誤判的現(xiàn)象，比較判決后的信號為經(jīng)低通濾波器波形的規(guī)范化后的矩形波。抽樣判決電路的核心器件是比較器LM311和雙D觸發(fā)器74LS74，其巾雙D觸發(fā)器74LS74是用來實現(xiàn)抽樣功能的。前面輸入的LPF和電壓vc作比較后，得到2DPSK的矩形波，通過對最佳門限判決的電平Ve的比較和一個D觸發(fā)器的起伏電平的翻轉(zhuǎn)就可以將信號解調(diào)得到相對碼BK碼，D觸發(fā)器的CLK信號頻率為2DPSK信號的0 .5倍。1.5 QDPSK中逆碼變換模塊逆碼變換電路采用如圖1.9所示的原理框圖實現(xiàn)，它包括一個

12、微分鎮(zhèn)流電路和一個脈沖展寬電路組成，著分變換的功能是將輸入的基帶信號變?yōu)樗牟罘执a，然后經(jīng)過逆碼變換得到原來的傳輸信號。本次設(shè)計的逆碼變換模塊主要由雙D觸發(fā)器74LS74和個異或門74LS86組成。兩個74LS04非門。經(jīng)過捕樣判決器得到的信號BK（絕對碼）經(jīng)過該單元電路后，得到發(fā)送端發(fā)送的原始信息，即絕對碼AK。D觸發(fā)器的同步信號為原始信號的0 5倍，BK信號經(jīng)過D觸發(fā)器的間隔翻轉(zhuǎn)取逆轉(zhuǎn)，就可原來的恢復(fù)為原來的發(fā)送信號。異或門74LS86輸出的絕對碼波形的高電甲上疊加有微小的干擾信號，通過兩個非門就可以將其去掉，具體電路與波形如圖所示。其巾左而部分是位同步信號產(chǎn)生單元，位同步信號頻率為l70

13、.5kHZ。2.QDPSK系統(tǒng)(xtng)的仿真(fn zhn)如圖，在QDPSK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(d do)了與原輸入碼元序列在時間上略有延遲的QDPSK解調(diào)信號。2.1 QDPSK調(diào)制系統(tǒng)的仿真圖2.1 QDPSK調(diào)制系統(tǒng)的電路QDPSK調(diào)制系統(tǒng)的電路如圖2.1 所示，二進制源序列碼元信息由圖符0產(chǎn)生，其波形可在圖符14的觀察窗進行觀察。串/并轉(zhuǎn)換及電平轉(zhuǎn)換電路由圖中亞系統(tǒng)圖符54完成。圖符24的正弦波產(chǎn)生10KHz

14、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QDPSK信號。該信號可由圖符27的觀察窗進行觀察。圖2.2 串并轉(zhuǎn)換亞系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖2.2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4KHz的抽樣率對源序列進行抽樣。其中一列先經(jīng)過一個碼元寬度的實踐延遲，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

15、變換后的兩路信號分別由圖符12、13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。2.2 QDPSK解調(diào)(ji dio)系統(tǒng)的仿真(fn zhn)圖2.3 QDPSK解調(diào)(ji dio)系統(tǒng)QDPSK解調(diào)系統(tǒng)的電路如圖所示。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。QDPSK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，（反相器的作用是模擬相干解調(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，送入系統(tǒng)46中，完成并串變換，解調(diào)器輸出的信號由圖符134的觀察窗觀察。圖2.4 抽樣判決亞系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖抽樣判決電路如圖

16、：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127、121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。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(xin tn)，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(fù)為系統(tǒng)抽樣頻率后輸出。圖2.5 并串轉(zhuǎn)換(zhunhun)亞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖并串變換電路如圖：先用4KHz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(ynch)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。3.QDPSK結(jié)果(ji gu)分析圖3.1

17、 QDPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)(xtng)內(nèi)所有觀察窗所示波形圖圖3.1為QDPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)內(nèi)所有觀察窗所示波形圖。Sink14為源序列(xli)碼元信息，Sink141為調(diào)制系統(tǒng)輸出波形圖，Sink134為解調(diào)系統(tǒng)輸出波形圖。圖3.2 QDPSK信源波形圖圖3.3 QDPSK調(diào)制輸出波形圖圖3.4 QDPSK解調(diào)(ji dio)輸出波形圖由圖可以看出解調(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(biomng)系統(tǒng)傳輸無誤碼。4.小結(jié)(xioji)通過這次課程設(shè)計，我學(xué)習(xí)并掌握(zhngw)了QDPSK的調(diào)制解調(diào)原理，了解了QDPSK調(diào)制解調(diào)電路的構(gòu)成，通過實踐

18、鞏固了課堂上學(xué)習(xí)的理論知識。另外，學(xué)習(xí)并能較熟練的使用SystemView動態(tài)(dngti)系統(tǒng)分析工具軟件。在使用SystemView進行仿真的過程中，再一次復(fù)習(xí)并鞏固了課堂上所學(xué)到的知識，同時也掌握一項軟件的使用，為今后的學(xué)習(xí)提供了一定的幫助。這次的課程設(shè)計是在李老師的監(jiān)督指導(dǎo)下完成的，在此過程中，李老師提供了許多重要信息和引導(dǎo)，培養(yǎng)了我們對處理問題的嚴謹態(tài)度和創(chuàng)新精神。這非常有利于我們今后的學(xué)習(xí)和工作。在此表示衷心的感謝！附錄(fl)A關(guān)于(guny)SystemViewSystemView是美國Elanix公司設(shè)計開發(fā)的用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析工具，是基于wind

19、ows環(huán)境的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具。它界面(jimin)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(fù)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SystemView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)時間的的設(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。SystemView的圖符資源十分豐富，包括基本庫和

20、專業(yè)庫?；編彀臃ㄆ?、乘法器、多種信號源、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。能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在DSP、通信和控制系統(tǒng)應(yīng)用中構(gòu)造出復(fù)雜的模擬、數(shù)字、混合和多速率系統(tǒng)。系統(tǒng)具有巨大的可選擇的庫，允許用戶選擇的增加通信、邏輯、DSP和射頻/模擬功能模塊，特別適用于無線電話(GSM、CDMA、FDMA、TDMA、DSSS)、無繩電話、尋呼機和調(diào)制解調(diào)器以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)(GPS、DVBS、LEOS)等的設(shè)計；能夠仿真（C3x、C4x等）DSP系統(tǒng)；可進

21、行各種系統(tǒng)時域/頻域分析和頻譜分析；能夠?qū)ι漕l/模擬電路（混合器、放大器、RLC回路和運放電路）進行理論分析和失真分析?？焖俜奖愕膭討B(tài)設(shè)計與仿真。SystemView使用了用戶熟悉的Windows界面和功能鍵，使用戶可以快速的建立和修改系統(tǒng)，并在對話框中對系統(tǒng)參數(shù)進行快速訪問和設(shè)置，達到實時修改、實時顯示的操作效果。用戶只需要簡單的用鼠標點擊圖符即可創(chuàng)建連續(xù)線性系統(tǒng)、DSP濾波器、并輸入/輸出基于真實系統(tǒng)模型的仿真數(shù)據(jù)，不用寫一行代碼即可建立用戶所需要的子系統(tǒng)庫（MetaSystem）。SystemView圖符庫包括幾百種信號源、接收端、操作符和功能模塊，提供了從DSP、通信、信號處理、自動控

22、制，到構(gòu)造通用數(shù)學(xué)模型等的應(yīng)用模塊。信號源和接收端圖符允許在SystemView的內(nèi)部生成和分析信號，并形成可供外部處理的各種文件格式，同時提供了相應(yīng)的輸入/輸出數(shù)據(jù)接口。SystemView圖符庫非常豐富，包括基本庫（Main Library）和專業(yè)庫（Optional Library）?；編熘邪臃ㄆ?、乘法器、多種信號源接收器、各種函數(shù)運算器等，專業(yè)庫有邏輯（Logic）、通信（Communication）、射頻/模擬（RF/Analog）等特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和方案論證。另外，SystemView還通過自定義庫的形式提供了IS95和DVB擴展圖符庫，方便用戶進行CDMA

23、通信系統(tǒng)和數(shù)字電視業(yè)務(wù)的分析。在報告中方便地加入SystemView的結(jié)論。SystemView通過Notes(注釋)很容易地在屏幕上對系統(tǒng)進行描述和說明，生成的SystemView系統(tǒng)和輸出的波形可以很方便的使用復(fù)制（copy）和粘貼（paste）命令插入到微軟的Word等文字處理軟件中進行編輯。提供基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設(shè)計(shj)。通過利用圖符和MetaSystem（子系統(tǒng)）對象的無限制(xinzh)分層結(jié)構(gòu)功能，SystemView能夠很容易的建立復(fù)雜(fz)的系統(tǒng)。用戶首先可以定義一些簡單的功能組，再通過對這些簡單功能組的連接進而實現(xiàn)一個大系統(tǒng)，利用系統(tǒng)提供的子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能可以將這個

24、大系統(tǒng)形成一個對應(yīng)的新子系統(tǒng)，這樣，單一的圖符就可以代表一個復(fù)雜系統(tǒng)。MetaSystem的操作方法與系統(tǒng)提供的其他圖符的使用方法類同，只要用鼠標器單擊一下該子系統(tǒng)，就會出現(xiàn)一個特定的窗口來顯示出復(fù)雜的MetaSystem結(jié)構(gòu)。多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng)。SystemView可以對具有多種速率采樣輸入的系統(tǒng)進行合并，以簡化FIR濾波器的執(zhí)行，這種特性尤其適合于同時具有低頻和高頻部分的通信系統(tǒng)的設(shè)計和仿真，該特性還降低了系統(tǒng)對計算機硬件配置的要求。完備的濾波器和線性系統(tǒng)設(shè)計。SystemView包含一個功能強大的、很容易使用的圖形模板設(shè)計環(huán)境，便于模擬和數(shù)字以及離散和連續(xù)時間系統(tǒng)的設(shè)計，同時還包含大量的FIR/IIR濾波器類型和FFT類型，并提供了便于用 DSP實現(xiàn)濾波器或線性系統(tǒng)的參數(shù)。先進的信號分析和數(shù)據(jù)塊處理。SystemView的分析窗口是一個能夠?qū)ο到y(tǒng)波形進行詳細檢查的交互式可視環(huán)境。分析窗口還提供了一個能對仿真生成的數(shù)據(jù)進行先進的塊處理操作的接收計算器。接收計算器的塊