基于LabVIEW的2PSK系统的仿真设计与实现

吉淑娇，姜 利

(长春大学 电子信息工程学院，长春 130022)

0 引言

数字频带传输系统是较为常用的通信系统。利用键控法即利用数字信号取值离散的特点，通过开关键控载波，能实现数字系统的调制。对载波相位进行键控可获得相移键控(Phase Shift Keying，PSK)［1］。本文主要通过NI公司开发的LabVIEW软件，实现2PSK的调制解调仿真过程。LabVIEW是图形化编程环境，具有直观易学，编程效率高等特点。本设计主要采用模块化设计思想，整个2PSK系统主要由信号调制，信道，信号解调等几个模块组成，系统框图如图1所示。

图1 2PSK系统组成框图

1 二进制频移键控(2PSK)调制

系统采用模块化设计思想，下面以信号调制模块为例，详细说明系统设计与实现过程，首先介绍原理，再详述LabVIEW实现过程。

1.1 2PSK调制原理

PSK系统是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。它是一种用载波相位表示输入信号信息的调制技术。在典型的2PSK中，通常用初始相位0和π分别表示二进制“1”和“0”。

由于两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘:

式中:

这里，g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，即发送二进制符号“1”时(an取+1)，S2PSK(t)取0相位;发送二进制符号“0”时(an取-1)，S2PSK(t)取π相位。调制框图如图2所示。

图2 2PSK调制框图

1.2 2PSK 调制过程的LabVIEW设计与实现

本系统采用LabVIEW 8.6作为开发环境，使用LabVIEW这种语言编程时，基本上只要编写程序流程图即可，界面很形象直观。LabVIEW设计的程序通常包括前面板和程序面板两部分。

1.2.1 前面板设计：

(1)新建一VI，将输入序列设置成“一维数组”输入控件，用户可以任意输入长度不等的序列，图3显示输入序列为:101010011

(2)转码后序列为“一维数组”显示控件，用来显示转码后的序列

(3)放置“波形图”显示控件，显示转码后序列的双极性码，采样率、码速及一周期点数设置为数值输入控件，根据需要设置其值大小。如图3所示。

图3 2PSK信号的产生前面板

1.2.2 程序面板设计：

2 总体仿真界面设计与实现

根据2PSK的调制解调原理，仿真出2PSK的序列波形、变码后波形以及调制解调后的波形。将整体界面按照模块化设计，将几个模块设计成子VI，在总体系统中进行调用，这样使整个设计思路清晰，并利于程序调试。

2.1 2PSK系统前面板设计

整体界面的前面板，将前述各子模块的前面板整合在一起即可，但整体界面考虑PSK通信系统的流程，从界面的左上角作为“输入序列”，按照通信过程依次显示“转码后序列”、“2PSK”波形一直到抽样判决后的右下角的“输出序列”。整个过程尽量使数组的数值显示和波形显示每个格对齐，所有和通信有关的信息放在整个界面的最上方，方便输入。

图5为整体界面显示:当输入序列为01010100时，设置各输入控件的值，如正弦波信号采样率为1000，码速率RB为10，采样点数N为1000，载波频率为100，相位输入为0，噪声标准差为0.2，一个码周期内的点数为100等。在解调过程中，经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，再进行抽样判决，判决门限设置为0，如图中“滤波后波形”中的黄线所示［5］。

2.2 2PSK系统程序面板设计

在总体程序面板中，添加while循环，for循环以及case等结构模块，再调用前面所设计的“2PSK调制”、“信道”以及“2PSK解调”等子模块，使用局部变量等模块，根据调制解调原理实现整体的2PSK系统的仿真，具体实现过程如图6所示。

图5 2PSK调制解调总体界面

图6 2PSK调制解调程序面板

3 结语

本设计在LabVIEW8.6的仿真平台下，实现了2PSK调制解调仿真设计。通过对整体界面中输入序列和输出序列的对比得知，仿真合理，结果正确，可广泛应用于通信实验及科研中。设计充分运用了虚拟仪器的“软件即仪器”思想，比用硬件进行通信系统实验节省资金。LabVIEW具有开放性和可扩展性，可以根据用户需要，对界面进行调整和添加新的功能，这是传统仪器无法比拟的。

［1］尹晓琦.基于虚拟仪器的QDPSK调制系统的模块化设计［J］.电测与仪表，2010(12):57-60.

［2］梁芳，杨光.基于LabVIEW的虚拟数字调制解调系统设计［J］.电子测试，2010(2):43-49.

［3］程学庆，房晓溪，韩薪莘，等.LabVIEW图形化编程与实例应用［M］.中国铁道出版社，2005.

［4］邵琦，杨絮，吕刚.基于LabVIEW的FSK调制解调仿真设计［J］.科技创新导报，2010(18):45-46.

［5］侯国屏，王坤，叶齐鑫.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计［M］.清华大学出版社，2005.

［6］居滋培，董大伟，凌奕枫，等，调制信号的解调算法与基于LABVIEW的实现［J］.电子测量技术，2008(12):54-57.