2PSK与2DPSK调制解调系统的仿真设计与分析

曾光，任峻（湖南农业大学 信息科学技术学院，湖南 长沙　410128）

2PSK与2DPSK调制解调系统的仿真设计与分析

曾光，任峻
（湖南农业大学 信息科学技术学院，湖南 长沙410128）

本文介绍了2PSK与2DPSK调制解调的基本原理，采用Systemview软件构建2PSK与2DPSK调制解调仿真系统，通过Systemview分析窗口分析接收方载波反相和不反相时信号在这两个仿真系统中的波形变化，直观地显示了2PSK信号的“反相工作”现象和2DPSK信号消除"反相工作"的原因：2DPSK解调输出为2PSK解调输出的差分译码，当接收方载波反相时，2PSK解调输出电平与正常解调输出完全相反（"反相工作"现象），但它们电平改变的位置相同，因此通过差分译码后得到的2DPSK的解调输出与正常解调输出相同。

SystemView仿真；2PSK和2DPSK调制解调；反相工作；子系统

数字调制系统是通信系统中常见的一种，也是很多数字系统的基础。常见的数字调制有2PSK、2DPSK、2ASK、2FSK。而2PSK与2DPSK的抗噪声能力最强，因此常用于高速数字通信系统。本文首先分析了2PSK调制解调原理，并指出2PSK“反相工作”产生的原因以及2DPSK能去除“反相工作”的原因。然后，我们构建了2PSK与2DPSK的仿真系统，分析信号通过系统各点处的波形，通过波形比较直观说明2PSK“反相工作”产生的原因以及2DPSK消除“反相工作”的原因。本文中使用一种常见的通信系统设计及仿真的软件Systemview构建2PSK 与2DPSK的仿真系统并对信号进行波形分析［1］。通过软件，用户可通过连接图符构建各种通信系统的仿真系统，通过分析窗口，用户对信号进行时域、频域和抗噪声性能的分析，并以波形图、频谱图、眼图、误码率等形式给出分析结果。

1　2PSK调制与解调

2PSK相位键控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，在2PSK中，通常用初始化相位0和π分别表示二进制“0”和“1”。发送二进制符号“0”时，取0相位，发送二进制符号“1”时，取π相位，这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制的绝对相移方式［2-4］。2PSK信号表示如下，其中｛an｝为发送的二进制码元序列。

显然2PSK信号为二进制码元的双极性码与载波cosωct的乘积。2PSK信号产生通常采用键控法，而解调通常采用相干解调法，其调制解调原理框图如图1所示。

图1（b）接收方解调器处的载波cosωct是通过载波恢复得到的，但在其过程中可能会出现180°的相位模糊，即可能是cosωct也可能是-cosωct。显然，当载波为-cosωct时，通过乘法器输出取为-e2PSK（t）×cosωct，通过低通滤波器输出为｛-an｝的双极性码，判决器输出端是｛-an｝，这就是“反相工作”现象。

带通滤波器的作用是仅使2PSK信号通过，屏蔽2PSK信号频带外的噪声，从而提高信噪比。因此其设置与2PSK信号的频带设置一致。低通滤波器的作用是屏蔽高频部分，获得低频的双极性码。因此其设置与双极性码的频带设置一致。抽样判决器对输入的双极性码进行抽样判决，其判决门限为0，抽样频率为双极性码元速率RB，以保证每个码元进行且只进行一次抽样［3］。

2　2DPSK的调制与解调

2PSK是根据载波的绝对相位来表示数字信息，而2DPSK则是根据载波的相对相位，即前后相邻码元的载波相位是否发生变化来表示数字信息。假设Δφ为当前码元an与前一码元an-1的载波相位差，则an与Δφ的关系为：

与2PSK类此，数字信息的相对码同样是用前后相邻码元的电平是否发生变化来表示数字信息，因此码元序列｛an｝的相对码所对应的2PSK信号与｛an｝的2DPSK信号相同。由此，我们可以得到2DPSK信号的调制解调原理框图如图2所示。

图2　2DPSK信号调制解调原理框图

3　2PSK与2DPSK仿真系统的构建

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，二进制码元序列｛an｝与其差分码序列｛bn｝存在以下关系［2-6］：

因此，差分码编码器与译码器由异或门XOR和一个码元的延时器组成。

在使用Systemview构建2PSK仿真系统时，我们采用键控法得到2PSK信号，采用相干解调对其进行解调，根据图1的原理框图，构建仿真系统如图3所示［5］，其中图符0是信号源库中的 “伪随机序列PN Seq”，其参数f=50 Hz，Am=1 V，phase=0deg，offset=0，产生码元速率为50波特，幅度为1v的双极性码。子系统80是根据图1（b）原理框图设计的2PSK调制子系统，其仿真系统及参数设置如图4所示；子系统110是根据图2原理框图设计的2PSK解调子系统，其仿真系统及参数设置如图5所示。我们根据图3设计了2DPSK仿真系统，子系统33和43分别为差分编码和译码子系统，其仿真系统及参数设置如图6所示；子系统36和39分别为2PSK调制和解调子系统，设置与子系统80和110相同。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201，采样频率为1 000 Hz。

图3　2DPSK调制解调仿真系统

4　2PSK与2DPSK波形仿真分析

图7为2DPSK信号和2PSK信号与基带信号 ｛an｝的比较，从图7（a）中可以看出2DPSK信号是用相对相位即相位是否改变表示1，0：｛an｝为“1”时，前后两个码元的相位差为π，｛an｝为“0”时，相位差为0；从图7（b）中可以看出2PSK是采用绝对相位来表示1，0：｛an｝为“1”时，表示相位为π，｛an｝为“0”时，表示相位为0。

图8分析了在接收方载波反相时，信号在2DPSK调制解调系统传输过程中的波形变化过程。其中，图8（a）比较了2DPSK系统中发送方差分编码器的输出波形 （即2PSK调制子系统输入码元）与接收方差分译码器的输入波形（即2PSK解调子系统的输出码元），这两种波形正好相反。这是由于解调器的载波与发送方载波反相造成的。图8（a）直观显示了2PSK调制解调系统在接收方载波反相时会出现 “反相”现象。图8（b）比较了基带信号｛an｝与解调后的2DPSK信号，这两种波形正好相同。这是因为2DPSK的解调信号为2PSK解调信号的差分译码，而差分码是用电平是否改变表示1、0，当载波反相时，差分译码器的输入波形（即2PSK解调信号）虽然完全相反，但它们电平改变的位置相同（如图8（a）所示），因此其译码，即2DPSK的解调输出相同。通过图8的波形比较，我们可以直接看到2PSK信号的“反相工作”现象，以及2DPSK信号去除“反相工作”现象的原因。

图4　2PSK调制子系统

图5　2PSK解调子系统

图6　差分编码子系统和差分译码子系统

图7　2DPSK信号和2PSK信号与基带信号的波形比较

图8　接收方载波反相时，信号在2DPSK调制解调系统传输过程中的波形变化

5　结　论

文中通过Sytem View构建仿真系统并分析波形，我们得出2DPSK调制解调就是在2PSK调制解调的基础上加入了差分编码与译码的过程，根据前后相位变化来表示数字信息，因此能克服2PSK的相位模糊现象，故2DPSK较于2PSK被广泛应用。

［1］孙屹，戴妍峰.System View通信仿真开发手册［M］.北京:国防工业出版社，2004.

［2］樊昌信，曹丽娜．通信原理［M］．6版.北京:国防工业出版社，2006．

［3］常君明，颜彬.数字通信原理［M］.北京：人民邮电大学出版社，2009.

［4］何婷婷，任峻.2DPSK的调制解调及其System View仿真［J］.电子设计工程，2015（9）:116-118.

［5］陈木生，林顺达，朱志攀.System View在《通信原理》实验课程中的应用［J］.实验科学与技术，2011，9（6）:40-42．

［6］籍飞月，郑羽.DPSK数字调制系统的设计与实现［J］.计算机技术与发展，2013（9）:155-157，161.

Simulation and analysis of 2PSK and 2DPSK modulation and demodulation system

ZENG Guang，REN Jun
（College of Information Science and Technology，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China）

The paper introduces the basic principles of modulation and demodulation for 2PSK and 2DPSK and builds their simulation system on System View.By using the analysis window of System View，we can analyze waveform changes in the two simulation systems when carrier wave is in phase and out of phase，which intuitively show the reason of"reverse phase work" in 2PSK system and the reason that 2DPSK system can remove"reverse phase work":The 2DPSK demodulator output is the differential decoding of the 2PSK demodulator output.The 2PSK demodulation output when the receiver carrier out of phase is completely contrary to that when the receiver carrier is in phase（this is"reverse phase work"in 2PSK），and their electrical level changes are in the same position.Therefore，after differential decoding of 2PSK demodulator output，2DPSK demodulation output when the receiver carrier out of phase is as same as that when the receiver carrier is in phase.

simulation based on System View；2PSK and 2DPSK modulation and demodulation；reverse phase work；Meta System

TP302

A

1674－6236（2016）11-0078-03

2015-06-23稿件编号：201506212

曾 光（1995—），男，湖南娄底人。研究方向：通信工程。