基于dds技術(shù)的2psk調(diào)制解調(diào)的仿真研究

基于dds技術(shù)的2psk調(diào)制解調(diào)的仿真研究

1psk調(diào)制在通信系統(tǒng)中，調(diào)停解調(diào)是一個(gè)重要的過(guò)程。尤其是在飛速發(fā)展的今天,無(wú)線(xiàn)通信和光通信的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,但大多數(shù)的實(shí)際信道并不能直接傳輸基帶信號(hào)。為了有效地傳輸,必須進(jìn)行調(diào)制,即將基帶信號(hào)變換成適合信道傳輸特性的頻帶信號(hào)(已調(diào)信號(hào));而在接收端,為了得到需要的基帶信號(hào),必須對(duì)信道傳來(lái)的已調(diào)波進(jìn)行解調(diào)。數(shù)字調(diào)制的調(diào)制波是二進(jìn)制已編碼的數(shù)字基帶脈沖序列。用數(shù)字基帶信號(hào)去控制載波信號(hào)的相位,叫做相移鍵控(PSK)。PSK(2進(jìn)制相移鍵控)由于具有較好的抗干擾性和頻帶利用率,因此在中、高速數(shù)字通信中得到廣泛的應(yīng)用。本文利用DSPBuilder搭建模塊進(jìn)行2PSK調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與仿真。其優(yōu)點(diǎn)是便于實(shí)現(xiàn),減少了設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的時(shí)間。22不改變數(shù)字信息的周期和幅度相移鍵控(PSK)系統(tǒng)是通過(guò)改變本地載波的相位來(lái)傳遞數(shù)字信息的,這種調(diào)制并不改變數(shù)字信息的周期和幅度。相移鍵控分為兩種:一種為絕對(duì)相移鍵控,即數(shù)字信號(hào)是以載波的相位不同來(lái)表示的;一種為相對(duì)相移鍵控,即以前一個(gè)碼元的末相為參考,不是以固定的未調(diào)載波相位作基準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)采用的是絕對(duì)相移鍵控的方法。2.12碼元間隔ts內(nèi)的同相位c2PSK已調(diào)信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式如式(1)所示。u2psk(t)=s(t)cosωct=[∞∑n=-∞ang(t-nΤs)]cosωct(1)u2psk(t)=s(t)cosωct=[∑n=?∞∞ang(t?nTs)]cosωct(1)式中,g(t)為幅度是A的矩陣脈沖,同時(shí)an為+1的概率為P,而為-1的概率為1-P,所以我們可以化簡(jiǎn)得到每個(gè)碼元間隔Ts內(nèi)的值,當(dāng)概率為P時(shí),載波信號(hào)取同相位,u2psk(t)=Acosωct;當(dāng)概率為1-P時(shí),載波信號(hào)反向,即u2psk(t)=-Acosωct。在調(diào)制的過(guò)程中,可以選擇相乘器(模擬法)或者是采用相位選擇器(相位選擇法),其實(shí)現(xiàn)原理框圖分別如圖1、圖2所示,在本設(shè)計(jì)中我們選擇模擬法作為調(diào)制的主要方法。2.22各級(jí)數(shù)字視頻監(jiān)控信號(hào)的解調(diào)2PSK常用相干法進(jìn)行解調(diào),所謂相干法解調(diào)就是將已調(diào)制信號(hào)u2psk(t)與載波極性(或相位)相比較。2PSK解調(diào)以后的數(shù)學(xué)模型見(jiàn)式(2)。u解調(diào)=[∞∑n=-∞ang(t-nΤs)]cosωct*cosωct=s(t)cos2ωct=12s(t)+12s(t)cos2ωct(2)u解調(diào)=[∑n=?∞∞ang(t?nTs)]cosωct*cosωct=s(t)cos2ωct=12s(t)+12s(t)cos2ωct(2)由式(2)可見(jiàn),為了實(shí)現(xiàn)解調(diào)目的得到原來(lái)的信號(hào)s(t),可令已調(diào)信號(hào)與本地載波相乘,再通過(guò)低通濾波器把高頻信號(hào)cos2ωct濾除,就可得到我們想要的信號(hào)s(t),解調(diào)的方框圖如圖3所示。2.3dds輸出信號(hào)頻率控制載波信號(hào)發(fā)生器采用DDS技術(shù)。DDS的基本原理是用全數(shù)字技術(shù),從相位概念直接合成波形。DDS有兩個(gè)重要的特征,一方面,DDS是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng),無(wú)反饋環(huán)節(jié),所以其頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間極短;另一方面,頻率控制字的寬度大(48bit或者更高),因此頻率分辨率高。DDS的輸出信號(hào)頻率由式(3)決定。fout=fc*Κ2Ν(3)fout=fc*K2N(3)式中,fout為產(chǎn)生的正弦波頻率,fc為參考時(shí)鐘,K為頻率控制字,N為ROM的數(shù)據(jù)線(xiàn)寬度。根據(jù)奈奎斯特采樣頻率和工程實(shí)踐的要求,fout一般小于等于0.4fc。3基于面向虛設(shè)與算法的集成平臺(tái)AlteraDSPBuilder將MATLAB下Simulink系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)工具的算法開(kāi)發(fā)、仿真和驗(yàn)證與VHDL綜合,使仿真和Altera開(kāi)發(fā)工具聯(lián)系在一起,實(shí)現(xiàn)了這些工具的集成。DSPBuilder支持系統(tǒng)、算法和硬件設(shè)計(jì)共享一個(gè)公共開(kāi)發(fā)平臺(tái)。利用DSPBuil-der設(shè)計(jì)的流程如圖4所示。3.12相位累加器的產(chǎn)生根據(jù)式(1)的數(shù)學(xué)模型與DDS的原理設(shè)計(jì)出了如圖5所示的調(diào)制模型。圖5中,Constant5模塊生成頻率控制字(設(shè)置為4096),AltBus2、ParallelAdderSubtractor2和Delay1構(gòu)成了20位的相位累加器。為了減少ROM的容量,通過(guò)BusConversion選擇其中的10位,LUT作為波形儲(chǔ)存器,以供查表,MATLABarray選項(xiàng)設(shè)置為100*sin(0:2*pi/2∧10:2*pi),式中之所以取10,是因?yàn)锽usConversion選擇10位,填其他數(shù)將不會(huì)產(chǎn)生余弦波。IncrementDecrement和LUT1兩個(gè)模塊是產(chǎn)生方波的重要模塊,在設(shè)置IncrementDecrement中的位數(shù)時(shí),必須選擇和Constant5模塊中頻率控制字成整數(shù)倍的關(guān)系,否則達(dá)不到調(diào)制的目的。圖5中的其他模塊參數(shù)只要按照?qǐng)D示配置即可。3.22塊的輸出端根據(jù)數(shù)學(xué)模型式(2),可以利用DSPBuilder搭建出2PSK的解調(diào)模型,如圖6所示。圖6中Product1的兩個(gè)輸入端一個(gè)連接LUT輸出的本地載波,一個(gè)連接Product模塊的輸出端。對(duì)于解調(diào)來(lái)說(shuō)最大的關(guān)鍵在于低通濾波器,由式(2)可知,要想得到原始信號(hào)s(t),必須把cos2ωct高頻分量濾除,設(shè)計(jì)濾波器有很多種選擇,本設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于使用MATLAB下的FDATool設(shè)計(jì)濾波器,這種方法簡(jiǎn)單快捷,省去了大量計(jì)算和編程的繁瑣,設(shè)計(jì)時(shí)最主要的任務(wù)是確定濾波器的截止頻率和量化,本系統(tǒng)中由于載波頻率為19.6kHZ,根據(jù)式(2)要濾除頻率為2ωc附近的分量,再由實(shí)際工程確定截止頻率為25kHz,通過(guò)FDATool量化選項(xiàng)得出Gain2,Gain3,Gain4,Gain5的數(shù)值分別為30,97,97,30。4psk調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)本設(shè)計(jì)分別在Matlab和Modlesim中做仿真,結(jié)果分別如圖7、圖8所示。圖7、圖8中,第一個(gè)波形為載波,第二個(gè)波形為方波即原始信號(hào),第三個(gè)波形為調(diào)制波,最后一個(gè)為解調(diào)以后的波形。通過(guò)仿真圖可以看出,本設(shè)計(jì)基本上達(dá)到了預(yù)期的要求,調(diào)制和解調(diào)出來(lái)的波形與理論上的波形都是相符合的。結(jié)束語(yǔ)基于Matlab和DSPBuilder設(shè)計(jì)的2PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)形象直觀,省去了大量編程的時(shí)間,而且不用向ROM里寫(xiě)大量的數(shù)據(jù),高度運(yùn)用了Matlab和DSPBuilder中的模塊進(jìn)行建模仿真,使得系統(tǒng)級(jí)算法模塊化。本設(shè)計(jì)還運(yùn)用了Matlab中FdaTool工具進(jìn)行濾波器的設(shè)計(jì),此工具可以對(duì)比濾波器特性,隨時(shí)更改參數(shù),以達(dá)到濾波器設(shè)計(jì)的最優(yōu)化,它給設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)簡(jiǎn)單而快捷的平臺(tái)。在2PSK的調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)過(guò)程中有很多值得注意的問(wèn)題:首先載波信號(hào)和原始信號(hào)的頻率要成整倍數(shù)關(guān)系;其次對(duì)于LUTAsin(0:2*pi/2∧