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1、DPSK解调电路的研究与设计 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途目 录一、二进制差分相移键控（2DPSK）基本原理21.1 2DPSK信号基本原理21.2 2DPSK信号的解调原理4二、2DPSK解调电路总设计思路5三、各单元电路模块解析53.1 带通滤波器模块53。2 本地载波与2DPSK信号相乘模块63.3 低通滤波器模块83.4 抽样判决模块93。5 逆码变换模块10四、2DPSK解调电路的仿真124。1 2DPSK相干解调法的仿真电路图124.2 2DPSK相干解调法的仿真波形图13五、2DPSK解调总电路图14六、总结与心得体会15附录、参考文献16一、二进制差分相移键控（
2、2DPSK)基本原理1。1 2DPSK信号基本原理在传输信号中，2PSK信号和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.这个问题将直接影响2PSK信号用于长距离传输。为克服此缺点，并保存2PSK的优点，将2PSK体制改进为二进制差分相移键控（2DPSK），即相对相移键控。2DPSK是利用相邻码元载波的相对值表示基带信号“0”和“1”的。现在用表示载波的初始相位.设D为当前码元和前一码元的相位之差: D=0 发送“0”时 (1-1) D=p 发送1时则信号码可以表示为： S(t)=cos(w0
3、t+） （1-2）式中，W0=2f0为载波的角频率：为前一码元的相位。下面以基带信号1 1 1 0 0 1 1 0 1为例，说明2DPSK信号的相位关系:基带信号 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1D p p p 0 0 p p 0 p p p p 0 0 p p 0 p初始相位 0 p2DPSK码元相位（+D) p 0 p p p 0 p p 0 0 p 0 0 0 p 0 0 p由此例可知，对于相同的基带输入码元序列，由于初始相位不同，码元的相位可以不同。也就是说，码元的相位并不直接代表基带信号；相邻码元的相位差才表示基带信号.为了解决码元定时问题,可使
4、当前码元的相位相对于前一码元的相位改变90度。因此，在相邻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码元的起止时刻。从接收端来看，若收到一个信号序列，其码元相位为：p 0 p p p 0 p p 0,则此序列所代表的基带信号有多种可能。若发送端采用的是2DPSK体制,且其初始相位为0，则此信号序列代表的基带信号是1 1 1 0 01 1 0 1.但是，若发送端采用的是2PSK体制，符合规律。相位0代表“0”，则它代表的基带信号是：1 0 1 1 1 0 1 1 0。这表明仅从接收信号看，它既可能是2PSK信号，也可能是2DPSK信号。只有接收端预先知道发送信号体制，才有可能正确接收
5、。从这种现象中受到启发,可以得到如下所述的在发送端产生2DPSK信号的一种间接方法。仍以上例为例，若待发送的基带信号序列是1 1 1 0 0 1 1 0 1。我们可以先把它变成序列1 0 1 1 1 0 1 1 0，再用后者对载波进行2PSK调制,所得结果和用愿基带信号序列直接进行2DPSK调制是一样的.这个过程列表如下: 基带序列 1 1 1 0 0 1 1 0 1 （绝对码） 变换后序列 （0）1 0 1 1 1 0 1 1 0 (相对码)2PSK调制后的相位 （0）000 p 0 p p 0我们将基带序列称作绝对码,变换后的序列称作相对码。由上面的过程不难看出，基带序列的变换规律是绝对码
6、中的码元010使相对码元改变：绝对码元000使相对码元不变。这种变换是很容易实现的，例如，用一个双稳触发器，它仅当输入010时状态才反转。由于这种间接法进行差分相移键控实现起来很简单，所以被实际采用。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11所示。图1-1 2DPSK信号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
7、，而采用相对移相方式.1.2 2DPSK信号的解调原理2DPSK信号最常用的解调方法有两种，第一种方法是2DPSK信号先经过带通滤波器，滤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12所示。图12 相位比较法原理方框图第二种方法是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
8、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1-3所示。 图13 相干解调法原理方框图二、2DPSK解调电路总设计思路本次设计采用相干解调法研究解调电路.其总体设计思路是先把接收信号当做绝对相移信号进行相干解调，解调后的码序列是相对码；然后再将此相对码序列作逆码变换,还原成绝对码，即原基带信号码元序列。这种相干解调法又称极性比较法.如图2-1给出了其系统框图。带通滤波器相乘器低通滤波波器抽样判决器逆码变换本地载波2DPSK图21 相干解调法系统框图三、各单元电路模块解析3.1 带通滤波器模块在实际的通信系统中，解调的输入端输入
9、2DPSK信号，在输入系统之前有一个带通滤波器来滤掉带外的白噪声，并确保系统能够正常运行,带通滤波器原理框图和电路如图所示:输出输入低通高通图31 （a）带通滤波模块 图3-1 (b）带通滤波器原理框图带通滤波器用两个电阻于两个电容实现，前部分为低通滤波,后面部分是高通滤波，两部分构成带通滤波器.经过带通滤波器后的波形如图32：图32 经过带通滤波器后的波形3.2 本地载波与2DPSK信号相乘模块本设计是用MC1496做乘法器去把2DPSK信号与本地载波进行相乘，MC1496集成芯片内部含有由双电流源驱动的上部差分放大器，输出集电极连至一起以平衡乘法器的输入电压,这样输出信号就是输入信号乘积的
10、常数倍，在芯片的输出端同样需要外接负载电阻。这里的MC1496从“10”和“1”端输入2DPSK信号和载波信号，进行相乘后从“12”号管脚输出它们的相乘信号。具体电路如图33所示。图33 本地载波与2DPSK信号相乘模块相乘后的波形为已调制完成的2DPSK加载到本地载波的复合相乘信号的波形，因为本地载波未含有码元信号,只有传输过来的2DPSK信号才有码元变换的信息，所以从“12”管脚输出的信号，为2DPSK加载到本地载波的波形，接收到的是已调制完成的2DPSK信号和相乘后信号的波形如图所示：图3-4 本地载波信号 图35 本地载波信号与2DPSK相乘后的信号3。3 低通滤波器模块低通滤波器又有
11、源的低通滤波器和周边电路构成，所选的是集成运放LM741与电阻和电容组成的二阶有源,低通滤波器，具体电路如图3-6所示，它由两节RC滤波电路电路和反相比例放大器组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低,可以隔离前一节对后一节的影响,有利于减少电路的噪声对信号的干扰。由LM741构成的反相比例放大电路电压增益就是低通滤波器通带的电压增益。图36 低通滤波模块此滤波器不但有滤波作用还有对信号的放大，隔离前后两节，减少相互之间的干扰的作用,通过低通滤波器后的波形如图3-7所示;经过乘法器的高频信号已经被滤掉，只剩下正半周的低频信号。图3-7 经过低通滤波器后的信号3.4 抽样判决模块通过相乘器MC149
12、6的信号，输出的信号均值不等于0，此信号经过电容和滤波器后，反向放大器后得到的均值为零但正负不对称的信号，在此2DPSK系统中,抽样判决器输入信号是一个均值为零且正负对称信号，判决电平Vc由比较器LM710的负向段对地的电平决定,电位器R39来调节Vc的电平的高低，使判决电平处于信号输入的图眼的中心位置（即最佳判决门限），确保对输入信号的解调不会出现误判的现象，比较判决后的信号为经低通滤波器波形的规范化后的矩形波。 图3-8 抽样判决比较模块抽样判决电路的核心器件是比较器LM311和双D触发器74LS74，其中双D触发器74LS74是用来实现抽样功能的.前面输入的LPF和电压VC作比较后，得到
13、2DPSK的矩形波，通过对最佳门限判决的电平Vc的比较和一个D触发器的起伏电平的翻转就可以将信号解调得到相对码BK码，D触发器的CLK信号频率为2DPSK信号的0。5倍.具体电路如图1-15所示：图39 样值抽取模块图3-10 经过抽样判决模块后的信号3.5 逆码变换模块逆码变换电路采用如图310所示的原理框图实现,它包括一个微分镇流电路和一个脉冲展宽电路组成，差分变换的功能是将输入的基带信号变为它的差分码，然后经过逆码变换得到原来的传输信号。图311 逆码变换原理框图本次设计的逆码变换模块主要由双D触发器74LS74和一个异或门74LS86组成。两个74LS04非门。经过抽样判决器得到的信号BK（绝对码）经过该单元电路后，得到发送端发送的原始信息，即绝对码AK。D触发器的同步信号为原始信号的0。5倍,BK信号经过D触发器的间隔翻转取逆转，就可原来的恢复出原来的发送信号。异或门74LS86输出的绝对码波形的高电平上叠加有微小的干扰信号,通过两个非门就可以将其去掉，具体电路与波形如图所示.其中左面部分是位同步信号产生单元，位同步信号频率为170.5kHZ。图312 经过逆码变换模块后的信号图3-13 逆码变换模块四、2DPSK解调电
