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1、. . . . . 二进制差分相移键控（2DPSK）的仿真与分析一） 设计内容利用matlab编程或simulink对2DPSK的调制和解调整个流程进行仿真。二） 设计要求1）基本要求：A)要求分析2DPSK的调制解调过程及其理论原理；B)利用matlab编程或simulink实现2DPSK整个系统的仿真；C)能够以图形化方式呈现对仿真过程中的重要接点处的波形； D)分别设计并仿真非相关解调和相干解调这两种解调方法。2）扩展要求： A) 解调方的载波利用载波同步原理从发送信号中提取； B) 解调方的判决脉冲利用码同步原理从发送信号中提取。1.设计原理1.1 2DPSK信号原理2DPSK方式即是
2、利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：0表示0码，表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图2.1所示。 在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。定义为本码元初相与前一码元初相之差，假设：数字信息“0”；数字信息“1
3、”。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下：数字信息： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 12DPSK信号相位：0 0 0 0 0 0 或 0 0 0 0 0画出的2PSK及DPSK信号的波形如图2-1所示。图2-1 2PSK及2DPSK信号的波形1.2 2DPSK信号的调制原理一般来说，2DPSK信号有两种调试方法，即模拟调制法和键控法。2DPSK信号的的模拟调制法框图如图2.2.1所示，其中码变换的过程为将输入的单极性不归零码转换为双极性不归零码。2DPSK信号的的键控调制法框图如图2.2.2所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。选相开关作用
4、为当输入为数字信息“0” 时接相位0，当输入数字信息为“1”时接pi。 图1 模拟调制法图 2 键控法调制原理图1.3 2DPSK信号的解调原理2DPSK信号最常用的解调方法有两种，一种是极性比较和码变换法，另一种是差分相干解调法。1.3.1 2DPSK信号解调的极性比较法1、它的原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，再与本地载波相乘，去掉调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决的到基带信号的差分码，再经过逆差分器，就得到了基带信号。它的原理框图如图2.3.1所示。延迟T相乘器低通
5、滤波器抽样判决器2DPSK带通滤波器图 3 极性比较解调原理图 2、误码率计算这时由抽样判决器输出数字信号（相对码）的误码率为 大信噪比时，即的情况下，上式可进一步整理为1.3.2 2DPSK信号解调的差分相干解调法差分相干解调的原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，此后该信号分为两路，一路延时一个码元的时间后与另一路的信号相乘，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决，抽样判决器的输出即为原基带信号。它的原理框图如图2.3.2所示。带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器逆码变换本地载波2DPSK图 4
6、差分相干解调原理图此时，系统总的误码率为1.3.3 2调制与解调总原理框图 图8 2调制与解调总原理框图 2DPSK 调制系统设计根据第二章中的2DPSK 的模拟调相法的原理,并且利用Simulink实现2DPSK 信号模拟调相法调制仿真系统,图 1是2DPSK模拟调相法的系统仿真,主要模块有:Bernoulli Binary Generator,Signal,Product. 图1 2DPSK 模拟调相法的系统仿真图对主要各模块参数进行设置,图2是Bernoulli Binary Generator 的参数设置,其中采样时间是1。 图2 Bernoulli Binary Generator
7、的参数图3 是Signal Geneeator 的参数设置，其中幅度为1，频率为2HZ。 图3 Signal Geneeator 的参数图4 是Product 的参数设置。 图4 Product 的参数图5是调制后输出的波形，第一条波形为原始的方波信号，第二条波形为经过差分编码后的信号，第三条是一个正弦信号，第四条是调制后2DPSK 的信号。由图可以看出0 码的时候为原波形，1 码的时候为 波形，则符合调制原理。 图5 调制后输出的波形 2DPSK 解调系统设计1 .极性比较码变换法系统设计用相干解调法即极性比较法来进行2DPSK 信号的解调。先对2DPSK 信号进行相干解调，恢复出相对码，再
8、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6就是用极性比较法进行的2DPSK 解调系统仿真设计，主要模块有Pulse Generator,Switch,Gain,Transport Delay。 图6 用极性比较法进行的2DPSK 解调系统仿真设计对主要各模块参数进行设置，图7是Pulse Generator 模块的参数设置，幅度为1，周期为1。 图7 Pulse Generator 模块的参数图8 是Switch 模块的参数设置，其中临界值为0.5，取样时间为1。 图8 Switch 模块的参数 图9 是Transport Delay 模块的参数设置。 图9 Transp
9、ort Delay 模块的参数图10 是Gain 模块的参数设置，其中增益为1，取样时间为1。 图10 Gain 模块的参数图11是调制后输出的波形，第一条波形为原始的基带信号，第二条为差分编码后的信号，第三条是原始正弦信号，第四条是2DPSK 信号的波形，第五条为解调后信号的波形。并且可以由图看出第一条和第五条的波形相同，说明解调后的波形为真确的。 图11 解调后输出的波形2 .差分检测法系统设计用差分相干解调法即差分检测法来进行2DPSK 信号的解调。图12 就是用差分检测法进行的2DPSK 解调系统仿真。主要的模块有Pulse Generator，Gain，Switch，Analog F
10、ilter Design。 图12 差分检测法进行的2DPSK 解调系统仿真设计图13 是Pulse Generator 模块的参数设置，其中幅度是1，周期是2。 图13 Pulse Generator 模块的参数图14 是Gain 模块的参数设置，其中增益为1，取样时间为1。 图14 Gain 模块的参数图15 是Switch 模块的参数设置，临界值为0.5，取样时间为1。 图15 Switch 模块的参数图16 是Analog Filter Design 的参数设置。通频带的边缘频率为5HZ。 图16 Analog Filter Design 的参数图17 是解调后输出的波形，第一条波形为
11、原始的基带信号，第二条经过滤波器后的波形，第三条是2DPSK信号的波形，第四条是原始的正弦信号，第五条为解调后信号的波形。并且可以由图看出第一条和第五条的波形相同，说明解调后的波形为正确的。 图17 是解调后输出的波形3. 2DPSK 调制解调系统设计1.仿真模型2DPSK的各参数设置与2PSK的原理基本基本相同，只是选用的调制解调模块不同，2DPSK 的调制解调用2DPSK modulator 和2DPSK demodulator 模块。图18就是2DPSK调制解调的系统仿真设计。其中主要模块有， 图18 2DPSK 调制解调的系统仿真设计2 .参数设置图19 是Random Integer
12、 Generator 模块的参数设置，其中取样时间为0.2,原始参数为0，取样频率为1。 图19 Random Integer Generator 模块的参数图20 是DBPSK Modulator Baseband 的模块参数设置，其中取样频率为1，相移为0 rad。 图20 DBPSK Modulator Baseband 的模块参数图21 是AWGN Channel1 的模块的参数设置，原始参数为67。 图21 AWGN Channel1 的模块的参数图22 是DBPSK Demodulator Baseband 的模块参数设置,其中取样频率为1,相移为0 rad。 图22 DBPSK
13、Demodulator Baseband 的模块参数图23 是Sine Wave 的模块的参数设置,通过离散的采样模式,其幅度为1，频率为10HZ，相移为0 rad。 图23 Sine Wave 的模块的参数图24 是Product 的模块参数设置，输入数据为2，采样时间为1。 图24 Product 的模块参数图25 是Spectrum Scope 的模块参数设置，缓冲大小为1024，FFT 长度为1024，平均频谱数为64。 图25 Spectrum Scope 的模块参数图26 是Spectrum Scope 的模块参数设置，频率单位为HZ，频率范围在0 到Fs之间Y 限的最大值为1,43，最小值为69.81。
