《通信原理》课程设计-2DPSK调制系统课程设计.doc

通信原理通信原理课程设计课程设计 题目名称：2dpsk 调制系统 指导老师： 姓 名： 学 号：0346208 时 间：2005 年 12 月 23 日 河南机电高等专科学校 通信原理设计报告 说明书 题 目：2dpsk 调制 内 容： （一）设计要求 （二）题目分析 （三）理论依据 （四）整体构思 （五）具体实现 （六）各部分定性分析 （七）问题及注意事项 （八）设计心得 （九）参考文献 （十）器件说明 一、一、设计要求：设计要求： 1.要求设计一个 2dspk 调制电路，实现移相键控。 2、电路要求 （1） 载波频率为 5mhz； （2） 利用 tkcsa 型通信系统原理实验装置； （3） 利用 yb4340c 示波器观察波形； （4） m 序列发生器的码长 m=31 二、二、题目分析：题目分析： 由于大多数数字基带信号是低通型的，而实际信道多为带通型，因此这 种信道不能直接传输基带信号，必须用基带信号对载波进行调制。而调制 又有调幅、调频、调相三种基本形式。在恒参信道条件下，相移键控与幅 度键控和频移键控相比，他不仅具有较高的抗噪声性能，并能有效地利用 所给定的信道频带，即使是在有多径衰落的信道中也有较好的效果，因此 psk 是一种较好的调制方式，移相键控又分为绝对移相（2psk）和相对移 相键控（2dpsk）两种形式。绝对移相是用已调载波的不同相位来代表基 带信号的，在解调是时，必须要先恢复载波，然后把载波与 2psk 信号进行 比较，才能恢复基带信号。由于接受端恢复载波采用二分频电路。他存在 相位模糊，即用二分频电路恢复的载波有时与发送载波同相，有时反相， 而且还会出现随机跳变，这样就给绝对移相信号的解调带来困难；而相对 一向的基带信号是由相邻两码元相位的变化来表示的，它与载波相位无直 接关系，即使采用同步解调，也不存在相位模糊问题，因此在实际设备中， 相对移相得到了广泛的运用。 三、三、理论依据：理论依据： 在 dpsk 中，输入的二进制序列，即 m 序列，常称为绝对码，首先将 其差分编码，变成差分码又称相对码。再用 psk 调制器进行绝对调制。差 分码都采用二进制编码形式，所以这种调制常称为二进制相移键控 （bdpsk）简称 dpsk。2dpsk 的理论波形如下图所示： 2dpsk 它是利用前后码之间载波相位的变化表示数字基带信号的，这时 载波信号的相位与数字信号的“1”码或“0”码之间没有固定关系。相位 关系又有两种定义法，即向量差和相位差。向量差是指前一码元的终相与 本码元的初相比较，是否发生相位变化；而相位差指前后两码元的初相位 是否发生了变化。 四、四、整体构思：整体构思： 调制系统由基带信号产生部分、载波信号产生部分和调制部分组成。一 般数字基带信号都是随机的，所以用最常见的伪随机序列 m 序列来代替数 字基带信号。高频载波用晶振振荡产生。利用相乘器或数据选择器实现基带 信号对载波信号的调制 我们知道 2dpsk 是由 2psk 转换过来的，要想得到 2dpsk 信号就要先 得到 2psk 信号。 （1）2psk 可采用相乘器的模拟法，也可采用键控法来实现调制。如下 图所示。模拟法中 s（t）必须是双极性信号。键控法中，两种相位的振荡 信号被基带信号（）控制。当（）时开关打向上，输出相位 载波c；当（）时，开关打向下，输出 相位载波 （c+） 。其原理框图如下所示： （）2dpsk 信号可以看作是数字基带信号（）先进行差分编码， 再进行 2psk 调制的结果，因此只需在 2psk 调制器之前加一个差分编码器 就产生了 2dpsk 信号。其原理框图如下所示： 五、五、具体实现：具体实现： 2dpsk 调制系统的框图如下图所示，下面将分几部分说明 1、 m 序列发生器序列发生器 实际的数字基带信号是随机的，为了实验和测试方便，一般都是用 m 序列 发生器产生一个伪随机序列来充当数字基带信号源。按照本原多项式 f(x) =x5+x3+1 组成的五级线性移位寄存器，就可得到 31 位码长的 m 序列。码元定 时与载波的关系可以是同步的，以便清晰观察码元变化时对应调制载波的相应 变化；也可以是异步的，因为实际的系统都是异步的，码元速率为 1mbt/s。 如附录电路图所示，为 tkcsa 型通信系统原理实验装置原理图。m 序 列发生器是由 74ls164（ic3）八位移位寄存器、74ls04(ic4)六反相器、 74ls86(ic6)四二输入异或门、74ls30（ic5）八输入与非门组成。利用 10m 晶 振产生一个正弦波，经过十分频和非门变成 1m 赫兹的脉冲信号接移位寄存器 的 cp 端，移位寄存器在脉冲的作用下，依次实现引脚的位移。图中 m 序列从 tp2 测试端输出，即 tp2 端输出的是绝对码。具体电路如下图所示： 2、 相对移相和绝对移相相对移相和绝对移相 移相键控分为绝对移相和相对移相两种。以未调载波的相位作为基准的相 位调制叫做绝对移相。以二进制调相为例，取码元为“1”时，调制后载波与未 调载波同相；取码元为“0”时，调制后载波与未调载波反相；“1”和“0”时， 调制后载波相位差 1800。绝对相移如下图所示： 在同步解调的 psk 系统中，由于收端载波恢复存在相位含糊的问题，即恢 复的载波可能与未调制载波同相，也可能反相，以至使解调后的信码出现“0” 、 “1”倒置，发送为“1”码，解调后得到“0”码；发送为“0”码，解调后得 到“1”码。这是我们所不希望的，为了克服这种现象，人们提出了相对移相方 式。相对移相的调制规律是：每一个码元的载波相位不是以固定的未调载波相 位作基准的，而是以相邻的前一个码元的载波相位来确定其相位的取值。例如： 当某一码元取“1”时，它的载波相位与前一码元的载波同相；码元取“0”时， 它的载波相位与前一码元的载波反相。相对移相的波形如下图所示： 一般情况下，相对移相可通过对信码进行变换和绝对移相来实现。将信码 经过差分编码变换成新的码组相对码，再利用相对码对载波进行绝对移相， 使输出的已调载波相位满足相对移相的相位关系。 把绝对码变成相对码的方法很多，可以把本时刻的基带码 an(绝对码)与本时 刻差分码经延迟 1bit 的 bn-1进行模 2 加或其它逻辑关系运算得到相对码。在 tkcsa 型通信系统原理实验装置中，从 74ls164(ic3)输出端输出相对码， 经 74ls04(ic1)六反相器、74ls86(ic6)四二输入异或门和 74ls74 双 d 触发器， 进行逻辑运算产生相对码。 具体电路如下： 3、调相的实现：调相的实现： 调相电路可以由模拟相乘器实现，也可以由数字电路实现。在 tkcsa 型 通信系统原理实验装置中，晶振电路产生 10mhz 的正弦波，经过 74ls90(ic2) 十分频，一路通过 74ls74d1 触发器产生 5mhz 的载波，q 端输出正相载波， 另一端产生反相载波，实现载波的两路输出，经过 74ls153(ic9)数据选择器， 相对码序列对载波进行相位选择。当 2 脚和 14 脚同时为高电平时，7 脚输出与 3 脚输入的 0 相载波相同；当 2 脚和 14 脚同时为低电平时，7 脚输出与 6 脚输 入的 相载波相同。这样就完成了差分信码对载波的相位调制。具体电路如下 图所示： 六、各部分定性分析及定量计算各部分定性分析及定量计算： 1、m 序列的产生序列的产生 如下图所示输出为绝对码（即 m 序列） 。m 序列是用 74ls164 移位寄存器 实现的。m 序列是最常用的一种伪随机序列。它是最长线性反馈移位寄存器序 列的简称。正如它全名所表达的那样，m 序 列是由带线性反馈的移位寄存器产生的序列，并且具有最长周期。 带线形反馈逻辑的移位设定各级寄存器的初始状态后，在时钟触发下，每 次移位后各级寄存器状态发生变化。观察其中一级寄存器的输出，随着移位时 钟节拍的推移会产生一个序列。可以发现，移位寄存器系列是一种周期序列， 其周期不但与移位寄存器的级数有关，而且与线形反馈逻辑有关。在相同级数 的情况下，采用不同的线形反馈逻辑所得到的周期长度不同。此外，周期还与 移位寄存器的状态有关。但在产生最长线性反馈移位寄存器序列时，初始状态 并不影响序列的周期长度，关键在于得到合适得线形反馈逻辑。 其关系如下： f(x)=ci*xi 该试为线形反馈移位寄存器的特征多项式 部分本原多项式系数如下表所示 n（级数）本原多项式系数的八进制表示代数式 27x2+x+1 313x3+x+1 423x4+x+1 545x5+x2+1 6103x6+x+1 7211x7+x3+1 8435x8+x4+x3+x2+1 91021x9+x4+1 102011x10+x3+1 如附录电路所示，组成 5 级移位寄存器产生 m 序列。其本原多项式为： x5+x2+1 由 n 级移位寄存器产生的 m 序列，其周期为：2n-1。 除全 0 状态外，n 级移位寄存器可能出现的各种不同状态都在 m 序列的一 个周期内出现，而且只出现一次。由此可知，m 序列中“1”和“0”的出现概 率大致相同， “1”码只比“0”码多一个。tp2 的波形如下图所示： m 序列波形 2、相对码到绝对码的转化：相对码到绝对码的转化： 相对码转化为绝对码是通过 d 触发器和异或门实现的。电路差分编码的逻 辑关系是：本时刻的差分码 bn（相对码）等于本时刻的基带码 an（绝对码）与 本时刻差分码经延迟 1bit 的 bn-1进行模 2 加；即： bn=anbbn n-1-1 电路中 tp3 输出相对码。绝对码与相对码波形对比如下 相对码和绝对码 3、调制的实现：调制的实现： 上述过程产生了调制用的基带信号。要完成调制过程还需要载波信号。如附 录图所示 10mhz 的晶振和两个非们组成环行震荡器，经过非们整形后输出 10mhz 的方波信号。一路经过 74ls90 十分频器为基带信号产生电路提供时钟 信号。另一路经过一个 d 触发器二分频产生正向和反向的载波信号。载波信号 与基带信号同时加到 74ls153 数据选择器进行 2dpsk 调制输出。tp6 输出已 调信号其波形如下： 七、七、在实验过程中遇到的问题及注意事项在实验过程中遇到的问题及注意事项 1.在设计过程中要注意电路中的跳线位置，即电路图中开关 1 和开关 2 的 选择。选择的是外部输入信号还是还是内部信号。是 10mhz 的晶振还 是 1mhz 的晶振。 2.在用示波器观察波形时，示波器的触发方式不同示波器显示的波形也不 同。应选择合适的触发方式，观察正确的波形。 3.由于示波器不是严格同步的所以在观察相对码和绝对码的比较时只能观 察到相对码和绝对码是不同的码型，用公式计算出的相对码和绝对码的 波形和示波器观察到的不同。 4.绝对码变成相对码的方法不是唯一的。不同的逻辑关系式可以产生不同 的相对码。所以要根据具体电路具体分析。 八、八、设计心得：设计心得： 在这之前的课程设计，每一次都是在盲目中开始，又都在盲目中结束。这 一周的课程设计让我对课程设计有了全新的认识。虽然临近毕业，课程设计虽 说做的不算多，但是也还是有三四个，应该说不应该感到不适应，但是这一次 的课程设计让我第一次感受到它的压力。 。 如果说在此之前，我们对专业课这个概念感受还不算的上深的话，那这次 是真的让我领教了什么叫做专业课，它的特点以及学习方法！ 可以说上了大三就是在不断的超越自己中成长，直至毕业。这次的设计特 让人心动，因为只有两堂去实验室的机会，一共满打满算不过 4、5 个小时。这 就意味着，我们需要在底下做一些准备工作，以前老师会给我们现成的电路、 相关资料，可以这样说如果不用写设计报告的话，我们完全可以不去图书馆， 照样照猫画虎可以将设计完成的比较漂亮。但是现在不成了，每一个过程都在 亲力亲为，一个一个器件、集成块全要去图书馆查相关资料，一个一个波形要 去仿真，要知道现在的波形可不像从前用 ewb 就可以全部出来，此外更多的时 间我们在讨论电路的相关组成以及各部分的作用，这对于我们才是真正的考验。 另外，在这次实验中还暴露出不少的问题，很值得我思考。比如 m 序列的 产生，就充分说明了我的知识不是全面的，再比如插针，则充分说明了我的细 心程度不够 在做 m 序列时，我一直以为它是固定的一种模式，只存在一种方法，这就 造成了在后面的波形分析上进行的不是非常的顺利。 在插针的问题上我更是无话可说，可以说完全是我的失误造成的，在做实 验前就不做好准备工作，急急忙忙的就开始了实验，以至于在实验中、后期因 为这小小的插针，而造成两次无为的检错阶段。 想起一句话， “失去才懂得珍惜” 。在学校三年却没有养成良好的实验习惯， 以至于到了毕业前夕才悟出好多东西，但是我想还不算晚，有一句名言嘛， “如 果你想学习，那这个世界到外都是知识；如果你不想学，那这个世界对于你等 同于一间牢房” 。 九、九、参考资料参考资料 1、 通信信号处理 张贤达、保铮著 国防工业出版社 2、 通信原理教程 徐家恺、沈庆宏、阮雅端著 科学出版社 3、 通信原理教程 达新宇、陈树新、王 瑜、林家薇著 北京邮电大学出版社 4、 最新电子元器件产品大全 （第二册）集成电路 电子工业出版社 5、 eda 电子电路的信真 张亚华、董作霖、董蕴华、王建玲著 河南机电高等专科学校自编教材 十、十、器件说明器件说明 课程设计的具体电路是由一些常用元器件组成：电阻、电容、晶振以及 集成块。因为电阻、电容和晶振在平常的实验中经常得到广泛的应用，在这 里我们就不再一一讲解说明，只介绍一下我们这次课程设计中所涉及到的集 成块。 本次课程设计共用到九个集成块，其中有三个是同一型号的集成块，重 复的在下面将不再具体介绍。下面我们将依据实验电路图上的标识，一一对 应加以说明，具体见下表。其中标号指在电路原理图中的标注，型号指集成 块的型号，功能指集成块的玏能，次数指在电路原理图中使用该集成块的次 数。 标号ic1ic2ic3ic4ic5ic6ic7ic8ic9 型 号 74ls 04 74ls 90 74ls 164 74ls 04 74ls 30 74ls 86 74ls 04 74ls 74 74ls 153 功 能 六反 相器 十进制计数 器（/2 或 /5） 八位 移位 寄存 器 （串 入并 出） 六反 相器 八输 入与 非门 四二 输入 异或 门 六反 相器 双 d 触 发器 （带预 置和消 零） 双四 选一 数据 选择 器 次数5 次1 次1 次6 次1 次3 次5 次2 次1 次 下面依据型号的顺序，具体对个个集成块进行管脚说明以及工作环境 说明： （1）74ls04 ： 其工作环境如下: vcc=4.755.25v iccl6.6a iol=4a ttd=15ns ta=070 其管脚功能如下: 1a 1y 2a 2y 3a 3y gnd 4a 4y 5a 5y 6a 6y vcc （2）74ls30: 其工作环境如下: vcc=4.755.25v iccl6.6a iol=4a, ttd=15