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2DPSK的调制解调及其SystemView仿真

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摘要：本文介绍了2DPSK调制解调的基本原理并在SystemView平台上构建了一个2DPSK调制解调系统的仿真模型。通过使用SystemView分析窗口观察信号的波形和频谱，我们能直接观测到信号在传输过程中的波形和频谱的变化，这有助于我们更深刻地理解2DPSK调制解调系统的工作原理和各个设备的功能。

关键词：SystemView仿真;2DPSK调制解调;差分相干解调;波形分析

SystemView是一种信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真和分析。在它的图标库中提供了大量的信号源、接收端、功能块、算子图符和函数库，用户只需用鼠标从SystemView库中选择所需图符并将这些图符拖到设计窗口中连接起来，就能构成各种通信系统的仿真模型。通过 SystemView的分析窗口，能直接观测到传输过程中的信号的波形和频谱变化，并能方便的进行各种比较分析，这有助于我们更深刻地理解通信系统的工作原理和各个设备的功能。本文以2DPSK调制解调系统为例，详细说明如何应用SystemView构建仿真系统和分析信号在传输过程中的变化。

1 2DPSK调制解调基本原理

2PSK是根据载波的绝对相位来表示数字信息，而2DPSK则是利用载波的相对相位，即前后相邻码元的载波相位值是否变化来表示数字信息，若相位改变，则数字信息为0，否则为1。与2DPSK类似，数字信息的相对码同样是用前后相邻码元是否发生变化表示数字信息，若码元改变，则数字信息为0，否则为1。表 1给出一个数字信息序列、其对应相对码，对应2DPSK信号的相位以及相对码的2PSK信号相位。

从表1中可以看出，一个数字信息序列的2DPSK信号可以看成是其相对码的2PSK信号。因此，2DPSK信号的一种常见调制方法是先用差分编码器将二进制数字基带信号转换为相对码，然后将相对码和载波相乘，得到相对码的2PSK信号，即数字基带信号的2DPSK信号。这种调制方法被称为模拟调制。其原理框图如图1所示。由于数字信号的第n个码元an的差分码bn为an与前一个差分码bn-1的异或，即bn=an⊕bn-1。因此，框图中的差分编码器由异或门XOR和一个码元的延时器组成。

2DPSK信号根据前后相邻码元的载波相位值是否变化来表示数字信息，这也是差分相干解调法的基本原理。它的原理框图如图2所示。2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的的噪声。此后该信号分为两路，原2DPSK信号和延时一个码元后的2DPSK信号。当前者为第n个码元 an=cos(ωct+φn)时，后者刚好为第n-1个码元an-1=cos(ωct+φn-1)。将两者相乘，则此时的积信号为 bn=0.5[cos(φn-1 - φn)+cos(2ωct+φn-1)]。通过低通滤波器去除第二项高频成分，得到第一项的低频信号cn=cos(φn-1 - φn)。显然，若前后码元an-1和an的相位相同，则数字信号为0，此时cn=cos0=1;否则数字信号为1，此时cn=cosπ=-1。将cn送入抽样判决器中进行抽样判决，即可根据cn的值判决输出数字基带信号。

2 基于SystemView的2DPSK仿真设计

系统采用模拟调制法产生2DPSK信号，采用差分相干解调对2DPSK信号进行解调。使用System View软件仿真时首先要做系统定时，本模型中，系统时间设置为采样点数为256采样频率为20 000 Hz。

根据调制解调的原理框图，在SystemView模块库中选择相应的虚拟设备构建2DPSK调制解调仿真系统，并设置观察点观察信号的波形和频谱。整个仿真系统如图3所示。图3左边为2DPSK模拟调制系统，设备0产生双极性二进制信号基带信号，是信号源库中的“伪随机序列PN Seq”，设置频率为1 000 Hz，通过设定观察点5可以观察设备0的二进制基带信号：设备1和设备2构成码变换器，两个设备的作用是对上述双极性基带信号进行差分编码，设备1是逻辑库中的异或门XOR，设备2是算子库中的延迟delay，延迟时间是一个码元的时间间隔0.001 s，通过观察点6可以观察差分编码后的波形;设备3为正弦载波，设频率为2 000 Hz，通过观察点8可以观察载波波形;设备4是乘法器，通过观察点9可以观察输出的2DPSK信号波形。

图3的右半部分是2DPSK信号的差分相干解调。设备10为带通滤波器，中心频率为载波频率fs=2000Hz，2DPSK经过设备10去除调制信号频带以外的噪声;设备12为延迟器，延迟时间为一个码元的时间间隔0.001 s;设备12为乘法器，通过设备18可以观察经乘法器后的输出波形;设备13为低通滤波器，它对应基带信号的中心频率fS=1 000 Hz，通过设备19可以观察经过低通滤波器后去除高频成分得到包含基带信号的低频信号，设备14、15、16、17构成抽样判决器。其中设备14为采样保持器，设备16为抽样频率为1 000 Hz的抽样脉冲，该频率为数字基带信号频率，因此设备14的作用是对设备13输出的每个码元进行采样并将其值保持一个码元周期。设备15为逻辑比较器，它将设备14输出的码元抽样值与设备17设定的判决门限值进行比较，从而输出数字信息。这里我们设定判决门限值为0，比较规则为：大于门限值输出0，否则输出1。最后设置观察点20观察解调出来的波形，分析其与基带信号波形，判断仿真是否正确。

3 基于SystemView的2DPSK仿真分析

二进制基带信号经过异或门和延时器组成的差分编码器进行差分编码，把用绝对码表示的二进制基带信号转变为相对码表示的二进制信息，图4中上面的波形为设备 0产生的双极性二进制基带信号。为了方便观察，我们将该波形上移了1V的电平，即将[-1，1]的双极性码波形上移到[0，2]。图4中下面的波形为该基带信号经过差分编码器编码后的信号。从图中可以看出当相对码信号电平改变时，表示数字信号“1”;否则，表示数字信号“0”。

图5为经过差分编码后的信号与正弦载波相乘后得2DPSK信号与基带信号的比较。2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元的相对相位才可以唯一确定信号符号。通过图形可以看出，2DPSK信号前后两个码元的相位差为π，即波形不连续时，表示数字信息“1”;相位差为0，即波形连续时表示数字信息“0”。

图6为2DPSK信号经过差分相干解调后的信号与基带信号的比较，其中电平为[0，2]的是波形上移后的基带信号的双极性码波形，电平为[0，1]的是解调后的信号波形。从图中可以看出解调信号就是基带信号延迟一个码元后的波形。这对于实际系统来说是正常的，因为2DPSK系统要经过差分变换和滤波等过程，必然会导致出现传输延迟的情况。