2DPSK调制与解调电路设计

1、长 春 理 工 大 学信息综合训练课程设计报告2DPSK调制与解调电路学生姓名： 学 号： 电话：指导教师： 学 院：光电工程学院课程设计时间：2014 年 12 月 29 日 2015年 1 月 9日一、二进制差分相移键控（2DPSK）基本原理1.1 2DPSK信号基本原理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！为了后的较低的误码率，就得让传输的信号又较低的误码率。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。为了保证2PSK的优点，又

2、不会产生误码，将2PSK体制改进为二进制差分相移键控（2DPSK），及相对相移键控。2DPSK方式即是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1所示。图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

3、中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。定义 DF为本码元初相与前一码元初相之差，假设：DF=0数字信息“0”；DF=p数字信息“1”。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： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1DPSK信号相位：（0） p p 0 p p 0 p 0 0 p或：（p） 0 0 p 0 0 p 0 p p 0采用p相位后，若已接收2DPSK序列为p0ppp0pp0，则经过解调后和逆码变换后可得基带信号，这一过程如下：2DPSK 信号：（0）p 0 p p p 0 p p 0 (p)0 p 0 0 0 p 0 0 p DF ： p p p

4、0 0 p p 0 p p p p 0 0 p p 0 p变换后序列 ：(0）1 0 1 1 1 0 1 1 0 (p) 0 1 0 0 0 1 0 0 1（相对码）基带信号 ： 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 （绝对码） 虽然相同信噪比2DPSK信号的比2PSK稍高一点，但比2PSK要稳定得多。1.2 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。2DPSK信号解调的极性相位比较法：原理是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

5、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1.3.2所示。延迟T相乘器低通滤波器抽样判决器2DPSK带通滤波器图2 极性比较解调原理图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，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

6、图如图3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 3 差分相干解调原理图差分变换模型的功能是将输入的基带信号变为它的差分码。逆码变换器原理图如下：图 4 逆码变换原理框图相干解调是指利用乘法器，输入一路与载频相干（同频同相）的参考信号与载频相乘。原始信号 2DPSK 与载频 cos(t + ) 调制后得到信号 Acos(t + )； 解调时引入相干（同频同相）的参考信号 cos(t + )，则得到： Acos(t+)cos(t+) 利用积化和差公式可以得到 A*1/2*cos(t+t+)+cos(t+-t-) =A*1/2*cos(2t+2)+cos(0) =A/

7、2*cos(2t+2)+1 =A/2+A/2cos(2t+2) 利用低通滤波器将高频信号cos(2t+2)滤除，即得原始信号 A。 因此相干解调需要已知发送端的同步信号，在接收端需要相应的接收机和载波同步； 二、2DPSK解调电路部分的任务有用的信息具有有较高的传输速率和很低的误码率！传输速率越高,延时越小，有效性就越高；码元错误率低，信息失真越小，准确度就高。为了后的较低的误码率，就得让传输的信号又较低的误码率。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2FSK对相位不敏感，为了保证2PSK的优点，又不会产生误码，将2PSK体制改进为二进制差分相移键控（

8、2DPSK），及相对相移键控。2DPSK方式即是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由不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，2DPSK信号最常用的解调方法有两种，一种是相位比较法，另一种是差分相干解调法。由于相位比较法对延时单元的精度要求较高，很难实现，而采用想干解调后，原理及电路比较容易实现，所以在接收端只能采用相干解调对2DPSK信号进行解调。2DPSK信号解调的差分相干解调法又称为极性比较法，其原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以

9、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5所示。带通滤波 器低 通滤 波抽 样判 决逆码变换本地载波提 取相乘2DPSK基带信号图 5 相干解调法原理框图环路输入信号BS的频率等于2DPSK载频的2倍，即等于调制单元载波信号频率的2倍。环路锁定时VCO信号频率等于载波输出信号频率的两倍。所以在环路锁定状态下时，调制单元载波和载波同步单元的载波输出频率完全相等。并且在环路锁定时，Ud不是一个纯净的直流信号，在

10、直流电平上叠加有一个很小的交流信号。这种现象的产生是由于环路输入信号不是一个纯净的正弦信号所造成的。反复断开、接通电源我们就发现这两个信号有时同相，而有时反相。这就是我们所说的相干载波相位模糊现象。克服这种现象我们用相干解调，其解调原理是：先对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。在解调过程中，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，但是经过码反变换后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。逆码变换电路采用如图6（a）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，

11、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，逆码变换器原理图6（a）如下： 图 6（a）逆码变换原理框图 图6（b）逆码变换波形三、2DPSK解调系统的设计 2DPSK相干解调原理是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。2DPSK信号解调的差分相干解调法，其原理是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

12、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5所示。带通滤波 器低 通滤 波抽 样判 决逆码变换本地载波提 取相乘2DPSK基带信号图 7 相干解调法原理框图四、2DPSK解调电路部分的实现1.带通滤波器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7（a）带通滤波器原理框图 图7（b）带通滤波器电路图带通滤波器用两

13、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，实现原则为中心频率的170.5KHz的3dB处。由计算可知：通过低通后的波形如图所示；2DPSK波形代码为：0 p p 0 p 0 0 p 。 原来的信息为：0 1 1 0 1 0 0 1图9 原始信号12本地载波与2DPSK信号相乘本设计是用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“1”和“10”端输

14、入2DPSK信号和载波信号，进行相乘后从“11”号管脚输出它们的相乘信号。具体电路如图8所示。图10 2DPSK与载波相乘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“11”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9所示：图11 原始2DPSK信号和相乘的波形13低通滤波电路 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9所示，它由两节RC滤

15、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。即，Ao=Avf=（1+33k）/10=3.3。图12 低通滤波器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10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。即，调解开了原始2DPSK信号。图13 低通滤波波形通过滤波器后的波形为原始波形的反相调制后滤掉相乘后的上面部分。 14 抽样判决器141 抽样判决的比较器通过相

16、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LM311的负向段对地的电平决定，电位器R02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。比较器及经过比较器后的电平如图12。图 14 判决信号342样值的抽取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

17、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13所示：图 15 抽样判决电路35 逆码变换经过抽样判决后得到的是BK码，也就是原始信号AK（绝对码）的逆码，通过逆码变换电路可得原码，逆码变换电路采用如图图14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16 逆码变换原理框图该电路主要由双D触发器7

18、4LS74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15。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 17 逆码变换电路及波形前面送来的绝对码经过逆码变换后就可以得到原来发送端发送的信号AK，2DPSK被成功地解调出来。即，原来的信息为：0 1

19、 1 0 1 0 0 12DPSK调制电路部分一 基本原理（1） 基本原理这是一个2DPSK数字调制电路，当然2DPSK离不开二进制相移键控2PSK。按照2PSK定义，采用绝对移相，在发送端必须以某一相位作为基准，在接收端也必须有一个固定的相位作基准，如果参考相位发生变化，导致恢复的数字信号1变为0，0变为1，从而造成错码，这种现象称为2PSK方式的“倒”现象或“反向工作” 现象，因此实际中一般不采用2PSK而采用差分相位键控（2DPSK）方式。2DPSK方式是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。对于2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信号，只有前后码元相位差才能决

20、定数字信息符号，2DPSK也可以用相对码经绝对移相而形成。这说明，只有已知移相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息；相对移相信号可以看作是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。首先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示二进制信息，然后再进行绝对调相，从而产生二进制差分相位键控信号.相 乘(2)系统框图 差分电路绝对码（AK） 相对码（B K） 载波发生器二2DPSK调制电路的设计（1）载波发生器由于晶体振荡器产生的正弦波稳定，所以载波发生器使用晶振电路。图2-1是一种正弦波串联晶体振荡电路，该电路与电容三端振荡电

21、路十分相似，只是反馈信号要经过石英晶体Jt后，才能送到发射极和基极之间。石英晶体在串联谐振时阻抗近于零，可以认为是短路的，此时正反馈最强，满足谐振条件。因此，这个电路的振荡频率和振荡稳定度都取决于石英晶体的串联谐振频率。本晶体振荡器谐振于5MHz的数值。图2-1 载波发生器（2）反向器如图1-2所示，两个三极管构成的放大电路组成了正弦波的反相器，放大器T2的发射极和集电极输出两个频率相等、相位相反的信号。这两相反的信号的相位分别为0和，它们分别代表0和1用来显示数字信号，一同送入开关电路，完成2DPSK信号的调制。图2-2反向器（3）差分编码器 由于2DPSK信号对绝对码an来说是相对移相信号

22、，对相对码bn来说则是绝对移相信号。因此，只需在2PSK调制器前加一个差分编码器，就可产生2DPSK信号。其原理如图6。数字信号an经差分编码器，把绝对码转换为相对码bn再用直接调相法产生2DPSK信号。极性变换器是把单极性bn码变成双极性信号，且负电平对应bn的1，正电平对应bn的0，图2-3的差分编码器输出的两路相对码（互相相反）分别控制不同的门电路实现相位选择，产生2DPSK信号。这里差分编码器由异或门及D触发器组成，输入码元宽度是振荡周期的整数倍。且D触发器初始状态为Q=0和初始状态为Q=1时，输出分别为初态为0和1的2DPSK信号。利用差分编码器产生2DPSK信号时，D触发器和异或门的各点波形如图2-3图2- 3 差分编码器（4）开关电路对于开关电路，我使用74LS153数据选择器来完成信号的选取。用经过码型变换后的数字信号控制两个载波的进入，来实现开关电路的自动化。如图2-4图2-4 数据选择器五、2DPSK解调总图六、课程设计心得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。