毕业设计（论文）-DPSK通信系统的设计与研究.doc

学 号 毕业设计（论文）题目：DPSK通信系统的设计与研究作 者 届 别 2007届 系 别 物理与电子信息 专 业 电子信息工程 指导教师 职 称 完成时间 III毕业设计（论文）摘 要在数字通信系统的设计中，为了克服2PSK方式中的“倒”现象，在实际的设计与应用中一般不采用2PSK方式，而采用差分移相键控方式，即2DPSK方式。本文介绍了2DPSK数字通信系统的原理，分析了系统的抗噪性能，并采用常见的74系列芯片设计了2DPSK通信系统的调制器与解调器，同时研究并设计了系统的时钟电路。本设计的电路采用了中小规模集成电路，具有容易实现、方便维护、和造价低等优点。关键词：差分移相键控；调制器；解调器；数字通信AbstractIn the designing of the system of the digital communication, in order to avoid the phenomenon of thes Inversion in the 2PSK,we do not usually adopt the 2PSK in the actual designing and application, what we use is the 2Differential Phase-Shift Keying(2DPSK).The principle and faction of the communication system is introduced in this thesis, of which the modulator and the demodulator is designed with Chips of the 74series.The system clock is also contained in this thesis. All of the circuses in the bellowing design adopt the ICs (integrated circuits) of the small-sized or middle-sized, because they are easy to realize and maintain, further more the construction cost is low.Keywords: Differential Phase-Shift Keying, Modulator, Demodulator, Digital communication目 录摘 要IAbstractII第一章绪 论11.1 通信系统的发展历史11.2 通信系统的组成21.2.1 通信系统模型21.2.2 模拟通信与数字通信系统模型3第二章2PSK和2DPSK通信系统原理62.1 二进制移相键控62.1.1 2PSK的调制62.1.2 2PSK的解调72.2 二进制差分移相键控（2DPSK）82.2.1 2DPSK的调制82.2.2 2DPSK的解调9第三章2DPSK通信系统性能研究10第四章2DPSK调制器的设计164.1 调制原理164.2 调制器电路164.2.1 绝相变换电路164.2.2 0/相载波产生电路174.2.3 相位调制电路17第五章2DPSK解调器的设计205.1 原理205.2 解调器电路205.2.1 接收滤波器电路205.2.2 模拟相乘器电路215.2.3 低通滤波器电路215.2.4 电压比较器电路225.2.5 相绝变换电路22第六章2DPSK通信系统时钟电路24第七章总结与探讨26参考文献27致 谢28第一章绪 论1.1 通信系统的发展历史通信是通过某种媒体进行的信息传递。在古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警等方式进行信息传递。到了今天，随着科学水平的飞速发展，相继出现了无线电，固定电话，移动电话，互联网甚至可视电话等各种通信方式。通信技术拉近了人与人之间的距离，提高了经济的效率，深刻的改变了人类的生活方式和社会面貌。在当今信息社会，通信则与传感、计算技术紧密结合，成为整个社会的高级“神经中枢”。没有通信，人类社会是不可想象的。一般来说，社会生产力水平与之相适应。若通信的水平跟不上，社会成员的合作程度就会受到限制，社会生产力的发展也必然最终会受到限制。可见，通信是十分重要的。电信始于1837年由Wheatstone和Morse独立发明的电报。通信的发展经历了和经历着由模拟到数字、由系统到网络、由窄带到宽带、由人工到智能、由单业务到多业务的过程。在过去的半个世纪，电信领域发生了翻天覆地的变化，取得了前所未有的惊人成就。下面按年代顺序列举其中的一些具有重大意义的成果：1837年Wheatstone和Morse发明了有线电报，打开了人类社会通信的领域。1863年麦克斯韦预言电磁波的存在，为通信领域的蓬勃发展奠定了基础。1876年贝尔发明了有线电话。1887年赫兹用实验证明电磁波的存在。1893年史端乔发明步进式电话交换机。1897年马可尼发明无线电报通信。1918年调幅无线电广播商用。1928年乃奎斯特提出抽样定理。1936年发明调频技术。1937年Alec Reeves提出PCM。1938年黑白电视广播系统商用。1938年1945年，第二次世界大战雷达和微波系统研制成功；FM广泛应用于军事。1944年1947年统计通信理论形成。1948年1950年信息论语编码：Shannon发表信息轮的奠定基文；Hamming和Golay设计出纠错码。1948年1951年发明晶体管器件。1950年贝尔实验室研制出PCM数字通信设备；TDM应用于电话。1953年彩色电视在美国研制成功。1956年第一条跨洋电缆提供36个话路，1960年发明激光器。1961年集成电路开始商业生产；立体声FM广播在美国开播。1962年发射第一颗通信卫星Telstar I。1962年1966年高速数字通信：数据传输业务商用；按键电话业务开始发展。1964年程控交换机No.1ESS投入运营。1966年1975年快带通信系统：电缆TV系统；商用卫星中继业务开通；使用激光器和光线的光链路。1972年Motorola开发蜂窝电话；地刺跨大西洋的卫星TV实况广播。1977年光线通信系统投入商用。1978年模拟蜂窝移动通信系统投入商用。1988年1989年安装跨太平洋和大西洋的光缆用于光通信。1991年GSM移动通信投入商用，1995年窄带CDMA移动通信系统在香港投入商用。1998年美国开通数字电视业务。1990年2000年数字通信系统迅速发展：数字式调谐接收机；直接序列扩频系统；ISDN；HDTV；数字寻呼；掌上电脑；数字蜂窝。1999年ITU决定下一代通信系统（如W-CDMA,CDMA2000,TD-SCDMA）。1.2 通信系统的组成1.2.1 通信系统模型通信的目的就是传递消息。消息具有不同的形式，例如：符号、文字、话音、音乐、数据、图片、活动图像等等。因而，根据所传递消息的不同，目前通信业务可分为电报、电话、传真、数据传输及可视电话等。若从广义的角度看，则广播、电视、雷达、导航、遥测、遥控等也可列入通信的范畴。实际上，基本的点对点通信，均是把发送端的消息通过某种信道传递到接收端。因而，这种通信系统可由图1-1中模型加以概括。图中，在发送端信息源（也称发终端）的作用是把各种可能消息转换成原始电信号。为了使这个原始信号适合在信道中传输，由发送设备对原始信号完成某种变换，然后再送入信道。信道是指信号传输的通道。在接收端，接收设备的功能与发送设备的相反，它能从接收信号中回复出相应的原始信号，而受信者（也称信息宿或收终端）是将复原的原始信号转换成相应的消息。图中的噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。信息源接收设备信道噪声源受信者（发送端）（接收端）发送设备图1-1 通信系统的一种简单模型 上述模型概括地反映了通信系统的共性。根据我们的研究对象及所关心的问题不同将会使用不同形式的较具体的通信系统模型。通信原理的讨论就是围绕通信系统的模型而展开的。1.2.2 模拟通信与数字通信系统模型如上所述，通信传输的消息是多种多样的，可以是符号文字、话音、数据图像等等。各种不同的消息可以分成两类：一类称作离散消息；另一类称作连续消息。离散消息是指消息的状态是可数的或离散型的，比如符号、文字或数据等。离散消息也称数字消息。而连续消息则是其状态连续变化的消息，例如，连续变化的语言、图像等连续消息也称模拟消息。为了传递消息，各种消息需要转换成电信号。由图1-1的通信过程可知消息与电信号之间必须建立单一的对应关系，否则在接收端就无法恢复出原来的消息。通常，消息被载荷在电信号的某一参量上，如果电信号的该参量携带者离散消息，则该参量必将是离散取值的。这样的信号就称作数字信号。例如，电传机输出的信号就是数字信号。如果电信号的参量连续取值，则这样的信号为模拟信号，可以相应的把通信系统分成两类：模拟通信系统和数字通信系统。应当指出，我们也可以先把模拟信号变成数字信号（这种变换称作模拟数字变换），经数字通信方式传输后，在接收端再进行相反的变换（即数字模拟变换），从而还原出模拟信号。自1844年5月24日摩尔斯（Morse）在华盛顿和巴尔的摩之间发送世界上第一份电报以来，电报通讯已经历了150多年。但是长久以来，由于电报通信没有电话通信方便，作为数字通信主要形式的电报却比1876年贝尔（Bell）发明的电话发展缓慢。直到20世纪60年代以后，数字通信才日益兴旺起来，甚至目前出现了数字通信代替模拟通信的趋势。除了计算机的广泛应用需要传输大量的数字信息的客观要求外，数字通信迅速发展的根本原因是它与模拟通信相比，更能适应对通信技术越来越高的要求。第一，数字传输抗干扰能力强，尤其在中继时，数字信号可以在生而消除噪声的积累；第二，传输差错可以控制，从而改善了传输质量；第三，便于使用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理；第四，数字信息易于做高保密性的加密处理；第五，数字通信可以综合传递各种消息，使通信系统功能增强。模拟通信系统正如图1-1标明的那样，需要两种变换。首先，发送短的连续消息要变换成原始电信号，接收端收到的信号要反变换成原连续消息。这里所说的原始电信号，由于它通常具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输。因此，模拟通信系统里需要第二种变换：将原始电信号变换成频带适合信道传输的信号，并在接收端进行反变换。这种变换和反变换通常称为调制和解调。经过调制后的信号成为已调信号，它应有两个基本特征：一是携带有消息，二是适应在信道中传输。通常，我们将发送端调制前和接收端解调后的信号称为基带信号。因此原是电信号又称为基带信号，而已调信号则常称为频带信号。消息从发送端传递到接收端并非仅经过以上两种变换，系统里可能还有滤波、放大、变频、辐射等等过程。在本论文中着重研究以上两种变换，其余过程认为是足够理想的。于是，一般的模拟通信系统模型如图1-2所示。这里的调制器与解调器代表图1-1中的发送设备与接收设备。模拟信息源噪声源调制器信道解调器受信者图1-2 模拟通信系统模型下面介绍数字通信系统模型。如前所述，数字通信的基本特征是：它传输的信号是“离散”或数字的，从而使数字通信有许多特点。比如，对于上面提到的第二个变换来说，在模拟通信中强调变换的线性特性，即强调已调参量与基带信号成正比例；而在数字通信中，则强调已调参量与基带信号之间的一一对应。此外，数字通信还有以下突出的问题。第一，数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错，原则上都是可以控制的。这是通过差错控制编码等手段来实现的。为此，在发送端需要增加一个编码器，而在接收端相应的需要一个解码器；第二，当需要保密时，可以有效的对基带信号人为“揽乱”，即加上密码，这叫加密，此时再接收端就需要解密；第三，由于数字通信传输的是一个接一个节拍传送的数字信号单元，即码元，因而接收端必须按与发送端相同的节拍接收。不然会因收发节拍不一致而造成混乱，是接收性能变坏。另外，为了表述消息内容，系带信号都是按消息内容进行编组的（相当于写文章要有标点符号那样）。因此，编组的规律在收发之间也必须一致，否则接收时消息的正确内容就无法恢复。在数字通信中，通常称节拍一致为“位同步”或“码元同步”，而称编组一致为“群同步”、“帧同步”、 “句同步”或“码组同步”。可见，数字通信还必须有一个同步问题。综上所述，点对点的数字通信系统模型，一般可用图1-3（a）表示。图中，同步环节没有出示，因它的位置往往是不固定的。当然，实际上的数字通信系统并非一定要如图1-3（a）所示的那样包括所有的环节。比如，调制与解调、加密与解密、编码与解码等环节究竟采用与否，还取决于具体设计方法及要求。例如，本论文所讨论的利用2DPSK方法设计的通信系统，我们只具体讨论其跳至于解调环节，其他环节设为理想状态。加密器编码器调制器信 道解调器译码器解密器受信者信息源噪声（a）信息源基带信号形成器信 道接收滤波 器受信者噪声源（b） 图13数字通信系统模型在本论文中讨论的数字系统模型如图1-3（b）所示，下面我们来研究DPSK通信系统。第二章2PSK和2DPSK通信系统原理2.1 二进制移相键控所谓相对移相，就是利用载波相位的相对值来传递信息，也就是利用前后码元载波相位的相对变化来传递信息，所以也称为“差分移相”。“绝对移相”的原理提出还是比较早的，然而由于技术实现上的困难，一直未能在实际系统中推广应用，只是后来提出了“相对移相”后，才使移相键控付诸于实现。理论分析和实际试验证明：在恒参信道下，移相键控比振幅键控、频率键控，不但具有较高的抗干扰性能，而且可更经济有效地利用频带。所以说它是一种比较优越的调制方式，因而在实际中得到了广泛的应用。二进制移相键控（2PSK）是用二进制数字信号控制载波的两个相位，这两个相位通常相隔，例如用相位0和分别表示1和0，所以这种调制又称二相相移键控（BPSK）。二进制移相键控的时域表达式为2.1.1 2PSK的调制 2PSK信号为双极性不归零码的双边带信调制，即为拴边带信号，由于双极性不归零码没有直流分量，所以2PSK信号是抑制载波的双边带调制。由于双极性不归零码没有直流分量，所以2PSK信号时抑制载波的双边带调制。这样，2PSK信号的功率谱与2ASK功率谱相同，只是少了一个离散的载波分量。2PSK调制器可以采用相乘器，也可以采用相位选择器，如图21所示电子开关180！cosctm(t)NRZ2PSK（b）相位选择法（b）相位选择法发送设备m(t)BNRZcosct2PSK（a）相乘法图212PSK调制器2PSK信息代码的变化规律：“异变同不变”，即本码元与前一码元不同时，本码元内2PSK信号的初相相对于前一码元内2PSK信号的未相变化180，相同时保持相位不变，即代码1时相位为0，代码为0时相位为。2.1.2 2PSK的解调由于2PSK信号的功率谱中无载波分量，所以必须采用相干解调的方式来解调。在相干解调中，要对2PSK信号进行非线性变换，这样才能产生载波分量。其原理框图及解调器如下图所示。由于PSK信号的相位和参考相位的关系是固定的，所以相干解调实际上就是将输入的PSK信号与本地恢复的相干载波进行相位比较。根据相位相同或相反形成二进制（绝对）码。图中的解调过程实质上是已调信号与本地载波进行极性比较的过程，因此这种解调方式又称为极性比较法。解调框图如图2-2所示： 带通 滤波器 乘法器 低通 滤波器 抽样 判决器本地载波 抽样脉冲数据输出 图22 2PSK信号的解调（极性比较法）二进制信息BPFLPF抽样判决抽样判决 a bcp(t)载波同步cosctc-cosct输入BPSK信号2PSK相干解调如下图所示：图232PSK相干解调器常用的载波恢复电路有两种，一种是如下图所示的平方环电路；另一种是科斯塔斯（Costas）环电路，假设在此利用平方环提取相干载波。cos2ct平方锁相环2带通m(t)cosct2fccosct-cosct2cos2ctcosct-cosct图2-4平方环电路 2电路有“1”和“0”两个不同的初始状态，故其输出信号有0、两个不同相位的信号。用其它方法（如castos环等）提取相干载波时也会出现上述现象，此为相干载波相位模糊现象。由于有两种相干载波，使解调输出现两种可能，即或。故工程上不用2PSK，而用二进制差分移相键控（2DPSK）。2.2 二进制差分移相键控（2DPSK）前面讨论的2PSK信号中，相位变化是以未调载波的相位作为参考基准的。由于它是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，因而又称为绝对调相。利用载波相位的相对数值也同样可以传送数字信息。由于这种方法是用前后码元的载波相位相对变化来传送数字信息，所以又称为相对调相。相对调相的产生过程是，首先对数字基带信号进行差分编码，即由绝对码变为相对码（差分码）然后再进行绝对调相。基于这种形成过程，二相相对调相信号称为二进制差分移相键控信号，记做2DPSK。2.2.1 2DPSK的调制DPSK调制是采用码型变换法加绝对调相来实现，既把数据信息源作为绝对码序列an，通过差分编码器变成相对码序列bn，然后再用相对码序列bn，进行绝对移相键控，此时该调制的输出就是DPSK已调信号。原理方框图如图25所示。4相位调制器振荡器0/产生器带通放大分频码产生绝/相八选一噪声源4.096MHZ绝对码相对码2DPSK0图2-5 2PSK、2DPSK调制器方框图DPSK是利用前后相邻码元对应的载波相对相移来表示数字信息的一种相移键控方式。设载波相对相移用 表示，(定义为本码元初相与前码元初相之差)，而且：= 时，表示数字信息“1”。= 0 时，表示数字信息“0”。则数字信息序列与DPSK信号的相位关系可举例说明如下：数字信息序列： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1DPSK信号相位： 0 0 0 0 0 0 绝对码是以宽带信号码元的电平直接表示数字信息的，如规定高电平代表“1”，低电平代表“0”。相对码(差分码)是用基带信号码元的电平与前一码元的电平有无变化来表示数字信息的，如规定：相对码中有跳变表示1，无跳变表示0。设输入的相对码an，为1110010码，则经过转码器后输出的相对码bn，为1011100，即bn =anbn-1 2.2.2 2DPSK的解调对2DPSK信号也要进行相干解调，即差分相干解调。这种方法不需要恢复本地载波，只需将2DPSK信号延迟一个码元间隔，然后与2DPSK信号本身相乘，其原理框图如图2-6所示。在这种解调方式中，由于相乘的结果反映了前后码元的相位关系，因此经低通滤波后可直接抽样判决恢复原始数字信号，而无需进行码变换。差分相干解调法又称为相位比较法，因为它实质上是通过比较DPSK信号前后码元的相位差来解调信号的。由于这种解调法无需恢复本地载波，故是一种很实用的方法。 带通滤波器 乘法器 低通 滤波器 抽样 判决器 延迟 SDPSK(t)抽样脉冲数据输出图2-62DPSK信号的解调（相位比较法）绝对码ak相对码bk的变化规律是，“1变0不变”，即信息代码（绝对码）为“1”时，本码元内2DPSK信号的初相相对于前一码元内2DPSK信号的末相变化180，信息代码为“0”时，则本码元内2DPSK信号的初相相对于前一码元内2DPSK信号的末相不变化。2DPSK信号也可以采用极性比较法进行解调，但必须把输出的相对码序列再变成绝对码序列。第三章2DPSK通信系统性能研究由前面所述可知，二进制移相键控可分为绝对移相制和相对移相制两种。而且指出，为了克服“反向工作”问题，实际传输大都采用相对移相制。可是，无论是绝对移相信号还是相对移相信号，但从信号波形上看，无非是一对倒相信号的序列。因此，在研究移相键控系统的性能时，我们仍可把发送端发出的信号假设为（3.1） 上式中 注意，当代表绝对移相信号时，上式“1”及 “0”便是原始数字信息（绝对码）；当代表相对移相信号时，则上式中的“1”及“0”并非是原始数字信息，而是绝对码变换成相对码后的“1”及“0”。对式（3.1）给出的2DPSK信号，通常可采用同步检测法（即极性比较法）和差分相干检测法（即相位比较法）进行解调，其简化的接收系统如图31（a）及图31（b）所示，并假设判决门限值为0电平。 带通 滤波器 乘法器 低通滤波器 抽样判决器 码变 换器 带通滤波器 乘法器 低通 滤波器 抽样 判决器 延迟2DPSK本地载波定时脉冲数据输出（a）2DPSK数据输出定时脉冲（b）0V0V图312DPSK信号的接收方框图由第二章所示的2PSK同步检测系统可以看出在一个信号码元的持续时间内，低通滤波器的输出波形课表为： (3.2)式（3.2）直接来自式 上式为同步检测输入端得到的波形，因为他们的检测系统是完全相同的。；但应注意，当发送“1”是只有由于噪声叠加结果，使在抽样判决时刻变为小于0的值，才发生将1判为0的错误而，于是将“1”判为“0”的错误概率为=P(x0,发送0时)因为此时，故只需求的其中之一。我们来考察.由于这时的x值是均值为a、方差为的正态随机变量，因此(3.3) 式中因为，故2PSK信号采用同步检测法是的系统误码率为 (3.4)在大信噪比下，上式成为 (3.5)现在再来分析如图31（a）所示的差分相干检测系统的误码率。差分相干检测与同步检测的主要区别在于前者的参考信号不再像后者那样具有固定的载频和相位，且含噪声较大。因此，假定在一个码元时间内发送的是“1”，且令前一个码元也为“1”（也可以令其为“0”），则在差分相干检测系统里加到理想鉴相器的两路波形可分别表示为(3.6) 式中：无迟延支路的输入波形 有延迟支路的输入波形，也就是前一码元经延迟后的波形； 无延迟支路的窄带高斯过程； 有延迟支路的窄带高斯过程。因为理想鉴相器的作用可以等效为相乘低通滤波器，故其输出为：这个波形经取样后即按下述规则进行判决：若x0,则判决“1”正确判决若x0则判决“0” 错误判决利用恒等式这时将“1”码错判为“0”的概率为(3.7)设则式（3.7）变为 (3.8)n1c,n2c,n1s,n2s是相互独立的正态随机变量，故参见式及式（判决器进行比较的两路输入包络，式中，相当于通道的包络函数；相当于通道的包络函数）可知，这里的为服从广义瑞利分布的随机变量，而为服从瑞利分布的随机变量他们的概率密度分别为(3.9) 将上式应用于（3.8），则可得(3.10)不难看出上式的结果为式中同理可求得将0错判为1的错误概率与式（3.10）完全一样。因此，2DPSK差分相干检测系统的总误码率为(3.11) 对于差分移相信号的解调方式还可以采用下图所示的极性比较的方法，即对差分移相信号先用相干检测法解调，然后将所得的相对码转换成所需的绝对码。现在分析这种系统的误码率。显然，由于先采用的是FSK相干检测法，因此，码变换器输入端的误码率即可用式（3.4）或式（3.5）所示的结果表示。于是，采用极性比较法的系统误码率，只需在式（3.4）的基础上再考虑码变换器所造成的误码率即可。为说明码变换器输出的误码情形，将差分移相键控系统的有关端点上的信号关系列于表3.1中。表3.1各点的信号关系发送数字信息 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1发送信号相位 0 0000相干检测输出 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0码变换输出 0 1 0 1 1 0 1 1 1由此表看出，码变换器输出的每一个码元是由输入的两个相邻码元决定的。这里规定，若两相邻码元相同时，则输出为0；若两相邻码元不同时，则输出为1（即输出数字为相邻输入数字的模2和）。从表中所示关系可以发现若相干检测输出中有一个码元错误，则在码变换器输出中将引起两个相邻码元错误，如图3-2所示。0111001110001011011（b）0111101010001010101（c）（a）01101011100010101011*图3-2码变换发生错码的情形图中，带*的码元表示错码；若相干检测输出中有两个相继的错码，则在码变换器输出中也引起两个码元错误，如图3-2（b）所示；若输出中出现一长串连续错码，则在码变换器输出中仍引起两个码元错误，如图3-2（c）所示。按此规律，若令Pn表示一串n个码元连续错误这一事件出现的概率，n=1，2，3，则码变换器输出的误码率为 (3.12)显然，只要找到与相干检测输出误码率之间的关系，则与之间的关系也就可以通过式(3.12)求得。在一个很长的序列中，出现一串n个码元连续错误这一事件，必然是“n个码元同时出错与在该一串错码两端都有一码元不错”同时发生的事件。因此 (3.13)于是，将式(3.13)代入式(3.12)后可得 (3.14)因为总是小于1，故下式必成立将上式代入(3.14)，可得 (3.15)或有 (3.16)由此可见，若很小，则有 (3.17)若很大，一致使则有 (3.18)从而看到，实际中码变换器总是使误码率增加，增加的系数（）在12之间变化。将式(3.4)的结果代入式(3.15)，则得到采用极性比较法检测二进制相对移相信号时的系统误码率为 (3.19)或另外，当要求系统的误码率不大于时，采用差分相干解调接收机输入端所需要的信号功率比采用2DPSK极性比较法解调时多0.5dB左右。第四章2DPSK调制器的设计4.1 调制原理2DPSK调制器的设计是本设计中的核心之一，在数据传输系统中，由于移相键控调制方式具有较好的抗噪声性能，在相同的信噪比条件下，可获得比其它调制方式（如ASK, FSK)更低的误码率，更高的频带利用率，因此，这种调制方式在实际通信系统中得到比较广泛的应用。本设计采用的是二相DPSK移相键控调制。移相键控调制是利用载波相位变化来传递数字信息的。由前面所述可知，移相键控分为绝对相移键控和相对相移键控两种方式。二相绝对移相键控（2PSK）是采用直接调相法实现的，即用输人的基带信号不经过变换直接控制载波相位的变化来实现相位键控，二相相对移相键控（2DPSK）是采用码形变换后，将绝对码变成相对码，然后将相对码进行绝对调相来实现键控的。本设计中的2DPSK调制器是使用数字调制模块的电路，其原理方框图如图4-1所示。 时钟电路绝对码0相载波2PSK调制 器相载波2DPSK输出绝/相变换器图4-1二相DPSK调制器电路框图4.2 调制器电路4.2.1 绝相变换电路该电路作用是把数据信息源输出的绝对码变相对码，2DPSK信号由相对码进行绝对调相得到。绝相变换电路由模二加（74LS86）和D触发器（74LS74）组成，其逻辑关系为：ai bi1=bi，其中ai是绝对码，bi1是延迟一个码元的相对码，bi是相对码，如图4-2所示。图4-2 绝/相变换码波形图4.2.2 0/相载波产生电路采用MA733集成电路，输出为差分信号输出，可以产生相差180的载波信号。其电路图如图4-3所示。图4-3 0/相载波产生电路4.2.3 相位调制电路对载波的相移键控是用乘法器来实现，常用的乘法器有环形调制器、模拟乘法器及模拟开关。本设计采用模拟开关4066作乘法器。如图4-4所示。图4-4 相位调制电路本设计移相键控有2PSK二相绝对移相键控。其调制规律是以未调载波的相位作为基准的相位调制。如：码元为1”时调制后载波与未调载波同相，码元为“0时，调制后载波与未调载波反相。绝对移相的波形如图4-5所示。图4-5 绝对移相波形在2PSK相干解调中由于存在相位含糊问题，即恢复的载波可能与未调载波同相，也可能反相，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“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，实验中，我们采用2DPSK二相相对移相键控。其调制规律是：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取值。如：当某一码元取“1”时，它的载波相位与前一码元的载波反相，码元取“0”时，它的载波相位与前一码元的载波同相，如图4-6所示。图4-6 绝对码实现相对相移调制的过程系统调制器总电路图如图4-7所示。图4-72DPSK调制器电路图第五章2DPSK解调器的设计5.1 原理数字调相信号的解调有多种方法，如相干解调法(极性比较去)、相位比较法、锁相环法。本系统设计中DPSK信号解调时采用的是查分相干解调法。也就是把前一码元波形保存下来作为后一码元解调时的参考载波，这种方法称为差分解调。由于这种方法是比较前后码元波形的相位来进行解调，所以又称为相位比较法。相干解调必须要恢复出相干载波,利用这个相干载波和已调制信号作用,得到最初的数字基带信号,而这个相干载波是和原来在发送端调制该基带信号的载波信号是同频率同相位的. 二相PSK(DPSK)解调器的总电路方框图如图5-1所示。二相PSK(DPSK)的载波为1.024MHz，码元速率有32kbits，16kbits可选择。接收滤波器抽样判决器低通滤波器模拟乘法器相/绝变换载波2DPSK输入解调输出时钟信号CP图5-1二相DPSK解调器的总电路方框图5.2 解调器电路5.2.1 接收滤波器电路由U26所组成的低通滤波器，当改变其电阻、电容的参数后，信号高频分量受到衰减，带内幅频特性变差。使信号经过它后产生畸变。U26作为带通滤波器，信号通过它后频带受限，带外噪声受到抑制。其电路图如图5-2所示。图5-2 接受滤波器电路图5.2.2 模拟相乘器电路U3采用MC1496集成模拟乘法器。它的内部结构是双差分对电路，在小信号情况下，双差分对电路的输出正比于两个输人电压的乘积。其电路图如图5-3所示。图5-3 模拟乘法器电路图5.2.3 低通滤波器电路R3和C15组成RC低通滤波器，滤除载频的二次谐波，实验中载频为1024KHZ，基带码元速率为256Kb/s，所以，低通滤波器-3db截止频率只要选在256KHzfc1024KHZ即可。其电路图如图5-4所示。图5-4 低通滤波器电路图5.2.4 电压比较器电路U13(LF710）用来将双极性、畸变的相干解调数字信号整形后输出一个TTL电平信号。由于这时的信号不是一个标准的单极性非归零码，因此，它不能直接送入相绝变换电路，还需U14A（74LS74）（见总电路图）取样判新才能在T7端得到与时钟相位一致的绝对码信号（2PSK调制时）或相对码信号（2DPSK调制时）。其电路图如图5-5所示。图5-5电压比较器电路图5.2.5 相绝变换电路由U14B（74LS74）和U15B（74LS86）组成一个相绝变换电路，其逻辑关系为：bi1 bi=ai，其中bi为相对码；bi-1为延迟一码元的相对码；ai为绝对码。其电路图如图5-6所示。图5-6 相/绝变换电路系统解调器总电路图如图5-7所示。图5-7解调器电路图第六章2DPSK通信系统时钟电路在该系统中时钟发生器的作用是为编译码器提供抽样频率，增量调制通信系统中抽样频率根据不同的场合而选择不同抽样频率。在前面我们分析，为提高抗噪声性能，抽样频率越大越好，但从节省频带考虑，抽样频率越小越好，这两者是矛盾的 。在军用通信系统中对节省频带是比较重要的，为了是使频带小些，抽样频率选得小，在满足性能条件的要求下，抽样频率应该选在32kHZ范围。如果是要求通话质量比较重要（对误码率的要求）的话，抽样频率应在64kHZ范围。多谐振振荡器是一种自激振荡电路，该电路在接通电源后无需外接触发信号就能产生一定频率和幅度的矩形脉冲波或方波。由于多谐振荡器在工作过程中不存在稳定状态，故又称为无稳态电路。要产生32kHZ、64kHZ频率的方波，在此选择门电路组成的多谐振荡器。这样的振荡器电路中含有开关器件，如门电路、电压比较器、BJT等。这些器件主要用作产生高、低电平；其次，具有反馈网络，将输出的电压适当地反馈给开关器件使之改变输出状态；另外，还要有延迟环节，利用RC电路的充放电特性可实现延时，以获得所需要的振荡频率。由于多谐振器的振荡周期或重复频率不仅与时间常数RC有关，而且还取决与门电路的阀值电压Vth 。由于Vth容易受温度、电源电压及干扰的影响，因此频率稳定度较差，不能适应在对频率稳定性要求高的场合。频率稳定度作为振荡电路的质量指标之一，在通信系统中时钟产生器中是非常重要的。LC谐振回路的Q值对频率稳定有很大的影响，Q值越大，频率稳定度越高，为了提高Q值，应尽量减小回路的损耗电阻R并加大LC值。但是一般的LC振荡电路。其Q值只可达数百，在要求频率稳定度高的场合，往往采用石英晶体振荡电路。石英晶体振荡电路，就是用石英晶体取代LC振荡回路中的L、C元件所组成的振荡电路。它的频率稳定度高达1091011。石英晶体振荡器之所以具有很高的频率稳定度，主要是采用了具有很高Q值的石英晶体元件。为了得到频率稳定性很高的脉冲波形，多采用由石英晶体组成的石英晶体振荡器。为了使系统满足不同场合的应用，系统中至少能够产生32kHZ、64kHZ 的抽样频率。系统中通过时钟发生器产生这两种频率。时钟发生器由晶体振荡器及非门产生4096KHz的频率的方波，然后经过分频器后就可以产生含有这两种频率。产生方波的石英晶体振荡电路如图6-1所示图6-1石英晶体振荡电路并联在两个反向器输入、输出端的电阻R的作用是使反向器工作在线性放大区。R的阻值，对于TTL门电路通常在0.72k之间；对于CMOS门则常在10100M之间。在此电路中，使用TTL门电路；所以，R的阻值选1K。电路中，可变电容的作用有两个：一方面，用于两个反向器间的耦合；其次抑制高次谐波，以保证稳定的频率输出。产生频率为4096kHZ的方波后，再经分频器分频。在这里我们采用异步四进制计数器作为分频器得到1024kHZ的频率。系统时钟电路图如图62所示。图6-2系统时钟电路图第七章总结与探讨经过几个月的努力和老师的指点，一个比较完美的2DPSK通信系统就设计完成了（核心为调制器与解调器的设计），下面仅就整个系统性能方面作一定的总结与探讨。本设计通过DPSK的调制与解调方式实现2DPSK通信，本设计中的所有电路全部采用中小型集成芯片，思路清晰、性能稳定、容易实现和维护。目前，用得最多的数字调制方式是相干2DPSK和非相干2FSK。相干2DPSK主要用在高速数据传输;非相干2FSK则主要用在中、低速数据传输。2DPSK的差分相干解调法，不需要专门的本地相干