2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電子信息工程專業(yè)

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1、 摘 要 對(duì)于二進(jìn)制差分移相鍵控而言，通常情況下，其也被稱之為2DPSK。實(shí)際上，在當(dāng)前時(shí)期，其在通信領(lǐng)域中，已經(jīng)獲得了大范圍的實(shí)際應(yīng)用。對(duì)于此類調(diào)制方式來(lái)說(shuō)，其具備多樣化實(shí)際優(yōu)勢(shì)，例如：其實(shí)際操作相對(duì)簡(jiǎn)單，很容易進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，2DPSK在進(jìn)行信息傳輸時(shí)，可以基于前后碼元存在的相對(duì)相位變化傳送數(shù)字信息，相比較于2PSK調(diào)制，2DPSK能夠有效克服相位模糊，即“倒現(xiàn)象”。信息傳輸往往是通過(guò)無(wú)線的方式進(jìn)行的，為了切實(shí)保障相關(guān)數(shù)字信號(hào)，可以在無(wú)線空間中，實(shí)現(xiàn)傳輸，應(yīng)該基于射頻載波，針對(duì)多樣化基帶數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)制，從而使相關(guān)信號(hào)可以完全匹配信道具備的基本特性，并且利用天線，將這些信

2、號(hào)進(jìn)行發(fā)送。故此，在實(shí)際通信過(guò)程中，調(diào)制解調(diào)技術(shù)的實(shí)際作用，是至關(guān)重要的。綜上所述，本篇論文，針對(duì)2DPSK數(shù)字通信領(lǐng)域涉及到的相關(guān)調(diào)制解調(diào)理論，進(jìn)行了更深層次的細(xì)致研究，力求提供相對(duì)科學(xué)的調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)多樣化信息的高速傳輸。由于MATLAB軟件具備相對(duì)較強(qiáng)的實(shí)際功能，并且在里面集成了大量的通信系統(tǒng)的模塊以及命令，故此，本篇論文，將基于MATLAB通信工具箱中存在的相關(guān)集成命令及其相應(yīng)的模塊，針對(duì)通信領(lǐng)域，進(jìn)行一系列的細(xì)致研究、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)以及仿真等諸多內(nèi)容。 基于MATLAB軟件，本文詳細(xì)的對(duì)2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。首先對(duì)于2DPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，推導(dǎo)了2DPS

3、K調(diào)制與解調(diào)的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)對(duì)于MATLAB軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，其次在MATLAB的開(kāi)發(fā)環(huán)境中，根據(jù)2DPSK的調(diào)制與解調(diào)原理數(shù)學(xué)模型，搭建了2DPSK的調(diào)制與解調(diào)的框圖，實(shí)現(xiàn)了2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生以及解調(diào)，從仿真的誤碼率曲線圖上可知，對(duì)于2DPSK而言，相較于其所具備的相干解調(diào)具體性能，2DPSK具備的差分相干解調(diào)具體性能顯得更加突出。這是由于，此類性能，基于抗頻漂能力以及抗相位慢抖動(dòng)能力等諸多方面，均相對(duì)優(yōu)異。 關(guān)鍵詞：Matlab；2DPSK；調(diào)制；解調(diào) I ABSTRACT Binary differential phase shift keyi

4、ng modulation is relatively short two-phase, denoted by 2DPSK. It is one of the most commonly used modulation in data communications, this approach has the advantage of simple, easy to implement. 2DPSK waveform is different from 2PSK waveform. 2DPSK waveform does not correspond to the same phase of

5、the same number of information symbols, and the relative phase of the before and after symbol determine the only information symbols. In order to make the digital signal transmitted in a communication channel,we must use digital baseband signal to modulate the carriert, which can make the signal mat

6、ch the channel characteristics. Modulation and demodulation technology is an important means to achieve modern communications, modulation and demodulation of digital communications theory,and it can provide an effective way of great significance. Matlab toolbox of communication in the field of commu

7、nications can be used for research, development, system design and simulation This paper studies the use of Matlab Simulink software to design 2DPSK modem system. First it introduces the basic principles of 2DPSK modulation and demodulation and Matlab Simulink simulation software. Then according t

8、o the principle of 2DPSK modulation and demodulation, it builds the simulation model and analysis of simulation results. Finally, in the 2DPSK modulator and 2DPSK demodulator module of Matlab Simulink,it implements the design of 2DPSK modem system. Key words： Matlab；2DPSK；Modulate；Demodulate

9、 Ⅱ 目 錄 摘要 I ABSTRACT I 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.1.1 通信系統(tǒng)的一般模型 1 1.1.2 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 2 1.2 DPSK研究的現(xiàn)狀 4 1.3 選題的目的與意義 5 1.3.1選題的目的 5 1.3.2選題的意義 6 1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)與技術(shù)要求 6 第2章 方案的設(shè)計(jì)和制定 7 2.1方案的設(shè)計(jì) 7 2.1.1模擬法調(diào)制 7 2.1.2鍵控法調(diào)制 8 2.1.3相干解調(diào) 8 2.1.4差分相干解調(diào) 9 2.2 方案制定 10 本章小結(jié) 10 第3章 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng) 11 3.1 數(shù)字通信系統(tǒng)

10、 11 3.2 調(diào)制解調(diào)技術(shù) 11 3.2.1調(diào)制解調(diào)的概念 11 3.3 2DPSK信號(hào)基本原理 12 3.4 誤碼率 13 3.4.1相干解調(diào)誤碼率 13 3.4.2差分相干解調(diào)誤碼率 13 本章小結(jié) 14 第4章 2DPSK調(diào)制解調(diào)器的性能分析 15 4.1 參數(shù)設(shè)計(jì) 15 4.2 仿真設(shè)計(jì) 15 4.4 遇到的問(wèn)題與解決方案 26 本章小結(jié) 27 結(jié)論 28 致謝 29 參考文獻(xiàn) 30 附錄1 譯文 30 附錄2 英文參考資料 33 附錄3 源程序代碼 37 Ⅲ 第1章 緒論 1.1

11、課題背景 通信按照一般的理解就是信息的傳輸。從幾千年前的烽火戲諸侯、第一根通信電纜的鋪設(shè)、第一段摩爾斯電碼的發(fā)出，到如今4G通信的普及以及5G通信的興起，現(xiàn)代的人民時(shí)時(shí)刻刻都身處于通信的海洋中。千百年來(lái)，在通信的領(lǐng)域中，大家無(wú)不追求通信的實(shí)時(shí)性以及可靠性?，F(xiàn)如今，全球范圍內(nèi)都在逐步實(shí)現(xiàn)信息化，在此背景下，信息技術(shù)及其通信過(guò)程，顯得至關(guān)重要。實(shí)際上，信息的本質(zhì)，是有一定價(jià)值的資源，但是，其必須基于廣泛傳播及其相應(yīng)的交流共享，才能表現(xiàn)出自身的實(shí)際價(jià)值。一般情況下，通信在傳輸相關(guān)信息的過(guò)程中，還會(huì)涉及到計(jì)算機(jī)技術(shù)以及微電子技術(shù)等諸多技術(shù)，正在和已經(jīng)向著數(shù)字化、智能化、寬帶化、綜合化、移動(dòng)與個(gè)人化方

12、面飛速發(fā)展。目前，通信已經(jīng)對(duì)人們的生活方式、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、政治、軍事等方面，產(chǎn)生更加重大和意義深遠(yuǎn)的影響。目前DPSK調(diào)制是一種最接近PSK調(diào)制性能的一種調(diào)制方式，并且能夠有效的克服PSK解調(diào)中出現(xiàn)的相位模糊現(xiàn)象，所以這種調(diào)制方法廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波以及衛(wèi)星通信等領(lǐng)域，進(jìn)一步的研究DPSK調(diào)制與解調(diào)對(duì)于實(shí)現(xiàn)通信的實(shí)時(shí)性以及有效性具有十分重要的意義，在下述內(nèi)容中，主要針對(duì)相關(guān)通信模型及其具體調(diào)制方法，進(jìn)行更深層次的細(xì)致闡述。 1.1.1 通信系統(tǒng)的一般模型 對(duì)于通信而言，其主要作用，在于完成多樣化信息的日常傳輸工作。在通信系統(tǒng)中，主要將相關(guān)信息，基于信源，傳遞至指定的目的地。實(shí)際上，在電

13、通信過(guò)程中，首先，需要將多樣化消息，轉(zhuǎn)化成相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，其次，基于相關(guān)發(fā)送設(shè)備，將相關(guān)電信號(hào)，傳遞至信道，最后，系統(tǒng)接收端，將會(huì)對(duì)信道中的信號(hào)波形，進(jìn)行細(xì)致的處理，并傳遞至信宿。完成這些步驟后，系統(tǒng)會(huì)將信息還原。上述具體過(guò)程，詳見(jiàn)圖1-1。 圖1-1 通信系統(tǒng)具體模型流程圖 在上述圖中，多樣化框圖涉及到的具體功能大致如下： （1）信源 對(duì)于信息源而言，其主要作用，在于將多樣化消息，轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)?；谙嚓P(guān)信息種類的多樣性，需要將信源大致分為兩種。其中，主要包含模擬信源，與此同時(shí)，包含數(shù)字信源。一般情況下，對(duì)于模擬信源而言，其在實(shí)際輸出過(guò)程中，主要輸出連續(xù)不斷的多樣化模擬信號(hào)，例

14、如：話筒以及攝像機(jī)等。然而，對(duì)于數(shù)字信源而言，其在實(shí)際輸出過(guò)程中，主要輸出離散性質(zhì)的多樣化數(shù)字信號(hào)，例如：電傳機(jī)以及計(jì)算機(jī)等。除此之外，通過(guò)模擬信源實(shí)現(xiàn)送出的相關(guān)信號(hào)，如果完成數(shù)字化處理，則將也能實(shí)現(xiàn)送出相關(guān)數(shù)字信號(hào)。 （2）發(fā)送設(shè)備 對(duì)于發(fā)送設(shè)備而言，其實(shí)際作用，在于生成可以實(shí)現(xiàn)信道傳輸?shù)亩鄻踊盘?hào)，從而將發(fā)送信號(hào)具備的相關(guān)特性，可以與信道存在的具體特性，進(jìn)行完美匹配。實(shí)際上，對(duì)于這些發(fā)送信號(hào)而言，其必須具備一定抗信道干擾的實(shí)際能力，與此同時(shí)，需要具備相對(duì)較強(qiáng)的實(shí)際功率，來(lái)支撐遠(yuǎn)距離的日常傳輸。故此，對(duì)于相關(guān)發(fā)送設(shè)備而言，其涉及到的內(nèi)容眾多，其中，主要包含變換、濾波以及調(diào)制等諸多過(guò)程。除

15、此之外，在多路傳輸系統(tǒng)中，存在的多樣化發(fā)送設(shè)備，同時(shí)包含多路復(fù)用器。 （3）信道 信道的本質(zhì)為物理媒介，其主要作用，在于將來(lái)源于多樣化發(fā)送設(shè)備的相關(guān)信號(hào)，傳遞至相應(yīng)的接收端。對(duì)于無(wú)線信道而言，其能夠定義為自由空間；與此同時(shí)，對(duì)于有限信道而言，其能夠作為明線、電纜以及光纖而存在。通常情況下，無(wú)論是對(duì)于有線信道，還是對(duì)于無(wú)線信道來(lái)說(shuō)，都存在多樣化類型的物理媒介。實(shí)際上，信道不僅會(huì)為相關(guān)信號(hào)營(yíng)造良好的通路，也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定程度的實(shí)際干擾。故此，對(duì)于信道而言，其具備的相關(guān)特性及其相應(yīng)的干擾程度，將會(huì)對(duì)實(shí)際通信過(guò)程中的質(zhì)量，造成一系列實(shí)際影響。 （4）接受設(shè)備 對(duì)于接受設(shè)備而言，其主要作用，在于

16、將相關(guān)信號(hào)進(jìn)行放大以及反變換。通常情況下，其主要針對(duì)已經(jīng)減損的相關(guān)接受信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)的恢復(fù)，從而還原出原始信號(hào)。如果基于對(duì)路復(fù)用信號(hào)而言，在其相對(duì)應(yīng)的接受設(shè)備中，將會(huì)包含解除多路復(fù)用，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)全面的分路功能。除此之外，接受設(shè)備需要盡可能降低在進(jìn)行實(shí)際傳輸時(shí)，多樣化噪聲及其干擾造成的一系列實(shí)際影響。 （5）信宿 對(duì)于信宿而言，其主要作用，在于將多樣化信息，傳輸至指定的目的地，這與信源的實(shí)際作用正好相悖。實(shí)際上，信宿主要將原始電信號(hào)，提出相應(yīng)的還原，形成相關(guān)信息，例如；揚(yáng)聲器。通常情況下，基于信號(hào)在信道中的實(shí)際傳輸類型，主要將其細(xì)分為兩種。其中，主要包含模擬信號(hào)，與此同時(shí)，包含數(shù)字信號(hào)。

17、兩種信號(hào)分別涉及到相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)。在下述內(nèi)容中，主要針對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)，進(jìn)行了更深層次的細(xì)致闡述。 1.1.2 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)而言，其主要基于多樣化數(shù)字信號(hào)，針對(duì)相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)日常傳輸。其具體流程示意圖，詳見(jiàn)圖1-2。實(shí)際上，對(duì)于數(shù)字通信而言，其蘊(yùn)含的技術(shù)問(wèn)題呈現(xiàn)出多樣性，其中，主要包含信源編碼、信道編碼、數(shù)字調(diào)制、加密解密等相關(guān)內(nèi)容。 圖1-2 數(shù)字通信系統(tǒng)具體模型示意圖 （1）信源編碼及其譯碼 對(duì)于信源編碼而言，其具備兩個(gè)主要作用。其中，主要包含可以切實(shí)提升信息傳輸過(guò)程中的有效性，實(shí)際上，就是基于特定的壓縮編碼技術(shù)，盡可能降低碼元的實(shí)際數(shù)量，以此來(lái)切實(shí)降低碼元的實(shí)

18、際速率。與此同時(shí)，包含實(shí)現(xiàn)摸/數(shù)彼此之間的轉(zhuǎn)化，事實(shí)上，就是在信息源給出多樣化模擬信號(hào)的情況下，通過(guò)信源編碼器，將其轉(zhuǎn)化成相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)多樣化模擬信號(hào)的日常數(shù)字傳輸。值得一提的是，信源譯碼的本質(zhì)，即為信源編碼的逆過(guò)程。 （2）信道編碼及其譯碼 對(duì)于信道編碼而言，其主要作用，在于的針對(duì)多樣化數(shù)字信號(hào)，當(dāng)進(jìn)行實(shí)際傳輸時(shí)，控制其盡可能免受相關(guān)噪聲的實(shí)際影響。在此過(guò)程中，為了切實(shí)降低實(shí)際差錯(cuò)，信道編碼器將會(huì)基于特定規(guī)則，針對(duì)實(shí)際傳輸過(guò)程中涉及到的信息碼元，添設(shè)相應(yīng)的保護(hù)成分，從而形成“抗干擾編碼”。值得一提的是，信道譯碼的本質(zhì)，即為信道編碼的逆過(guò)程。 （3）加密及其解密 對(duì)于有必要

19、實(shí)現(xiàn)保密通信的環(huán)境，為了切實(shí)保障其在實(shí)際傳輸過(guò)程中的信息安全，將通過(guò)人為干預(yù)的方式，擾亂即將被傳輸?shù)南嚓P(guān)數(shù)字序列。這種方式，即為加密。值得一提的是，減密的本質(zhì)，即為加密的逆過(guò)程。 （4）數(shù)字調(diào)制及其解調(diào) 對(duì)于數(shù)字調(diào)制而言，其主要作用，在于將涉及到數(shù)字基帶信號(hào)的相關(guān)頻譜，通過(guò)相應(yīng)的搬移，移動(dòng)至高頻位置，從而形成可以在信道中實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)亩鄻踊瘞ㄐ盘?hào)。通常情況下，當(dāng)前時(shí)期比較典型的數(shù)字調(diào)制方法，主要包含振幅鍵控，頻移鍵控，及其相應(yīng)的相對(duì)相移鍵控。 （5）同步 對(duì)于同步而言，其主要作用，在于促進(jìn)收發(fā)兩端的相關(guān)信號(hào)，基于時(shí)間角度，保持高度的一致性，以此來(lái)切實(shí)保障數(shù)字通信系統(tǒng)的準(zhǔn)確穩(wěn)定運(yùn)行。基于同

20、步功能的多樣性，可以將其細(xì)分為載波同步、群同步以及網(wǎng)同步。 本文的重點(diǎn)關(guān)注于第4部分即：數(shù)字調(diào)制與解調(diào)，特別是詳細(xì)研究了相對(duì)（差分）相移鍵控（DPSK）的調(diào)制與解調(diào)，并且將其與絕對(duì)相移鍵控（PSK）進(jìn)行了對(duì)比。實(shí)際上，基于信道中實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)南嚓P(guān)信號(hào)，是否已經(jīng)通過(guò)實(shí)際調(diào)制的問(wèn)題，能夠?qū)⑼ㄐ畔到y(tǒng)細(xì)分成兩種。其中，主要包含基帶傳輸系統(tǒng)，與此同時(shí)，包含帶通傳輸系統(tǒng)。對(duì)于基帶傳輸系統(tǒng)而言，其主要將沒(méi)有通過(guò)實(shí)際調(diào)制的相關(guān)信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，例如：有線廣播等；然而，對(duì)于系統(tǒng)而言，其主要將通過(guò)實(shí)際調(diào)制的相關(guān)信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送。在下述內(nèi)容中，主要針對(duì)多樣化調(diào)制方式及其相應(yīng)的具體用途，進(jìn)行相關(guān)匯總，如表1所示。

21、 表1-1 相關(guān)調(diào)制方式及其相應(yīng)的具體用途 實(shí)際調(diào)制方式 具體用途 連 續(xù) 波序列 模 擬 調(diào) 制 方 式 常規(guī)雙邊帶 廣播 雙邊帶 立體廣播 單邊帶 無(wú)線電臺(tái) 殘留邊帶 數(shù)據(jù)傳輸 頻率調(diào)制 衛(wèi)星通信 相位調(diào)制 中間調(diào)制 數(shù) 字 調(diào) 制 方 式 ASK 數(shù)據(jù)傳輸 FSK 數(shù)據(jù)傳輸 PSK，DPSK，QPSK 數(shù)字微波 QAM、MSK 空間通信 脈 沖 序 列 脈沖 模擬 調(diào)制方式 脈幅調(diào)制 遙測(cè) 脈寬調(diào)制 中間調(diào)制方式 脈位調(diào)制 光纖 脈沖 數(shù)字 調(diào)制方式 脈碼調(diào)制 空間通

22、信 增量調(diào)制 軍用數(shù)字電話 差分脈碼調(diào)制 圖像編碼 其他 中速數(shù)字電話 1.2 DPSK研究的現(xiàn)狀 現(xiàn)如今，針對(duì)社會(huì)通信信號(hào)調(diào)制辨認(rèn)的相關(guān)研究，正在如火如荼的進(jìn)行，國(guó)內(nèi)外都有相干方面的鉆研，而且獲得很好的成果。近十年來(lái)，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域及其相應(yīng)的信號(hào)處理領(lǐng)域，正在不斷蓬勃發(fā)展。在當(dāng)前時(shí)期，數(shù)字調(diào)制傳輸技術(shù)，在通信領(lǐng)域中，發(fā)揮著極為重要的實(shí)際作用。對(duì)于數(shù)字調(diào)制傳輸而言，其中應(yīng)用最為廣泛的兩種具體方式，即為2PSK和2DPSK。實(shí)際上，對(duì)于PSK方式而言，其主要基于載波相位，針對(duì)多樣化信號(hào)的實(shí)際占和空以及二進(jìn)制1,0，進(jìn)行相應(yīng)的表示。如果在某有線路線中，針對(duì)多樣化數(shù)據(jù)，存在相對(duì)較高的實(shí)際

23、傳輸速度，則將可能出現(xiàn)4個(gè)分歧甚至8個(gè)分歧的實(shí)際相移。在此情況下，接收機(jī)必須具備相對(duì)準(zhǔn)確且相對(duì)恒定的參考相位，針對(duì)多樣化類型的分類相位，進(jìn)行相應(yīng)的辨別。目前，由于某些編碼數(shù)據(jù)，可以跟隨相位的改變，而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，故此，這種方式，正在逐漸代替參考相位。然而，對(duì)于DPSK方式而言，其主要基于相位的變化，針對(duì)多樣化信息，進(jìn)行及時(shí)傳輸。對(duì)于二進(jìn)制差分移相鍵控而言，通常情況下，可以將其稱之為2DPSK。事實(shí)上，其并不會(huì)操縱載波相位涉及到的絕對(duì)數(shù)值，以此來(lái)傳送多樣化數(shù)字信息，而是選擇以先后碼元為基礎(chǔ)，通過(guò)載波相位彼此之間的實(shí)際數(shù)值，傳送相應(yīng)的數(shù)字信息。故此，相較于2PS波形而言，2DPSK波形存在一定的

24、差異性?，F(xiàn)如今，對(duì)于當(dāng)代通信領(lǐng)域而言，數(shù)字信號(hào)涉及到的載波傳輸，是至關(guān)重要的。由于相移鍵控具備相對(duì)較強(qiáng)的抗干擾機(jī)能以及相對(duì)較高的實(shí)際信道頻帶利用率，在通信領(lǐng)域中，獲得了相對(duì)廣泛的實(shí)際應(yīng)用，科學(xué)家們對(duì)于數(shù)字通訊體系的研究愈發(fā)深入。除此之外，對(duì)于數(shù)字相位調(diào)制而言，可以將其細(xì)分為兩種具體的調(diào)制方式。其中，主要包含PSK方式，與此同時(shí)，包含DPSK方式。對(duì)于DPSK調(diào)制方式而言，由于其在高頻譜密度及其相應(yīng)的超長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中，存在相對(duì)廣闊的利用遠(yuǎn)景，今朝，嘗試鉆研已經(jīng)取得了良多成績(jī)。OFC 2004上，G Charlet等人報(bào)道了6 Tb/s，并且實(shí)際傳輸距離高達(dá)6,120km，具有相對(duì)較高實(shí)際性能的

25、RZ-DPSK系統(tǒng)。對(duì)于此類系統(tǒng)而言，其實(shí)際頻譜效率超過(guò)了0.8b /s/HzoO FC2 003；與此同時(shí)，1.X.C ai等學(xué)者，曾經(jīng)報(bào)道3.73T b/s，并且實(shí)際傳輸距離高達(dá)11,00 0k m，具有相對(duì)較高實(shí)際性能的RZ-DPS系統(tǒng)。對(duì)于此類系統(tǒng)而言，其實(shí)際頻譜效率超過(guò)了0.4 b/s/Hz。一般情況下，以二進(jìn)制調(diào)制為基礎(chǔ)的WDM體系，無(wú)論選擇何種多樣化方式，針對(duì)非線性效應(yīng)，進(jìn)行相應(yīng)的抵償，系統(tǒng)具備的實(shí)際頻譜效率，基于全部偏振目中，都不會(huì)超過(guò)1 b/s/Hz。如果系統(tǒng)要求實(shí)際頻譜效率不得高于1 b/s/Hz，則需要進(jìn)行OOK調(diào)制或者2DPSK調(diào)制。實(shí)際上，對(duì)于DPSK調(diào)制而言，其本質(zhì)

26、為相位調(diào)制方式，故此，常常會(huì)收到多樣化非線性相位噪聲的實(shí)際影響。如果針對(duì)DPSK系統(tǒng)，選擇相應(yīng)的光放大器，則其具備的ASE噪聲，將會(huì)和SPM效應(yīng)彼此之間，實(shí)現(xiàn)相互作用，從而形成Gordon-Mollenaur效應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)多樣化非線形相位噪聲。除此之外，基于DPSK WDM 體系，通過(guò)XPM效應(yīng)，而造成的多樣化非線性相位噪聲，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際機(jī)能，產(chǎn)生惡劣的一系列影響。針對(duì)上述問(wèn)題，科學(xué)家們開(kāi)展了長(zhǎng)期的深入探索。在本篇論文中，本人通過(guò)自己的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和理論的分析，加深自己對(duì)2DPSK信號(hào)的了解，加強(qiáng)自己對(duì)2DPSK知識(shí)的應(yīng)用，從中體會(huì)本次設(shè)計(jì)中所帶來(lái)的樂(lè)趣。 1.3 選題的目的與意義 1.3

27、.1選題的目的 在本次課題中，基于多樣化信號(hào)的調(diào)制類型，可以將其細(xì)分為兩類。其中，主要包含模擬信號(hào)，與此同時(shí)，包含數(shù)字信號(hào)。同時(shí)，基于多樣化信號(hào)的調(diào)制方式，可以將其細(xì)分為模擬調(diào)制及其相應(yīng)的數(shù)字調(diào)制。實(shí)際上，模擬調(diào)制方式在早期就被提出，故此，其實(shí)際應(yīng)用范圍相對(duì)廣泛，主要應(yīng)用于廣播以及衛(wèi)星通信。實(shí)際上，數(shù)字調(diào)制解調(diào)器集成電路，可以切實(shí)降低實(shí)際通信過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)成本，以此來(lái)切實(shí)降低實(shí)際功耗。除此之外，通過(guò)運(yùn)用相對(duì)較大的算法，能夠切實(shí)提升多樣化裝備的實(shí)際可靠性?，F(xiàn)如今，數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式開(kāi)始逐漸應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，并且逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，將多樣化調(diào)制解調(diào)方式彼此之間相互融合。故此，由于數(shù)字通信及其相應(yīng)的數(shù)

28、字方式正在逐步呈現(xiàn)出多樣化，數(shù)字調(diào)制的重要性被凸現(xiàn)出來(lái)，且其種類越來(lái)越多。事實(shí)上，多樣數(shù)字調(diào)制而言，其涉及到的具體方式，主要包含幅移鍵控以及頻移鍵控，與此同時(shí)，包含相移鍵控等。在本篇論文中，主要針對(duì)二進(jìn)制差分移相鍵控，進(jìn)行更深層次的細(xì)致研究。 通常情況下，對(duì)于數(shù)字調(diào)制而言，如果對(duì)其進(jìn)行細(xì)致分類，則可以大致分為兩類，即線性調(diào)制及其相應(yīng)的非線性調(diào)制。其中，對(duì)于幅移鍵控來(lái)說(shuō)，應(yīng)該將其納入線性調(diào)制的范疇，然而，對(duì)于頻移鍵控而言，則應(yīng)該將其納入非線性調(diào)制的范疇。如果基于不異信噪比的條件下，相移鍵控將會(huì)存在相對(duì)更低的實(shí)際誤碼率，并且可以針對(duì)系統(tǒng)指定的信道頻帶，進(jìn)行行之有效的操縱。如果相位較多，則實(shí)際傳輸

29、速度將會(huì)越高，然而，由于相鄰載波彼此之間的實(shí)際相位差相對(duì)較小，故此，接收端對(duì)于鑒相器提出的實(shí)際請(qǐng)求，將會(huì)愈發(fā)嚴(yán)苛，從而造成誤碼率逐步攀升。在此情況下，對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制具體方式而言，雖然其有可能占據(jù)相對(duì)較寬的實(shí)際頻帶，造成頻率的實(shí)際利用率也相對(duì)較低，然而，其利于實(shí)現(xiàn)，并且多樣化解調(diào)裝備彼此之間也能實(shí)現(xiàn)相互兼容，同時(shí)，伴隨著相對(duì)較強(qiáng)的抗干擾性能及其相應(yīng)的抗衰落機(jī)能。故此，其在諸多數(shù)字通信系統(tǒng)中，獲得了相對(duì)廣泛的實(shí)際應(yīng)用。 1.3.2選題的意義 二進(jìn)制差分相移鍵控，說(shuō)得簡(jiǎn)單些就是二相相對(duì)于調(diào)相，或者被簡(jiǎn)寫為2DPSK。其并非通過(guò)控制載波相位的絕對(duì)數(shù)值來(lái)進(jìn)行信息的傳輸，而是借助于前先后碼元與載波

30、之間存在的相位值來(lái)完成信息的傳輸。我們可以通過(guò)兩種手段來(lái)對(duì)于2DPSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，其一為相干解調(diào)-碼變換法，這也被叫作極性比較－碼變換法，而其二則是差分相干解調(diào)。 而和2PSK的波形之間存在的區(qū)別則為，通常情況下，2DPSK波形的統(tǒng)一相位并非匹配著各不相同的數(shù)字標(biāo)記，但是只有先后碼元的相位差方可獨(dú)將信息標(biāo)記給確定下來(lái)。這就意味著在進(jìn)行解調(diào)2DPSK信號(hào)的過(guò)程中，事實(shí)上并不會(huì)受到載波相位參考數(shù)據(jù)的影響，如果先后碼元關(guān)于相位之間的聯(lián)系一直存在的話，那么只要將相位關(guān)聯(lián)給確定出來(lái)，就能夠精準(zhǔn)地對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行恢復(fù)。這樣就不會(huì)出現(xiàn)2PSK方法里面“倒π”的情況。 因?yàn)槲覀兡軌蛟诮邮斩藢?duì)于數(shù)字抽樣信號(hào)

31、展開(kāi)還原，故此，信號(hào)具有十分大的傳輸率。但是對(duì)于模擬信號(hào)而言，如果在進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程中存在干擾的話，那么就會(huì)給系統(tǒng)造成無(wú)法拯救的損害，這也正是出現(xiàn)失幀現(xiàn)象的緣由。和模擬通信比起來(lái)，數(shù)字通信要優(yōu)秀太多，因而目前對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)十分有價(jià)值。數(shù)字通信具備著十分強(qiáng)大的抗干擾性能，并且加密起來(lái)十分方便，可以十分簡(jiǎn)便地和現(xiàn)代技術(shù)融合起來(lái)，這些優(yōu)點(diǎn)讓它在很多通信方式以及頻段里面受到了普遍的使用。 要想讓數(shù)字信號(hào)能夠在帶通信道里面進(jìn)行輸送，就應(yīng)當(dāng)借助于數(shù)字基帶信號(hào)來(lái)關(guān)于載波展開(kāi)調(diào)制，從而讓信號(hào)具有和信道相一致的特性。 1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)與技術(shù)要求 此設(shè)計(jì)是基于matlab進(jìn)行二進(jìn)制差分移相鍵控調(diào)制解

32、調(diào)器屬性研究。DPSK也被稱作是差分移相鍵控，屬于一類十分關(guān)鍵的數(shù)字調(diào)制手段，因?yàn)樗趾糜?，所以在通信工程里面得到了普遍的使用?DPSK能夠通過(guò)數(shù)字來(lái)進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)常使用的2DPSK解調(diào)方式有差分相干解調(diào)和相干解調(diào)法。經(jīng)由仿真軟件對(duì)噪聲背景下2DPSK系統(tǒng)進(jìn)行性能分析。 技術(shù)要求如下： 1、采取Matlab軟件成立2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真模型； 2、對(duì)系統(tǒng)加入不同的噪聲，給出2DPSK解調(diào)系統(tǒng)抗噪聲性能仿真結(jié)果。 8 第2章 方案的設(shè)計(jì)和制定 2.1方案的設(shè)計(jì) 本文主要采用相干解調(diào)以及差分相干解調(diào)兩種方式來(lái)對(duì)2DPSK這種調(diào)制方式進(jìn)行解調(diào)，然后對(duì)比這兩種方式的解調(diào)

33、性能，主要采用在不同的信噪比下獲得解調(diào)的誤碼率，通過(guò)比較誤碼率曲線來(lái)確定解調(diào)性能的好壞。在進(jìn)行解調(diào)之前，首先要實(shí)現(xiàn)2DPSK的調(diào)制，其次驗(yàn)證無(wú)噪聲條件下相干解調(diào)與差分相干解調(diào)的正確性，然后通過(guò)增加高斯白噪聲，進(jìn)一步驗(yàn)證兩種解調(diào)方法的有效性，最后通過(guò)添加不同的信噪比，得到誤碼率曲線圖，比較誤碼率曲線，得出性能好壞，必要時(shí)可以與2PSK調(diào)制的性能進(jìn)行對(duì)比。 對(duì)于2DPSK調(diào)制而言，一般存在兩種調(diào)制方法，即模擬調(diào)制方法以及鍵控方法，兩種方法各有優(yōu)劣；而對(duì)于解調(diào)方法，也是兩種，即相干解調(diào)與差分相關(guān)解調(diào)，下面首先針對(duì)模擬調(diào)制與鍵控調(diào)制進(jìn)行介紹，其次再對(duì)兩種解調(diào)方法進(jìn)行說(shuō)明。 2.1.1模擬法調(diào)制

34、調(diào)制的含義為載波調(diào)制，即通過(guò)調(diào)制信號(hào)來(lái)對(duì)于載波參數(shù)進(jìn)行把控。載波可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸，為高頻信號(hào)。對(duì)于對(duì)于信息序列而言，如果要實(shí)現(xiàn)2DPSK調(diào)制，首先需要將信息序列由絕對(duì)碼轉(zhuǎn)化為相對(duì)碼，就兩個(gè)一樣的基帶數(shù)字信號(hào)序列來(lái)說(shuō)，因?yàn)樗鼈兊某跏即a元的參考相位是不一樣的，所以2DPSK的相位同樣是不一樣的。換句話說(shuō)就是，基帶信號(hào)和2DPSK信號(hào)相位之間并不存在完全的關(guān)聯(lián)，只有前后碼元之間存在的相位差方可對(duì)于信號(hào)符號(hào)進(jìn)行制約。所以，我們第一步應(yīng)該把絕對(duì)碼元序列轉(zhuǎn)化為相對(duì)碼元序列，然后將相對(duì)碼中0映射為1而1映射為-1，并用這種方法來(lái)調(diào)制高頻載波的幅度，最終輸?shù)男盘?hào)即為模擬調(diào)制方法輸出的2DPSK調(diào)制的信號(hào)。模

35、擬法調(diào)制的信號(hào)直觀，但是對(duì)于元器件的要求比較嚴(yán)格，模擬法調(diào)制的框圖如圖2-1所示。 圖2-1 模擬法調(diào)制 圖2-1中的絕對(duì)碼an的碼型變換方法為：，從而獲得差分碼bn，其中符號(hào)代表二元域中的加，然后利用差分碼來(lái)進(jìn)行載波調(diào)制，實(shí)際上可以等價(jià)為絕對(duì)相位的2PSK調(diào)制，最后輸出得到2DPSK信號(hào)。 2.1.2鍵控法調(diào)制 和通過(guò)模擬法而完成的2DPSK比起來(lái)，借助于鍵控法會(huì)簡(jiǎn)便許多。依據(jù)于圖2-1能夠發(fā)現(xiàn)，首先關(guān)于二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)展開(kāi)差分編碼，也就是將絕對(duì)碼轉(zhuǎn)換為相對(duì)碼，接下來(lái)就是依照相對(duì)碼來(lái)展開(kāi)絕對(duì)調(diào)相，這樣的話就能夠形成二進(jìn)制差分相移鍵控信號(hào)。鍵控法調(diào)制器的詳細(xì)原理可以參照?qǐng)D2-2。

36、在這之中碼轉(zhuǎn)變的步驟就是對(duì)于輸進(jìn)來(lái)的基帶信號(hào)進(jìn)行差分。選相開(kāi)關(guān)的意義為在輸入“0”的時(shí)候就接入相位0，在輸入“1”的時(shí)候就接入相位。 圖2-2 鍵控法調(diào)制 在鍵控法調(diào)制中，碼元變換所扮演的角色和圖2-1中是一樣的。2PSK信號(hào)進(jìn)行信號(hào)傳輸中的優(yōu)勢(shì)是誤碼率性能比較好，但是它在進(jìn)行載波恢復(fù)時(shí)容易發(fā)生相位模糊的現(xiàn)象，換句話說(shuō)，恢復(fù)出來(lái)的波長(zhǎng)和所使用的波長(zhǎng)存在反相的現(xiàn)象，而這個(gè)弊端的存在會(huì)對(duì)信號(hào)的傳遞產(chǎn)生很大影響，使得恢復(fù)的信號(hào)和發(fā)出信號(hào)恰好相反，“0”變成了“1”，而“1”也變成了“0”。為了彌補(bǔ)這個(gè)短板，專業(yè)學(xué)者發(fā)明了二進(jìn)制差分移相鍵控技術(shù)。通過(guò)對(duì)此上圖和圖2-1可以明顯的發(fā)現(xiàn)，兩種調(diào)制方

37、法的根本都是首先將二進(jìn)制數(shù)字的有關(guān)信號(hào)編碼處理，二進(jìn)制信息的表達(dá)方式由絕對(duì)碼轉(zhuǎn)換為相對(duì)碼，之后對(duì)信息進(jìn)行調(diào)相處理，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制差分相位鍵控信號(hào)，利用這種方法能夠很大程度上彌補(bǔ)由于2PSK信號(hào)導(dǎo)致的相位差，而2DPSK所具有的明顯優(yōu)勢(shì)，使得它被廣泛應(yīng)用于各種信號(hào)處理設(shè)備中。 在以后的論文中，筆者講更為詳細(xì)地解釋2DPSK調(diào)制信號(hào)的常用調(diào)解方法。 2.1.3相干解調(diào) 信號(hào)解調(diào)時(shí)還可以利用相干解調(diào)的方法，這種方法也可以稱為極性比較法，它具體的原理可以參考圖2-1。對(duì)它的原理可以做出如下解釋：對(duì)初始的2DPSK 信號(hào)采用相干解調(diào)的處理方法，得到相對(duì)碼，然后借助碼反變換器將信息轉(zhuǎn)變成絕對(duì)碼，然

38、后得到初始的數(shù)字信息。在進(jìn)行解調(diào)時(shí)，如果載波相位產(chǎn)生模糊現(xiàn)象，那么得到的相對(duì)碼將出現(xiàn)錯(cuò)誤，但是通過(guò)碼反變換器處理后，得到的絕對(duì)碼肯定是準(zhǔn)確無(wú)誤的，這樣就可以彌補(bǔ)它的不足。具體原理可以參考圖2-3： 圖2-3 相干解調(diào)框圖 研究上面的相干解調(diào)框圖可以了解到，2DPSK信號(hào)在通過(guò)帶通濾波器后，去除帶外噪聲，得到輸出信號(hào)a，信號(hào)a與本地載波b乘積，得到信號(hào)c，信號(hào)c中存在低頻信號(hào)以及高頻信號(hào)，此時(shí)通過(guò)低通濾波器后，將高頻信號(hào)去除，得到低頻信號(hào)d，在定時(shí)脈沖的作用下，獲得低頻信號(hào)d在抽樣時(shí)刻的判決值，通過(guò)與設(shè)定門限進(jìn)行判決，從而獲得判決信息序列e，將解調(diào)信號(hào)e進(jìn)行反轉(zhuǎn)，得到輸出的信號(hào)f，此時(shí)的信號(hào)

39、f即為解調(diào)出的信號(hào)。 2.1.4差分相干解調(diào) 2DPSK信號(hào)在進(jìn)行處理時(shí)也能夠使用差分相干解調(diào)的方法(即相位比較法)，它的具體原理可以參考圖2-4。它所利用的原理可以這樣解釋：通過(guò)將轉(zhuǎn)換前后碼元的相位差進(jìn)行比較，對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信息做出調(diào)整。因?yàn)樵谶M(jìn)行解調(diào)的過(guò)程中進(jìn)行了碼反轉(zhuǎn)換，所以整個(gè)過(guò)程可以不使用碼反變換器，使得整個(gè)過(guò)程更加簡(jiǎn)單。因?yàn)樵谶M(jìn)行差分相干解調(diào)時(shí)對(duì)專門的相干載波并沒(méi)有很高的需求度，所以這種解調(diào)方法是非相干的。收到2DPSK信號(hào)號(hào)經(jīng)過(guò)處理形成一個(gè)碼元間隔T，之后將T和2DPSK信號(hào)相乘。由相乘器對(duì)相位結(jié)果進(jìn)行比較。而得到的結(jié)果就是解調(diào)前與解調(diào)后信號(hào)的相位差值，然后借助進(jìn)行低通濾波器對(duì)

40、數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣檢測(cè)，最終對(duì)原來(lái)的數(shù)字信號(hào)完成恢復(fù)。在整個(gè)處理過(guò)程中可以省略碼反變換器的應(yīng)用。 圖2-4 2DPSK差分相干解調(diào)原理框圖 圖2-4的框圖與圖2-3相比較而言，不存在碼反變換器，DPSK信號(hào)首先經(jīng)過(guò)帶通濾波器，濾出帶外噪聲，得到信號(hào)a，信號(hào)a經(jīng)過(guò)延時(shí)后得到延時(shí)的信號(hào)b，然后將信號(hào)a與信號(hào)b相乘后，得到高頻信號(hào)c同樣通過(guò)低通濾波器后，得到低頻信號(hào)d，最終通過(guò)抽樣判決階段，得到判決的信號(hào)e. 2.2 方案制定 首先必須要產(chǎn)生出2DPSK的調(diào)制信號(hào)，可以采用模擬調(diào)制以及鍵控來(lái)生成，其次需要模擬出高斯白噪聲信道環(huán)境，這個(gè)部分可以利用MATLAB中自帶的函數(shù)awgn(x, db,

41、‘measured’)，其中x為將要加噪聲的原始信號(hào)，db為設(shè)定的信噪比大小，之后的measured表示的是加噪聲的方式。 差分相干解調(diào)這種方式在進(jìn)行信號(hào)解調(diào)時(shí)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，并不需要對(duì)原始載波進(jìn)行恢復(fù)，而只需要把DPSK信號(hào)準(zhǔn)確延遲一定的時(shí)間，然后和原始的信號(hào)相乘，得到的數(shù)據(jù)就可以表示解調(diào)前和解調(diào)后碼元相位的差值，然后借助于低通濾波進(jìn)行抽樣檢測(cè)，然后就完成了整個(gè)信息的解調(diào)過(guò)程，而可以省略差分解碼的過(guò)程。 相干解調(diào)法和相干解調(diào)碼變換法的工作原理可以解釋如下:首先對(duì)2DPSK信號(hào)采取相干解調(diào)的處理方法，得到相對(duì)碼。然后利用碼反變換器將信息轉(zhuǎn)換為絕對(duì)碼，進(jìn)而得出原始的數(shù)字信息。 經(jīng)過(guò)對(duì)解調(diào)方法

42、的說(shuō)明后，明確了在2DPSK對(duì)比上采用相干解調(diào)和差分相干解調(diào)通過(guò)仿真軟件對(duì)噪聲背景下2DPSK系統(tǒng)進(jìn)行性能分析。 本章小結(jié) 本章探討了兩種DPSK調(diào)制與解調(diào)的方案，根據(jù)所學(xué)的通信原理和一些matlab程序思想，對(duì)所需的解調(diào)技術(shù)進(jìn)行研究，選擇了模擬調(diào)制法，相干解調(diào)和差分相干解調(diào)。 根據(jù)上述所說(shuō)的方案，最終確定了方框圖，由帶通濾波器，相乘器，低通濾波器，抽樣判決器等構(gòu)成了解調(diào)方案。 33 第3章 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng) 3.1 數(shù)字通信系統(tǒng) 一般情況下，對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)模型而言，其主要分為三大部分。其中，主要包含信源以及信道，與此同時(shí)，包含信宿。實(shí)際上，真實(shí)的數(shù)字通信系統(tǒng)模型，相對(duì)龐大

43、。故此，在本篇論文中，僅僅運(yùn)用一般情況下的數(shù)字通信系統(tǒng)模型，詳見(jiàn)圖3-1。 圖3-1 數(shù)字通信系統(tǒng)具體模型示意圖 3.2 調(diào)制解調(diào)技術(shù) 對(duì)于數(shù)字通信體系而言，最為重要的部分，即為調(diào)制解調(diào)。事實(shí)上，調(diào)制解調(diào)主要針對(duì)已調(diào)信號(hào)，切實(shí)保障其具備相對(duì)較高的頻譜利用率及其相應(yīng)的抗干擾能力。在下述內(nèi)容中，將主要針對(duì)數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)，進(jìn)行更深層次的細(xì)致介紹。 3.2.1調(diào)制解調(diào)的概念 調(diào)制的基本含義，在于通過(guò)調(diào)制信號(hào)，針對(duì)載波涉及到的多樣化參數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的控制或者轉(zhuǎn)變，從而使已調(diào)信號(hào)，蘊(yùn)含原有信號(hào)中包含的所有信息。對(duì)于載波涉及到的多樣化參數(shù)而言，必須基于相關(guān)調(diào)制信號(hào)中蘊(yùn)含的特定規(guī)律，進(jìn)行

44、相應(yīng)的轉(zhuǎn)變。實(shí)際上，調(diào)制的主要作用，在于將實(shí)際傳輸過(guò)程中的信號(hào)，可以和信道之間進(jìn)行匹配，從而切實(shí)保障相關(guān)信號(hào)在實(shí)際傳輸過(guò)程中的有效性。值得一提的是，解調(diào)的本質(zhì)，即為調(diào)制的逆過(guò)程。 調(diào)制的主要目標(biāo)，在于將實(shí)際傳輸過(guò)程中的多樣化信號(hào)，轉(zhuǎn)化為可以實(shí)現(xiàn)良好信道傳輸?shù)膶?duì)應(yīng)信號(hào)，在此過(guò)程中，需要將基帶信號(hào)，轉(zhuǎn)化為實(shí)際頻率相對(duì)更高的實(shí)際帶通信號(hào)。實(shí)際上，該帶通信號(hào)就是所謂的已調(diào)信號(hào)，而對(duì)于基帶信號(hào)而言，就是所謂的調(diào)制信號(hào)。通常情況下，調(diào)制主要基于高頻載波，跟隨信號(hào)實(shí)時(shí)幅度的相關(guān)變化，針對(duì)載波的實(shí)際幅度，進(jìn)行相應(yīng)的改變。值得一提的是，解調(diào)的目標(biāo)，即為調(diào)制的逆過(guò)程。 在當(dāng)前時(shí)期，最為典型的數(shù)字通信系統(tǒng)調(diào)制技

45、術(shù)，主要包含頻移鍵控、幅度鍵控、增量調(diào)制等諸多技術(shù)。 3.3 2DPSK信號(hào)基本原理 實(shí)際上，在傳輸系統(tǒng)中，若想切實(shí)保障信息在實(shí)傳輸過(guò)程中的有效性，則需要具備相對(duì)較高的實(shí)際傳輸速率以及相對(duì)較低的誤碼率！針對(duì)相關(guān)信號(hào)，進(jìn)行實(shí)際傳輸?shù)倪^(guò)程中，相較于2ASK信號(hào)及其2FSK信號(hào)而言，2PSK信號(hào)具備相對(duì)良好的實(shí)際性能，然而，對(duì)于2PSK信號(hào)而言，其在實(shí)際傳輸?shù)倪^(guò)程中，涉及到的相位，并不能保證其精確性，與此同時(shí)，可能導(dǎo)致接收碼元“0”和“1”彼此之間倒置，從而形成相應(yīng)的誤碼?？茖W(xué)家們?yōu)榱饲袑?shí)保障2PSK具備的多樣化優(yōu)勢(shì)，并且規(guī)避其誤碼現(xiàn)象，基于2PSK體系，進(jìn)行了相對(duì)細(xì)致的改良，使其成為二進(jìn)制差

46、分移相鍵控，具備相對(duì)良好的實(shí)際性能。 對(duì)于2DPSK方式而言，其主要通過(guò)操縱先后相鄰碼元的實(shí)際相位值，針對(duì)多樣化數(shù)字信息，進(jìn)行更深層次的細(xì)致表示。如果基于Φ，針對(duì)本碼元初相與上碼之間的實(shí)際差值，進(jìn)行相應(yīng)的表示，并進(jìn)行如下劃定，可以得知：Φ＝0主要代表0碼，Φ＝π主要代表1碼。則在此情況下，可以表示出數(shù)字信息序列及其相應(yīng)2DPSK信號(hào)彼此之間的實(shí)際碼元相位關(guān)系。例如：2PSK信號(hào)主要基于載波的多樣化相位，針對(duì)指定的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行相對(duì)直接的表示，故此，在其實(shí)際接收端，必須選擇相干解調(diào)的具體方式。其中，其具體時(shí)域波形示意圖，詳見(jiàn)圖3-2。 圖3-2 2DPSK信號(hào) 對(duì)于上述絕對(duì)移相方法

47、而言，在其系統(tǒng)發(fā)送端，主要基于某特定相位，故此，在其系統(tǒng)接收端中，需要選擇相不異的對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)相位。在某些情況下，假設(shè)基準(zhǔn)相位發(fā)生了相應(yīng)的改變，則接收端進(jìn)行回復(fù)的相關(guān)信號(hào)，將完全相反于已經(jīng)發(fā)送的相關(guān)數(shù)字信息。故此，一般情況下，論文中會(huì)主要選擇相對(duì)移相方式。 3.4 誤碼率 3.4.1相干解調(diào)誤碼率 2DPSK解調(diào)方法，其本質(zhì)在于利用相干解調(diào)器，針對(duì)2DPSK信號(hào)，進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，從而形成相對(duì)應(yīng)的相對(duì)碼，與此同時(shí)，利用碼反變換器，將上述相對(duì)碼，轉(zhuǎn)化為相對(duì)應(yīng)的絕對(duì)碼。 在此情況下，基于抽樣判決器，實(shí)現(xiàn)輸出的多樣化數(shù)字信號(hào)，存在的實(shí)際誤碼率，將會(huì)完全相同于相干接收2DPSK信號(hào)的實(shí)際誤碼率，具體如

48、下： (3-1) 在上述公式中，r代表信噪比。假設(shè)r代表大信噪比，則r將會(huì)高于1。在此情況下，上述公式，也可以重新整理為如下公式： (3-2) 3.4.2差分相干解調(diào)誤碼率 對(duì)于2DPSK信號(hào)而言，其所涉及到的差分相干解調(diào)法示意圖，詳見(jiàn)圖2-4，對(duì)于此類方法而言，其相較于相干解調(diào)具體方法的差異性，在于差分相干解調(diào)具體方法涉及到的參考信號(hào)，不存在相對(duì)恒定的載頻及其相位，故此，如果在特定碼元間隔中，需要發(fā)送“1”，則必須將上個(gè)碼元，設(shè)置為“1”，在此情況下，對(duì)于中乘法器而言，其實(shí)際輸入信號(hào)具體如下：

49、 (3-4) (3-5) 其中y1(t)是無(wú)延遲支路的輸入信號(hào)；y2(t)是有延遲支路的輸入信號(hào)。 兩路相乘后，經(jīng)低通濾波器的輸出信號(hào)為 x(t)=12{[a+n1c(t)][a+n2c(t)]+n1s(t)} (3-6) x(t)通過(guò)抽樣形成的具體判決準(zhǔn)則如下：如果x(t)的實(shí)際抽樣值x，已經(jīng)超過(guò)0時(shí)，則應(yīng)該將其定義為“0”碼，屬于正確判決的類型；如果x(t)的實(shí)際抽樣值x，低于0時(shí)，則應(yīng)該將其定義為“0”碼，屬于錯(cuò)誤判決的類型。 通過(guò)

50、相對(duì)細(xì)致的分析，可以得知，將“1”碼錯(cuò)誤判決為“0”碼，其實(shí)際條件概率pe1應(yīng)該如下： Pe1=12e-r (3-7) 基于同等原理，可以得知，將“0”碼錯(cuò)誤判決為“1”碼，其實(shí)際條件概率Pe0應(yīng)該等同于式(3-7)。 故此，如果已經(jīng)發(fā)送的“1”碼，與已經(jīng)發(fā)送的“0”碼之間，存在相同的條件概率，2DPSK差分相干解調(diào)法的總誤碼率為 Pe=12e-r (3-8) 本章小結(jié) 在

51、本章節(jié)中，主要針對(duì)數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)中涉及到的數(shù)字通信系統(tǒng)，進(jìn)行了更深層次的細(xì)致介紹，與此同時(shí)，針對(duì)調(diào)制解調(diào)涉及到的多樣化技術(shù)及其基本概念，進(jìn)行了相對(duì)細(xì)致的論述。在2DPSK信號(hào)中調(diào)制解調(diào)的基本原理，和相干解調(diào)與差分相干解調(diào)的框圖。又學(xué)習(xí)了兩種解調(diào)方式的誤碼率。 第4章 2DPSK調(diào)制解調(diào)器的性能分析 Matlab是一種解釋性履行說(shuō)話，具備壯大的計(jì)算、仿真以及畫圖等多樣化功能。實(shí)際上，對(duì)于MATLAB語(yǔ)言而言，其主要基于數(shù)組，組成相應(yīng)的數(shù)據(jù)單元。在此數(shù)據(jù)單元中，主要包含控制流語(yǔ)句，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及面向工具等諸多語(yǔ)言。通常情況下，MATLAB通信工具箱，主要基于通信領(lǐng)域，開(kāi)展更深層次的細(xì)致研究

52、，其中，主要涉及到理論研究，闡發(fā)計(jì)劃以及仿真式軟件包等。在MATLAB通信工具箱，主要包含五大部分。其中，主要包含主開(kāi)發(fā)環(huán)境、MATLAB語(yǔ)言及其相應(yīng)的MATLAB應(yīng)用程序接口，與此同時(shí)，包含MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、和圖形處理。 對(duì)于2DPSK調(diào)制解調(diào)器而言，針對(duì)其具體性能的細(xì)致分析，是此設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容，以下是分析2DPSK通信性能的步驟： (1) 通過(guò)仿真相干解調(diào)和差分相干解調(diào)兩種解調(diào)方式進(jìn)行對(duì)比，并得出系統(tǒng)誤碼率性能； (2) 對(duì)系統(tǒng)加入不同大小的高斯白噪聲，給出2DPSK解調(diào)系統(tǒng)抗噪聲性能仿真結(jié)果； 4.1 參數(shù)設(shè)計(jì) (1)系統(tǒng)實(shí)際抽樣頻率應(yīng)該如下：fs=400； (2)數(shù)字

53、基帶信號(hào)的實(shí)際頻率應(yīng)該如下：k=2； (3)正弦載波頻率應(yīng)該如下：fc=2； (4)仿真時(shí)間范圍應(yīng)該如下：t=0:1/fs:4000/fs； (5)需要產(chǎn)生的碼元個(gè)數(shù)：s=randi([0,1],1,p)； (6)將基帶生成時(shí)域信號(hào)：m=s(ceil(k*t+0.01)) 4.2 仿真設(shè)計(jì) （1）相干解調(diào)的仿真框圖構(gòu)建 按照2DPSK調(diào)制解調(diào)的框圖，對(duì)相干解調(diào)算法的流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行賦初值，即初始化參數(shù)，其次產(chǎn)生待發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)，即0,1二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，然后將二進(jìn)制數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為差分碼元，這樣就從絕對(duì)碼轉(zhuǎn)化為差分碼，再次采用模擬法產(chǎn)生2DPSK調(diào)制信號(hào)，這樣實(shí)現(xiàn)

54、了2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生；在完成2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生之后，下一步開(kāi)始解調(diào)，采用相干解調(diào)的方法，首先設(shè)定好帶通、低通濾波器的參數(shù)值，同時(shí)加入高斯白噪聲，然后設(shè)定判決門限值，實(shí)現(xiàn)2DPSK信號(hào)的解調(diào)。具體的設(shè)計(jì)流程圖如圖4-1 開(kāi)始 為各參數(shù)賦初始值 產(chǎn)生數(shù)字基帶信號(hào)并轉(zhuǎn)換成差分碼 產(chǎn)生正弦載波和2DPSK信號(hào)并加入噪聲 設(shè)置帶通，低通濾波器和抽樣判決器 產(chǎn)生解調(diào)后信號(hào) 經(jīng)過(guò)碼反變換并產(chǎn)生原始基帶信號(hào) 繪制輸出的各點(diǎn)波形 結(jié)束 圖4-1 相干解調(diào)仿真設(shè)計(jì)流程圖 （2）仿真分析 首先

55、通過(guò)randi([0,1],1,L)函數(shù)生成隨機(jī)發(fā)送的信息碼元序列，其中L取值為10，得到基帶信息序列的波形為，如圖4-2所示。 圖4-2 基帶信息序列 然后將信息序列進(jìn)行差分處理，得到差分碼元序列，結(jié)果如圖4-3所示。 圖4-3 差分信息碼元 其次，將差分信息碼元與載波相乘，得到相應(yīng)的調(diào)制2DPSK帶通調(diào)制波形，結(jié)果如圖4-4(a)以及(b)所示。 (a) 載波波形 (b)2DPSK調(diào)制波形 圖4-4 載波以及2DPSK調(diào)制波形 加入高斯白噪聲，設(shè)定白噪聲的信噪比為3dB，并將白噪聲與調(diào)制波形

56、相疊加，得帶結(jié)果如圖4-5(a)以及(b)所示。 (a)噪聲信號(hào) (b)加噪聲后的2DPSK信號(hào) 圖4-5 噪聲信號(hào)以及加噪后的2DPSK信號(hào) 然后通過(guò)帶通濾波器，帶通濾波器采用的是巴特沃斯濾波器，參數(shù)設(shè)定為通帶范圍為fc到2*fc，過(guò)渡帶為0.25*fc到0.5fc以及2.5fc到2.75fc通帶內(nèi)衰減為0.1dB，阻帶內(nèi)衰減為60dB，首先將帶噪聲的信號(hào)通過(guò)濾波器，得帶如圖4-6的波形。 圖4-6 通過(guò)帶通濾波器的波形 從圖4-6可知，調(diào)制的信號(hào)通過(guò)帶通濾波器后，噪聲幾乎被濾出了，下一步進(jìn)行相干解調(diào)，將圖4-6的信號(hào)波形與載波相乘，得

57、到圖4-7的結(jié)果。 圖4-7 載波與通帶信號(hào)乘積結(jié)果 將圖4-7的信號(hào)通過(guò)低通濾波器，進(jìn)一步得帶低通后的信號(hào)，低通濾波器選取為巴特沃斯濾波器，濾波器的參數(shù)設(shè)定為：通帶頻率為：fc，截止頻率為2fc，通帶內(nèi)衰減為0.1dB，阻帶中衰減為60dB，得帶結(jié)果如圖4-8所示。 圖4-8 低通濾波的信號(hào) 最終通過(guò)抽樣判決，得到差分后的信息碼元，結(jié)果如圖4-9所示。 圖4-9 解調(diào)后的差分碼元 通過(guò)還原圖4-9的結(jié)果，得到絕對(duì)碼，也即是原始發(fā)送的基帶碼元，結(jié)果如圖4-10所示。 圖4-10 解調(diào)后的碼元 對(duì)比圖4-10與圖4-2，兩者的碼元相同，說(shuō)明相干解調(diào)算法流程是正確的

58、。 （3）差分相干流程圖 按照2DPSK調(diào)制解調(diào)的框圖，對(duì)差分相干解調(diào)算法的流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行賦初值，即初始化參數(shù)，其次產(chǎn)生待發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)，即0,1二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，然后將二進(jìn)制數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為差分碼元，這樣就從絕對(duì)碼轉(zhuǎn)化為差分碼，再次采用模擬法產(chǎn)生2DPSK調(diào)制信號(hào)，這樣實(shí)現(xiàn)了2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生；在完成2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生之后，下一步開(kāi)始解調(diào)，采用差分相干解調(diào)的方法，首先設(shè)定好帶通、低通濾波器的參數(shù)值，同時(shí)加入高斯白噪聲，然后設(shè)定判決門限值，以此來(lái)促進(jìn)2DPSK信號(hào)實(shí)現(xiàn)解調(diào)。其中，差分相干流程示意圖，詳見(jiàn)圖4-11。 開(kāi)始 為各參數(shù)賦初始值

59、 將數(shù)字基帶信號(hào)并轉(zhuǎn)換成差分碼 產(chǎn)生正弦載波和2DPSK信號(hào)并加入噪聲 設(shè)置帶通，低通濾波器相乘器和抽樣判決器 產(chǎn)生解調(diào)后信號(hào) 恢復(fù)原始基帶信號(hào) 繪制輸出的各點(diǎn)波形 結(jié)束 圖4-11差分相干解調(diào)流程圖 （4）差分相干解調(diào)仿真 首先，基于randi([0,1],1,L)函數(shù)生成隨機(jī)發(fā)送的信息碼元序列，其中L取值為10，得到基帶信息序列的波形為，如圖4-12所示。 圖4-12 原始信息序列 然后將信息序列進(jìn)行差分處理，得到差分碼元序列，結(jié)果如圖4-13所示。 圖4-13 差分碼元序列 其次，將差分信息

60、碼元與載波相乘，得到相應(yīng)的調(diào)制2DPSK帶通調(diào)制波形，結(jié)果如圖4-14(a)以及(b)所示。 (a) 載波信號(hào) (b)DPSK調(diào)制信號(hào) 圖4-14 載波與調(diào)制信號(hào) 加入高斯白噪聲，設(shè)定白噪聲的信噪比為3dB，并將白噪聲與調(diào)制波形相疊加，得帶結(jié)果如圖4-15(a)以及(b)所示。 (a)噪聲信號(hào) (b)有噪調(diào)制信號(hào) 圖4-15 噪聲與有噪調(diào)制信號(hào) 然后通過(guò)帶通濾波器，帶通濾波器采用的是巴特沃斯濾波器，參數(shù)設(shè)定為通帶范圍為fc到2*fc，過(guò)渡

61、帶為0.25*fc到0.5fc以及2.5fc到2.75fc通帶內(nèi)衰減為0.1dB，阻帶內(nèi)衰減為60dB，首先將帶噪聲的信號(hào)通過(guò)濾波器，得帶如圖4-16的波形。 圖4-16 帶通信號(hào) 從圖4-16可知，調(diào)制的信號(hào)通過(guò)帶通濾波器后，噪聲幾乎被濾出了，下一步進(jìn)行相干解調(diào)，將圖4-16的信號(hào)波形與改信號(hào)延遲相乘，得到圖4-17的結(jié)果。 圖4-17 延遲乘積信號(hào) 將圖4-17的信號(hào)通過(guò)低通濾波器，進(jìn)一步得帶低通后的信號(hào)，低通濾波器選取為巴特沃斯濾波器，濾波器的參數(shù)設(shè)定為：通帶頻率為：fc，截止頻率為2fc，通帶內(nèi)衰減為0.1dB，阻帶中衰減為60dB，得帶結(jié)果如圖4-18所示。

62、 圖4-18 低通信號(hào) 最終通過(guò)抽樣判決，得到信息碼元，結(jié)果如圖4-9所示，此時(shí)需要將解調(diào)信號(hào)反向即可得到原始信息序列。 (a)解調(diào)后的信息 (b)原始信息序列 圖4-19 解調(diào)序列與原始序列對(duì)比 對(duì)比圖4-19與圖4-12，兩者的碼元相同，這代表差分相干解調(diào)算法的具體計(jì)算流程，是完全正確的。 (5) 對(duì)于誤碼率而言，其主要針對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)性能涉及到的多樣化指標(biāo)，進(jìn)行細(xì)致衡量。如果在信道中，存在高斯白噪聲干擾的情況，則對(duì)于調(diào)制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其實(shí)際誤碼率，將直接受到解調(diào)器在輸入過(guò)程中實(shí)際信噪比的影響。然而，誤碼率的具體表達(dá)方式，主要跟隨具體解調(diào)方

63、式的變化，而產(chǎn)生相應(yīng)的改變?；?DPSK調(diào)制方式的情況下，不論是相干解調(diào)具體方式，還是差分相干解調(diào)具體方式，其誤碼率的大小也是不相同的，圖4-20為兩種解調(diào)方式的誤碼率Pe與信噪比R的關(guān)系曲線。 圖4-20誤碼率與信噪比的關(guān)系曲線 由誤碼率曲線圖也可知，當(dāng)進(jìn)行差分解調(diào)的過(guò)程中，對(duì)于2DPSK系統(tǒng)而言，其實(shí)際誤碼率，將會(huì)跟隨實(shí)際信噪比的逐步攀升，而以特定的指數(shù)規(guī)律不斷降低。實(shí)際上，通過(guò)差分相干解調(diào)中涉及到的相對(duì)調(diào)相，不僅可以免除相干載波的幫助，而且在抗頻漂能力以及抗相位慢抖動(dòng)能力等諸多方面，相較于相干解調(diào)涉及到的絕對(duì)調(diào)相，具備相對(duì)更強(qiáng)的實(shí)際性能。 4.4 遇到的問(wèn)題與解決方案

64、 本篇論文，針對(duì)2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，進(jìn)行相應(yīng)的仿真設(shè)計(jì)過(guò)程中。由于信道中存在一定的高斯白噪聲，與此同時(shí)，伴隨低通濾波器相關(guān)程序的實(shí)際編寫問(wèn)題，故此，只需要細(xì)致觀察系統(tǒng)生成的眼圖，就能得知碼間干擾及其多樣化噪聲對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的實(shí)際影響，這是由于，其在完成解調(diào)時(shí)，其實(shí)際輸出波形，相較于通過(guò)信號(hào)源生成的波形，存在一定的時(shí)間延遲或者畸變。 具體解決方案如下： （1）若想切實(shí)提升系統(tǒng)的實(shí)際傳輸性能，則當(dāng)重新編寫相關(guān)程序的過(guò)程中，必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)的檢查從而得到正確的程序。 （2）細(xì)心與耐心鉆研每一個(gè)問(wèn)題，有針對(duì)性多多查閱資料，實(shí)在有困難及時(shí)與老師進(jìn)行溝通。 本章小結(jié) 本章主要論述了2DPSK的設(shè)

65、計(jì)與仿真，主要運(yùn)行相干解調(diào)與差分相干解調(diào)的仿真圖形，運(yùn)行仿真并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)比了不同解調(diào)方式的誤碼率曲線圖。而且也列舉了在仿真時(shí)所遇到的困難并給出了解決方案。 結(jié)論 通過(guò)一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，本人已經(jīng)可以通過(guò)系統(tǒng)的方法，深入領(lǐng)會(huì)相關(guān)理論知識(shí)，并逐步擴(kuò)充了自身的知識(shí)儲(chǔ)備。在本次設(shè)計(jì)中，主要基于理論知識(shí)，開(kāi)展實(shí)踐設(shè)計(jì)，旨在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，能夠發(fā)現(xiàn)一系列問(wèn)題，并獨(dú)立找出可以解決這些實(shí)際問(wèn)題的具體方案。與此同時(shí)，基于實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程，還能針對(duì)自身的知識(shí)儲(chǔ)備，進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行鞏固，查漏補(bǔ)缺，鍛煉自己運(yùn)用知識(shí)的能力。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的這個(gè)學(xué)期中，我通過(guò)MATLAB這個(gè)軟件進(jìn)行軟件仿真，已

66、經(jīng)全面提升了自身的在實(shí)踐中的動(dòng)手能力及其獨(dú)立思考的能力，使我更加了解自身所處通信領(lǐng)域的實(shí)質(zhì)。在傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式中，我們通常只會(huì)注重于理論知識(shí)，而忽略了將其與實(shí)踐之間相融合，在此情況下，即使存在極為優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，也只能紙上談兵。在本次設(shè)計(jì)開(kāi)始之初，由于時(shí)間以及自身知識(shí)儲(chǔ)備等多樣化因素，我根本無(wú)從下手，最終，通過(guò)一系列比對(duì)，決定基于MATLAB，針對(duì)2DPSK調(diào)制解調(diào)，進(jìn)行更深層次的細(xì)致設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我明白如果相關(guān)信號(hào)，將會(huì)通過(guò)低通濾波器，則是為了濾去高頻分量，濾去載波成分，所以在低通濾波器的截至頻率的設(shè)置較為關(guān)鍵。除此之外，在此次設(shè)計(jì)中，主要基于理論結(jié)構(gòu)，構(gòu)建出相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，其主要目的，在于切實(shí)掌握數(shù)字基帶傳輸過(guò)程中的基本原理及其具體過(guò)程，例如：信道中存在的高斯白噪聲等。 如果改變多樣化參數(shù)，得出的波形也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，然而，通過(guò)仿真而得出的波形，與上述改變相同，只是在具體解調(diào)方式上，存在一定的差異性。相較于相干解調(diào)具體方式而言，差分相干解調(diào)具體方式顯得相對(duì)簡(jiǎn)單，并且可以切實(shí)解決2DPSK存在的倒π現(xiàn)象。通過(guò)輸入多樣化信號(hào)，能夠獲得與之相對(duì)應(yīng)的解調(diào)信號(hào)。事實(shí)上，在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，