2DPSK解调电路的研究与设计

1目录一、二进制差分相移键控（2DPSK）基本原理..................21.12DPSK信号基本原理..................................21.22DPSK信号的解调原理................................3二、2DPSK解调电路总设计思路.............................4三、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......................................73.4抽样判决模块........................................83.5逆码变换模块.......................................10四、2DPSK解调电路的仿真................................124.12DPSK相干解调法的仿真电路图.......................124.22DPSK相干解调法的仿真波形图.......................12五、2DPSK解调总电路图..................................14六、总结与心得体会.....................................15附录、参考文献.........................................162一、二进制差分相移键控（2DPSK）基本原理1.12DPSK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Ф表示载波的初始相位。设Ф为当前码元和前一码元的相位之差：Ф=0发送“0”时（1-1）Ф=发送时则信号码可以表示为：S（t）=cos(w0t+Ф+Ф)（1-2）式中，W0=2πf0为载波的角频率：Ф为前一码元的相位。下面以基带信号111001101为例，说明2DPSK信号的相位关系：基带信号111001101111001101Ф初始相位Ф02DPSK码元相位（Ф+Ф）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：，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111001101.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：101110110.这表明仅从接收信号看，它既可能是2PSK信号，也可能是2DPSK3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。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111001101。我们可以先把它变成序列101110110，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111001101（绝对码）变换后序列（0）101110110（相对码）2PSK调制后的相位（0）π0πππ0ππ0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1-1所示。图1-12DPSK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，而采用相对移相方式。1.22DPSK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4判决器的输出即为原基带信号。它的原理框图如图1-2所示。图1-2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1-3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。5图2-1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：图3-1（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输出输入低通高通6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3-2：图3-2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3-3所示。图3-3本地载波与2DPSK信号相乘模块7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3-5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。8图3-6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MC1496的信号，输出的信号均值不等于0，此信号经过电容和9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3-9样值抽取模块10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3-10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3-11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3-12经过逆码变换模块后的信号11图3-13逆码变换模块12四、2DPSK解调电路的仿真4.12DPSK相干解调法的仿真电路图图4-12DPSK子系统电路仿真图图4-22DPSK解调电路仿真图4.22DPSK相干解调法的仿真波形图图4-32DPSK基带信号仿真波形13图4-42DPSK信号仿真波形图4-52DPSK信号与载波相乘后的仿真波形图4-6低通滤波后信号的仿真波形图4-7解调后基带信号仿真波形14五、2DPSK解调总电路图15五、总结与心得体会通过两周的通信原理课程设计，我们能够比较系统的了解理论知识，学到了很多的东西，课程设计主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意识。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，巩固我们已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实。而这次的课程设计，在高度集中的时间里，通过Protel99Se这个软件还有实验室所提供的设备，综合全面地测试了我的动手和思考能力，现在我对通信原理又有了进一步的认识。在我们以往的学习过程中，我们刻