2DPSK与2PSK的比较.docx

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2DPSK与2PSK的比较

2DPSK与2PSK的比较

计算机与信息工程学院XXX

指导教师XX

摘要2DPSK能够克服2PSK的“倒π现象”。

但是2DPSK采用A方式表示前后码元相对相移变换，仍然存在码元的定时问题。

为了解决定时问题可以改用B方式表示码元的相位相对于前一码元的相位改变。

本文选用SystemView进行系统仿真。

关键字2DPSK；2PSK；倒π现象；B方式

1引言

基于数字信号的传输优于模拟信号，所以数字信号的传输越来越重要。

虽然近距离时可以由数字基带信号直接传输，但是进行远距离传输时必须将基带信号调制到高频处。

二进制数字信号调制是数字调制的基本方式之一,传输系统中要保证信息的有效传输就必须要有较高的传输速率和很低的误码率。

在传输信号里，2PSK信号与2ASK及2FSK信号相比，具有较好的误码率性能，但是，在2PSK信号传输系统中存在相位不确定性，并将造成接收码元“0”和“1”的颠倒，产生误码。

为了保证2PSK优点，也不会产生误码，把2PSK体制改进为二进制差分相移键控（2DPSK），及相对相移键控。

2Systemview软件简介

SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块（Token）去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。

利用SystemView，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。

用户在进行系统设计时，只需从SystemView配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。

SystemView的库资源十分丰富，包括信号源库、算字库、函数库、信号接收器库等基本库，通信图符库、DSP库、逻辑库、射频模拟库等专业库。

本文主要涉及到信号源库、逻辑库、加法器、乘法器、算字库、信号接收器库。

部分图标如下：

3设计原理

3.12PSK的调制解调原理

2PSK（二进制移相键控方式）是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的一种数字调制方式。

就是根据数字基带信号的两个电平（或符号）使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。

两个载波相位通常相差180度，此时称为反向键控（PSK），也称为绝对相移方式。

（1）2PSK的调制

2PSK的产生：

模拟法和数字键控法，就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s（t）要求不同，因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。

而就键控法来说，用数字基带信号s（t）控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s（t）为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。

2PSK信号与2ASK信号的时域表达式在形式上是完全相同的，所不同的只是两者基带信号s（t）的构成，一个由双极性NRZ码组成，另一个由单极性NRZ码组成。

因此，求2PSK信号的功率谱密度时，也可采用与求2ASK信号功率谱密度相同的方法。

（2）2PSK的解调

2PSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能进行相干解调。

2PSK相干解调系统框图及个测试行波形如下：

3.22DPSK的调制解调原理

（1）2DPSK的调制

2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。

假设前后相邻码元的载波相位差为，可定义一种数字信息与之间的关系为

则一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载波相位关系如下表所示

数字信息与之间的关系也可以定义为

2DPSK信号的产生方法是先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字信息序列的绝对码变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对调相，从而变成二进制差分相移键控信号。

2DPSK信号调制器原理框图如图1所示。

图12DPSK调制框图

（2）2DPSK解调原理

2DPSK信号有两种解调方式：

极性比较法和差分相干解调法。

2DPSK信号可以采用想干解调方式（极性比较法），其原理框见图2。

其调制原理是：

对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。

图2极性比较法解调原理框图

2DPSK信号也可以采用差分相干解调法，用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需由收到的2DPSK信号延时一个码元间隔T，然后与2DPSK信号本身相乘。

相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波后在抽样判决，即可直接恢复出原是数字信息，故解调器中不需要码反变换器。

2DPSK差分相干解调器原理框图如图3所示。

图3差分相干解调法原理框图

4系统设计和搭建

4.12PSK的调制系统

Token0：

PN码源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝10Hz、No.oflevels＝2；

Token1：

乘法器；

Token2：

正弦载波信号源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝10Hz；

Token3：

Systemview观察窗；

Token4：

Realtime观察窗；

定时信息：

抽样频率1000Hz，抽样点数512。

（1）2PSK的调制输入波形：

（2）2PSK的调制输出波形：

4.22PSK的解调系统

Token0：

PN码源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝10Hz、No.oflevels＝2；

Token1，6：

乘法器；

Token2：

正弦载波信号源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝10Hz、phase=0；

Token3，4，7，13，14：

Systemview观察窗；

Token5：

加法器；

Token8：

低通滤波器，参数：

Lowcutoff=10Hz；

Token9：

比较器；

Token10：

高斯噪声；

Token11：

相干载波信号源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝10Hz、phase=0；

Token12：

定时信号源，参数：

Amp＝0v、Offset＝0v、Rate＝10Hz；

（1）解调输出波形：

（2）倒π现象输出波形：

此时Token11：

相干载波信号源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝10Hz、phase=180。

4.32DPSK的解调系统

Token0：

PN码源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝100Hz、No.oflevels＝2；

Token2：

异或门；

Token3：

延时，参数：

delay=0.01；

Token1，4，8：

Systemview观察窗；

Token5：

单刀双置开关；

Token6：

正弦载波信号源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝100Hz、phase=90；

Token7：

取负数；

4.42DPSK的解调系统

Token0：

PN码源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝100Hz、No.oflevels＝2；

Token11：

乘法器；

Token2，19：

异或门；

Token3，20：

延时，参数：

delay=0.01；

Token1，4，8，13，15，18，21：

Systemview观察窗；

Token5：

单刀双置开关；

Token6：

正弦载波信号源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝100Hz、phase=90；

Token7：

取负数；

Token14：

低通滤波器，参数：

Lowcutoff=100Hz；

Token9：

加法器；

Token10：

高斯噪声；

Token12：

相干载波信号源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝100Hz、phase=90；

Token12：

定时信号源，参数：

Amp＝0v、Offset＝0v、Rate＝100Hz；

Token16：

比较器；

4.52DPSK的B方式调制系统

Token0：

PN码源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝100Hz、No.oflevels＝2；

Token2：

异或门；

Token3：

延时，参数：

delay=0.01；

Token1，4，8：

Systemview观察窗；

Token5：

单刀双置开关；

Token6：

正弦载波信号源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝100Hz、phase=0；

Token7：

取负数；

4.62DPSK的B方式解调系统

Token0：

PN码源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝100Hz、No.oflevels＝2；

Token11：

乘法器；

Token2，19：

异或门；

Token3，12：

延时，参数：

delay=0.01；

Token1，4，8，14，15，18：

Systemview观察窗；

Token5：

单刀双置开关；

Token6：

正弦载波信号源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝100Hz、phase=0；

Token7：

取负数；

Token14：

低通滤波器，参数：

Lowcutoff=100Hz；

Token9：

加法器；

Token10：

高斯噪声；

Token12：

相干载波信号源，参数：

Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝100Hz、phase=0；

Token12：

定时信号源，参数：

Amp＝0v、Offset＝0v、Rate＝100Hz；

Token16：

比较器；

5结果与分析

2PSK信号相干解调的过程实际上是输入已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程，故常称为极性比较法解调。

由于2PSK信号实际上是以一个固定初相的未调载波为参考的，因此，解调时必须有与此同频同相的同步载波。

如果同步载波的相位发生变化，如0相位变为π相位或π相位变为0相位，则恢复的数字信息就会发生“0”变“1”或“1”变“0”，从而造成错误的恢复。

这种因为本地参考载波倒相，而在接收端发生错误恢复的现象称为“倒π”现象或“反向工作”现象。

绝对移相的主要缺点是容易产生相位模糊，造成反向工作。

这也是它实际应用较少的主要原因。

为了克服此缺点提出二进制差分相移键控（2DPSK）方式。

在2DPSK解调过程中，若相干载波产生180°相位模糊，解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了在载波相位模糊度的问题。

但是按照A方式（用0相表示前后码元无跳变，π相表示前后码元有跳变）的定义，在某个长的码元序列中，信号波形的相位可能仍没有突跳点，致使在接收端无法辨认信号码元的起止时刻。

这样，2DPSK方式解决了载波相位不确定性问题，但是码元的定时问题仍没有解决。

为了解决定时问题，采用B方式（当前码元的相位相对于前一码元的相位改变）进行调制，在相对码元之间必定有相位突跳。

在接收端检测此相位突跳就能确定每个码元的起止时刻，即可提供码元定时信息。

由于B方式是以第一个码元为参考相位，所以在解调输出波形中有一个码元周期的延时。

6小结

在XX老师的细心讲解和耐心指导下，我顺利完成了这次课程设计，并从中学到了很多课本中没有提到的知识。

在课堂上学到了关于2PSK和2DPSK的相关内容，我并未深入掌握，而课程设计让我有机会深刻了解它，为了了解设计原理，我查阅了通信原理以及网上的各种资料，看了关于二进制调制与解调、2DPSK的A方式和B方式以及Systemview仿真软件的内容，给我很大的启发。

通过这次课程设计，我进一步加深了对于数字系统中的调制方式的认识，学会了SystemView仿真电路设计和分析的方法。

在课程设计中，我知道了仿真的重要性，理论上必须是正确的，仿真才会有正确的结果。

我深深地感受到参数设置对实验结果的正确性的影响，也意识到一个好的实验方案可以节省很多物力、人力。

在完成课设的过程中，理解设计原理只是完成了一小部分，更加困难的是对原理的运用，从而设计出一个正确的系统，得出预想的结果。

设计过程中，对参数设计的把握是结果正确与否的关键，选择一个合理的参数，并与系统整体性能匹配。

在仿真过程中会遇到很多问题，这需要我们耐心的排错和扎实的理论分析。

所以一个实验的错误因素会有好多，要认真仔细的检查，不可以轻易放弃。

这次的课程设计让我更加喜欢通信原理，更加想把所学的理论联系实际，运用到生活中去，改变生活。

参考文献

[1]樊昌信，曹丽娜主编.通信原理（第6版）.国防工业出版社.

[2]SystemView教程.