2DPSK解调电路的研究与设计

目 录 一、二进制差分相移键控（2DPSK）基本原理2 1.1 2DPSK信号基本原理2 1.2 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5 3.1 带通滤波器模块5 3.2 本地载波与2DPSK信号相乘模块6 3.3 低通滤波器模块8 3.4 抽样判决模块9 3.5 逆码变换模块10 四、2DPSK解调电路的仿真12 4.1 2DPSK相干解调法的仿真电路图12 4.2 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（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。这个问题将干脆影响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DФ为当前码元和前一码元的相位之差 DФ0 发送“0”时 （1-1） DФp 发送“1”时 则信号码可以表示为 S（t）cosw0tФФ （1-2） 式中，W02πf0为载波的角频率Ф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 1 DФ p p p 0 0 p p 0 p p p p 0 0 p p 0 p 初始相位Ф 0 p 2DPSK码元相位（ФDФ） 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，码元的相位并不干脆代表基带信号；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变更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。若发送端采纳的是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，若发送端采纳的是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。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干脆进行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 （肯定码） 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）π0πππ0ππ0 p 0 p p 0 我们将基带序列称作肯定码，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肯定码中的码元010使相对码元变更肯定码元000使相对码元不变。这种变换是很简洁实现的，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洁，所以被实际采纳。 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干脆去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采纳相干解调，它的时域波形图如图1-1所示。 图1-1 2DPSK信号 在这种肯定移相方式中，发送端是采纳某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必需采纳相同的基准相位。假如基准相位发生变更，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纳肯定移相方式，而采纳相对移相方式。 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1-2所示。 图1-2 相位比较法原理方框图 其次种方法是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 本次设计采纳相干解调法探讨解调电路。其总体设计思路是先把接收信号当做肯定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，还原成肯定码，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 输出 输入 低通 高通 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